電子器件的可靠性與器件的溫度直接相關

研究表明，電子器件的可靠性與器件的溫度直接相關，以GaN器件為例，器件的溫度每提升20度，器件的平均無故障時間(MTTF)下降一個數(shù)量級。而我們知道，手機的MTTF指標一般為104小時，移動通信基站的MTTF指標一般為106小時。可見，控制器件的溫度，就可以有效保障器件的可靠性。

對于微波/毫米波芯片(MMIC)功放而言，溫度不僅影響功放的可靠性，而且會直接影響功放的電特性。過高的溫度，會使功放性能偏離設計指標，從而影響整個系統(tǒng)的性能。

MMIC功放的溫度取決于功放的直流耗散功率，以及MMIC材料的導熱性能、器件的位置、器件封裝材料以及電路板材料的導熱性能等。熱設計工程師可以根據(jù)器件的直流耗散功率、材料的熱特性以及版圖信息，使用專業(yè)的熱分析軟件進行熱仿真，從而得到整個結構的溫度特性。而功放的直流耗散功率，需要根據(jù)器件的直流偏置特性以及器件的溫度通過電路仿真器得到。這樣一來，想得到功放的真實溫度，就不是通過一次仿真可以得到的了。

可見，這樣的仿真是一個不斷迭代求解的過程。直到達到溫度和直流功耗的平衡，才能正確的得到功放的溫度。如果使用獨立的熱仿真軟件和電路仿真軟件，在迭代的過程中需要人工進行大量的數(shù)據(jù)交換。

集成在ADS軟件設計環(huán)境中的電熱分析工具，通過將器件溫度、熱耦合效應、封裝熱特性以及版圖布局等多種因素綜合考慮，形成獨特的MMIC電熱仿真結果。

與傳統(tǒng)的熱仿真軟件不同，ADS軟件中的電熱仿真器是完全集成在ADS電路設計環(huán)境中的。而傳統(tǒng)的獨立熱仿真軟件，需要導入版圖，需要根據(jù)電路仿真得到的直流耗散功率設置熱源。ADS軟件中的電熱仿真器使用電路仿真器求解得到的直流功耗數(shù)據(jù)以及從版圖獲得的器件位置信息，結合工藝器件庫中提供的材料熱特性參數(shù)，對MMIC進行三維熱分析。熱仿真器將和電路仿真器進行協(xié)同迭代計算，熱仿真器將更新后的溫度數(shù)據(jù)自動傳遞回電路仿真器，再將電路仿真獲得的功率耗散結果反饋回熱仿真器。在經(jīng)過數(shù)個周期的迭代之后，直到熱量分布收斂。由于電路仿真和熱仿真是在同一設計環(huán)境中，無需進行手動數(shù)據(jù)交換，仿真速度快，精度高。

ADS軟件電熱仿真功能，可以讓電路設計工程師快速了解在器件發(fā)熱的情況下，所設計的MMIC芯片電路性能的變化，同時可以得到MMIC芯片任意位置的溫度特性以及芯片的熱形貌圖。

ADS軟件中的電熱仿真器可以配合ADS內(nèi)所有電路的仿真器使用--包括諧波平衡仿真器、瞬態(tài)仿真器及包絡仿真器等。

ADS軟件的電熱仿真器還支持熱布局設計。在進行版圖設計之前，使用熱布局功能，放置發(fā)熱器件的位置，輸入直流耗散功率等參數(shù)，迅速得到整個結構的熱分布特性，對版圖布局進行指導。

電路設計工程師使用ADS軟件電熱仿真功能仿真在發(fā)熱條件下芯片的性能，還可以進一步結合封裝，電路板設計，更準確的了解芯片的工作性能，及時分析芯片設計中潛在的問題。使用電熱分析結果中的熱分布形貌圖，配合工藝和結構工程師改善散熱條件，提升芯片的可靠性。

夏日炎炎，您也去試試在ADS軟件中仿真MMIC功放的溫度吧！