ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2026. №4

УДК: 621.382.029

исследование НЕОДНОРОДНОСТИ тепловых параметров
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ интегральной МИКРОСХЕМЫ

И.В. Фролов¹, В.А. Сергеев¹, Д.В. Клейменкин², П.С. Будяков³

¹Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН,
432071, Ульяновск, ул. Гончарова, 48/2

²Донской государственный технический университет,
344000, Ростов-на-Дону, площадь Гагарина, 1

³ООО «ИнноЦентр ВАО»,
107564, Москва, ул. Краснобогатырская, д. 2, стр 2

Статья поступила в редакцию 11 марта 2026 г.

Аннотация. Исследованы тепловые характеристики коммерчески доступной высокотемпературной микросхемы AD8229HDZ, представляющей собой высокоточный инструментальный усилитель, работающий в температурном диапазоне от −40°C до +210°C. Для измерения тепловых характеристик в качестве элементов-источников тепла использовались встроенные защитные диоды, включенные параллельно каждому выводу микросхемы относительно выводов питания положительной и отрицательной полярности. По результатам измерений модуля теплового импеданса идентифицированы и определены значения четырех компонент теплового сопротивления, соответствующих отдельным слоям конструкции микросхемы: кристаллу, слою припоя, посадочной керамической площадке и корпусу. Определено, что значения теплового сопротивлению слоя кристалл-припой, измеренные по симметрично расположенным защитным диодам, различаются в пределах 3-4 %. По результатам измерения температурных зависимостей теплового сопротивления перехода кристалл-слой припоя в диапазоне температур от 25 °С до 150 °С выявлено различие в крутизне увеличения теплового сопротивления с ростом температуры у симметрично расположенных защитных диодов по инвертирующему и неинвертирующему входам усилителя. Показано, что при температуре корпуса микросхемы, равной 200 °С, разница тепловых сопротивлений достигает 2 К/Вт, что может являться причиной возникновения разбаланса токов в дифференциальном каскаде и появлению дополнительных искажений сигнала.

Ключевые слова: высокотемпературная интегральная микросхема, тепловые характеристики, измерение, оценка неоднородности.

Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-10069, https://rscf.ru/project/23-79-10069/.

Автор для переписки: Фролов Илья Владимирович, info@ulireran.ru

Литература

1. Xiaoyan T. et al. 4H-SiC integrated circuits for high-temperature applications // Journal of Crystal Growth. – 2023. – V. 605. – P. 127060. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2022.127060

2. Pradhan D. K. et al. Materials for high-temperature digital electronics // Nature Reviews Materials. – 2024. – V. 9. – № 11. – P. 790-807. https://doi.org/10.1038/s41578-024-00731-9

3. Xiao Y. et al. Review of high-temperature power electronics converters //IEEE Transactions on Power Electronics. – 2022. – V. 37. – № 12. – P. 14831-14849. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-7135.2023.02.001

4. Lien W. C. et al. 4H-SiC N-channel JFET for operation in high-temperature environments // IEEE Journal of the Electron Devices Society. – 2014. – V. 2. – №. 6. – P. 164-167. https://doi.org/10.1109/JEDS.2014.2355132

5. Grella K. et al. High temperature characterization up to 450 C of MOSFETs and basic circuits realized in a silicon-on-insulator (SOI) CMOS technology // Journal of microelectronics and electronic packaging. – 2013. – V. 10. – №. 2. – P. 67-72. https://doi.org/10.4071/imaps.374

6. AD8229HDZ Datasheet (PDF) – Analog Devices [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/422568/AD/AD8229HDZ.html (дата обращения: 26.02.2026).

7. Передатчик тока, работающий при экстремально высоких температурах [Электронный ресурс]. – http://elcomdesign.ru/uncategorized/peredatchik-toka-rabotayushhij-pri-ekstremalno-vysokih-temperaturah/#respond (дата обращения: 26.02.2026).

8. Чаплыгин Ю. А. и др. Исследование электрических характеристик КМОП-КНИ-структур с проектными нормами 0.5 мкм для высокотемпературной электроники // Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем (МЭС). – 2016. – №. 4. – С. 10-15.

9. Эннс В. И., Кобзев Ю. М. Проектирование аналоговых КМОП-микросхем: краткий справочник разработчика. – Горячая линия-Телеком, 2005.

10. Сергеев В. А., Фролов И. В. Оценка погрешности определения параметров линей-ных тепловых цепей полупроводниковых приборов по частотным зависимостям теплового импеданса // Измерительная техника. – 2016. – №8. – С. 41–45. https://doi.org/10.1007/s11018-016-1056-4

11. Сергеев В. А., Тетенькин Я.Г. Оценка адекватности линейных тепловых моделей цифровых интегральных схем // Известия вузов. Электроника. – 2017. – №4. – С. 350-360. https://doi.org/10.214151/1561-5405-2017-22-4-350-360

12. Smirnov V.I., Sergeev V.A. & Gavrikov A.A. Measurement of the Thermal Impedance of Light-Emitting Diodes and Light-Emitting Diode Matrices. Measurement Techniques. – 2017. – Vol.60. – P.46–51. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1157-8

13. Xu Y., Hopkins D. C. Misconception of thermal spreading angle and misapplication to IGBT power modules // 2014 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition-APEC 2014. – IEEE, 2014. – P. 545-551.https://doi.org/10.1109/APEC.2014.6803362

14. Фролов И.В., Ходаков А.М., Сергеев В.А., Клейменкин Д.В. Моделирование тепловых характеристик высокотемпературных монолитных интегральных схем с неоднородным распределением источников тепловыделения в кристалле. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.4.7

15. Захаров, А.Л.; Асвадурова, Е.И. Расчет тепловых параметров полупроводниковых приборов: метод эквивалентов. – М. : Радио и связь, 1983.

16. Сергеев В. А., Куликов А. А. Искажения тепловой природы в дифференциальных транзисторных каскадах // Вестник Ульяновского государственного технического университета. – 2008. – №. 4 (44). – С. 55-57.

Для цитирования:

Фролов И.В., Сергеев В.А., Клейменкин Д.В., Будяков П.С. Исследование неоднородности тепловых параметров высокотемпературной интегральной микросхемы. // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – № 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.4.5