无凸点混合键合三维集成技术研究进展

数字经济时代,高密度、低延迟、多功能的芯片是推动人工智能、大模型训练、物联网等高算力需求与应用落地的基石。引线键合以及钎料凸点的倒装焊存在大寄生电容、高功耗、大尺寸等问题,使传统封装难以满足窄节距、低功耗、小尺寸的应用场景。无凸点混合键合技术能够实现极窄节距的互连,在有效避免倒装焊凸点之间桥连短路的同时降低了寄生电容,减小了封装尺寸和功耗,满足了高性能计算对高带宽、多功能的要求。对无凸点混合键合技术所采用的材料、键合工艺与方法以及当前在三维集成中的应用展开介绍,并对其发展趋势进行了展望。

面向先进封装应用的混合键合技术研究进展

随着摩尔定律推进至纳米级节点,以硅通孔(TSV)、重布线层(RDL)、薄芯片堆叠键合等为支撑的三维集成被认为是延续摩尔定律的重要途径.Cu/SiO_(2)混合键合可以持续缩小芯片间三维互连节距、增大三维互连密度,是芯片堆叠键合前沿技术.近年来它在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)、Xtacking 3D NAND、2.5D/3D集成等商业化应用突破,使之成为国内外领先半导体研究机构研究关注的热点话题.本文将系统梳理混合键合技术的研究历史与产业应用现状,重点分析近年来国内外代表性研究工作的技术路线、研究方法、关键问题等,在此基础上,对混合键合技术的未来发展方向进行展望.

混合键合技术在三维堆叠封装中的研究进展

随着半导体技术的发展,传统倒装焊(FC)键合已难以满足高密度、高可靠性的三维(3D)互连技术的需求。混合键合(HB)技术是一种先进的3D堆叠封装技术,可以实现焊盘直径≤1μm、无凸点的永久键合。阐述了HB技术的发展历史、研究进展并预测了发展前景。目前HB技术的焊盘直径/节距已达到0.75μm/1.5μm,热门研究方向包括铜凹陷、圆片翘曲、键合精度及现有设备兼容等,未来将突破更小的焊盘直径/节距。HB技术将对后摩尔时代封装技术的发展起到变革性作用,在未来的高密度、高可靠性异质异构集成中发挥重要的作用。

机械系统开关类元件的混合键合图建模

针对键合图难以表达机械系统开关类元件的非线性动力学问题,以常见的干摩擦、间隙接触碰撞副和单向不可逆传动为研究对象,通过分析其作用机理,引入开关类量的混合键合图建模方法,运用功率结型结构(简称SPG)概念,提出一种新的开关类元件键合图建模方法和键合图模型。以包含干摩擦、间隙接触碰撞副和单向不可逆传动的机械系统为例,根据开关类元件的键合图模型,结合机械传动的工作原理,建立整个系统的键合图模型,提取其状态方程,并通过仿真计算予以验证。研究结果表明:该模型不仅可以统一表达开关类元件在系统不同工作模式下的动力学特性,而且其因果关系在系统处于任何运动状态时均保持不变;仿真结果验证了建模方法正确、可行。

MBD中通过混合键合图对混合系统建模

基于模型诊断即Model-based Diagnosis(MBD)对整个人工智能领域的研究起着重要推动作用,是为了克服传统故障诊断方法的缺点而兴起的一项新型的智能诊断推理技术,其应用也越来越广泛。而混合系统是当前应用较多的动态系统之一,其故障诊断问题是当前研究领域的热门。本文介绍应用MBD技术对混合系统进行诊断的建模方法,介绍混合键和图基本原理,通过混合键和图对混合动态系统建模,为进一步进行MBD故障检测和追踪直至故障隔离和鉴别提供基础模型。

面向三维集成应用的Cu/SiO_(2)晶圆级混合键合技术研究进展

Cu/SiO_(2)混合键合技术被认为是实现芯片三维集成和高密度电学互连的理想方案,但由于其需兼顾介质和金属两种材料的键合,目前鲜有自主开发且工艺简单、成本低廉的混合键合方案的报道。文章归纳了现有的晶圆级键合技术,包括直接键合、活化键合以及金属固液互扩散键合,分析了其应用于混合键合技术的可能性。进一步总结了近年来部分Cu/SiO_(2)混合键合技术的研究进展,从原理上剖析该工艺得以实现的关键,为国内半导体行业占领此高端领域提供一定的参考。

晶圆混合键合工艺优化研究

随着集成电路制造工艺技术的发展和不断进步,一种永久性晶圆键合技术可以在不需要光刻尺寸的进一步缩小而增加IC制造的复杂性的情况下使芯片平面尺寸大幅减小,今天已成为热门的研究方向。而且该晶圆键合工艺可以将图像传感器感光芯片与专用集成电路芯片连接起来,大幅降低信号衰减,从而提升产品性能。但是,在晶圆键合过程中,通常会发生键合空洞的现象而导致键合不良,如何改善键合空洞问题,成为影响芯片性能和成本最主要的因素。本文针对键合空洞问题,通过优化晶圆平坦化工艺,调整了金属键合垫和晶圆氧化层水平面的相对高度,改善了晶圆键合空洞的问题。

Chiplet晶圆混合键合技术研究现状与发展趋势

半导体产业对国防安全和国民经济发展意义重大,高端半导体装备也是国外对华技术封锁的重点领域。混合键合技术作为微电子封装和先进制造领域的一种新型连接技术,已经成为实现芯片堆叠、未来3D封装的一项关键技术,是实现高性能、高密度和低功耗芯片设计的关键技术之一。分析了Chiplet晶圆混合键合技术应用背景,梳理了典型工艺及设备研究的现状,并展望了晶圆混合键合技术发展趋势。

基于键合图的混合动态系统故障诊断的方法

本文首先概述了控制系统故障诊断的概念,分析了国内外对于这一领域的研究水平和发展状况,并且分基于和不依赖于控制系统数学模型两大类介绍了一些主要的故障诊断方法。此外,本文针对当前应用较多的一种动态系统——混合系统,提出了一种基于键合图模型的故障诊断方法。介绍了混合键合图基本原理,通过混合键合图对混合动态系统建模,为进一步进行MBD故障检测和追踪直至故障隔离和鉴别提供基础模型。

混合系统基于模型诊断建模问题研究

基于模型的诊断是为了克服传统故障诊断方法的缺点而兴起的一项新型的智能诊断推理技术,其应用越来越广泛。而混合系统是当前应用较多的动态系统之一,其故障诊断问题是当前研究领域的热门。在此介绍两种对混合系统进行诊断的建模方法,并对这两种建模方法进行比较找出各自适用方向,特别是应用MBD技术对混合系统进行诊断的建模方法,根据对实际航天生态系统建模说明混合键合图基本原理,为进一步进行基于模型的故障检测和故障追踪直至故障隔离和鉴别提供基础模型。

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.

基于键合图的电力电子电路建模与仿真

随着DC-DC变换器的实际应用领域的不断扩大,人们对变换器系统的稳定性提出了更高的要求,因此,精确而有效的建模和仿真对于变换器的发展有着重大的意义。本文以电力电子Buck电路为例,提出混合键合图模型和键合图平均模型两种模型,这两种模型都是在键合图建模理论的基础上,根据电路中开关控制方式的不同而得到的。首先经过分析得到Buck电路的两种键合图模型,并在GME(Generic Modeling Environment)软件中搭建模型,然后通过该软件将它转换为Matlab框图模型并仿真,最后将仿真结果与实际电路模型的输出波形进行对比分析,验证了两种模型的可行性和正确性。

3D集成晶圆键合装备现状及研究进展

硅基异构集成和三维集成可满足电子系统小型化高密度集成、多功能高性能集成、小体积低成本集成的需求,有望成为下一代集成电路的使能技术,是集成电路领域当前和今后新的研究热点。硅基三维集成微系统可集成化合物半导体、CMOS、MEMS等芯片,充分发挥不同材料、器件和结构的优势,可实现传统组件电路的芯片化、不同节点逻辑集成电路芯片的集成化,从而提升信号处理等电子产品的性价比。梳理了晶圆键合装备的工艺过程、主要厂商及市场需求、我国晶圆键合设备研发现状,并展望了晶圆键合设备的技术发展趋势。

cis-[Pt(depe)(NCS)(SCN)]和cis-[Pt(dPr^ipe)(NCS)]配合物的合成和分子结构

本文研究了在1∶1丙酮-水混合溶剂中,回流条件下,cis-[Pt(diphos)Cl_2]与NaCNS之间的取代反应,第一次合成了CNS-的混合键合异构体的depe铂配合物cis-[Pt(depe)(NCS)(SCN)],进行了分子结构测定,属单斜晶系,空间群为P2_(1/n),晶胞参数:a=7.296(5),b=14.434(4),c=18.042(4) ,β=95.72(8)°,V=1890.7 ~3,Z=4,R_F=0.0564.在相同条件下用dPr^ipe作了对照实验,得到的是cis-[Pt(dPr^ipe)(NCS)_2],属单斜晶系,空间群为Cc,晶胞参数:a=12.279(6),b=9.330(8),c=20.102(7) ,β=108.90(9)°,V=2179.0(3) ~3,Z=4,R_F=0.0419。此外,还从双膦烷基的空间效应和电子效应讨论了对取代反应产物的影响。

含间隙和干摩擦的连杆机构系统动力学研究

各种连杆机构铰链处存在的非线性因素对机构运行的稳定性产生巨大的危害,因此考虑间隙和干摩擦非线性因素同时存在对机构系统动力学性能的影响是进一步改善机构运行性能的重要基础。以四杆机构为例,对于连杆两端铰链处存在的间隙和干摩擦因素,采用开关键合图分别对其建立各自的向量键合图模型;在此基础上,建立间隙和干摩擦同时存在的铰链单元的非因果键合图模型,将其以整体模块形式嵌入四杆机构的向量键合图模型中,得到整体四杆机构混合键合图模型,由混合键合图模型最终建立机构的动力学方程;基于Matlab软件对所建模型进行数值仿真研究,得出非线性因素对连杆动力学性能的影响,对于控制连杆机构的运行精度和稳定性具有指导意义。

基于模型的混杂系统中控制器故障诊断方法

为解决混杂系统中控制器故障诊断问题,提出一种混杂系统故障发生在控制器与设备组件之上的新诊断方法,解决了控制器故障检测与诊断问题,并给出解决上述问题的基本诊断算法。实验结果表明,该算法程序简单且效率较好,对于复杂的被诊断对象可以满足实时性。

混成系统的分布式诊断方法

提出了一种基于分布式自动机模型的混成系统故障诊断方法。在分布式自动机模拟的混合键合图方法下,设计并实现了系统诊断。能够在系统模式动态改变时根据相应的时间因果图模型自动生成分布式时间因果图和分布式自动机。故障发生时,根据生成的时间因果图在分布自动机内进行诊断。分布式自动机将诊断空间分解成较小规模,从而提高了诊断效率。最后,在三容水箱模型标准测试样例上进行了系统测试,结果验证了本文方法具有较高的正确性及处理效率。

混杂系统传感器微小故障的检测与隔离方法

考虑到实际生产过程中不可避免地存在建模误差及干扰噪声,提出了结合全局解析冗余关系法和指数加权移动平均(EWMA)滤波技术与自适应阈值评价法传感器微小故障检测与隔离方法。介绍了三容水箱混杂系统可能出现的微小故障,并分析了三容水箱系统的结构及特点。利用混合键合图模型的全局解析冗余关系方法产生残差,再通过EWMA滤波技术和自适应阈值评价残差,实现传感器微小故障的检测与隔离。最后利用20-sim键合图仿真软件和Matlab联合仿真,验证了该方法在传感器微小故障检测与隔离的可行性。

改进HPLC法测定复方阿莫西林粉中有效成分的含量

目的：用高效液相色谱法,自制的固定相同时测定阿莫西林克拉维酸钾的含量。方法：采用C8-C13混合烷基三乙氧基硅烷和自制球型硅胶合成了混合型烷基键合相液相色谱固定相,以混合流动相：甲醇-磷酸盐缓冲液（pH=6）-水（10：1：89）,流速：1.0ml/min;检测波长215nm。结果：阿莫西林和克拉维酸钾标准曲线的线性范围分别为0.4~1000μg＊mL-1、0.1~250μg＊mL-1。相关系数r分别为0.9997、0.9996,平均回收率分别为99.96%、99.82%。结论：该法简单快速,可用于测定阿莫西林克拉维酸钾粉的含量。

晶圆级集成技术研究进展

随着物联网时代的来临,传统的传感器芯片与存算芯片相分离的架构已难以满足实际场景的需求。3D集成技术能够缩短传感器芯片与存算芯片间的物理距离,实现功能扩展,提升系统能效。晶圆级集成由于对准精度高和互连密度大,一直是学界和产业界的研究热点。文章对晶圆级集成技术中的两种主流工艺,包括硅通孔和混合键合工艺,进行了系统性介绍;并结合国内外多个研究机构的最新进展,对其发展方向进行了展望,以实现适用于感存算一体化芯片的晶圆级集成工艺。