电子封装超声互连研究新进展

超声振动摩擦和局部高温高压可实现同材或异材的低温、快速、可靠的互连,超声技术在电子封装中显示出无与伦比的技术优势。综述了超声引线键合、块体母材直接超声键合、母材/焊料/母材三体超声固相键合等超声固相键合技术,超声钎焊、超声瞬态液相扩散焊等超声液相键合技术,超声纳米烧结、混合(复合)焊料超声互连等超声固液混合键合技术。无论是高频低功率的高速超声键合,还是中频高功率超声常速键合,超声的作用规律和效果相似,其互连质量和互连机理与接触材料及其状态有着最为密切的关系;考虑由于超声互连过程快、时间短、互连界面窄、接头不透明,可以采用焊接实时高速摄像技术和同步辐射X射线成像技术相结合,实时观察液态焊料润湿流动、焊料颗粒运动轨迹、母材的剥离过程及界面形成规律;考虑由于微焊点尺寸放大,可以借助温度传感器和压力传感器进行超声的温度效应和瞬态压强实时测量;基于双超/多超声诸多影响因素,多超声的数值模拟分析将成为微焊点超声互连机理研究的有效手段。

人工智能芯片先进封装技术

随着人工智能(AI)和集成电路的飞速发展,人工智能芯片逐渐成为全球科技竞争的焦点。在后摩尔时代,AI芯片的算力提升和功耗降低越来越依靠具有硅通孔、微凸点、异构集成、Chiplet等技术特点的先进封装技术。从AI芯片的分类与特点出发,对国内外典型先进封装技术进行分类与总结,在此基础上,对先进封装结构可靠性以及封装散热等方面面临的挑战进行总结并提出相应解决措施。面向AI应用,对先进封装技术的未来发展进行展望。

基于微谐振器的圆片级真空封装真空度测试技术

针对微电子机械系统(MEMS)圆片级封装腔体体积小、传统的真空封装测试方法适用性差的情况,研制了一种用于表征圆片级真空封装真空度的器件——MEMS微谐振器。利用此谐振器不仅可以表征圆片级真空封装真空度,也可用于圆片级真空封装漏率的测试。采用MEMS体硅工艺和共晶圆片键合技术实现了微谐振器的圆片级真空封装,利用微谐振器阻尼特性建立了谐振器品质因数与真空度的对应关系,通过设计的激励电路实现了微谐振器品质因数的在片测试,对不同键合腔体真空度下封装的MEMS微谐振器进行测试,测试结果显示该微谐振器在高真空度0.1~8 Pa范围内品质因数与真空度有很好的对应关系。

有机封装基板标准化工作现状及发展思考

随着我国集成电路产业的发展,作为集成电路封装重要零部件的一种特殊印制电路板(PCB)——有机封装基板呈现出高速增长的态势,相应的标准化需求日渐显现。回顾了过去我国PCB领域标准化的方针,分析了工作方针调整的必要性。在梳理和总结有机封装基板产业发展关键点的基础上,提出了有机封装基板标准化工作新的发展思路,指出了基于客户联系、产品良率控制和原材料研制等方面的标准化工作重点任务。针对其发展趋势,聚焦嵌入式基板这个未来可能给整个有机封装基板产业链带来重组的着力点,提出了我国在这一产业变革中未来标准化工作的思路和任务。

共封装硒肽和VE微胶囊制备及其理化特性

通过乳化-冷冻干燥联合技术构建微胶囊体系,以实现对具有不同极性的物质(亲水性硒肽和亲脂性VE)的稳态化共封装。以包埋率作为参考,通过单因素试验考察壁材浓度、硒肽和VE含量等工艺参数对包埋效果的影响。傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜图像表明微胶囊能够有效封装硒肽和VE,并且具有较好的水分散性,复溶后仍保持双重乳液结构。热稳定性分析和2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)阳离子自由基清除实验结果证实,相比于硒肽粉末,微胶囊具有更高的热稳定性和抗氧化活性。电子鼻分析结果进一步证实微胶囊体系对硒肽自身异味具有较好的遮掩效果。体外模拟消化实验表明,微胶囊封装提高了硒肽在模拟胃液中的稳定性,并且硒肽在模拟肠液具有更低的保留率,能够被有效释放。相关研究结论将为富硒功能性食品营养补充剂的开发提供理论依据。

面向高密度柔性集成电路封装基板的精密视觉检测算法

高密度柔性集成电路(IC)封装基板是电子组件的核心载体,其制造过程中的刻蚀、显影等工艺需要严格的品质控制.本文开发了一种融合金相显微镜与工业相机的成像视觉检测系统,用于柔性IC封装基板的图像采集与品质控制.针对显微成像视野小、易离焦等问题,提出了一种基于中值的三元模式局部纹理快速自动对焦算法.此外,针对高倍镜下柔性IC封装氧化缺陷分布不均匀问题,引入微分几何工具,利用曲率等几何特征提出了一种基于动态曲线演化的高精度表面氧化分布特征检测模型.通过定性与定量的实验研究,验证了两种算法在快速性和高精度方面的优越性能.

倒装焊芯片封装微通孔的一种失效机理及其优化方法

随着晶圆工艺节点的发展,封装集成度越来越高,封装有机基板的线宽和线距逐步减少,微通孔的数量增加,微通孔的孔径减少。球栅阵列(BGA)封装有机基板的微通孔失效一直是影响高性能和高密度芯片封装可靠性的主要问题。针对有机基板微通孔失效的问题,通过温度循环可靠性试验、有限元分析方法、聚焦离子束、扫描电子显微镜以及能谱仪等表征手段,系统研究了-65℃~150℃与-55℃~125℃500次温度循环加载条件下倒装焊的失效模式。结果表明,在-65℃~150℃温度循环条件下,有机基板微通孔由温度循环疲劳应力而产生微通孔分层,仿真表明-65℃~150℃下基板平均等效应力增加约8 MPa;通过改善散热盖结构,等效应力降低了21.4%,且能通过-65℃~150℃500次温度循环的可靠性验证,满足高可靠性的要求。

封装工艺对半导体激光器偏振特性的影响

研究了封装工艺对半导体激光器偏振度的影响,包括封装结构、热沉材料、焊料组分、焊料厚度、烧结压力以及烧结温度等方面。通过对功率25W、波长976nm单管半导体激光器封装工艺进行优化,实现了该半导体激光器应力匹配封装,进而提高了其偏振度。研究结果表明,在金锡焊料厚度6~8μm、金锡焊料中金组分77%~79%、烧结温度320℃、烧结压力50gf(1gf=9.8mN)、预热时间10s、降温速率6℃/s等工艺条件下,该半导体激光器横电(TE)模式偏振度测试值达到97.9%~98.6%。

感应器封装检测一体机的设计与应用

目前国内可穿戴感应器的装配方式主要为人工装配,不仅效率低,而且容易出现误操作,造成产品质量不稳定。对此,设计了感应器封装检测一体机。介绍了感应器封装检测一体机的结构和功能,分析了工作流程,并与人工装配进行对比。感应器封装检测一体机可以实现可穿戴感应器的装配、检测全过程自动化,有效提高装配效率和合格率,具有一定的应用与推广价值。

Ka频段卫通收发共口径多波束相控阵封装天线设计

为满足卫星通信中双频共口径、高集成、多波束等要求,提出了一种基于封装天线(Antenna in Package, AIP)架构的Ka频段收发共口径多波束相控阵天线。天线以双频堆叠微带单元的形式实现了收发共口径,并通过天线集成滤波器保证了收发通道的隔离度优于44 dB。在±60°范围内,64元接收阵增益优于17.4 dB,128元发射阵增益优于20.2 dB,具有良好的波束扫描性能。为获得收发多波束一片式集成,在收发(Transmitter/Receiver, T/R)组件中使用晶圆级三维系统集成封装(Three Dimensions System in Package, 3D-SIP)并结合微凸点的制备技术,保证了系统级芯片(System-on-Chip, SOC)的高密度二次集成。高低频混压技术同样被应用于阵面、收发网络、控制供电链路的多层板集成。所提多波束的相控阵天线新架构具有高密度集成TR组件、多波束一体化、高效散热等特点,在卫星通信和数据链等方面具有广阔的应用前景。

基于OBE理念“电子封装材料”课程的线上+线下混合教学改革探讨

《电子封装材料》是电子封装技术专业的一门核心必修课,包含理论知识点多,传统教学方式得到的教学效果不佳。针对这一现状,以OBE教育理念为指导,混合教学模式为基础,对课程目标、教学内容、教学模式、课程评价体系等教学环节进行改革探讨,旨在提高教学质量和学生自主学习效果,提高学生的独立思考和解决问题的能力,从而培养出适应电子封装产业发展的高素质人才。

陶瓷封装球栅阵列焊点失效机理研究

研究了陶瓷封装球栅阵列(CBGA)的焊点在长期使用后开裂的失效机理,提出了改善此类元器件焊点可靠性的有效措施。通过X-ray分析、显微剖切、扫描电镜和能谱分析(SEM&EDS)等手段,研究分析了CBGA封装器件焊点失效的机理与成因;基于失效机理,提出了针对性的改善措施,并验证了相关措施的有效性。研究结果表明,由于CBGA器件本体与印制板之间存在较大的热膨胀系数差异,导致焊点在长期使用后出现了热疲劳开裂失效,通过更换焊球类型以增加焊点高度可以显著地改善焊点的可靠性。

无引线封装的SOI高温压力传感器设计

为解决高温环境下的压力监测问题,对无引线封装压力传感器进行了研究。首先,对高温压力敏感芯片进行设计,使用绝缘体上硅(SOI)材料提高了敏感芯片的高温稳定性;使用Ti⁃Pt⁃Au复合电极提高了金属电极与硅引线之间欧姆接触的可靠性。使用导电银浆实现敏感芯片电极和基座引脚的电连接,使用玻璃浆料实现芯片与基座的耐高温封装。利用同步热分析仪对导电银浆和玻璃浆料进行了DSC⁃TG同步分析,并借助扫描电镜对其微观形貌进行对比观察,确定其最佳烧结工艺曲线。对封装后的压力传感器进行测试,结果表明:传感器在25~300℃范围内具备优异的性能,综合精度可达0.25%FS。

点播影院发行包中MXF封装器的设计与实现

点播影院系统中的影片打包可采用自选格式或参照ISO 26429系列标准的打包格式,MXF封装又是影片打包中的一个重要环节,它需要根据影片所采用的编码方式、加密方式等来按照不同的封装规则进行设计。本文结合点播影院放映设备的业务需要,参照ISO 26429系列标准,设计和实现了一种既能支持国外加密算法,又能支持国密算法的MXF封装器,并详细阐述了其工作原理,以供有类似需求的点播影院系统建设方参考。

基于光纤光栅毛细钢管电镀封装结构的温度传感特性研究

采用毛细钢管对布拉格光纤光栅(FBG)封装有保护和温度增敏的效果。FBG和毛细钢管之间一般采用环氧胶连接,这会影响传感器的灵敏性和可靠性。为此,提出了一种基于磁控溅射和电镀相结合的毛细钢管封装工艺。首先在裸FBG上磁控溅射镍金属导电层,然后用电镀工艺将光纤和毛细钢管的两端固定连接。电镀连接层表面光滑,没有明显缺陷。相较于胶粘封装,使用电镀封装的FBG温度传感器在25~95℃的温度范围内具有优异的线性度。封装结构的温度传感灵敏度是裸FBG的2.63倍。结果表明,毛细钢管电镀封装结构不仅可以提高温度传感灵敏度,还能在高温下具有稳定的传感性能。

大腔体陶瓷封装中平行缝焊的密封可靠性设计

随着平行缝焊腔体尺寸的增大,尤其在中温共烧陶瓷封装和薄型高温共烧陶瓷封装中,常常存在平行缝焊的密封成品率相对较低和气密性可靠性相对较差的问题。通过分析氧化铝陶瓷封装的密封失效原因,提出优化平行缝焊可伐焊框和盖板的结构设计来提升密封可靠性。以采用FC-CPGA570封装形式的某型DSP电路为例进行仿真和验证,通过降低钎焊残余热应力、增加缓冲结构、采用盖板轻量化设计,实现了很好的密封成品率及好的密封可靠性,为同类产品乃至低温共烧陶瓷封装的气密性设计、可靠性提升提供参考。

陶瓷球栅阵列封装元器件工艺装联适应性验证方法

针对陶瓷球栅阵列封装(CBGA)元器件,设计了一套完整的工艺装联适应性的验证流程与方法,并将该方法在一款CBGA器件中进行了应用。通过开展CBGA元器件工艺装联适应性验证,有效地识别了该款电子元器件在温度循环应力下存在的焊点开裂风险。该焊点开裂主要是由于元器件本体与印刷电路板(PCB)之间的热膨胀系数存在差异,在温度交替变化的环境中,焊点受到热机械疲劳应力作用从而发生开裂。该问题可以通过对CBGA器件进行点胶加固或采用柱栅阵列封装(CCGA)进行有效改善。

基于Anand模型的BGA封装热冲击循环分析及焊点疲劳寿命预测

BGA封装在电子元器件中的互连、信息传输等方面起着重要作用,研究封装元件的可靠性以及内部焊点在高温、高湿、高压等极限条件下的稳定性显得尤为重要。基于Anand模型分析了封装元件在热冲击下的塑性变形和应力分布,同时对不同空间位置焊点的最大应力与主要失效位置进行了对比,并运用Darveaux模型计算出焊点最危险单元的裂纹萌生、裂纹扩展速率和疲劳寿命。结果表明,在热冲击极限载荷下,封装元件的温度呈现对称分布,表面温度与内部温度差较大,约为15℃;最大变形为0.038 mm,最大变形位置为外侧镀膜处;最大应力为222.18 MPa,内部其余部分的应力值为20 MPa左右。对于内部焊点,最大应力为19.02 MPa (250 s),应力最大位置在锡球下方边缘,预估其疲劳寿命为6.29天。

电子封装高温焊料研究新进展

随着先进封装和第三代半导体的快速发展,具有高熔化温度、耐持久温度考验的高温焊料逐渐成为学界追逐的热点,也成为推动电子产业无铅化和升级换代等“卡脖子”问题的瓶颈。本文综述了传统高温Sn-80Au和Pb-Sn焊料、IMC焊料、纳米及纳米-微米混合焊料,提出未来高温焊料在成分上必将以金、银、铜、铝等金属或石墨烯、碳纳米管等轻质、高导热、高熔化温度的碳基材料及其复合材料为主流;在微观尺度上,纳-微米混合焊料既具有纳米焊料的温度效应,又具有颗粒选择的灵活性,能在一定程度上解决纳米焊料的氧化、团聚及烧结时的相转变等问题;基于颗粒焊料的多尺度、颗粒种类选择的多维度,具有低温快速制备、高温长期服役的IMC高温焊料也具有极大的前途。加速高温焊料研发,突破低温封装、高温服役的技术瓶颈,必将极大推动先进封装和功率封装的快速发展。

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。