用结构函数法测量GaN HEMT与夹具的界面层热阻

用结构函数法测量GaN HEMT与夹具的界面层热阻

翟玉卫;梁法国;郑世棋;刘岩;吴爱华;乔玉娥;刘霞美

【摘要】In order to accurately measure the thermal interface resistance of GaN HEMT on fixture, cooling curves were measured using an improved IR microscope on two different kinds of thermal interface materials. Structure function method was used to analyze the cooling curves, and the cumulative structure function curves were then obtained which showed

the thermal resistances of layers. Based on the means provided in JESD51-14, the separation points of junction-to-case thermal resistance and

fixture-to-thermal sink were defined. The junction-to-case thermal resistance(Rj-c) is 1.078 K/W and the fixture-to-thermal sink(Rf-s) is 0.404

K/W. Thus, the thermal interface resistance was obtained by subtracting Rj-c and Rf-s from total thermal resistance, the thermal resistance of thermal grease is 0.657 K/W and the thermal resistance of air is 1.105 K/W. By this method, measurement of the thermal interface resistance can be realized.%为准确测量GaN HEMT与夹具界面层的热阻,在两种不同的管壳界面材料条件下,

利用经过改进的显微红外热像仪测量GaN HEMT的降温曲线.采用结构函数算法

对两种降温曲线进行分析,得到反映器件各层材料热阻的积分结构函数曲线.利用JESD51-14中的方法分别确定结壳热阻分离点和夹具到热沉的热阻分离点,得到结壳热阻Rj-c为1.078 K/W,夹具到热沉的热阻Rf-s为0.404 K/W.利用两种条件下的总热阻减去结壳热阻和夹具到热沉的热阻得到管壳界面材料热阻,导热硅脂热阻

为0.657 K/W,空气介质热阻为1.105 K/W.依据该方法可以实现对界面层热阻的测量.

【期刊名称】《中国测试》

【年(卷),期】2018(044)001

【总页数】4页(P31-34)

【关键词】结构函数;GaNHEMT;热阻;界面层;瞬态双界面法

【作者】翟玉卫;梁法国;郑世棋;刘岩;吴爱华;乔玉娥;刘霞美

【作者单位】中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄 050051;中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄 050051;中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄 050051;中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄050051;中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄 050051;中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄 050051;中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄 050051

【正文语种】中文

0 引言

基于GaN材料的高电子迁移率场效应管（high electron mobility transistor，HEMT）已经开始广泛应用于雷达等大功率场合[1-2]。然而，由于GaN HEMT较高的功率密度，可能导致严重的自热效应，准确测量其热阻参数对GaN HEMT有着重要的意义。

GaN HEMT一般由多层材料组成，传统的稳态热阻测试多关注于结壳热阻或结到环境的热阻[3]，不能有效检测各层材料的热阻，而各层材料的热阻对器件的热设计、失效分析非常重要。近年来，能够检测器件不同层材料热阻的结构函数方法在

功率器件、LED等产品的热设计、可靠性分析等方面得到了广泛的应用[4-7]。结构函数法需要首先获取被测器件的降温曲线，根据获取降温曲线的数量的不同可以分为传统单界面法和双界面法[8]，总之，结构函数热阻测量方法可以给出器件纵向不同层材料，如：芯片层、粘接层、管壳层、接触层等各层的热阻特性及其变化[9-10]。

目前，结构函数法测量热阻多数都采用电学敏感参数（TSP）法测量降温曲线。但是，由于GaN器件的肖特基结的非线性变化[11]及GaN HEMT器件的自激导致TSP法应用受到了限制。针对该问题，刘岩[12]、翟玉卫等[13]利用瞬态红外测温装置实现了对双界面条件下降温曲线的测量，进而通过结构函数法分析得到了GaN HEMT的结壳热阻。

另一个与GaN HEMT热阻测试一般都是将被测件固定在测试夹具上进行的，器件和夹具之间的界面层材料多数是导热硅脂或其他导热材料。因此，准确测量界面层材料的热阻能够指导器件使用人员合理地选择界面材料，从而保证器件工作在可靠的结温下。

为了解决上述问题，本文依据瞬态双界面法获取降温曲线，采用改进的显微红外热像仪和结构函数算法实现对器件和夹具的界面热阻的测量。

1 实验详情

1.1 实验方法

实际的半导体器件的热传导都不能满足一维热传导的理想条件，并且由于结构函数计算过程中引入了反卷积算法和滤波算法，导致结构函数曲线无法准确地分辨各层材料的分界点和热阻值[14]，只能进行半定量的观察。为了更加准确地测量结壳热阻，JEDEC在2010年推出JESD51-14 Transient dual interface test method for the measurement of the thermal resistance junction-to-case of semiconductor devices with heat flow through a single path[8]，其中定义了