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射频LDMOS功率器件因其性能、价格等方面的优势,在通讯领域被广泛应用。近年来射频LDMOS器件的输出功率不断增加,其最高功率可达到1千瓦以上,耗散功率也随之增加,芯片内部产生的热量越来越多。热量若不能及时散出,LDMOS芯片温度将会不断升高,器件性能将不断下降,当芯片局部温度达到硅的熔点时,器件将会被烧坏。因此在射频LDMOS功率器件设计中,器件的热设计显得尤为重要,如何快速有效的散热是器件热设计的关键。衡量器件散热性能好坏的一个重要指标是热阻。减小器件热阻是提高器件散热性能的重要方法。本文针对中国科学院微电子所研发的射频LDMOS功率器件,以减小器件热阻为目的,对芯片版图进行了优化,对封装结构的热特性进行了分析。 本文首先使用有限元分析的方法对射频LDMOS芯片的版图进行了优化。重点对样品A的栅指间距做了优化设计,确定栅指间距为76um。在此基础上做了进一步的研究后,提出了一种新的栅指排列方法,该方法采用不均匀的栅指间距进行栅指排列。仿真结果表明,功率密度相同时,不均匀栅指间距的芯片的结温比均匀栅指间距的芯片的结温低,且芯片中间各栅指上的峰值温度基本一致。其次使用热红外成像法对射频LDMOS器件的热特性进行实验和分析。实验结果显示栅指间距从56um增加到76um时结温从72.6℃降低到61.4℃,变化趋势与仿真结果一致。当射频LDMOS器件工作在脉冲条件下时,器件结温随信号脉宽的增加而升高。文章最后使用结构函数理论对器件封装结构进行了分析,提取出了射频LDMOS器件热传导路径上各层材料的热阻,结果显示芯片热阻占器件结到壳热阻的13.6%,焊料层热阻占52.5%,管壳热阻占33.9%。经分析后,提出了减小器件热阻的方法:改进封装工艺。根据提取出的各层材料的热阻和热容建立了热阻网络模型,并使用该模型对器件在脉冲条件下工作时的热特性进行了仿真分析,仿真结果与实测结果一致。