基于GaN功率器件的热仿真技术研究

针对大功率器件散热瓶颈问题,基于GaN功率芯片,利用有限元分析方法开展了芯片近结区热特性模拟方法的研究。建立了芯片近结区散热能力仿真评估的三维理论模型,系统地研究了不同的初始条件、边界条件、晶格热效应及结构理论假设等因素对仿真精度的影响,分析了理论建模因素对计算结果的影响的原因。同时采用红外热成像仪对不同功率下的GaN芯片结温进行测试验证,模拟计算的结果和测试值的偏差在10%之内,表明合理建模的热仿真技术可有效评估器件散热能力。     

硅基MOSFET功率放大器TO-3封装热性能研究

针对某款硅基MOSFET功率放大器TO-3封装散热问题,研究了其内部2个功率芯片在35 W下的热性能.通过建立该款功率放大器TO-3封装的有限元仿真模型,采用热仿真软件对这2个功率芯片的间距、焊片材料和厚度以及基板材料和厚度进行仿真优化,分析各个变量对芯片结温的影响.仿真结果表明在管基材料确定的情况下,氧化铍基板和金锡焊片对器件散热有较明显的效果.选用2.5 mm厚的10#钢和其他优化参数进行仿真,结果显示芯片位置处的温度最高,最高温度约为88℃.通过制备相应产品对比了优化前后该款功率放大器的温度变化,测试结果显示优化后器件热阻从2.015℃/W降低到1.535℃/W,产品散热效率提高了约23％.     

三维功率MOSFET器件漏极持续电流分析方法

二维功率MOSFET器件的漏极持续电流是一个受限于封装形式和芯片设计的极限参数,传统分析方法是通过器件的最大耗散功率对其进行评估。基于三维集成技术的功率MOSFET器件,散热路径热阻难于精确确定,故提出一种针对三维集成功率MOSFET器件,以晶格自加热效应为基础的漏极持续电流分析方法,并以一颗开关工作状态下的100 V功率VDMOS器件为研究对象,在正向设计阶段分析了功率VDMOS器件漏极持续电流的导通偏置条件。最后通过流片结果验证了该方法的可行性。     

3D IC受热载荷作用下的数值模拟

针对基于硅通孔技术的3D IC在工作过程中的受热问题,利用热弹性力学理论建立了三维有限元数值模拟分析模型,对结构进行了热分析,同时探讨了器件由此产生的热应力.计算结果表明,由芯片到底面的热通路为散热的主要通道,其它表面的对流条件对热场分布影响不大;芯片与通孔接触面的边角处有应力集中,在热载荷的长期、交变作用下容易发生开...     

微波功率晶体管发射极不均匀镇流电阻的设计研究

近十年来,由于卫星通讯、相控阵雷达、电子对抗等军事电子学的高度发展,对微波功率晶体管可靠性提出越来越高的要求,器件工作寿命往往要求十年、廿年以上。 据阿列尼乌斯(Arrhenins)方程,可知器件的失效率随着结温的升高,呈指数的上升,一般认为硅器件结温每降低10℃,工作寿命可提高一倍。此外,降低结温尚可以提高器件在宽脉冲工作期间输出功率的下降,改善功率增益和效率。所以千方百计降低结温以提高功率器件的可靠性,提高输出功率和效率是当前功率器件主要研究课题。而微波功率晶体管为许多有源区并联而成,因此降低结温首先要防止热斑出现,保证电流均匀分布。实现这一目的的有力措施是采用发射极镇流电阻技术。     

热界面材料对高功率LED热阻的影响

散热不良是制约大功率LED发展的主要瓶颈之一, 直接影响着大高功率LED器件的寿 命、出光效率和可靠性等。本文采用T3ster热阻测试仪和 ANSYS热学模拟的方法对LED器件进行热学分析,以三种热界面材料(金锡,锡膏,银胶)对LE D热阻及芯片结温的影响为例,分析了热界面材料的热导率、厚度对LED器件热学性能的影响 ,实验结果表明界面热阻在LED器件总热阻中所占比重较大,是影响LED结温高低的主要因素 之一;热学模拟结果表明,界面材料的热导率、厚度及界面材料的有效接触率均会影响到LE D器件结温的变化,所以在LED器件界面互连的设计中,需要综合考虑以上三个关键参数的控 制,以实现散热性能最佳化。     

硅通孔互连技术的可靠性研究

随着电子封装持续向小型化、高性能的方向发展,基于硅通孔的三维互连技术已经开始应用到闪存、图像传感器的制造中,硅通孔互连技术的可靠性问题越来越受到人们的关注。将硅通孔互连器件组装到PCB基板上,参照JEDEC电子封装可靠性试验的相关标准,通过温度循环试验、跌落试验和三个不同等级的湿度敏感性测试研究了硅通孔互连器件的可靠性。互连器件在温度循环试验和二、三级湿度敏感试验中表现出很好的可靠性,但部分样品在跌落试验和一级湿度敏感性测试中出现了失效。通过切片试验和扫描电子显微镜分析了器件失效机理并讨论了底部填充料对硅通孔互连器件可靠性的影响。     

2TF:一种协同考虑过硅通孔和热量的三维芯片布图规划算法

 三维芯片由多个平面器件层垂直堆叠而成,并通过过硅通孔(TSV,Through Silicon Via)进行层间互连,显著缩短了互连线长度、提高了芯片集成度.但三维芯片也带来了一系列问题,其中单个过硅通孔在目前的工艺尺寸下占据相对较大的芯片面积,且其相对滞后的对准技术亦降低了芯片良率,因此在三维芯片中引入过多的过硅通孔将增加芯片的制造和测试成本.垂直堆叠在使得芯片集成度急剧提高的同时也使得芯片的功耗密度在相同的面积上成倍增长,由此导致芯片发热量成倍增长.针对上述问题,本文提出了一种协同考虑过硅通孔和热量的三维芯片布图规划算法2TF,协同考虑了器件功耗、互连线功耗和过硅通孔数目.在MCNC标准电路上的实验结果表明,本文算法过硅通孔数目和芯片的峰值温度都有较大的降低.     

亚100 nm硅集成技术融合趋势

对亚100 nm硅集成技术融合趋势进行了展望。各项新技术使MOSFET器件可以按比例缩小到10 nm以下节点,让摩尔定律在未来很长时间继续有效。另一方面,随着硅通孔等技术的日益成熟,器件、芯片、晶圆和介质层之间将以各种灵活的方式进行互连,实现各式各样的三维硅集成。在摩尔定律指引下的器件小型化技术、沿着后摩尔定律方向的三维硅集成技术,以及两者之间的相互融合,是亚100 nm硅集成技术的发展方向。     

UV-LED印刷灯散热系统设计研究

对大功率LED而言, 如何保持芯片结温在允许的范围内, 是散热系统设计的关键。针对大功率UV-LED印刷灯, 设计了热管加风冷翅片的散热模型方案, 采用热分析软件模拟得到散热模型的温度和流动分布, 并对散热模组进行不同输入功率下的实验测试, 对比分析了仿真模拟和实验测试的芯片结温值和热沉到环境热阻值等结果, 发现仿真模拟和实验测试结果有较好的一致性, 说明热管加风冷翅片比传统风冷翅片有更好的散热性能。