moitvivt Моделирование, оптимизация и информационные технологии Modeling, Optimization and Information Technology 2310-6018 Издательство 10.26102/2310-6018/2026.56.5.016 2314 Исследование тепловых режимов усилителя мощности СВЧ диапазона в SMD-исполнении Investigation of thermal modes of a microwave power amplifier in the SMD version 0000-0003-1943-6819 Увайсов Сайгид Увайсович Uvaysov Saygid Uvaysovich uvajsov@mirea.ru aff-1 0009-0007-2833-6277 Шеденко Владимир Вячеславович Shedenko Vladimir Vyacheslavovich shedenkoVV@mail.ru aff-2 0000-0001-9827-1690 Иванов Вячеслав Сергеевич Ivanov Vyacheslav Sergeevich ivanov_vs@mirea.ru aff-3 МИРЭА - Российский технологический университет MIREA – Russian Technological University МИРЭА - Российский технологический университет MIREA – Russian Technological University МИРЭА - Российский технологический университет MIREA – Russian Technological University 01 01 2026 1 1 10.26102/2310-6018/2026.56.5.016 Copyright © Авторы, 2026 2026 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

В статье приведены результаты численного исследования тепловых режимов усилителя мощности СВЧ, выполненного в SMD-корпусе, направленного на оценку влияния конструктивных параметров корпуса на эффективность теплоотвода и максимальную температуру активной области кристалла. Актуальность исследования обусловлена ростом плотности рассеиваемой мощности в радиоэлектронных устройствах СВЧ диапазона, что приводит к увеличению тепловых нагрузок на полупроводниковые приборы и их корпуса. В условиях ограниченных возможностей теплоотвода стандартные конструкции корпусов типа QFN не всегда обеспечивают требуемый тепловой режим, что снижает надежность и стабильность работы усилителей мощности. Целью работы является исследование влияния конфигурации SMD-корпуса на тепловой режим усилителя мощности СВЧ диапазона и выявление конструктивных решений, обеспечивающих снижение максимальной температуры активной области кристалла при заданной рассеиваемой мощности. В работе выполнено численное исследование тепловых режимов усилителя мощности СВЧ при различных конфигурациях SMD-корпуса. На основе стационарной модели теплопереноса с использованием индуцированной модели тепловыделения получены температурные поля для ряда конструктивных вариантов корпуса. Установлены количественные зависимости между параметрами конфигурации корпуса и максимальной температурой кристалла, а также показано, что применение системы тепловых переходных отверстий и размещение металлического основания корпуса в вырезе печатной платы позволяет существенно снизить тепловое сопротивление теплового тракта. Полученные результаты позволяют обоснованно выбирать конфигурацию SMD-корпуса усилителей мощности СВЧ под область активного тепловыделения конкретного кристалла с целью снижения максимальной рабочей температуры кристалла без изменения типа корпуса и технологии монтажа. Представленные результаты могут быть использованы на ранних этапах проектирования полупроводниковых приборов для сокращения числа численных и натурных экспериментов и повышения надежности СВЧ-устройств.

The article presents the results of a numerical study of the thermal regimes of a microwave power amplifier housed in an SMD package, aimed at assessing the influence of the package design parameters on heat sink efficiency and the maximum temperature of the active region of the die. The relevance of the study is due to the increasing power dissipation density in microwave electronic devices, which leads to higher thermal loads on semiconductor devices and their packages. Given the limited heat dissipation capabilities, standard QFN package designs do not always provide the required thermal regime, reducing the reliability and stability of power amplifiers. The aim of this work is to investigate the effect of the SMD package configuration on the thermal regime of a microwave power amplifier and to identify design solutions that reduce the maximum temperature of the active region of the die at a given dissipated power. A numerical study of the thermal regimes of a microwave power amplifier was performed for various SMD package configurations. Based on a steady-state heat transfer model using a specified heat dissipation model, temperature fields were obtained for several structural package variants. Quantitative relationships between package configuration parameters and the maximum die temperature are established. It is also shown that the use of thermal vias and placing the metal base of the package in a cutout of the printed circuit board can significantly reduce the thermal resistance of the heat conduction path. The obtained results enable a well-reasoned choice of the SMD package configuration for microwave power amplifiers based on the active heat dissipation area of a specific die, in order to lower the maximum operating temperature without changing the package type or mounting technology. The presented results can be used in the early stages of semiconductor device design to reduce the number of numerical and field experiments and to improve the reliability of microwave devices.

 усилитель мощности СВЧ тепловой режим SMD-корпус тепловое моделирование теплоперенос тепловые переходные отверстия корпус QFN microwave power amplifier thermal regime SMD package thermal modeling heat transfer thermal vias QFN package Исследование выполнено без спонсорской поддержки. The study was performed without external funding. References Qin Y., Albano B., Spencer J., et al. Thermal management and packaging of wide and ultra-wide bandgap power devices: a review and perspective. Journal of Physics D: Applied Physics. 2023;56(9). https://doi.org/10.1088/1361-6463/acb4ff Rao X., Huang K., Wu Y.-P., Zhang H., Xiao Ch. Analysis of ballistic thermal resistance in FinFETs considering Joule heating effects. Micro and Nanostructures. 2025;201. https://doi.org/10.1016/j.micrna.2025.208113 Belguith M., Eloued S., Kadi M., Slama J.B.H., Hamouda M. A review of thermal management techniques adopted for high-power-density GaN-based converters. Chips. 2026;5(1). https://doi.org/10.3390/chips5010004 Yuan Z., Ding D., Zhang W. Effect of thermal via design on heat dissipation of high-lead QFN packages mounted on PCB. Applied Sciences. 2023;13(23). https://doi.org/10.3390/app132312653 Hollstein K., Yang X., Weide-Zaage K. Thermal analysis of the design parameters of a QFN package soldered on a PCB using a simulation approach. Microelectronics Reliability. 2021;120. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2021.114118 Paret P., Moreno G., Kekelia B., et al. Thermal and thermomechanical modeling to design a gallium oxide power electronics package. In: 2018 IEEE 6th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications (WiPDA), 31 October – 02 November 2018, Atlanta, USA. IEEE; 2018. P. 287–294. https://doi.org/10.1109/WiPDA.2018.8569139 Bill C.J., Hu B., Lin M., et al. Advanced QFN packaging for low cost and solution. In: 2010 11th International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging, 16–19 August 2010, Xi'an, China. IEEE; 2010. P. 45–49. https://doi.org/10.1109/ICEPT.2010.5582373 Peng Y. Research of thermal analysis collaboratively using ANSYS Workbench and SolidWorks Simulation. Applied Mechanics and Materials. 2012;127:262–266. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.127.262 Bergman Th.L., Lavine A.S., Incropera F.P., DeWitt D.P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. Hoboken: John Wiley & Sons; 2011. 1048 p. Lasance C.J.M., Vinke H., Rosten H. Thermal characterization of electronic devices with boundary condition independent compact models. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology: Part A. 1995;18(4):723–731. https://doi.org/10.1109/95.477457 Meneghesso G., Verzellesi G., Danesin F., et al. Reliability of GaN high-electron-mobility transistors: State of the art and perspectives. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. 2008;8(2):332–343. https://doi.org/10.1109/TDMR.2008.923743

The authors declare that there are no conflicts of interest present.