УДК 621.382.029
РАСЧЕТ И ИЗМЕРЕНИЕ
ТЕПЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ МОНОЛИТНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ СВЧ-УСЛИТЕЛЕЙ В СОСТАВЕ
ВЫХОДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ Х-ДИАПАЗОНА
В. А. Сергеев 1,2, Р. Г Тарасов 3, А. М. Ходаков
1
1 Ульяновский филиал Института
радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наук,
432071, Ульяновск, ул. Гончарова д.48/2
2
Ульяновский государственный технический университет, 432027, Ульяновск, ул. Северный венец, 32
3АО
«НПП «Завод Искра», 432030, Ульяновск, пр-т Нариманова, д. 75
Статья поступила в редакцию 29 августа 2019 г.
Аннотация. Представлены результаты теплового 3D-моделирования
в программной среде Comsol Multiphysics и
расчета температурных полей субмодуля выходного усилителя мощности (ВУМ)
приемо-передающего модуля (ППМ) активной фазированной антенной решетки (АФАР)
Х-диапазона, содержащего две монолитных интегральных схемы GaAs СВЧ-усилителей с тремя каскадами усиления. Расчет распределения
температуры на поверхности МИС и на поверхности монтажной пластины вдоль оси Х,
проходящей по центру третьего каскада усиления МИС, показал, что тепловая
связь между кристаллами МИС в составе ВУМ рассматриваемой конструкции слабая и
для оценки тепловых параметров МИС можно использовать одномерное приближение с
учетом расширения теплового потока. Оценки значений тепловых сопротивлений
слоев конструкции субмодуля в этом приближении показали, что основной вклад
(более 60%) в полное тепловое сопротивление МИС вносит слой материала
контактного соединения (адгезива). Предложен способ определения теплового
сопротивления переход-корпус МИС в составе ВУМ по результатам измерения
температуры МИС при двух уровнях рассеиваемой ВУМ мощности.
Ключевые слова приемо-передающий модуль АФАР, субмодуль выходного усилителя мощности,
GaAs СВЧ-усилитель, монолитные
интегральные схемы, тепловое моделирование, температурные поля, тепловые
параметры, измерение.
Abstract. The results of thermal 3D modeling in the software
Comsol Multiphysics and calculation of temperature fields of the submodule of
the output power amplifier (OPA) of the transmitting-receiving module (TRM) of
the X-band active phased antenna array APAA, which contains two monolithic
integrated circuits of GaAs microwave amplifiers with three amplification
stages, are presented. The calculation of the temperature distribution on the
surface of the MIC and on the surface of the mounting plate along the x-axis
passing through the center of the third stage of the MIC amplification showed
that the thermal connection between the MIC crystals as part of the MIC of the
structure under consideration is weak and one-dimensional approximation can be
used to estimate the thermal parameters of the MIC taking into account the
expansion of the heat flux. Estimates of the thermal resistances of the
submodule construction layers in this approximation have shown that a layer of
contact bond material (adhesive) contributes primarily (more than 60%) to the full
thermal resistances of the MIC. A method is proposed for determining thermal
resistance of a transition-housing of an MIC as part of a OPA based on the
results of measuring temperature of the MIC at two levels of power dissipated
by the OPA.
Keywords: APAA transceiver module, submodule of output power amplifier,
GaAs microwave amplifier, monolithic integrated circuits, thermal modeling,
temperature fields, thermal parameters, measurement.
Для цитирования:
В.
А. Сергеев, Р. Г Тарасов, А. М. Ходаков. Расчет
и измерение тепловых параметров монолитных интегральных схем СВЧ-усилителей в
составе выходных усилителей мощности X-диапазона. Журнал
радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 9. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/sep19/1/text.pdf
DOI
10.30898/1684-1719.2019.9.1