[发明专利]可实时精准监测温度和射频特性的功率器件及其封装方法

说明书

可实时精准监测温度和射频特性的功率器件及其封装方法，本发明要解决现有集成高功率功率器件难以监测温度和射频特性的问题。本发明可实时监测温度和射频特性的功率器件包括至少一个功率晶体管、PAD和温度/射频特性检测部，由单个功率晶体管或多个功率晶体管并联连接形成功率部件，PAD与功率部件间隔设置，温度/射频特性检测部的一端与PAD相连，温度/射频特性检测部的另一端接地或者与功率晶体管的源极相连。本发明从晶圆级分析：用引线将功率三极管的结温传输到芯片外部，即可检测芯片的结温；从封装级分析：在封装散热板上贴装芯片粘接薄膜以及完成薄膜电阻的对外连接，可精准监控封装后功率晶体管的发热情况。

技术领域

本发明涉及晶圆级和封装级可实时监测温度的功率器件及其封装方法。

背景技术

功率器件应用日益广泛，功率等级不断提高，对系统可靠性的要求也越来越高。结温实时监测系统特别是功率器件的运行状态，准确提取结温参数，实施故障诊断和故障预测是提升功率器件应用效率和可靠性的重要手段；同时主动热管理、温度智能控制等也是提高功率器件应用可靠性、降低成本的重要途径。通常，当功率器件的温度上升到高于允许的程度时，温度会通过自行加热(Self-heating)或相互加热(Mutual-heating)而突然升高。在以往功率器件的热仿真过程中，设计人员大多依靠红外热成像系统测试器件结温或依靠器件数据手册，凭经验进行系统设计时留有较大温度余量。但无论是红外热成像结温测试系统还是查询器件数据手册均属于间接方法，其结温预估值与实际结温之间存有较大的数据偏差。为解决该问题，实际工程应用中的冷却系统通常设计得偏大，这增加了系统体积、重量与成本；并且数据偏差造成的冷却系统性能过剩会进一步折损系统的性价比。因此，准确的结温提取无疑将有助于提高系统总体单位功率密度的性价比。然而，如果将功率器件集成到封装中，则通过类似的常规手段难以使用红外图像。特别是，对于集成高功率功率器件的芯片，由于输出电流大而难以在封装级别上精确地测量温度特性。由于高输出电流和温度上升等的原因，在封装级别上难以准确确定其品质是否良好，而在未经验证的情况下，功率器件封装已经被应用于系统中了。结果，不可逆的损坏不仅会施加到功率放大器模块中，而且还会施加到采用该模块的系统中。

此外，在高功率功率器件工作的情况下，由于输出电流大且伴有变化因而难以在晶圆级精确地测量射频特性。由于高输出电流、温度升高以及射频特性测量不准确，在晶圆级以及封装后难以实时准确确定功率器件的品质是否良好，而在未经验证的情况下应用功率器件。因此，不可逆的损坏不仅会施加到功率器件，而且还会施加到采用功率器件的功率放大器模块乃至系统中。

发明内容

本发明是要解决现有集成高功率功率器件难以监测温度和射频特性的问题，而提供一种实时精准可监测温度和射频特性的功率器件及其封装方法。

本发明可实时监测温度和射频特性的功率器件包括至少一个功率晶体管、PAD(对外连接用的管脚)和温度/射频特性检测部，由单个功率晶体管或多个功率晶体管并联连接形成功率部件，PAD与功率部件间隔设置，温度/射频特性检测部的一端与PAD相连，温度/射频特性检测部的另一端接地或者与(邻近的)功率晶体管的源极相连。

本发明功率晶体管和温度/射频特性检测部之间的间隔距离可是用于防止所述单个功率晶体管的布局设计规则短路的范围的最小值。

本发明可实时监测温度的功率器件的封装方法按照以下步骤实现：

在封装散热板上贴有芯片粘接薄膜，集成功率器件的芯片贴装在芯片粘接薄膜上，在封装散热板上还设置有至少一个温度监测模块，温度监测模块与芯片粘接薄膜间隔设置。