人工智能芯片先进封装技术

随着人工智能(AI)和集成电路的飞速发展,人工智能芯片逐渐成为全球科技竞争的焦点。在后摩尔时代,AI芯片的算力提升和功耗降低越来越依靠具有硅通孔、微凸点、异构集成、Chiplet等技术特点的先进封装技术。从AI芯片的分类与特点出发,对国内外典型先进封装技术进行分类与总结,在此基础上,对先进封装结构可靠性以及封装散热等方面面临的挑战进行总结并提出相应解决措施。面向AI应用,对先进封装技术的未来发展进行展望。

车规级功率器件的封装关键技术及封装可靠性研究进展

半导体技术的进步推动了车规级功率器件封装技术的不断发展和完善,然而车规级功率器件应用工况十分复杂,面临高度多样化的热循环挑战,对其可靠性提出了更高的要求。因此,在设计、制造和验证阶段都必须执行更为严格的高功能安全标准。综述了车规级功率器件的封装关键技术和封装可靠性研究进展,通过系统地归纳适应市场发展需求的车规级功率器件封装结构,总结了封装设计关键技术和先进手段,同时概述了封装可靠性研究面临的挑战。深入探讨了车规级功率器件封装设计和封装可靠性的重要问题,在此基础上,借鉴总结已有的研究成果,提出了可行的解决方案。

高密度混合电路封装技术发展趋势及可靠性评价方法研究

电子产品向小型化、智能化方向演进已是必然的发展趋势,高密度集成电路封装技术是实现产品小型化的关键技术。本文对高密度混合集成电路封装技术进行了深入研究,从基板选择、结构设计和散热设计等方面对高密度混合集成电路的封装设计进行了论述。在此基础上,结合国外非气密性混合集成电路保证要求,文章进一步研究了高密度非气密混合集成电路的可靠性评价方法,并通过应用实例说明了评价方法的有效性,可作为国产化非气密性集成电路质量保证体系建设的参考。

Ka频段卫通收发共口径多波束相控阵封装天线设计

为满足卫星通信中双频共口径、高集成、多波束等要求,提出了一种基于封装天线(Antenna in Package, AIP)架构的Ka频段收发共口径多波束相控阵天线。天线以双频堆叠微带单元的形式实现了收发共口径,并通过天线集成滤波器保证了收发通道的隔离度优于44 dB。在±60°范围内,64元接收阵增益优于17.4 dB,128元发射阵增益优于20.2 dB,具有良好的波束扫描性能。为获得收发多波束一片式集成,在收发(Transmitter/Receiver, T/R)组件中使用晶圆级三维系统集成封装(Three Dimensions System in Package, 3D-SIP)并结合微凸点的制备技术,保证了系统级芯片(System-on-Chip, SOC)的高密度二次集成。高低频混压技术同样被应用于阵面、收发网络、控制供电链路的多层板集成。所提多波束的相控阵天线新架构具有高密度集成TR组件、多波束一体化、高效散热等特点,在卫星通信和数据链等方面具有广阔的应用前景。

封装技术在5G时代的创新与应用

5G时代的到来将通信系统的工作频段推入毫米波波段,这给毫米波器件的封装带来了挑战.5G系统需要将射频、模拟、数字功能和无源器件以及其他系统组件集成在一个封装模块中,这个要求恰恰体现了异质异构集成的特征.在所有的异质异构集成解决方案中,2.5D/3D系统级封装(System in Package,SiP)因其高度集成化被视为解决5G系统封装的重要突破口.文章以SiP为切入口,着重介绍了未来5G封装发展重点的2.5D/3D SiP技术以及目前备受瞩目的Chiplet技术.基于5G毫米波器件的系统级封装解决方案,探讨了适用于毫米波器件封装的基板材料以及SiP所需的先进封装技术.最后,针对5G天线模块的封装,介绍了片上天线和封装天线两种解决方案.

射频系统先进封装技术研究进展

通信、雷达和微波测量等领域电子信息装备迅速发展,对射频系统提出了微型化、集成化和多样化等迫切需求。先进封装技术可以将不同材料、不同工艺和不同功能的器件进行异质集成,极大提升了电子产品的功能、集成度和可靠性等方面,成为推动射频系统发展的关键引擎。本文概述了芯片倒装、扇出封装、2.5D封装和三维堆叠这四种先进封装互联技术在射频系统封装中的最新研究进展,并从结构集成度、工艺实现性和信号传输等角度对不同封装结构进行了剖析。最后,分析了当前射频系统先进封装技术发展所面临的挑战,并从协同设计、高效散热和新封装技术等方面探讨了未来的发展方向。

大腔体陶瓷封装中平行缝焊的密封可靠性设计

随着平行缝焊腔体尺寸的增大,尤其在中温共烧陶瓷封装和薄型高温共烧陶瓷封装中,常常存在平行缝焊的密封成品率相对较低和气密性可靠性相对较差的问题。通过分析氧化铝陶瓷封装的密封失效原因,提出优化平行缝焊可伐焊框和盖板的结构设计来提升密封可靠性。以采用FC-CPGA570封装形式的某型DSP电路为例进行仿真和验证,通过降低钎焊残余热应力、增加缓冲结构、采用盖板轻量化设计,实现了很好的密封成品率及好的密封可靠性,为同类产品乃至低温共烧陶瓷封装的气密性设计、可靠性提升提供参考。

先进封装Chiplet技术

随着先进制程技术迭代到5nm、3nm,摩尔定律的效应逐渐趋缓,制程开发成本和复杂度也在不断攀升。在芯片散热、传输带宽、制造良率等面临挑战的背景下,单颗芯片的性能提升遇到了“功耗墙、存储墙、面积墙”等瓶颈。而Chiplet技术的出现,为这一问题提供了新的解决思路。本文概述Chiplet芯片的底层封装技术,阐述我国先进封装领域发展的现状,对我国先进封装发展提出建议。

扇出型晶圆级封装专利技术现状

随着半导体技术逐渐密度化和高集成度化,半导体先进制造工艺逐步趋于极限,芯片信号的传输量与日俱增,引脚数逐渐增加,封装行业逐渐由传统的双列直插式封装、小外形封装、引脚阵列封装逐渐走向焊球阵列封装、芯片尺寸封装、倒装、晶圆级封装、三维封装等封装形式。

刚性有机封装基板标准的研制与进展

随着对先进封装需求的快速增加,作为封装载体的封装基板的需求也大幅度增加,而国际和国内的标准化组织暂时都还没有制订出刚性有机封装基板的产品标准,生产厂家、用户对产品的质量要求和检验方法等无法有效统一,容易造成重复认证和质量问题的经济索赔等。要解决这些矛盾,就需要研制用户和生产厂家都能接受的产品标准。本文就刚性有机封装基板标准的研制进行了探讨,并展示了最新的进展。

电子封装超声互连研究新进展

超声振动摩擦和局部高温高压可实现同材或异材的低温、快速、可靠的互连,超声技术在电子封装中显示出无与伦比的技术优势。综述了超声引线键合、块体母材直接超声键合、母材/焊料/母材三体超声固相键合等超声固相键合技术,超声钎焊、超声瞬态液相扩散焊等超声液相键合技术,超声纳米烧结、混合(复合)焊料超声互连等超声固液混合键合技术。无论是高频低功率的高速超声键合,还是中频高功率超声常速键合,超声的作用规律和效果相似,其互连质量和互连机理与接触材料及其状态有着最为密切的关系;考虑由于超声互连过程快、时间短、互连界面窄、接头不透明,可以采用焊接实时高速摄像技术和同步辐射X射线成像技术相结合,实时观察液态焊料润湿流动、焊料颗粒运动轨迹、母材的剥离过程及界面形成规律;考虑由于微焊点尺寸放大,可以借助温度传感器和压力传感器进行超声的温度效应和瞬态压强实时测量;基于双超/多超声诸多影响因素,多超声的数值模拟分析将成为微焊点超声互连机理研究的有效手段。

基于微谐振器的圆片级真空封装真空度测试技术

针对微电子机械系统(MEMS)圆片级封装腔体体积小、传统的真空封装测试方法适用性差的情况,研制了一种用于表征圆片级真空封装真空度的器件——MEMS微谐振器。利用此谐振器不仅可以表征圆片级真空封装真空度,也可用于圆片级真空封装漏率的测试。采用MEMS体硅工艺和共晶圆片键合技术实现了微谐振器的圆片级真空封装,利用微谐振器阻尼特性建立了谐振器品质因数与真空度的对应关系,通过设计的激励电路实现了微谐振器品质因数的在片测试,对不同键合腔体真空度下封装的MEMS微谐振器进行测试,测试结果显示该微谐振器在高真空度0.1~8 Pa范围内品质因数与真空度有很好的对应关系。

车用高可靠性功率器件封装及辅助技术专辑主编述评

车用功率器件封装研究的进展极大提升了电动汽车的动力性能和续航能力,使得电动汽车更加高效、可靠。随着车用功率器件封装的不断优化,电动汽车行业有望迎来更广阔的市场前景和发展空间。近年来,功率器件封装建模、封装设计与优化、热管理与结温监测、器件驱动与应用、可靠性分析、在线监测等成为研究热点,并受到了学术界及工业界的持续关注。《电源学报》特别推出“车用高可靠性功率器件封装及辅助技术”专辑,以期推进车用功率器件及其应用难点和热点问题的探讨。

圆片级封装中的二次硅-玻璃键合工艺研究

针对MEMS谐振器真空封装更高的要求,将盖帽硅片、器件硅片(Si)和玻璃衬底通过二次Si—玻璃(D-SOG)阳极键合工艺,实现了MEMS谐振器加工的同时,完成MEMS谐振器的6in圆片级高真空度封装。通过优化两次键合工艺参数,第二次键合温度由第一次键合温度350℃调整到380℃,键合压力分别为800N(第二次键合)和600N(第一次键合);优化第二次键合封装密封环的键合面积宽度为700μm;达到良好的MEMS谐振器封装效果,器件的泄漏速率为3.85×10^(-9) Pa·m^(3)/s。该研究可以有效降低加工成本和工艺难度、提高器件可靠性,满足了MEMS器件对封装密封性的要求,后续可广泛应用到基于D-SOG的MEMS谐振器封装工艺中,具有良好的应用前景。

有机封装基板标准化工作现状及发展思考

随着我国集成电路产业的发展,作为集成电路封装重要零部件的一种特殊印制电路板(PCB)——有机封装基板呈现出高速增长的态势,相应的标准化需求日渐显现。回顾了过去我国PCB领域标准化的方针,分析了工作方针调整的必要性。在梳理和总结有机封装基板产业发展关键点的基础上,提出了有机封装基板标准化工作新的发展思路,指出了基于客户联系、产品良率控制和原材料研制等方面的标准化工作重点任务。针对其发展趋势,聚焦嵌入式基板这个未来可能给整个有机封装基板产业链带来重组的着力点,提出了我国在这一产业变革中未来标准化工作的思路和任务。

面向高密度柔性集成电路封装基板的精密视觉检测算法

高密度柔性集成电路(IC)封装基板是电子组件的核心载体,其制造过程中的刻蚀、显影等工艺需要严格的品质控制.本文开发了一种融合金相显微镜与工业相机的成像视觉检测系统,用于柔性IC封装基板的图像采集与品质控制.针对显微成像视野小、易离焦等问题,提出了一种基于中值的三元模式局部纹理快速自动对焦算法.此外,针对高倍镜下柔性IC封装氧化缺陷分布不均匀问题,引入微分几何工具,利用曲率等几何特征提出了一种基于动态曲线演化的高精度表面氧化分布特征检测模型.通过定性与定量的实验研究,验证了两种算法在快速性和高精度方面的优越性能.

倒装焊芯片封装微通孔的一种失效机理及其优化方法

随着晶圆工艺节点的发展,封装集成度越来越高,封装有机基板的线宽和线距逐步减少,微通孔的数量增加,微通孔的孔径减少。球栅阵列(BGA)封装有机基板的微通孔失效一直是影响高性能和高密度芯片封装可靠性的主要问题。针对有机基板微通孔失效的问题,通过温度循环可靠性试验、有限元分析方法、聚焦离子束、扫描电子显微镜以及能谱仪等表征手段,系统研究了-65℃~150℃与-55℃~125℃500次温度循环加载条件下倒装焊的失效模式。结果表明,在-65℃~150℃温度循环条件下,有机基板微通孔由温度循环疲劳应力而产生微通孔分层,仿真表明-65℃~150℃下基板平均等效应力增加约8 MPa;通过改善散热盖结构,等效应力降低了21.4%,且能通过-65℃~150℃500次温度循环的可靠性验证,满足高可靠性的要求。

共封装硒肽和VE微胶囊制备及其理化特性

通过乳化-冷冻干燥联合技术构建微胶囊体系,以实现对具有不同极性的物质(亲水性硒肽和亲脂性VE)的稳态化共封装。以包埋率作为参考,通过单因素试验考察壁材浓度、硒肽和VE含量等工艺参数对包埋效果的影响。傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜图像表明微胶囊能够有效封装硒肽和VE,并且具有较好的水分散性,复溶后仍保持双重乳液结构。热稳定性分析和2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)阳离子自由基清除实验结果证实,相比于硒肽粉末,微胶囊具有更高的热稳定性和抗氧化活性。电子鼻分析结果进一步证实微胶囊体系对硒肽自身异味具有较好的遮掩效果。体外模拟消化实验表明,微胶囊封装提高了硒肽在模拟胃液中的稳定性,并且硒肽在模拟肠液具有更低的保留率,能够被有效释放。相关研究结论将为富硒功能性食品营养补充剂的开发提供理论依据。

微系统封装材料的时间相关特性

在下一代微系统集成技术中,微系统封装复杂度不断增加,高集成、多功能使得薄膜厚度持续降低带来材料及工艺的改变,随之而来的是结构可靠性与信号完整性(结构设计及优化、多场多尺度耦合、热管理、电磁兼容)等诸多问题。这些问题给微系统封装架构的设计、优化带来极大的不确定性。在新架构、新工艺的开发中,工艺及可靠性仿真的应用大大降低了开发成本和周期,材料和器件架构的仿真模拟成为加速技术开发的关键,它们有助于通过数据建模实现对设计过程中参数的调整(即了解器件架构和材料对工艺改进的影响)和材料/架构协同设计(材料筛选、结构设计、性能优化)。随着微系统集成度的提高,材料到架构系统的协同仿真优化将会成为由新材料、新工艺支撑的新器件开发不可或缺甚至是最为重要的一环。微系统封装工艺及可靠性仿真结果的准确性在很大程度上取决于材料模型输入。为了准确预测微系统封装工艺及可靠性的行为,了解材料本构关系是至关重要的过程。事实上,微系统封装中大多有机/无机封装材料具有显著的时间相关性,但实际建模中时间相关性材料特性经常被忽视,有机/无机封装材料时间相关性行为的影响尚未得到广泛的重视和系统的研究。

三维集成电路先进封装中聚合物基材料的研究进展

人工智能、大数据、物联网和可穿戴设备的迅猛发展,极大地催生了对高端芯片的需求。随着摩尔定律发展趋缓,尺寸微缩技术使芯片遭遇了物理节点失效、经济学定律失效,以及性能、功耗、面积指标不足等诸多问题。作为延续和拓展摩尔定律的重要赛道,三维先进封装技术已成为推动高端芯片向多功能化以及产品多元化集聚发展的重要动力。先进封装技术的迅猛发展对聚合物基关键封装材料的耐腐蚀性、电气、化学和机械性能都提出了更高的要求。针对三维集成电路的先进封装工艺需求,论述了不同聚合物基关键材料的研究进展及应用现状,明晰了不同聚合物基材料所面临的挑战和机遇,提出了相应的解决方案,并展望了未来的研究方向。