Qorvo深度丨高性能系统的氮化镓热分析之封装与工艺

　　导电环氧树脂与焊接相比，一般可忽略接触电阻，并且假定环氧树脂接点处的热传导性与环氧树脂数据手册中的一致。首选方法是将焊接性能基准实证化，然后决定与焊接有关的环氧树脂实际性能，以便支持更精确的仿真和权衡取舍研究。这使得接触电阻成为环氧树脂接点热阻抗的重要贡献因素。如果数据手册中的数值用于无接触电阻的模型中，则会导致热阻计算的过度优化。

　　芯片贴装热性能对器件的工作温度来说是一个非常重要的影响因素，热建模的挑战之一是为其找到精确的估值。

　　芯片贴装焊接/环氧树脂供应商通常只列出产品的体导热率(k)。这只是总芯片贴装热阻抗的一个分量。胶层厚度、界面阻抗、空洞和填充特性等都会影响热阻，且这些因素在很大程度上取决于点胶和固化工艺。此外，芯片贴装完整性与性能受材料属性和被黏合的两种材料的表面特性所影响，通常需要进行实验才能了解芯片贴装解决方案的工作性能。

        图4展示了胶层厚度、体导热率和总芯片贴装热阻之间的关系。

　　图5展示了精确芯片贴装性能数据的重要性。图中，GaN功率放大器芯片采用典型QFN封装建模。最大沟道温度针对芯片贴装热阻抗(RD/A”)进行绘制。

　　随着RD/A”接近于零(即芯片贴装性能提升)，最高沟道温度(TCH)下降，接近芯片和QFN基板的传导热阻所确定的限值。左侧垂直虚线表示完全由测得的胶层厚度(L)和供应商提供的体热导率数值(k)计算得到的RD/A”。右侧垂直虚线表示实验室测得的RD/A”。

　　就该特定芯片/封装组合而言，不考虑界面阻抗时，TCH低估了40℃。

　　本模型的芯片工作时PDISS = 23 W。如果计算得到总封装热阻Rθ，则忽略界面阻抗时得到的错误值为：

　　Rθ= (TCH–TBASE)/ PDISS= (180℃-100℃)/23W=3.5℃/W

　　而实际封装热阻可更为精确地表示为：

　　Rθ= (TCH-TBASE)/ PDISS=(220℃-100℃)/23W =5.2℃/W

　　Qorvo公司在满足全球GaN技术要求方面处于业界领先地位，制定了丰富完善的研发计划，并发布了大量基于GaN标准的产品。随着GaN技术的发展及其功率潜能逐渐为人所实现，现有的半导体封装技术已经难以有效支持高功率GaN产品。在此背景下，Qorvo公司开发了改进型封装选项，为不断扩展的军事和商业GaN应用提供完整的产品解决方案。Qorvo公司用于高性能系统的最新GaN封装选项有铜基GaN和塑封GaN，它们呈现于2014年发布的大量产品之中。

　　铜封装可实现高可靠性、高功率、大芯片尺寸，目前此类需求正不断增加。Qorvo公司开发了包含引脚的铜法兰封装(通常称为模块)可处理极高功率，同时可轻松调节以满足小尺寸、大尺寸、多芯片和元器件的要求。铜法兰相对于低CTE工业标准(比如CuW和CuMo)的热性能非常出色，同时可增加系统级可靠性，允许焊接至高CTE散热片。

　　Qorvo公司还提供塑封GaN选项——空腔塑封或超模压塑封。这些封装尺寸小、成本低，但依然具有良好的功率容量。塑料封装的CTE与PCB匹配，因此具有很好的系统级可靠性。小封装尺寸和出色的射频性能使其成为昂贵的法兰或金属背板模块元器件的绝佳替代产品。

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