接地共面波导与芯片级联结构设计与优化

针对传输线与芯片级联时产生阻抗突变,导致传输效率下降的问题,基于接地共面波导与芯片级联结构,提出了一种适用于X~Ka波段的匹配带线解决方法。通过S参数提取芯片的输入阻抗,并对射频电路中的阻抗不连续点进行分析,设计阻抗匹配电路并建立三维仿真模型。通过有限元仿真分析,讨论了匹配电路和键合引线中心间距对射频传输性能的影响,对比分析了不同结构及不同匹配电路的传输性能差异。仿真结果显示:在X~Ka波段范围内,匹配电路可令接地共面波导与芯片级联结构的S11<-21 dB,S21>-0.19 dB。优化后的接地共面波导与芯片级联结构可在降低传输损耗的同时显著提高射频信号的隔离度,减少信道串扰,为厘米波频段下射频电路的设计提供理论参考。

自动光学检测技术在引线键合中的应用

微电子产品内部结构复杂,引线数量多且分布无规律,给人工检验带来了巨大挑战。自动光学检测具有效率高且漏检率低的特点,可实现产品引线键合正确性的自动化检验。对引线键合的自动光学检测原理进行深入分析,结合实际生产,着重介绍键合点编号技术。实现了引线键合的自动化检验,确保引线键合的正确性,并且极大降低了误报率。

电磁寄生参数对SAW滤波器性能的影响

设计了B41频段的声表面波(SAW)滤波器,利用三维电磁场仿真工具HFSS建立表面贴装器件(SMD)封装和芯片级(CSP)封装模型,对比两种封装的声-电磁联合仿真结果得出,在滤波器电路拓扑结构中,当2条不同并联支路连接在一起时,由于SMD封装键合引线的电磁寄生参数影响,滤波器在高频处的带外抑制会出现“上翘”。建立不同键合线数量、直径及长度的SMD封装模型,并仿真计算S参数。对比仿真结果可知,随着键合线直径的增大和长度的减小,其等效电感逐渐变小,即键合线的电磁寄生参数逐渐减小,对SAW滤波器性能的影响逐渐减弱,高频处的带外抑制性能得到优化。结果表明,CSP封装植球倒扣的电磁寄生参数更小,声-电磁联合仿真的结果更优,与实测结果吻合较好。

一种基于开通栅极电压的新型IGBT键合线老化监测方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)的可靠运行是牵引变流器安全和性能的重要保障。键合线老化作为IGBT的一种常见失效模式,对其进行监测具有重要意义。文中提出一种基于开通栅极电压ugem的键合线老化监测方法,该方法可有效避免温度和负载电流带来的影响。首先,基于IGBT等效电路模型,系统分析ugem受键合线断裂影响的原因;其次,利用双脉冲测试进行验证,同时对温度和负载电流带来的影响进行分析;在此基础上,考虑到使用ugem局部特征将受到温度和电流的干扰,提出将开通栅极电压整体波形用于键合线老化的监测,并进一步利用有监督的线性判别分析进行数据降维以及采用支持向量机实现键合线断裂根数的检测。最后,通过实验对所提监测方法的有效性进行验证。

金合金中Ce和Lu晶界偏聚的第一性原理研究

元素在晶界的偏聚通常会引起材料性能的变化。基于第一性原理研究了Ce和Lu元素在纯金晶界的偏聚行为,计算得出Ce和Lu的最小晶界偏聚能分别为-0.89和-0.28 eV,这表明Ce在晶界的偏聚倾向较大,而Lu的偏聚倾向较小;同时,在此基础上进一步研究了Ce和Lu在金合金中的原子结构和电子结构,揭示了晶界偏聚的物理成因。

计及磁链和电流的PMSM DTC系统中功率器件键合线老化监测方法

在闭环控制系统中,基于电参数的功率器件老化监测方法是电力电子可靠性领域的难点之一。以永磁同步电机直接转矩控制系统为例,研究基于磁链相图和电流的功率逆变器中功率器件老化状态的在线监测方法。首先,分析功率器件老化的特征,得到键合线老化引起通态电阻增加的结论;其次,研究得到功率器件键合线老化与磁链相图、直轴电流和三相电流峰值变化的关系,进而提出功率器件键合线老化的监测方法;最后,通过多组仿真实验验证了基于磁链相图和电流的在线监测方法均可实现功率逆变器中功率器件键合线老化状态的在线监测。其中,基于磁链相图的在线监测方法需要系统磁链出现一些波动时才易观测,此时功率器件处于失效状态,该方法并不可取;而基于三相电流的监测方法能够更为精确地监测功率器件老化状况,效果更为优越。

红外探测器芯片高可靠性键合工艺研究

金丝键合工艺广泛应用于红外探测器的封装环节。实验选用25μm金丝,基于正交试验法,根据键合拉力值确定键合的最佳工艺参数。通过优化超声压力、超声功率、超声时间及接触力等工艺参数组合,改善了键合引线的电气连接性能和连接强度,从而提高芯片系统的信号传输质量。提出的引线键合工艺参数组合适用于红外探测芯片的键合。

TO-3封装器件键合丝热机械可靠性与寿命预测

为解决双芯片功率放大器的过电应力烧毁问题,对器件电路进行改进并探究其可靠性。首先,重新设计和制备基片上金属带线,并进行温度循环与拉力检测试验;然后,基于有限元方法在温度循环载荷作用下对键合丝应力应变分布情况进行了分析,并通过Coffin-Manson模型对器件的疲劳寿命进行预测分析。结果表明,高温下应力降低了3.23 MPa,低温下应力下降了97.7 MPa。改进后的器件寿命提高了11.6%,且经历过温度循环后仍满足最小键合拉力极限值要求。该研究结果可为复杂键合丝结构及寿命预测提供参考。

基于硅凝胶灌封温循载荷下的键合丝疲劳失效机理仿真分析

针对某型混合集成电路在温度循环试验后出现的硅凝胶灌封区域键合丝疲劳失效,对键合丝的键合强度和疲劳断裂失效进行了试验分析,建立了单根键合丝和硅凝胶局部灌封区域的有限元简化模型,拟合了硅凝胶材料的本构模型参数,基于ANSYS Workbench软件对不同胶体材料参数条件和温循载荷作用下的键合丝应力分布情况进行了热力耦合仿真分析,并基于仿真结果对混合集成电路的硅凝胶灌封工艺进行了优化和加严温度循环试验。仿真和实验结果表明,键合丝第一键合点颈部和第二键合点根部的应力值较大,存在明显的塑性应变,与疲劳断裂失效分析一致;通过减小硅凝胶的热膨胀系数和灌封体积的方式进行工艺优化后,键合丝的应力值显著减小,样品经过温度循环试验后实测良率从167%提升至100%。研究结果对于提高硅凝胶灌封区域中的金丝键合疲劳强度有一定的指导意义。

GaN基异质结霍尔传感器封装测试与输出特性

霍尔传感器作为磁传感领域最常用的传感器类型,在工业生产、汽车电子、航空航天以及生物医学等方面均有广泛应用.本文利用宽禁带氮化镓(GaN)半导体耐高温、高迁移率等优点,采用标准半导体芯片制造工艺研制出AlGaN/GaN异质结结构霍尔传感器.高温应用环境下的传感器要求封装材料耐高温、产生应力低以及对传感器关键指标影响小.本文通过软件仿真树脂橡胶类3种不同封装材料封装后对传感器及键合线的性能影响规律,并通过实验验证不同材料封装前后传感器灵敏度、失调电压、温漂系数等物理参量的变化,遴选出综合性能最优的、可在550 K高温环境下使用的封装材料.最终得到封装后的霍尔传感器失调电压在1.0 mA激励电流时小于115μV,信号线性度在0~3.0 mA激励电流和0~1.0 T磁场测量范围内优于0.3%,而温漂系数在300~550 K温度范围内仅有-120.9 ppm/K,优于目前文献报道结果,因此有望应用于极端环境磁场检测中.

基于电-热-结构耦合分析的SiC MOSFET可靠性研究

作为应用前景广阔的功率器件,SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的可靠性分析至关重要。基于结构几何、材料特性和边界条件的建模方法可以显著缩短失效分析周期。考虑器件电阻随温度变化的特性,构建电-热-结构耦合的有限元模型,针对健康状态及不同失效模式进行温度和应力研究。结果表明,功率循环过程中键合线与芯片连接处受到的热应力最大,焊料层与芯片接触面的边缘位置次之;键合线失效对器件寿命影响最大,且焊料层中心空洞产生的应力大于边缘空洞产生的应力。仿真结果可为提升器件可靠性提供重要参考。

基于双分支Cauer模型的IGBT模块键合线故障监测方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为电力电子装置的核心器件,针对IGBT模块不断承受温度变化和功率循环后导致的键合线脱落,文中在传统Cauer模型的基础上,提出了芯片-铜端子热流支路的Cauer模型,构建了双分支结构的Cauer模型,研究了IGBT模块键合线故障下从芯片到底板的稳态热阻抗,通过有限元热仿真对键合线脱落不同根数进行模拟,对模块温度进行分析,利用光纤温度传感器测量裸露在IGBT模块外部的铜端子温度,其变化可作为诊断键合线故障的重要依据,对IGBT模块状态监测及使用寿命进行预测,实验结果验证了所提出的方法的正确性。

微电子封装用Cu键合丝研究进展

引线键合仍然是微电子封装中最流行的芯片互连技术,在未来很长一段时间内都不会被其他互连方法所取代。Au键合丝由于其独特的化学稳定性、可靠的制造和操作性能,几十年来一直是主流半导体封装材料。然而,Au键合丝价格的急剧上涨促使业界寻找用于微电子封装的替代键合材料,如Cu键合丝。与Au键合丝相比,使用Cu键合丝的主要优势是更低的材料成本、更高的电导率和热导率,使更小直径的Cu键合丝能够承受与Au键合丝相同的电流而不会过热,以及更低的Cu和Al之间的反应速率,这有助于提高长期高温存储条件下的键合可靠性。文章首先简要介绍了键合丝的发展历史。其次,介绍了Cu键合丝的可制造性和可靠性。最后,提出了键合丝的发展趋势。

考虑阈值电压漂移的SiC MOSFET功率循环寿命修正技术

在SiC MOSFET的功率循环测试(PCT)中,饱和压降主要表征键合线的老化状态,其值由导通电阻决定。SiC MOSFET的阈值电压漂移会在导通电阻中引入非键合线老化导致的芯片电阻增量,进而影响寿命判断。为了准确判定键合线失效,设计和搭建阈值电压漂移在线监测平台,并结合实测阈值电压漂移数据解耦出芯片电阻增量,进而对实测饱和压降进行补偿,实现对SiC MOSFET功率循环寿命的修正。结果表明,同一器件寿命修正前后的结果基本一致,阈值电压漂移主要影响PCT前期的饱和压降,对最终寿命判定结果没有影响。该研究成果可为SiC MOSFET封装可靠性测试提供参考。

针对IGBT固态断路器的在线监测系统设计

针对固态断路器(SSCB)和功率半导体器件在长期工作下的系统级在线监测手段匮乏的问题,设计了绝缘栅双极晶体管(IGBT)固态断路器的在线监测系统,采用微控制器单元、测量回路以及模拟实验回路相互配合,实现了对IGBT老化状态的监测与数据提取。实验结果表明,该系统能够对400 V直流母线电压下的114 A故障电流进行连续重复关断,而测量回路则能够实时监测待测器件(DUT)的导通压降V_(CE,on),可监测到IGBT在循环过程中出现的导通压降升高这一老化特征,所有待测器件的V_(CE,on)均在上百次循环过程中升高了10%以上。通过扫描电子显微镜(SEM)分析可知,其键合线处的缝隙宽度增大了142.44%,实际验证了IGBT的键合线老化机理。

汽油机进气压力传感器耐废气腐蚀性能的研究与改进

废气再循环技术是汽油机降低排放和提升燃油经济性的一种有效措施,但是废气中含有的碳氢化合物、氮氧化物和硫化物等腐蚀性物质对进气压力传感器是个巨大的威胁和挑战。本文以某一废气再循环系统汽油机为研究对象,通过分析废气再循环系统的结构和工作原理,并研究废气的成分对压力传感器元器件的影响,最后提出三个同步改进措施:保护胶采用氟硅胶、bond线采用金线、焊盘镀钯金。经验证得出结论:此改进方案可有效提升压力传感器耐废气腐蚀的性能。

金丝球焊近壁键合技术

在引线键合工艺应用中,由于球焊键合工艺具有键合方向灵活、键合速度快等优势,在半导体芯片的封装互联领域被广泛应用。针对金丝球焊键合工艺中的近壁键合问题进行了研究,从键合方式、劈刀设计两个方面进行优化、改进,制定了两种不同的解决方案,并分析了两种方案的应用局限性。

一种涂胶封装半导体绑定金线断裂失效原因分析及改善方法

在半导体封装工艺中,芯片键合是非常关键的一环,其中绑定是芯片键合的一种普遍方式,它用高纯度金线把芯片接口和基板接口键合,从而实现信号的传输和电气连接[1]。然而使用过程中绑定容易出现一些故障,金线断裂是绑定常见的故障原因之一。本文通过对一种PCBA上涂有防护胶的传感器进行不良解析,采用故障树梳理金线断裂的可能因素,结合CT扫描、金线断面SEM对比分析等方式,找出金线颈部断裂的根本原因并提出改善方法,为金线断裂分析提供了一种有效的解析方式。

系统级封装中的键合线互连电路的优化设计

阐述键合线互连结构的建模,分析了键合线垂直间距和水平间距对寄生参数以及数字信号时序的影响。仿真结果对键合线垂直互连设计有实际指导作用。

电子器件封装中引线键合尾丝控制方法分析

阐述引线键合尾丝的形成原因、影响因素以及相应的控制方法。通过综合分析传统控制方法和高级控制方法,包括工艺优化、设备参数调整、模型预测控制、自适应控制和智能优化控制等,提出可行的解决方案。探讨引线键合尾丝控制方法在工业应用中的情况、潜在问题和挑战。