0 引言

GaN材料具有宽禁带、高饱和漂移速度、高临界击穿电场和高热导率等特点，因而其替代Si、GaAs材料成为了最令人瞩目的第三代半导体材料之一。目前，GaN器件的研究取得了巨大的进展，国内外GaN蓝光LED、HEMT和HBT等的研制工作也已经取得了巨大的进展，部分产品已实现了商业化。由于GaN微电子器件可以在600～1 100℃的温度范围内工作，其高频、大功率和强抗辐射能力也占有很大的优势，因而得到了前沿领域的广泛重视。随着GaN器件技术的日渐成熟，前沿领域的设备会更多得使用GaN器件，使系统的工作能力与可靠性都得到最大限度的提升。

热阻是评价器件应用可靠性的重要参数之一。本文以A公司、B所和C所的3种GaN微波功率芯片为研究对象，通过对测试结果的对比分析，确定器件的芯片面积、固定方式和基板材料对GaN芯片测试热阻大小的影响。

1 热阻的定义

热阻是热传导路径上的阻力，反映介质或介质间传导能力的大小，热阻越大表示散热能力越差。热阻表明了1 W热量所引起的温升大小，单位是℃/W或K/W。器件热阻等效电路如图1所示。

图1 芯片热阻等效电路

其中:Tj——器件芯片结温；

Tc——管壳温度；

R1、R2、R3——芯片、烧结层、管壳底座的热阻。

式 （1） 中:ΔT——芯片最高结温Tjmax和壳温Tc之差，单位为℃；

3.教师对现代教育技术运用不熟练。很多教师很少使用多媒体教学，没有把现代教育技术与传统教学方法有机融合在一起，取长补短，提高课堂教学效率。

器件热阻 Rth （j-c） =R1+R2+R3。 Rth （j-c）按下列公式计算:

Tjmzx——瞬态最高结温，单位为℃；

论长相，二狗伢当然比宝玉爹差了一截。乡党们概括二狗伢有三句话，长相歪里鳖佬，性格犟头术佬，脾气性里肏佬。二狗伢自己也说，谁能跟他比，站倒坐倒都像一主礼，一副嫖客相，爹娘给的。后面四个字说出了二狗伢的不服与不屑，意思很明白，你长得标致出众没什么了不起，那是爹娘造就的，要比比本事。

PCM——器件最大耗散功率，单位为W；

（5）利用模糊数学法预测工程造价。该方法是以模糊数学理论为基础，通过指数平滑法建立预估模型，通过计算得到模糊贴近度进行综合排序，从中预估出拟建工程的造价成本。

Tc——管壳温度，单位为℃。

本文通过测试一定数量的GaN芯片的热阻，对比和分析试验数据，从器件的芯片面积、固定方式和载体材料3个方面对GaN芯片热阻测试结果的影响因素进行了分析。

2 试验研究

对于给定的GaN芯片而言，芯片热阻R1已确定，管壳底座热阻R3由管壳底座材质决定，烧结层的热阻R2由焊料类型和烧结质量决定。对于内匹配的大功率器件来说，芯片的烧结质量至关重要，因为烧结层的空洞会造成芯片和管壳之间欧姆接触变大，热传导不良，引起电流密集效应，导致芯片局部热集中，甚至会使器件在工作时瞬间热烧毁，是器件长期工作可靠性的重大隐患。

2.6 九种病原体的混合感染情况 本次研究仅存在两种病原体的混合感染，感染率为2.78%（194/6 984），占阳性病例的10.55%（194/1 839）。其中肺炎支原体合并乙型流感病毒居首位，占阳性病例的5.00%（92/1 839），其次为肺炎支原体合并副流感病毒，占阳性病例的3.75%（69/1 839）。

（3）基于R/S分析法预测结果，在未来周期时段内，降水保持状态反持续性，新疆、北疆、南疆年降水均呈显著减少趋势。

2.1 芯片面积对热阻的影响

3种型号的芯片每种选取2个进行装配，装配的基板材料为钨铜，热阻测试结果如表1所示，通过表1可以看出热阻与面积有关，面积越小，热阻越大。

从表2中的数据可知，2个芯片的3种固定方式的热阻大小均是螺丝固定＞螺丝固定+导热硅脂＞焊接。从散热效果和热阻的角度考虑，全焊接结构的散热效果最好、热阻最小，仅采用螺丝固定时散热效果最差、热阻最大。其主要原因是当填充导热硅脂或焊锡焊接时，热通路得以实现，热量得以迅速地传递，从而使热阻降低。由于焊锡的导热性能优于导热硅脂，因此采用焊接方式固定时芯片的热阻最小。而仅采用螺丝固定时，载体与测试夹具之间的接触不够充分，未接触区域主要通过空气来导热，空气的导热能力远小于金属，从而导致热阻增大。

芯片到管壳基座的散热方式主要是传导，对流和辐射可以忽略。如果不考虑芯片装配工艺质量的影响，芯片面积越小，单位功率越大，而接触散热面积却越小。

表1 芯片热阻测试结果

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2.2 固定方式对热阻的影响

在热阻测试的过程中，发现芯片载体的固定方式对测试热阻值的影响比较明显，一般载体的固定方式有螺丝固定、螺丝固定+导热硅脂、焊接3种，如图2所示。

试验选用A公司的GaN微波功率管芯，B所、C所的GaN MMIC芯片作为研究对象，根据GaN器件应用的典型装配结构来设计测试样品，3种芯片的装配在同一工艺平台上，由专人操作完成，以保证装配工艺的一致性。文中涉及测试得到的结温、壳温数据均是通过显微红外热像仪采集系统得到，显微红外热像仪测试平台温度设置为70℃。

图2 载体的固定方式

以C所生产的X波段GaN MMIC为例，选取2个芯片依次按照图2所示的3种方式进行装配，芯片的基板载体材料选用钨铜，测试底座材料选用黄铜。测得的热阻结果如表2所示。

3.2.5打好产业扶贫三年攻坚战 指导支持长江经济带贫困县、贫困乡镇和贫困村加快发展对贫困户增收带动明显的种养业、林草业、农产品加工业、休闲农业和乡村旅游等，注重产业长期培育和发展，把绿水青山变成金山银山。加快培育龙头企业、农民合作社、农业社会化服务组织等新型经营主体，强化脱贫致富带头人和新型职业农民培育，吸引资本、技术、人才等要素向乡村流动，引导新型经营主体与贫困村、贫困户建立联动发展的利益联结机制。扶持贫困地区农产品产销对接，加强产地市场和仓储冷链物流体系建设，打造特色品牌，提升产销信息服务水平。加强贫困地区特色产业发展的财政资金投入、金融保险扶持、科技服务、风险防范等支撑保障能力建设。

2.3 基板材料对热阻的影响

在热阻测试的过程中，发现同一批次X波段GaN MMIC，采用相同的装配工艺、焊锡材料和底座材料 （黄铜），基板材料分别采用钨铜和无氧铜时，热阻的测试结果不同。选用同批次的4个X波段GaN MMIC，分别按照如图3a、3b所示的结构安装。测试条件和测试结果如表3所示。从表3中可知，在相同的功率条件下，采用无氧铜作为基板材料的样品测量得到的热阻相对较小。

图3 不同基板材料的安装结构

表2 3种不同装配方式的热阻测试结果

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表3 不同基板材料的热阻测试结构

样品编号 基板材料 电压（VDS/V）热阻（Rth/℃·W-1）样品3 无氧铜 28 0.28 108 75 4.21样品4 钨铜 28 0.28 113 76 4.72样品5 无氧铜 28 0.48 141 82 4.39样品6 钨铜 28 0.48 155 86 5.13电流（IDS/A）结温（Tj/℃）壳温（Tc/℃）

为了对测试结果有更清晰的分析，表4列出了GaN芯片装配所需要的材料的热膨胀系数和热导率。从表4中可知，无氧铜的热导率优于钨铜，散热效果良好，因此，采用无氧铜作为基板材料的样品的热阻值偏小。但是，相比于无氧铜，钨铜的热膨胀系数与GaN的更接近，并且更易以机械加工。因此，在实际选用的过程中，两种基板材料需要根据实际情况进行选择。

表4 装配材料的热膨胀系数和热导率

热导率（λ/W·m-1·K-1）GaN 5.59 130 CuW （10%～20%Cu） 6.5～8.3 180～200无氧铜Au20%Sn80%材料名称 热膨胀系数CTE（×10-6/℃）18.6 16 385 57

3 结束语

本文通过对3种GaN芯片的热阻测试进行研究，发现芯片的热阻的大小与芯片的面积、装配结构和基板材料密切相关。基于热阻测试数据，得到如下主要的结论。

（三）地方配套和企业自筹资金难以到位。许多基本建设投资都是“拼盘”项目，即由中央和省级基建投资、市县地方财政配套、项目单位自筹资金构成。但在申报预算时，地方由于财力不足，往往只想争取中央和省级财政资金做项目，而中央和省级审批时往往未充分考虑地方配套和单位自筹资金方案是否可行，能否落实，致使许多项目由于资金不足导致工程停滞、烂尾。

a）在相同的装配结构和测试条件下，芯片的面积越大，热阻越小。

b）热阻测试过程中，芯片的基板材料与底座的良好接触能够使热量充分地传递，提高散热效率，减小热阻。

c）钨铜和无氧铜是微波功率器件常用的基板材料，如果从成本、散热效率和材料特性等方面进行考虑，则两者各有优势；如果仅从热阻的角度进行考虑，则应优先选择无氧铜。

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