[发明专利]一种芯片级GaAs功率器件、微波单片电路表面温度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaAs微波高功率晶体管、高功率放大器(HPA)、微波单片集成电路(MMIC)设计领域，具体涉及pHEMT、HBT功率放大器的热引起的器件功率降低甚至烧毁的方法。

背景技术

GaAs器件具有高电子迁移率，因此具有很好的高频、低噪声、高增益特性。砷化镓基微波单片集成电路(GaAs MMIC)，是在半绝缘的砷化镓衬底上通过一系列诸如蒸发、外延生长和腐蚀等半导体工艺制备出无源和有源器件，并连接起来构成应用于微波、毫米波频段的功能电路。

而GaAs微波功率放大器(PA)是目前应用最广的单片集成电路之一，已经成为军用、民用通信领域的关键组件之一。

但是GaAs的导热性较差，因此功率性器件的产生热效应是其最大的问题。随着输入功率的增大,晶体管工作在大功率时会产生严重的热失控,造成增益、功率降低，特别是HBT器件具有明显的增益坍塌现象，HEMT高功率晶体管采用的多管芯并联的方式提高功率更会引起强烈的热积累，长久的热积累，甚至会引起器件的烧毁。如果器件工作在高空甚至外太空环境，器件烧毁的打击是毁灭性的。

为解决以上热问题,传统常用的方法是电路设计时在每个HBT的基极或发射极串联一个镇流电阻器，或者使用功率回退的方法；在制造工艺层面的热处理方法包括减薄衬底、覆晶凸块技术、增加背孔等。但是，镇流电阻虽然能降低功率放大器(PA)等器件电路的热效应，却明显降低了器件的增益功率特性，并且只能吸收一部分热，对于长期的热积累问题贡献不大；功率回退的方法更是降低了器件使用价值，增加体积、成本；工艺上减薄等热处理方法；在热监测方面，在微波领域使用电学法测量结温，即通过结温的实验测试确定结温-电流参数，从而检测漏极电流来推测确定结温，但是这种方法只能在器件应用之前的可靠性实验使用，不能解决在具体应用过程中热问题；这些方法都不能很好的控制热损毁问题。

发明专利《一种GaAs功率器件、微波单片电路的片上Pt薄膜热敏电阻的制备工艺》，专利号201410535499.6，解决了热敏电阻与GaAs微波器件、电路工艺融合问题，本发明基于此提出一种检测、热烧毁控制电路与方法，以解决GaAs微波高功率晶体管、高功率放大器(HPA)、微波单片集成电路热损毁问题的方法，可以有效防止器件的热积累引起的器件损毁现象，提高可靠性。

发明内容

本发明提出了一种利用片上热敏电阻而设计的专有GaAs微波高功率晶体管、高功率放大器(HPA)、微波单片集成电路结温检测、热烧毁控制电路与方法。

一种芯片级GaAs功率器件、微波单片电路表面温度检测方法，该方法包括下述流程步骤，

S1利用片内集成的负温度系数的Pt热敏电阻NTC检测管芯温度或结温，将片外可调精密电阻阻值调至NTC参考值，通过检测温度检测点处电压，从而计算出管芯温度；

S2通过调节片外可调精密电阻，使温度检测点处电压在极限工作温度时电压满足温度控制模块条件，开启温度控制模块；可调精密电阻Rt使温度控制灵活性更大，以实现较大的温度控制范围。

S3温度控制模块通过检测温度检测点处电压，若满足控制条件，则通过降低偏置模块偏置电流，从而使得管芯偏置点降低，进而使芯片工作于低功率状态，从而使得芯片功率管芯不至于过热、或长时间的热积累而烧毁。

所述NTC为片内集成的负温度系数的Pt热敏电阻，所述管芯温度为HBT发射极温度，片外可调精密电阻为可调精密电阻Rt，检测温度检测点电压为芯片拐脚Vth处电压；

温度控制模块采用外部散热的方式控制功率器件温度；

温度控制模块在MMIC里设计开关(Switch)器件，温度达到设置条件时使用开关(Switch)自动切换功率器件，从而在控制温度的同时，也可以实现芯片始终工作在最佳状态。

本发明示出了几种方案，但不限于这几种电路形式，所有在本发明原理内的电路形式都应包含在内。

附图说明

图1为以GaAs HBT为例的，含温度检测、热烧毁控制的功率放大器(HPA)原理框图；

图2为以GaAs HBT为例的，含温度检测、热烧毁控制的功率放大器(HPA)电路原理图示例

图3为以GaAs HBT为例的使用开关(Switch)自动切换功率器件从而实现温度控制的原理图示例。