功率器件封装用Cu-Sn全IMC接头制备及其可靠性研究进展

随着功率半导体器件的服役环境越来越恶劣,以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体凭借其优异的高温性能成为行业应用主流。但目前尚缺乏与之相匹配的低成本、耐高温的互连材料,成为了制约行业发展的瓶颈。Cu-Sn全金属间化合物(IMC)因其成本低、导电性好且满足低温连接、高温服役的特点被认为是理想的SiC芯片互连材料之一。针对功率半导体器件封装,对国内外近年来Cu-Sn全IMC接头的制备方法和可靠性进行了分析和综述,并讨论了目前亟待解决的问题和未来的发展趋势。

高性能功率器件封装及其功率循环可靠性研究进展

半导体技术的进步使得功率器件面临更高的电压、功率密度和结温,这对功率器件的封装的可靠性提出了更高的要求.如何提高和检测功率器件的可靠性已经成为功率器件发展的重要任务.提升器件封装可靠性主要围绕优化封装结构、改进芯片贴装技术和引线键合技术3个方向研究.功率循环作为最贴近功率器件实际工况的可靠性测试方法,其测试技术、参数监测方法和失效机理得到广泛的研究.对功率器件封装结构、封装技术以及功率循环机理的相关研究进行了综述,总结了近年国内外的提升封装可靠性的方法,并介绍功率循环测试的原理和钎料层、键合线的失效机理,最后对于功率器件封装的未来发展趋势进行了展望.

金属纳米材料低温键合及图形化制备研究进展

利用金属纳米材料的尺寸效应可显著降低连接温度,提高焊点可靠性,以银纳米焊膏为代表的金属纳米低温连接材料在第三代半导体为代表的功率芯片封装中充分验证并量产.面向集成电路的先进封装需要图形化焊点,将功率芯片封装技术转移到先进封装中,需要同时满足低温键合和图形化键合的要求,极大地增加了技术难度.文中首先剖析了金属纳米材料降低键合温度的基本科学原理,并进一步综述了不同纳米材料低温键合的研究现状,重点总结了可键合纳米材料的图形化方法,为先进封装中细节距、高精度、高效率的图形化低温键合提供技术参考.

Ti_2AlNb合金电子束焊接接头的残余应力与再热裂纹

利用数值分析和试验测量方法研究了不同板厚和不同形状Ti_2AlNb合金电子束焊接接头的焊接应力,分析了再热裂纹的产生特点和焊后热处理过程中的组织演变,讨论了再热裂纹产生的原因。结果表明,电子束焊缝中心部位承受3向拉应力,纵向残余拉伸应力最大,超过1100MPa;横向拉伸应力较小;板较薄时厚度方向残余拉伸应力也较小,但当焊接厚板时焊缝中心厚度方向的残余拉伸应力也很大,深窄焊缝中可达1000MPa。同样板厚条件下,环形焊缝与直线焊缝相比,周向拉伸应力略小于纵向应力,但径向拉伸应力远大于横向应力,尤其是环的直径较小时。再热裂纹的产生与再热过程中晶界析出物及较高的拉伸应力有关,在加热速度低于一定值,加热到700℃左右时,裂纹沿晶界析出层与基体之间的界面产生与扩展。

先进封装中铜-铜低温键合技术研究进展

Cu-Cu低温键合技术是先进封装的核心技术,相较于目前主流应用的Sn基软钎焊工艺,其互连节距更窄、导电导热能力更强、可靠性更优.文中对应用于先进封装领域的Cu-Cu低温键合技术进行了综述,首先从工艺流程、连接机理、性能表征等方面较系统地总结了热压工艺、混合键合工艺实现Cu-Cu低温键合的研究进展与存在问题,进一步地阐述了新型纳米材料烧结工艺在实现低温连接、降低工艺要求方面的优越性,概述了纳米线、纳米多孔骨架、纳米颗粒初步实现可图形化的Cu-Cu低温键合基本原理.结果表明,基于纳米材料烧结连接的基本原理,继续开发出宽工艺冗余、窄节距图形化、优良互连性能的Cu-Cu低温键合技术是未来先进封装的重要发展方向之一.

3D打印连续纤维复合材料丝材的成形规律

针对3D打印连续纤维增强热塑性树脂复合材料,研究了热塑性树脂在螺杆挤出过程中的流动机理和在纤维界面的浸渍行为,揭示了螺杆转速和牵引速度对复合丝材成形直径和纤维含量的影响规律。提出使用实际浸渍时间和理论完全浸渍时间来共同表征树脂对纤维的浸渍程度,观察复合丝材断面的形貌可知,高浸渍程度的丝材内部空隙较少,树脂和纤维结合更紧密。进行3D打印成形测试,当丝材的浸渍程度从17.25%提高到40.02%,样件的拉伸强度可从132 MPa提高到160 MPa,提高约21%。对样件进行动态力学性能分析(DMA)测试,试验结果表明浸渍程度高的复合材料成形件具有高的存储模量和损耗模量,表明其纤维和基体间的界面结合程度得到了提高和改善。

面向功率器件封装的纳米铜烧结连接技术研究进展

随着第三代半导体SiC和GaN的快速发展,传统的Si基器件用封装材料已不能满足功率器件在高功率密度和高温环境下可靠服役的需求。纳米铜烧结连接技术不仅能够低温连接、高温服役,同时具有优异的导热、导电性能和相对于纳米银较低的成本,在功率器件封装研究领域备受关注,纳米铜焊膏成为最有潜力的耐高温封装互连材料之一。本文从纳米铜焊膏的制备、影响烧结连接接头性能的因素以及接头的可靠性3个方面综述了当前纳米铜烧结连接技术的研究进展,阐明了纳米铜颗粒的氧化行为及对应措施,并重点论述了纳米铜烧结连接接头的高温服役可靠性与失效机理,旨在促进低成本的纳米铜烧结连接技术在高性能、高可靠功率器件封装中的应用。

10k V变电所及低压配电系统设计探讨

变电所是电力系统的重要组成部分,其中10kV/0.4/0.23kV降压变电所及低压配电系统分布最广、数量最多,与我们日常生产和生活密切相关。某企业10kV变电所主要由高压输入线路、高压开关及检测设备、变压器、低压开关及检测设备、低压输出线路等组成。本文主要设计探讨了变电所的负荷计算、变压器及无功补偿的选择、主接线的设计、电缆的选择、短路电流的计算、开关设备的选择、系统的保护和控制等。

Research progress on solder thermal interface materials

Down to the road of miniaturization and high power density,the heat dissipation is becoming one of the critical factors restricting further development of advanced microelectronic devices.Traditional polymer-based thermal interface materials(TIMs) are not competitive for the high efficiency thermal management,mainly due to their low intrinsic thermal conductivity and high interface thermal resistance.Solder-based TIM is one of the best candidates for the next generation of thermal interface materials.This paper conducts a perspective review of the state of the art of solder TIM,including low melting alloy solder TIM,composite solder TIM and nanostructured solder TIM.The microstructure,process parameters,thermal performance and reliability of different TIMs are summarized and analyzed.The future trends of advanced TIMs are discussed.

超快激光纳米连接及其在微纳器件制造中的应用

纳米连接涉及纳-纳、纳-微-宏跨尺度的材料连接,其在微纳电子元器件及其系统、微纳光机电系统等互连封装制造和研发中起到越来越重要的作用。目前已研发了系列纳米连接工艺方法,但在高操控性能量输入、多材料选择、低损伤互连等方面均有各自的局限性。超快激光具有峰值功率密度极高、多材料适用、加工热影响区极小等显著优势,进而基于超快激光制造的纳米连接是一个重要的发展方向。以本团队及合作者的研究为主,阐述了纳米尺度材料超快激光连接的局域能量调控和异质连接界面冶金与能带修饰、基于超快激光纳米颗粒薄膜沉积的低温连接新技术,以及基于超快激光纳米连接的新型微纳器件的制造与应用。同时,指出了超快激光纳米连接所面临的挑战和发展趋势,为未来纳米连接的研究和应用提供参考。

“激光高性能连接技术与装备”专题前言

微电子元器件及其系统越来越广泛地应用于信息、航空航天、深空探测、机械、交通、能源、生物、医疗等领域,并伴随集成电路、微纳制造、新型材料等高新科学技术的发展,迅速向微型化甚至纳米尺度、多功能、高功率、多材料应用、复杂三维结构等方向发展。

纳米颗粒材料作中间层的烧结连接及其封装应用研究进展

随着第三代功率半导体器件的发展,以SiC为代表的宽禁带半导体芯片在大功率电力电子器件中扮演了越来越重要的角色。然而与传统Si芯片匹配的封装材料难以满足其高温服役的要求,成为功率电子器件应用的短板。纳米颗粒材料作中间层用于电子封装能够实现低温连接、高温服役,是目前封装材料的研究热点。本文综述了当前纳米颗粒材料作中间层的存在形式,重点分析单质纳米颗粒烧结连接的优势、影响因素以及局限性,系统阐述了复合纳米颗粒烧结连接的最新进展以及发展趋势,旨在促进纳米颗粒材料作中间层在电子封装中的应用。

基于结构纳米薄膜的微纳连接技术研究进展

随着结构系统及功能器件的小型化,微小空间下的异质材料高效集成互连成为了精密仪器系统设计与器件开发的迫切需求。为满足高质量、批量化以及绿色环保的微纳制造工艺要求,结合先进纳米薄膜制备工艺得到的非稳态或亚稳态的纳米尺度薄膜材料由于其特殊的尺度效应以及表/界面结构特征,在高精度异质材料互连领域正得到广泛的研究与应用。对不同体系(金属、半导体、氧化物)的结构纳米薄膜中各组元的反应活性或各相的热稳定性进行分析与阐述,并针对所设计的纳米薄膜结构在不同领域如航天、微电子中的异质材料互连中的应用进行综述。此外,由于纳米材料自身极高的反应活性,作为辅助钎料,其在硬质材料及热敏感材料的局域互连中也展现出巨大的应用前景。

纳米银微焊点阵列的超快激光图形化沉积及其芯片封装研究

随着集成电路芯片封装向小型化、集成化方向的不断发展,无铅锡基钎料性能已不能满足目前集成电路封装的需求。本文提出了一种脉冲激光图形化沉积纳米金属颗粒制备小尺寸、细节距焊点阵列的工艺,用于替代集成电路芯片封装中传统锡基焊点。采用图形化沉积的纳米银焊点阵列连接Si芯片及覆铜陶瓷(DBC)基板来验证该工艺在集成电路倒装芯片封装中的可行性。结果表明,采用聚酰亚胺胶带作为掩膜,可成功沉积出特征尺寸100μm的银焊点阵列,其最大高度50μm且呈锥形形貌。焊点锥形形貌的主要形成原因是沉积过程中纳米颗粒在掩膜孔内壁积累造成掩膜孔径不断减小及掩膜孔深度阻碍了颗粒在孔边缘的沉积。在250℃-3 MPa-10 min的热压连接参数下,形成的焊点微观结构呈中心致密、边缘疏松状态。接头剪切强度随焊点沉积高度的增加而增加,当沉积高度为50μm时,接头强度达到20 MPa以上,剪切断裂主要发生在银焊点与DBC基板的连接界面处,断裂方式为韧性断裂。