MMIC芯片的散熱技術(shù)研究*

何 恩，周 霞，李 欣

(1. 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所， 四川 成都 610036；2. 中國(guó)人民解放軍95899部隊(duì)， 北京 100085)

引 言

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微電子芯片的應(yīng)用已經(jīng)遍及日常生產(chǎn)生活中。特別是在國(guó)防安全領(lǐng)域，發(fā)展趨勢(shì)是將更復(fù)雜的系統(tǒng)縮小成芯片級(jí)的封裝，把微電子、光電子、微機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)集成為具有新能力的“片上系統(tǒng)”，這種集成的模型大大減小了芯片的尺寸。第三代半導(dǎo)體芯片(GaN)的晶體管輸出功率較第二代(GaAs)提升了近10倍。未來(lái)芯片的熱流密度將與太陽(yáng)表面的熱流密度相當(dāng)[1]。傳統(tǒng)IC器件的熱阻表征方法將芯片內(nèi)部看作黑盒子，而MMIC(單片微波集成電路)芯片的內(nèi)部功率密度很高，內(nèi)部溝道發(fā)熱非常復(fù)雜，以MMIC芯片熱阻參數(shù)計(jì)算出來(lái)的溝道溫度與實(shí)際測(cè)試的溝道溫度相差幾十度。隨著芯片的性能指標(biāo)、功率密度以及可靠性要求的進(jìn)一步提高，對(duì)芯片熱設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性要求也越來(lái)越高。

1 MMIC芯片熱阻表征

IC器件的外形尺寸和外部線(xiàn)路位置是標(biāo)準(zhǔn)化的，但不同生產(chǎn)廠商的元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料和線(xiàn)路技術(shù)卻不相同。因此，相同外形標(biāo)準(zhǔn)而廠商不同的芯片可能在熱特性上存在較大差異，而芯片生產(chǎn)廠商不會(huì)公開(kāi)元器件內(nèi)部的詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)。

固態(tài)技術(shù)學(xué)會(huì)(JEDEC)是微電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，它對(duì)IC硅芯片的熱特性評(píng)價(jià)的一般辦法是依據(jù)式(1)對(duì)芯片熱阻進(jìn)行定義。根據(jù)硅芯片的結(jié)到封裝外殼的溫差確定結(jié)殼熱阻RJC，一般廠商提供的RJC誤差為±30%。IC器件的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1?！?br>