基于PHEMT的放大器芯片及其热沉的热仿真等效模型制造技术

本发明专利技术公开了一种基于PHEMT的放大器芯片及其热沉的热仿真等效模型。该模型包括放大器芯片的等效模型及其热沉的等效模型。放大器芯片的等效模型包括等效的PHEMT管芯、等效版图、芯片基板、金属过孔、背金。热沉的等效模型包括金锡焊料、垫盘纯铜、底板氧化钡。其中等效PHEMT管芯主要根据每个晶体管的结构与热分布特性将其等效为与晶体管的栅极尺寸相同的T型栅、T型栅下方的热源以及与整级的栅指尺寸相同的金块。本发明专利技术实现了在整个通用热分析软件中准确模拟基于PHEMT的放大器芯片的管芯热特性，可以为整个芯片的电路设计和热设计提供快捷有效的参考数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于PHEMT 的放大器芯片及其热沉的热仿真等效模型，特别适用于放大器芯片的热特性的研究。
技术介绍
基于砷化镓或者氮化镓赝配高电子迁移率晶体管技术的放大器芯片在现代雷达与通讯领域发挥着重要的作用。随着功耗的不断增加与芯片尺寸的不断减小，过高的管芯沟道温度会直接影响芯片及器件的可靠性及性能，因此放大器芯片设计过程中的热设计以及对放大器芯片管芯温度的准确探测是工程应用领域极其重要的一部分。目前放大器芯片沟道温度的直接测量方法是红外热成像技术。红外测量技术成本高且耗费时间，且其无法在芯片的设计阶段提供准确的管芯沟道温度，为芯片的设计提供热参考数据。常用的仿真只针对单个管芯的热特性，没有考虑芯片版图、过孔以及整个芯片结构布局对管芯的影响。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术涉及一种基于PHEMT 的放大器芯片及其热沉的热仿真等效模型，本专利技术可以在芯片设计阶段，在考虑芯片版图及过孔等的影响的基础上，准确仿真芯片管芯的热特性，达到节约成本与时间，提高设计的效率。一种基于PHEMT 的放大器芯片及其热沉的热仿真等效模型，包括放大器芯片等效模型与热沉等效模型；放大器芯片等效模型包括有源区及金属互连层、芯片基板、金属过孔、背金，其中有源区及金属互连层包括等效PHEMT管芯和等效版图，等效版图分布于等效PHEMT管芯的周围，有源区及金属互连层分布在芯片基板上表面，金属过孔内置于芯片基板中，背金紧贴芯片基板的下表面；热沉等效模型固定在放大器芯片等效模型和恒温工作面之间，在放大器芯片等效模型中，等效PHEMT管芯主要根据每个晶体管的结构与热分布特性将其等效为与晶体管的栅极尺寸相同的T型栅极、T型栅下方的热源以及与整级的栅指尺寸相同的金块，热源的宽度与T型栅极的栅宽相同，长度与T型栅极的栅长相同，厚度为T型栅极的下表面距离芯片基板中的二维电子层的距离；等效PHEMT管芯中所有的材料都为金。所述的热沉等效模型包括依次相连的第一金锡焊料、纯铜垫盘、第二金锡焊料、氧化钡底板、第三金锡焊料，第三金锡焊料固定于恒温工作面之上，上述的第一金锡焊料、第二金锡焊料、第三金锡焊料的形状都为锲形结构。所述的等效版图在放大器芯片实际版图的基础上，略去其对热分布影响小于百分之五的细节，从而等效为与实际版图具有相同拓扑结构的金属层，厚度为放大器芯片实际版图的厚度。所述的芯片基板为砷化镓、氮化镓、碳化硅基板或磷化铟基板。所述的每个等效PHEMT管芯的功耗是根据芯片中各级晶体管各管芯的栅长进行比例分配。本专利技术的有益效果在于：第一、整个仿真过程在芯片流片之前，为芯片的设计提供热特性参考，可以节约成本与时间，提高芯片设计的效率。第二、整个建模过程简单方便，可以适用于多款仿真软件。第三、等效的模型能够准确模拟放大器芯片的热特性，从而由管芯的阈值温度精确地估算出放大器芯片的阈值功率，结果准确可靠，节约成本，经济实用。附图说明图1 是一种基于PHEMT 的放大器芯片及其热沉的热仿真等效模型；图2 是管芯的等效原理图；图3 是实施例1 的有源区及金属互连层的示意图；图4 是实施例2 的有源区及金属互连层的示意图；附图标记说明：1、放大器芯片等效模型；2、热沉等效模型；3、有源区及金属互连层；4、芯片基板；5、金属过孔；6、背金；7、等效PHEMT管芯；8、等效版图；9、T型栅极；10、热源；11、金块；121、第一金锡焊料；122、第二金锡焊料；123、第三金锡焊料；13、纯铜垫盘；14、氧化钡底板；15、恒温工作面。具体实施方式下面结合实施例及附图对专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1    如图1所示，本实施例是一个0.1瓦K波段的三级功放芯片，它包括放大器芯片等效模型1与热沉等效模型2。其中放大器芯片等效模型包括有源区及金属互连层3、芯片基板4、金属过孔5、背金6。有源区及金属互连层3包括等效PHEMT管芯7和等效版图8，等效版图8分布于等效PHEMT管芯7的周围，有源区及金属互连层3分布在芯片基板4上表面，金属过孔5内置于芯片基板4中，背金6紧贴芯片基板4的下表面，等效热沉3固定在放大器芯片2和恒温工作面15（此例为70摄氏度）之间。如图2所示，在放大器芯片等效模型中，等效PHEMT管芯7主要根据每个晶体管的结构与热分布特性将其等效为与晶体管的栅极尺寸相同的T型栅极9，T型栅下方的热源10以及与整级的栅指尺寸相同的金块11。热源10的宽度与T型栅极9的栅宽相同，长度与T型栅极9的栅长相同，厚度为T型栅极9的下表面距离芯片基板4中的二维电子层的距离。等效PHEMT管芯7中所有的材料都为金。等效后的PHEMT管芯的热分布与实际的晶体管的热分布相同。其中每个等效PHEMT管芯9的功耗是根据每颗芯片中各级晶体管中各管芯的栅长进行比例分配。如图1所示，热沉的等效模型3包括金锡焊料12、纯铜垫盘13、氧化钡底板14。其中放大器芯片的等效模型2通过第一金锡焊料121安置在纯铜垫盘13上，然后通过第二金锡焊料122贴在氧化钡底板14上，最后利用第三金锡焊料123固定于恒温工作面15之间。上述的金锡焊料的形状都成锲形结构。如图3所示，等效版图8在放大器芯片实际版图的基础上，略去其对热分布影响小于百分之五的细节，从而等效为与实际版图具有相同拓扑结构的金属层，厚度为放大器芯片版图的实际厚度。如图1所示，芯片基板4可以为砷化镓、氮化镓、或者硅基板。根据ANSYS ICEPAK 对0.1瓦K波段的三阶功放芯片的仿真结果图得知，其温度最高处位于第三级管芯处，因为第三级每根管芯的功耗最大。其最高温度为96.5℃。通过红外热成像技术的实测温度为97.86℃，仿真与实测的误差为1.4％，远小于传统仿真的误差10％。实施例2    如图1所示，本实施例是一个0.5瓦Ka波段的三级驱放芯片，它包括放大器芯片等效模型1与热沉等效模型2。其中放大器芯片的等效模型包括有源区及金属互连层3、芯片基板4、金属过孔5、背金6。有源区及金属互连层3包括等效PHEMT管芯7和等效版图8，等效版图8分布于等效PHEMT管芯7的周围，有源区及金属互连层3分布在芯片基板4上表面，金属过孔5内置于芯片基板4中，背金6紧贴芯片基板4的下表面，等效热沉3固定在放大器芯片2和恒温工作面15（此例为70摄氏度）之间。如图2所示，在放大器芯片等效模型中，等效PHEMT管芯7主要根据每个晶体管的结构与热分布特性将其等效为与晶体管的栅极尺寸相同的T型栅极9，T型栅下方的热源10以及与整级的栅指尺寸相同的金块11。热源10的宽度与T型栅极9的栅宽相同，长度与T型栅极9的栅长相同，厚度为T型栅极9的下表面距离芯片基板4中的二维电子层的距离。等效PHEMT管芯7中所有的材料都为金。等效后的PHEMT管芯的热分布与实际的晶体管的热分布相同。其中每个等效PHEMT管芯9的功耗是根据每颗芯片中各级晶体管中各管芯的栅长进行比例分配。如图1所示，热沉的等效模型3同实施例1。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PHEMT 的放大器芯片及其热沉的热仿真等效模型，其特征在于，它包括放大器芯片等效模型（1）与热沉等效模型（2）；放大器芯片等效模型（1）包括有源区及金属互连层（3）、芯片基板（4）、金属过孔（5）、背金（6），其中有源区及金属互连层（3）包括等效PHEMT管芯（7）和等效版图（8），等效版图（8）分布于等效PHEMT管芯（7）的周围，有源区及金属互连层（3）分布在芯片基板（4）上表面，金属过孔（5）内置于芯片基板（4）中，背金（6）紧贴芯片基板（4）的下表面；热沉等效模型（2）固定在放大器芯片等效模型（1）和恒温工作面（15）之间，在放大器芯片等效模型中，等效PHEMT管芯（7）主要根据每个晶体管的结构与热分布特性将其等效为与晶体管的栅极尺寸相同的T型栅极（9）、T型栅下方的热源（10）以及与整级的栅指尺寸相同的金块（11），热源（10）的宽度与T型栅极（9）的栅宽相同，长度与T型栅极（9）的栅长相同，厚度为T型栅极（9）的下表面距离芯片基板（4）中的二维电子层的距离；等效PHEMT管芯（7）中所有的材料都为金。

【技术特征摘要】
1.一种基于PHEMT 的放大器芯片及其热沉的热仿真等效模型，其特征在于，它包括放大器芯片等效模型（1）与热沉等效模型（2）；放大器芯片等效模型（1）包括有源区及金属互连层（3）、芯片基板（4）、金属过孔（5）、背金（6），其中有源区及金属互连层（3）包括等效PHEMT管芯（7）和等效版图（8），等效版图（8）分布于等效PHEMT管芯（7）的周围，有源区及金属互连层（3）分布在芯片基板（4）上表面，金属过孔（5）内置于芯片基板（4）中，背金（6）紧贴芯片基板（4）的下表面；热沉等效模型（2）固定在放大器芯片等效模型（1）和恒温工作面（15）之间，在放大器芯片等效模型中，等效PHEMT管芯（7）主要根据每个晶体管的结构与热分布特性将其等效为与晶体管的栅极尺寸相同的T型栅极（9）、T型栅下方的热源（10）以及与整级的栅指尺寸相同的金块（11），热源（10）的宽度与T型栅极（9）的栅宽相同，长度与T型栅极（9）的栅长相同，厚度为T型栅极（9）的下表面距离芯片基板（4）中的二维电子层的距离；等效PHEMT管芯（7）中所有的材料都为金。
2.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐秀琴，王志宇，尚永衡，郭丽丽，汪洋，郁发新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33