1. 研究目的与意义
无线通信在现代社会中起着越来越重要的作用，这对于移动通信，卫星导航，雷达和物联网（物联网）等军事和民用领域来说是不可或缺的。功率放大器（pa）是无线通信的关键部分。 gaas hbt（异质结双极晶体管）是微波pa中最流行的技术之一，因为它具有高功率密度，低相位噪声，高线性度和成本优势。随着城市环境的复杂性增加，并且对无线信号的传输产生不利影响，现代无线通信系统要求它们的pa提供更高的功率输出而不牺牲线性度和效率。对于功率单元，由于其低的基板导热性，高功率输出使晶体管的热效应增强了高温有源器件的形成。在这种状态下，晶体管遭受诸如线性度和效率恶化的性能下降，并且可能在较高温度下进一步受到可靠性问题的困扰。现代通讯要求微波功率放大器能够提供大功率输出，并同时具有良好的线性与效率。然而对于功率管，由于其衬底散热系数低，大功率的输出使得晶体管的热效应增强，形成高温有源器件，此时晶体管的性能发生退化，线性度与效率恶化，甚至在更高温条件下，其可靠性都会受到影响，因此，为得到高性能的功率放大器，应解决热效应的瓶颈效应。
对这种热设计挑战的常见的最先进的解决方案包括改善散热环境，降低热源的温度并采用新颖的功率器件或电路结构。在布局设计中，通过改变手指的间距或长度可以实现冷却环境的优化，以获得功率单元的均匀温度分布。在电路设计中，热补偿电路或镇流电阻可用于减轻热记忆效应。新型结构，这种倒装芯片封装和集电极晶体管也被用来改善散热。在传统的pa电路设计中，功率单元通常由普通的并联多指晶体管组成。大部分热量从发射体金属中消散。在hbt pa的正常工作期间，器件的基极 - 集电极结产生最陡的电场和最高的电流密度，从而成为电路中最热的部分，最需要冷却。
与现有的解决方案不同，本文将介绍一种新型的hbt集电极金属散热结构，以改善直接在传统gaas hbt pa设计的功率单元处的散热。新的结构通过集电器金属为热源增加了一个很短的散热路径。并与下层金属形成网状结构减小寄生电容，下层金属与器件背面通过金属背孔相连，将热量尽快散入外界冷却装置。因为金属的热扩散系数比较高，增加集电极金属可以更好的改善散热效果。引入集电极金属提供到地散热最短路径，通过增加此条散热路径，降低改善功率单元的温度，从而得到高效率、高线性度的放大器。加入集电极金属之后，集电极金属与发射极金属之间产生了电感与电容，需要尽可能减小他们之间的电容。因此需要同时采用网状正交排列的金属条结构，使两者的重叠面积最小，在优化散热路径的目标下最大程度减小集电极金属与发射极金属之间耦合的寄生电容，保证了放大器的高性能输出。拟将对散热机构的高频性能进行研究，借助于仿真
2. 研究内容和预期目标
功放中通常采用发射极金属进行散热，而通过增加集电极金属可以更好的改善散热效果。但是集电极金属与发射极金属产生耦合电容，这不利于设计高频的功率放大器。为能将此结构应用于设计优良性能的微波功放，对其寄生参数进行研究。本课题将对散热机构的高频性能进行研究，借助于仿真软件，以寄生电容为研究对象进行常用频段的参数仿真，以得到性能优异的集电极金属散热结构。
拟将设计一种新型的金属散热结构，用于优化基于gaas hbt工艺的微波功率放大器的热分布。引入集电极金属以提供从芯片的功率单元到地的新的散热路径。同时，采用网状正交排列的金属条结构，使两者的重叠面积最小，在优化散热路径的目标下最大程度减小耦合的寄生电容，保证了放大器的高性能输出。通过增加该冷却路径，当电路正常工作时，最高温度将有效降低，得到性能优异的集电极金属散热结构。
3. 研究的方法与步骤
研究方法：
（1）因为金属的热扩散系数比较高，拟增加集电极金属可以更好的改善散热效果。
（2）引入集电极金属提供到地散热最短路径，通过增加此条散热路径，降低改善功率单元的温度，从而得到高效率、高线性度的放大器。 同时，拟采用网状正交排列的金属条结构，使两者的重叠面积最小，在优化散热路径的目标下最大程度减小耦合的寄生电容，保证了放大器的高性能输出。
4. 参考文献
[1] 周静雷，王源. comsol multiphysics在微型扬声器热效应分析中的应用[j]. 电子测量技术，2016, 39（2）：29-32.
[2] 吴杰. gan hemt器件自热效应研究及其优化[d]. 电子科技大学，2014.
[3] 田婷，孙晓红，一种采用热分流技术的30w大功率输出的北斗功放模组，第八届中国微纳电子技术交流与学术研讨会[c]，2015.8.1-2015.8.3.
5. 计划与进度安排
(1)2022.2.20-2022.2.26图书馆查阅资料；
(2)2022.2.27-2022.3.5网上查阅资料；
(3)2022.3.6-2022.3.12 完成开题报告；
