硅通孔三维堆叠芯片可靠性标准研究

针对硅通孔(TSV)三维堆叠芯片在微电子封装领域面临的可靠性挑战,阐述了TSV三维堆叠的工艺流程,分析了TSV孔的制造、芯片减薄、三维键合和组装等关键工艺环节对可靠性的影响,并探讨了TSV孔的质量和可靠性等问题。基于当前TSV三维堆叠芯片的可靠性标准,明确了可靠性应力试验条件与推荐的检测方法,为提升TSV三维堆叠芯片的可靠性和制造效率提供科学依据和实践策略,促进技术的优化与升级。

博世扇贝纹对亚微米硅通孔中应力的影响

硅通孔(TSV)是三维(3D)集成中的关键互连技术。采用博世(Bosch)工艺刻蚀TSV,尤其是亚微米直径的TSV时,侧壁产生的扇贝纹会引起TSV中的应力集中。利用有限元单元生死技术分析亚微米TSV制备过程中的应力变化,并对应力的影响因素进行了分析。研究了TSV节距、扇贝纹高度和宽度、阻挡层材料参数、工艺温度和工作温度等因素对TSV内部应力的影响,并选择了4个主要因素进行正交实验分析。研究结果表明,减小扇贝纹宽度、增大扇贝纹高度、降低工艺温度均能有效缓解扇贝纹附近的应力波动幅度,其中扇贝纹宽度对应力波动的影响最大。通过上述分析,对影响亚微米TSV应力的主要因素进行了排序,从而为TSV制备过程中的参数优化提供了指导。

硅通孔3D互连热-力可靠性的研究与展望

硅通孔(TSV)技术是3D集成封装中用于实现高密度、高性能互连的关键技术,TSV的热-力可靠性对3D集成封装的性能和寿命有直接影响。从TSV的制造工艺、结构布局、材料可靠性以及评估方法等多个方面对TSV 3D互连的热-力可靠性进行研究,对其研究方法和研究现状进行总结和阐述。此外,针对TSV尺寸减小至纳米级的发展趋势,探讨了纳米级TSV在应用于先进芯片背部供电及更高密度的芯片集成时所面临的可靠性挑战。

基于硅通孔互连的芯粒集成技术研究进展

通过先进封装技术实现具有不同功能、工艺节点的异构芯粒的多功能、高密度、小型化集成是延续摩尔定律的有效方案之一。在各类的先进封装解决方案中,通过硅通孔(TSV)技术实现2.5D/3D封装集成,可以获得诸多性能优势,如极小的产品尺寸、极短的互连路径、极佳的产品性能等。对TSV技术的应用分类进行介绍,总结并分析了目前业内典型的基于TSV互连的先进集成技术,介绍其工艺流程和工艺难点,对该类先进封装技术的发展趋势进行展望。

硅通孔三维互连与集成技术

随着电子技术的高速发展,更高密度、更小型化、更高集成化以及更高性能的封装需求给半导体制造业提出了新的挑战。由于物理限制,芯片的功能密度已达到二维封装技术的极限,不能再通过减小线宽来满足高性能、低功耗和高信号传输速度的要求;同时,开发先进节点技术的时间和成本很难控制,该技术的成熟需要相当长的时间。摩尔定律已经变得不可持续。为了延续和超越摩尔定律,芯片立体堆叠式的三维硅通孔(TSV)技术已成为人们关注的焦点。综述了TSV结构及其制造工艺,并对业内典型的TSV应用技术进行了分析和总结。

基于主动激励的硅通孔内部缺陷分类识别

硅通孔(TSV)三维封装因其独特的工艺而备受关注,然而内部缺陷的检测一直是限制其进一步发展的难题。主动红外热成像技术是一种新型无损检测方法,具有无接触、高效率等优点,为实现对TSV内部典型缺陷的识别与分类,提出了一种基于激光加热主动激励的TSV内部缺陷分类识别方法。以激光为辐射热源,充分激发TSV内部缺陷,通过理论与仿真分析,掌握不同内部缺陷在主动激励下的外部温度分布表现规律;建立卷积神经网络模型,通过对外部温度分布结果的训练,实现内部缺陷的分类识别。通过试验证明,该方法对典型TSV内部缺陷具有良好的识别能力,识别准确率可达97.12%。利用主动红外热成像检测方法实现了对TSV内部缺陷的有效检测,为三维封装缺陷检测提供了一种快速有效的方法。

高深宽比硅孔溅射铜种子层工艺的探索与研究

硅通孔技术(TSV)是当前非常热门的高密度封装技术,但由于常规薄膜沉积技术很难在高深宽比的硅孔内沉积铜、钨等金属种子层,硅通孔技术中存在深硅孔金属化困难的工艺问题。通过对倾斜溅射时铜原子二维非对心碰撞前后入射角度的变化关系进行模拟计算发现,当原子碰撞有能量损失时,入射到硅孔内的铜原子角度会发生改变,有助于其沉积在硅孔深处。本文利用负偏压辅助多个铜靶共焦溅射的方式,在不同深宽比的硅盲孔中沉积铜种子层,验证了该方法的可行性,并通过三靶共焦溅射成功在深宽比8∶1的硅孔内实现了铜种子层的沉积。

过共晶铝硅合金中硅相细化的研究进展

过共晶铝硅合金因其耐磨性能良好而受到关注,但组织中含有粗大的初晶硅和针状的共晶硅,限制了其进一步广泛使用。本文综述了当前过共晶铝硅合金中硅相细化的一些方法,如合金化、变质处理和改进制备工艺等。其中重点介绍了合金化对过共晶铝硅合金中组织的作用;然后对各种变质剂的细化效果进行了对比分析;并讨论了改进制备工艺对硅相尺寸和形貌的影响;最后指出未来的研究方向应集中开发出适用于广泛使用的新型复合变质剂,并通过变质和改进制备工艺相结合,获得性能更加优异的过共晶铝硅合金。

基于像差补偿的近红外显微干涉硅通孔测量

为了实现深宽比大于6∶1的硅通孔的形貌测量,提出了一种基于像差补偿的近红外显微干涉检测方法。该方法采用近红外宽带光作为光源,能够穿透硅通孔,检测系统中内置变形镜自适应像差补偿模块,主动补偿硅通孔引入的调制像差。在检测硅通孔三维形貌时,依据COMSOL Multiphysics有限元仿真软件得到的三维硅通孔高深宽比结构对探测光的调制像差规律,指导设置需变形镜补偿的像差种类和量值,用基于频域的评价函数指标阈值,判定硅通孔底部图像的聚焦状态,获得待测硅通孔清晰的底部图像,本质上提升探测光的重聚焦能力。在此基础上,使用垂直扫描干涉法得到待测硅通孔的深度与其三维形貌分布。实验测量了直径为10μm、深度为65μm、深宽比为6.5∶1和直径为10μm、深度为103μm、深宽比为10.3∶1的硅通孔深孔,并与高精度SEM的测量结果对比,深度测量的相对误差为1%。与白光显微干涉测量结果对比表明,本文所提出的方法可以获得清晰的高深宽比硅通孔的底部图像,有效增强底部的宽谱干涉信号和对比度,能够准确测量更高深宽比硅通孔的三维形貌。

集成硅基转接板的PDN供电分析

集成硅转接板的2.5D/3D封装是实现Chiplet技术的重要封装方案。总结了传统电源分配网络(PDN)的供电机理,分析了先进封装下PDN存在的直流压降过大、路径电阻大等电源完整性问题,介绍了针对硅基转接板上PDN的等效电路建模方法,重点概述了2.5D/3D封装下PDN的建模与优化。通过将整块的大尺寸硅桥拆分为多个小硅桥、硅桥集成硅通孔(TSV)、增加TSV数量等方式减少电源噪声。最后,对比采用不同集成方案的DC-DC电源管理模块的PDN性能,结果表明,片上集成方案在交流阻抗、电源噪声以及直流压降等指标上都优于传统的基板集成方案,是3D Chiplet中具有潜力的供电方案。

不同应变率加载下硅的高压相变行为

高压相变是凝聚态物理、地球与行星科学、材料科学等领域关注的核心问题之一,而加载应变率是相变动力学过程的重要影响因素。由于动态加载下物质相结构原位诊断技术的不足以及宽广加载应变率下物质高压相变系统实验研究的缺失,难以开展基于原子尺度物理机制的相变动力学过程建模和数值模拟研究。由于硅的高压相极其丰富,且拥有大量亚稳相,动力学因素在其高压相变过程中发挥着至关重要的作用,因此,硅是研究高压相变动力学的理想材料,对普适相变动力学过程的理论建模具有重要意义。以硅为例,介绍其在准静态、中等应变率和高应变率加载下的相变行为,探讨加载应变率对其高压相变行为的影响。

大湾区中生代花岗岩风化成壤过程中硅元素释出机制——以珠海斗门为例

硅是植物生长的有益元素,也是人和其他动物生长发育、骨骼形成不可或缺的微量元素。在地球表层系统中,大多数的硅以硅酸盐矿物和石英的形式赋存于岩石之中。伴随着地表硅酸盐矿物的风化,硅可以水为载体不断向周边环境释放并参与到生物地球化学循环中,为陆地和海洋生物提供所需的硅元素,维持生态系统健康,在全球物质循环中起着重要作用(Yang Jinling et al.,2018)。

噻唑膦与硅肥联合使用对甘薯茎线虫病的防治效果

为了有效控制甘薯茎线虫病的危害,通过盆栽试验和田间试验分别研究了不同种类硅肥及噻唑膦对甘薯茎线虫病的防控效果。室内试验结果表明,单独施用硅肥对甘薯茎线虫病防治效果较差,但10%噻唑膦颗粒剂与不同种类硅肥联合使用后可显著降低甘薯种薯及薯苗受线虫侵染率,其效果优于单独使用等量的10%噻唑膦颗粒剂。田间施用噻唑膦后再增施硅肥,可使噻唑膦防治效果显著增高,甘薯受害率降低,甘薯产量提高。其中硅肥途保佳15 L/hm^(2)与10%噻唑膦颗粒剂18 kg/hm^(2)或22.5 kg/hm^(2)联合使用后,对茎线虫病的防治效果均达到87%以上,显著高于10%噻唑膦颗粒剂22.5 kg/hm^(2)处理。联合施用硅肥可以在减少噻唑膦用量情况下保持对茎线虫病较高防效,具有较好的推广应用前景。

镁硅比和养护温度对硅酸镁水泥电磁性能的影响

采用波导法测定硅酸镁水泥的电磁性能,分析镁硅比和养护温度的影响,并基于微观测试结果进行机理分析.结果表明:提高养护温度可以显著增强硅酸镁水泥的早期强度;硅酸镁水泥的复介电常数实部随着镁硅比和养护温度的提高逐渐增大;提高养护温度使硅酸镁水泥的复介电常数虚部和损耗角正切值增大;与镁硅比相比,养护温度对硅酸镁水泥的透射率、反射率和吸收率的影响更为明显.微观测试结果显示含水量和孔结构对硅酸镁水泥的电磁性能有重要影响.

甘蔗中硅元素的分布特征及其基因型差异

【目的】探明硅在甘蔗植株中的分布特征和筛选硅高效吸收积累的甘蔗基因型。【方法】本研究以23个基因型甘蔗为供试材料,测定成熟期甘蔗各器官中硅的分布与积累特征,并比较不同基因型甘蔗对硅的吸收积累差异。【结果】硅含量在甘蔗各器官间存在显著差异,分布趋势为:叶片>叶鞘>根系>蔗蔸>蔗皮和蔗髓。叶片和叶鞘的硅含量均在甘蔗不同部位间差异显著,以植株中部最高。甘蔗植株各器官的硅积累量分布趋势为:叶片>叶鞘>蔗蔸>蔗髓>蔗皮>根系,硅积累量主要集中于地上部,其中叶片和叶鞘的在植株中占比较大,二者之和达到59.88%~72.42%。硅含量和硅积累量均在不同基因型甘蔗间存在显著差异,在供试甘蔗基因型中‘德蔗07-36’、‘柳城05-136’和‘粤糖50号’表现出对硅更为高效的吸收和累积特征。甘蔗生物量与硅含量间相关性密切,其中地下部植株生物量分别与蔗叶、蔗茎硅含量间显著正相关(R^(2)=0.63,P<0.01;R^(2)=0.50,P<0.05)。【结论】硅在甘蔗植株上的分布主要集中于地上部,其中蔗叶(叶片+叶鞘)的硅含量和硅积累量最高。甘蔗植株对硅的吸收积累存在基因型差异,具有较为发达的地下部生物量有助于促进甘蔗对硅的吸收累积。

福建琅岐岛表土孢粉与植硅体组合对农业活动的指示

孢粉和植硅体是重建古人类农业景观及环境变化的重要指标,明确它们在表土中的分布规律及其与现代植被组成之间的关系对于精确解释化石孢粉和植硅体数据具有重要的意义。本研究对福建琅岐岛3种土地利用类型的22个表土样品进行了孢粉与植硅体分析,基于地理信息系统和遥感技术,展示了不同类型孢粉百分比的空间分布及其与植被覆盖度间的数量对应关系。孢粉分析表明,以松属(Pinus)为代表的外来花粉普遍存在于表土样品中,这削弱了采样点周围植物的孢粉表现力,导致了果园和农田植被组成与表土孢粉组合间的巨大差异。与此同时,农业收割活动进一步降低了农田植物的花粉表现力。从遥感影像中提取的植被覆盖度数据仅与荒地上的木本植物花粉含量存在较强的相关性(R^(2)=0.7764),这显示茂密的草本植物降低了外来木本花粉的相对含量,证明了该植被类型具有良好的孢粉表现力。植硅体分析表明,表土样品含有丰富的竹亚科(Bambusoideae)、水稻(Oryza sativa)和杂草的植硅体。与孢粉指标相比,植硅体提供了更丰富的草本植物信息。

半再生重整装置催化剂硅中毒现象及分析

某炼油企业的半再生重整装置因重整催化剂活性下降而停工,更换了第一反应器和第二反应器的催化剂。对旧催化剂进行分析后发现,第一反应器催化剂二氧化硅质量分数高达20.40%,因此判断重整催化剂发生了硅中毒。在硅中毒期间:第一反应器的温降由初期的73.70℃下降到末期的20.12℃,重整反应后移到第二反应器;循环氢的氢气纯度上升到90%,纯氢产率下降到2.17%;稳定汽油RON(研究法辛烷值)下降到83.7。重整催化剂硅中毒较为罕见,其表现与氮中毒相似,容易误判为催化剂氮中毒。对硅进行溯源,确认是原油携带。分析认为:重整预加氢捕硅剂无法完全捕获所有硅,导致部分硅穿透预加氢系统;硅对预加氢催化剂的影响小于对重整催化剂的影响;硅中毒会导致催化剂的氯流失,需要加大注氯量。

计及时变演化特征的硅泡沫垫层非线性黏弹性模型研究

基于黏弹性基本理论,引入材料非线性特征,考虑了材料加载、保载应力松弛历史、老化效应以及黏弹性模型各运动单元退化的差异性,并从两种老化机制出发,获得了老化硅泡沫垫层力学模型以及长时应力松弛硅泡沫垫层接续加载力学模型.模型机理清晰,能够反映材料服役历史信息及其对力学效应的影响.

混合介质层类同轴硅通孔等效电路模型的建立与验证

混合介质层类同轴硅通孔(coaxially-shielded through-silicon-via with mixed dielectric layer,MD CSTSV)结构由于其电学性能优良、制备工艺简单和成本低廉的特点,在高密度射频封装领域中具有极大的应用前景.本文基于多导体传输线理论和引入比例因子λ的环形介质层的复电容的计算公式,提取了该结构的单位长度RLGC电学参数,并建立了相应的等效电路模型.在0.1~40 GHz的频率范围内,利用MD CSTSV的等效电路模型仿真计算得到的S参数结果与基于HFSS全波仿真得到的S参数结果之间匹配良好,最大误差不超过7%.相关结果表明,所提取的MD CSTSV的单位长度RLGC电学参数以及相应的等效电路模型较为准确且可以很好地模拟其信号传输性能.

土壤有效硅检测方法样品前处理改进研究

为明确有效硅检测方法试液制备摇匀的处理条件,以达到每个样品浸提条件一致,保证数据准确度和精密度,对检测方法样品前处理进行探索研究。采用粘性较重的黄壤进行预试验,使用恒温振荡器,筛选较优的浸提转速和时间,再用标准物质考察准确度和精密度。预试验筛选出3组较优的处理分别是180 r/min-3 min、200 r/min-1 min、200 r/min-3 min,用标物对3种处理进行验证后,200 r/min-3 min处理有效硅的浸出量最大,准确度满足要求,精密度更高。土壤有效硅检测试液的制备可用恒温振荡器代替恒温箱保温5 h,每隔1 h在200 r/min下振荡3 min即可达到检测要求,使待检样品在同一条件下完成浸提,对粘性较重的土壤同样适用。