您的工作是否涉及有源/無源微電子電路和設計?如果涉及，您可能非常了解高溫會對這些器件產生哪些不利影響。高工作溫度會導致性能下降，服務壽命縮短。因此，工程師應始終考慮熱因素的影響，以消除器件設計中的潛在問題。

在人們眼中，氮化鎵 (GaN) 仍然是一種相對較新的半導體技術。因為性能出色，它被越來越多地用于以前主要采用傳統技術的市場領域。GaN 超越現有技術的一個領域是熱管理。簡而言之，GaN 比其他半導體技術“更能散熱”。

這篇博客文章和視頻名為“了解 GaN 熱分析”，就如何采用 GaN 實現合理的熱設計提供一些實用技巧。

如何確定 GaN 的可靠性

對于半導體的可靠性，部分是通過估算器件的最高信道溫度 (TCH,MAX)，進而估算器件的生命周期來確定的。這些數值是通過測量熱阻、功耗和熱傳遞，并據此建模來獲取的。

您將會了解：

GaN 的可靠性和熱阻

計算器件的功耗

估算器件的信道溫度和使用壽命

紅外 (IR) 顯微鏡使用廣泛，通過尋找半導體器件中的熱點來確定故障位置。但是，空間分辨率限制、反射面成像困難和芯片的表面結構(空氣橋)限制了紅外成像在測量 GaN 信道溫度時的作用。此外，即使通過紅外測試獲得了完全準確的數值，但實際的最高信道溫度實際上是器件柵級下方某個位置的值。

盡管使用紅外技術存在局限性，它仍然是測量器件溫度的常用技術。Qorvo 除了紅外成像外，還采取了幾個額外的步驟來準確確定 GaN TCH,MAX。我們將 3D 熱模型(也稱為有限元分析 (FEA))技術與顯微拉曼熱成像技術結合起來使用，然后將得出的結果與 RF 測試和紅外成像結果比較。采用這個組合數據集，我們為封裝器件開發了一個 FEA 模型，以提供準確的 TCH,MAX 值。

確定器件的最大 TCH 和 FEA 可靠性估值的兩個主要步驟

(1) 找到器件的紅外表面 TCH

首先，必須確定器件的基本溫度。

無論該器件是裸片形式或封裝形式，基本溫度的測量方式都相同，一般是使用熱電偶測量。

一旦基本溫度確定，下一步就是計算功耗。

使用 Qorvo 的在線 PAE/Pdiss/Tj 計算器，幫助確定您的器件功耗。

您也可以使用這個計算器來確定最高信道溫度。

(2) 確定 FEA 器件的平均無故障時間

如之前所述，GaN 器件的實際最大 TCH 通常是器件柵級下方表面下的溫度，具體請參見 GaN 器件信道溫度、熱阻和可靠性估值。

在已知紅外表面溫度值的情況下，您可以使用 FEA 模型溫度估值與紅外估值圖表(如下所示)來確定 FEA 模型的 TCH 和 GaN 器件生命周期估值。

然后使用 FEA 模型的 TCH 值和 Qorvo GaN 器件的可靠性圖表來確定生命周期預測。

我們建議您觀看視頻教程短片“了解 GaN 熱分析”，查看應用筆記 GaN 器件信道溫度、熱阻和可靠性估值，以便更詳細地了解這個主題。

審核編輯：湯梓紅