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。

基于HTCC和薄膜工艺的微系统封装基板制备技术

随着对微系统轻量化、小型化、高密度和高可靠性的要求越来越高,高集成度的微系统封装基板成为业界关注的焦点。采用多层薄膜工艺与多层高温共烧陶瓷(HTCC)工艺结合的方式制备了微系统封装陶瓷基板。薄膜工艺的布线宽度仅为0.02 mm,线间距仅为0.02 mm,小于多层HTCC基板的0.05 mm线宽和0.085 mm线间距。对多层HTCC与多层薄膜结合制备的基板的可靠性进行了验证,结果符合GJB 548C—2021标准对焊接和键合的指标要求。对关键差分信号的传输性能进行了测试,在DC~40 GHz频段,差分信号的回波损耗≤-10.00 dB,插入损耗≥-2.50 dB,测试结果与仿真结果基本相符。

热循环加载下微系统封装结构有限元仿真方法研究

微系统封装结构中,由循环热应力引起的封装失效是影响其可靠性的重要因素之一.现阶段通常采用大量的可靠性试验来验证封装结构工艺的可靠性,但是有限元仿真技术的发展为此类问题的解决提供了更为简单快捷的途径.利用ANSYS Workbench软件,对某微系统封装结构进行了系统的有限元仿真,深入探究了封装结构中球栅阵列(BGA)焊点的网格类型、网格密度和加载循环数量对仿真结果的影响.研究结果为提高微系统封装结构的有限元仿真效率及优化设计提供了重要参考,也为进一步研究微系统封装结构在复杂工况下的可靠性提供了有益思路.

应用于微系统封装的激光局部加热键合技术

阐述了利用激光与物质相互作用的热效应实现微系统器件的局部加热键合原理 ,提出了激光键合塑料芯片和激光辅助加热阳极键合的思想 ,建立了半导体激光键合实验装置 ,并实现了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)

埋置型叠层微系统封装技术

包含微机电系统(MEMS)混合元器件的埋置型叠层封装,此封装工艺为目前用于微电子封装的挠曲基板上芯片(COF)工艺的衍生物。COF是一种高性能、多芯片封装工艺技术,在此封装中把芯片包入模塑塑料基板中,通过在元器件上形成的薄膜结构构成互连。研究的激光融除工艺能够使所选择的COF叠层区域有效融除,而对封装的MEMS器件影响最小。对用于标准的COF工艺的融除程序进行分析和特征描述,以便设计一种新的对裸露的MEMS器件热损坏的潜在性最小的程序。COF/MEMS封装技术非常适合于诸如微光学及无线射频器件的很多微系统封装应用。

埋置型叠层微系统封装技术

包含微机电系统(MEMS)混合元器件的埋置型叠层封装,此封装工艺为目前用于微电子封装的挠曲基板上芯片(COF)工艺的衍生物。COF是一种高性能、多芯片封装工艺技术,在此封装中把芯片包入模塑塑料基板中,通过在元器件上形成的薄膜结构构成互连。研究的激光融除工艺能够使所选择的COF叠层区域有效融除,而对封装的MEMS器件影响最小。对用于标准的COF工艺的融除程序进行分析和特征描述,以便设计一种新的对裸露的MEMS器件热损坏的潜在性最小的程序。COF/MEMS封装技术非常适合于诸如微光学及无线射频器件等很多微系统封装的应用。

微系统封装平行缝焊技术研究

对壳体及盖板之间进行平行缝焊的封焊试验,研究焊接工艺参数对焊缝及焊接质量的影响。本文分析了在试验过程中出现的问题,剖析了产生问题的原因,通过对比不同参数的焊接效果对封焊参数进行摸索,最终得到优化参数,获得良好的焊接效果,为微系统封装中平行缝焊技术提供参考。

自防护复合焊膏在微系统T/R组件封装中的应用

微系统封装由于极大提升了整个系统的功能与性能,已经逐步成为T/R组件最为重要的封装方式。航空、航天、军事、汽车等领域中的雷达等电子产品均对轻小型微系统T/R组件有着迫切的需求,但是目前微系统T/R组件常采用的低温/高温共烧陶瓷电路基板,与电装复合介质电路板之间的热膨胀系数失配度较大,极易造成中间连接的焊球(柱)焊点界面开裂,进一步造成整个系统的失效。针对HTCC基板与电路基板之间焊球的封装失效现象进行了研究,提出了一种复合添加环氧树脂制备自防护焊膏进行封装的工艺新方法,观察了封装界面的组织形貌并记录了焊点力学性能的演化规律,归纳并总结自防护焊膏提升可靠性的机理,为加速T/R组件微系统化的进一步落地提供了借鉴和指导。

微系统及其可靠性技术的发展历程、趋势及建议

随着"摩尔定律"不断地逼近物理极限,微系统集成技术被普遍认为是推动集成电路芯片微型化和多功能化的新引擎。但是通过三维堆叠、异质/异构集成等实现小型化、多功能化的同时,也给微系统带来了许多新的可靠性问题。针对微系统封装技术的发展和可靠性评估的需求,介绍了微系统技术的定义和发展历史,重点分析了微系统技术的发展现状,探讨了微系统目前面临的可靠性技术问题。此外,从技术、应用和市场战略方面对微系统技术未来的发展趋势进行了概述。最后,分析了当前微系统可靠性评估存在的挑战,对微系统技术发展提出了建议。

雷达数字化收发系统芯片设计与实现

在数字阵列雷达系统发展过程中,数字T/R组件设计一直是研究的重点。传统的数字T/R组件设计方法大都是微波和数字独立设计,无法进一步提高雷达系统集成度。针对这一问题,论述了一种基于微系统封装技术的雷达数字T/R组件设计方法,在自主设计的微波及数字芯片基础上,通过仿真建模分析,将低噪声接收、收发变频、模数/数模转换、数字下变频,以及直接数字频率合成等功能集成在一个系统封装上,形成了一个单片雷达数字化收发系统芯片。经测试,该雷达数字化收发系统芯片性能指标满足数字阵列雷达系统要求,研究成果已在某数字阵列雷达试验系统中成功应用。

采用芯片直接安装技术封装的风速风向传感器

提出一种采用芯片直接安装(Direct chip attach,DCA)技术封装的风速风向传感器的设计,制备和测试结果。该传感器采用圆形结构,利用热温差的方法测量二维风速和风向。其利用两步金属剥离工艺直接将在感风陶瓷基板上芯片制作出传感器芯片,利用封装胶将优质芯片倒贴在打孔印制电路板上并进行引线键合,用绝热封装胶对芯片进行封包,形成最终的封装。对封装后的传感器芯片进行风洞测试,传感器可以完成360°风向检测,风速量程为6 m/s。

用有限元方法分析玻璃载芯片封装中的热力耦合问题

超薄液晶显示器(LCD)模块在经历了热压键合后,由于驱动芯片和玻璃基板之间的温度差异较大,会引起一定程度上的翘曲,并最终导致连接点界面分层现象的发生,影响器件连接可靠性。用实验的方法对比进行研究比较困难,我们用有限元数值模拟的方法并选择通用软件ANSYS对这一现象进行了分析;并详细分析了键合压力、温度、基板温度和IC/玻璃厚度对翘曲的影响。从分析中得知,导致玻璃翘曲的主要原因是键合温度。