這篇文章闡述了一種被飛思卡爾使用的高功率射頻功放的熱測量方法。半導體器件的可靠性和器件的使用溫度有很大的關系，因此，建立使用了高功率器件的系統的可靠性模型，這些高功率器件的精確的溫度特性非常關鍵。

芯片表面溫度測量

在放大器操作的過程中，紅外顯微被用于探測芯片表面溫度。因為紅外溫度測量方法需要直接看到芯片，芯片的陶瓷保護層就被去掉了取而代之的是一個改造后的保護層，這個保護層有個窗口以便于看到芯片。遇到塑料封裝的情況，塑封的中間部分被腐蝕掉，直到芯片表面被有效的露出來。因為芯片和散熱器之間的熱流動取決于熱傳遞，由因為去掉芯片表面的保護層或混合物塑封帶來的測量誤差可以忽略不計。暴露的芯片被包裹了一層高輻射系數的涂層（見附錄）以獲得固定的輻射系數，以進行紅外熱測量。這個涂層大大提高了紅外測量的精確度，因為它使紅外顯微鏡的輻射系數校準過程變得沒有必要。這種被紅外顯微鏡制造商推薦的輻射系數校準過程在補償硅的半透明特性帶來的誤差方面是無效的[1]。在紅外顯微過程中，測量場中的最高芯片表面溫度（“熱點”）可以被定位。熱點溫度被作為芯片溫度（TJ），用于熱阻抗方面。熱阻抗的計算方法后面有描述。

外殼溫度（TC）測量

封裝的外殼溫度（TC）由一個直徑0.020英寸的不銹鋼外殼的熱電偶（型號J；歐米茄號：JMQSS-020G-12）測量，這個熱電偶安裝在射頻電路的散熱器里。它被安裝在底部，延伸過封裝面，接觸到封裝的下表面（如圖1）。散熱器上有一個直徑0.032的孔，貫穿散熱器，以容納熱電偶的包裝。這個小孔對界面的完整性和熱流路徑的干擾最小。選擇的熱電偶不僅具有良好的熱敏性，同時具有優良的可靠性。熱電偶上有彈簧裝置以保證和封裝底面恒定的機械接觸。熱電偶的中心位置與封裝里的最活躍的晶體管的中心的位置有關。

圖1 殼體溫度測量

圖2 熱電偶的位置

圖3 散熱器溫度測量

散熱器溫度（TH）測量

在電路的散熱器中的直接位于大功率射頻器件貼裝位置下方的散熱器溫度（TH）必須在特定的環境下測量。在這種情況下，用來按照熱電偶的直徑0.032英寸的孔鉆到離電路所在的散熱器的那一面0.010英寸的地方。這種散熱器溫度測量方法在以下情況下特別有用：

大功率射頻器件被焊接在有彈簧的熱電偶不能被使用的地方；

用包括了各種界面材料的熱電阻測量，例如熱油脂或者熱墊片，以決定熱阻抗層疊的表現。

熱測量的順序

在把每個金屬-陶瓷鉚接元件安裝到射頻檢測夾具之前，應該用一個輥子涂一層散熱膏（道康寧340散熱復合材料）到法蘭盤的底面。一個杜邦聚甲奎樹脂夾被用來施加向下的力，這些力被施加在兩耳上和引腳上，如圖4所示。這個把元件鎖緊在散熱器上的夾子使用了兩個#4-40不銹鋼組合螺釘，每個都使用5磅-英寸的力矩擰緊。
對于鉚接的塑封器件，除去器件中部的封裝化合物會抵消一部分器件的機械應力，這相應的影響器件的平整度，導致封裝和散熱器之間的溫度接觸變差。為了矯正者一點，一種在室溫下為液態的連接材料（英達洛依焊料-51，銦泰公司）被用來代替散熱膏作為界面材料。

圖4 金屬陶瓷器件夾緊方案的爆炸圖

到了這個階段，射頻電路被保證能夠被液態加熱和冷卻。這個階段的溫度被調整了，以便于元件的期望的外殼溫度（通常在70℃到90℃之間）能夠在功率測量期間被采集。當測量電路中的器件是能夠得到保證的，紅外掃描就開始了，預期的射頻信號和功率就被施加了。一旦這個器件的期望的殼體溫度到了并且處于穩定狀態，紅外掃描圖像伴和相應的電參數就會被采集。這個數據被記錄下來，相應的溫度阻抗就可以計算出來。

溫度阻抗，θJC，計算

在一個選定的射頻測試條件下的多芯片射頻功放三極管產品和多級射頻集成電路的決定結到外殼熱阻的方法被敘述。對于一個在特定射頻測試條件下的多芯射頻功放產品，結到外殼的熱阻有單一的報告值。對于多級射頻集成電路產品，每一級的結到殼的熱阻（θJC-stage）都會給出報告。