中文引用格式: 張文超,孫嘉慶. 多通道大功率氮化鎵T/R組件模塊散熱技術(shù)研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2025,51(9):84-89.
英文引用格式: Zhang Wenchao,Sun Jiaqing. Research on heat dissipation technology for multi-channel high power GaN T/R module[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(9):84-89.
引言
氮化鎵是一種第三代半導(dǎo)體材料,具有高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高電子遷移率、耐高溫高壓、寬帶隙等特點(diǎn),與砷化鎵、硅等材料相比具有顯著優(yōu)勢(shì)[1],適合應(yīng)用于固態(tài)大功率器件和高頻微波器件,廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電力及移動(dòng)通信領(lǐng)域。各類電子設(shè)備大功率、小型化、高集成的需求,對(duì)氮化鎵器件的功率及高功率密度提出更高要求。2022年,美國(guó)國(guó)防高級(jí)計(jì)劃研究計(jì)劃局提出氮化鎵器件功率密度達(dá)到81 W/mm的指標(biāo),對(duì)氮化鎵器件的熱管理及散熱技術(shù)提出來(lái)巨大挑戰(zhàn)。
如圖1所示,氮化鎵器件的溝道溫度與器件的可靠性指數(shù)相關(guān)[2],15~20℃的溫度升高會(huì)使器件的平均故障時(shí)間降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。超過(guò)50%以上器件的失效原因與溫度相關(guān)[3],因此,采用有效的散熱技術(shù)控制器件的溫度成為必然要求。
圖1 半導(dǎo)體器件可靠性與溫度關(guān)系
氮化鎵T/R組件中通常包含多個(gè)放大器件,其中發(fā)熱量最大的為氮化鎵功放器件,其功率密度可達(dá)81 W/mm,對(duì)應(yīng)的發(fā)熱功率可達(dá)1 400 W/cm2。在陣列電子設(shè)備中,T/R組件對(duì)溫度均勻性的要求也越來(lái)越高,其溫度分布不均會(huì)導(dǎo)致各組件的相位不一致,嚴(yán)重影響系統(tǒng)系統(tǒng)[4]。
T/R組件散熱方案不但需要控制單個(gè)氮化鎵功放芯片的溫度,還需要控制各個(gè)T/R組件的溫度均勻性。
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作者信息:
張文超,孫嘉慶
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