【国内论文】西北工业大学微电子学院的研究团队利用金刚石材料模拟氧化镓器件的先进双面冷却倒装芯片封装

        近期，由西北工业大学微电子学院的研究团队在学术期刊《Micromachines》发布的一篇名为Simulation on an Advanced Double-Sided Cooling Flip-Chip Packaging with Diamond Material for Gallium Oxide Devices（利用金刚石材料模拟氧化镓器件的先进双面冷却倒装芯片封装）的文章。

摘要

        氧化镓（Ga₂O₃）器件在高电压、高功率和低损耗功率应用方面展现出卓越的潜力。然而，由于显著的自热效应，Ga₂O₃器件的封装热管理变得具有挑战性。本文提出了一种用于Ga₂O₃器件的先进双面冷却翻转芯片封装结构，并通过详细的模拟研究了Ga₂O₃芯片的整体封装。该先进的双面冷却翻转芯片封装结构是在基于单面翻转芯片结构的基础上，在器件顶部添加了一层钻石材料而形成的。在功率密度为3.2 W/mm的情况下，观察到采用先进双面冷却翻转芯片封装结构的Ga₂O₃芯片的最高温度为103°C。与传统的导线键合封装和单面冷却翻转芯片封装相比，最高温度分别降低了约12°C和7°C。当芯片的最高温度控制在200°C时，具有双面冷却封装的Ga₂O₃芯片可达到6.8 W/mm的功率密度。最后，通过在封装顶部配备额外的水冷设备，将最高温度降低到186°C。这些研究结果突显了所提出的具有双面冷却设计的翻转芯片在增强Ga₂O₃芯片散热能力方面的有效性，为这种先进的封装结构展示了可观的前景。

图 1. Ga₂O₃ 器件模型