一种三维集成的Ku波段高功率T/R模块

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建模,保证低损耗输出,采用导热垫加微流道散热板达到了良好的散热效果,实现模块高功率输出;对模块的微波垂直互连结构和散热进行建模和仿真。测试结果表明,在14~18 GHz内发射通道饱和输出功率大于40 dBm,接收通道增益大于21 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸仅为14.0 mm×14.0 mm×3.3 mm。该模块在兼顾高集成度的同时性能指标得到了进一步提升。

硅基高压电容器的制作方法

基于微电子机械系统(MEMS)工艺,给出一种硅基高压电容器结构及工艺制作方法。设计得到了容值为2 nF、芯片尺寸为2 mm×2 mm×0.3 mm的硅基电容器。研究了制作该结构的工艺方案,解决了工艺过程中的关键技术,并给出了工艺结果。最终,实现了硅基高压电容器结构的工艺制作和测试。测试结果表明,获得的高压电容器的容值与设计值基本一致,击穿电压可以达到280 V,验证了工艺路线的可行性。

无取向硅钢中微细夹杂物控制研究进展

随着家电行业变频技术的实施和推广、新能源汽车产业的兴起和电机节能及高效化发展,市场对无取向硅钢的需求持续大幅上升,但同时对无取向硅钢低铁损、高磁感的磁性能要求愈加苛刻。研究表明,钢中小于1μm的微细夹杂物(如MnS、AlN、Al_(2)O_(3)、Cu_(2)S)对其磁性能的劣化最为严重,因此,如何控制无取向硅钢中微细夹杂物的类型、总量、尺寸分布等备受关注。本文归纳总结了研究者对影响磁性能的微细夹杂物尺寸分布界定,从控制机理上分析了钙、稀土变质夹杂物的根本原理,综述了国内外相关生产企业、科研院所微细夹杂物控制工艺技术进展,并在此基础上,结合笔者所在团队科研成果指出了当前无取向硅钢微细夹杂物控制存在的不足以及未来发展趋势,并提出了稀土变质微细夹杂物未解决的关键科学问题。

锂离子电池微米硅负极制备与改性研究进展

硅因具有超高的理论比容量,被认为是新一代最有前途的锂离子电池负极材料之一。但其在循环过程中大的体积膨胀和较差的导电性限制了其应用。科研人员为克服以上技术挑战提出了许多方案,包括纳米化、碳包覆、合金化和多孔化。近年来,随着电动汽车和电子设备的不断更新,对电池的能量密度要求进一步提高。与纳米硅相比,微米硅制备成本低且比表面积小,具有更高的振实密度和更少的界面反应,有望应用在锂电池中实现高达500 Wh/kg的比能量。综述了微米硅的制备方法和改性策略,阐述了存在的不足,并对未来的发展方向进行了展望。

微硅粉制备充填胶凝材料研究现状

微硅粉是硅钢工业产生的废弃物之一,主要成分为二氧化硅,有较高的潜在胶凝活性。本文对微硅粉的理化性质、微硅粉改性、胶凝活性激发、工程应用等进行了综述。微硅粉作为添加剂广泛应用于混凝土工程中,其产生的C-S-H凝胶能显著改善混凝土的各项性能。使用微硅粉制备对重金属离子具有较强吸附能力的新型充填胶凝材料是微硅粉资源化利用的一条新途径。

L波段硅基多层堆叠MEMS耦合器

基于射频传输理论设计并制备了一款Si基多层堆叠微电子机械系统(MEMS)耦合器。该耦合器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。利用电磁仿真软件进行了建模仿真,并经过金属图形化、硅基通孔(TSV)、晶圆减薄、晶圆键合等MEMS工艺完成器件制备。采用三层硅片进行堆叠,信号传输时,通过上下两层金属的层间距离对耦合度进行调整,相比常规的平面耦合具有更小的横向尺寸。同时,为了减小信号传输过程中的辐射效应,在信号线周围设计了接地通孔,实现对耦合器的全屏蔽,使其免受外部电磁场的影响。所制备的硅基多层堆叠MEMS耦合器的频带范围为0.75~1.25 GHz,性能指标良好,尺寸仅为5.5 mm×6.0 mm×1 mm,相比常规的平面耦合结构缩小了50%,相比多层印制电路板(PCB)结构缩小了20%。

激光织构形状间距对单晶硅摩擦磨损特性的影响

目的提高单晶硅的减摩耐磨性能。方法利用紫外激光在单晶硅试样表面刻蚀不同形状,间距为0.1、0.2、0.3 mm,宽度为0.2 mm的织构。基于MRTR-1摩擦磨损实验机,研究干摩擦条件下织构参数对单晶硅摩擦学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察单晶硅表面织构的微观形貌和磨痕形貌,用电子天平称量实验前后试样的质量,并计算磨损率,通过Ansys有限元软件模拟仿真试样表面应力和摩擦生热的温度分布。结果与无织构相比,刻蚀表面织构均能不同程度地降低试样的磨损率,磨损率从0.012 mm^(3)/(N·m)降至0.008 mm^(3)/(N·m);部分表面织构试样的摩擦因数下降,低于0.14;单晶硅试样的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。仿真结果表明,织构试样的平均等效应力均大于无织构试样,在单晶硅试样表面加工织构会影响其表面整体性,容易出现应力集中现象;织构试样表面高于环境温度的区域面积小于无织构试样,且试样表面的最高温度与摩擦因数呈正相关。结论在单晶硅表面加工织构,可以有效提高试样的耐磨性能,合适的织构参数还能够降低摩擦因数。通过加工表面织构,一方面可以影响试样的整体性,另一方面能够改善试样的散热性能。

与硅微器件集成的MEMS皮拉尼计

针对圆片级真空封装现有的检测难、易泄漏等问题,提出一种可与硅微器件工艺兼容、并行加工于同一腔体的皮拉尼(Pirani)计设计与加工方法,用于圆片级真空封装后腔体的真空度检测。采用SOI硅片对皮拉尼计结构进行加工,通过金硅键合方式对器件进行圆片级封装,同时采用硅通孔(TSV)的纵向电极引出方式,改善气密封装问题。测试结果表明,皮拉尼计电阻在线性区间的温度系数为1.58Ω/℃,检测敏感区间约为1~100 Pa,灵敏度达到61.67Ω/ln(Pa)。提出的皮拉尼计可与硅微器件并行加工,为圆片级真空封装腔体的真空度在片测试提供了一种简单可行的方案。

硅微轴对称陀螺全角模式下的模态匹配优化技术

硅微轴对称陀螺全角模式下频率裂解会产生较大阈值,通过模态匹配的优化可以减小频率裂解。通过分析全角模式振型进动特点和刚度轴偏差原因,提出了一种高精度模态匹配技术。通过对陀螺进动状态时频率波动信息的分析,解调出其幅值和相位信息作为参考量,调整调谐电压以及调轴电压,从而实现模态匹配。实验结果表明,所提方法相较于传统开环模态匹配方法,频差从0.27 Hz提升至0.1 Hz以内,阈值从8°/s提升至3°/s,在相同360°/s转速下,输出角速率误差由18°/s降低至10°/s。

自成形硅表面微结构:表面特征及潜在应用

采用等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)制备掺氢非晶硅膜,并对其表面结构学进行研究。该文发现在晶体硅衬底上沉积非晶硅薄膜时,会在表面形成非均匀分布的起泡缺陷。在已制备的非晶硅薄膜上进一步沉积了氮化硅/非晶硅的交替层,在起泡缺陷原位形成了一个完美的穹顶多壳的微结构,并且没有明显的结构坍塌。该文总结了自成形穹顶微结构的3个独特的结构特性,并进一步指出了该自成形穹顶微结构在纳米光学和微机电系统中的潜在应用。

铝酸盐体系中氧化时间对碳化硅颗粒增强铝基复合材料微弧氧化膜层的影响

[目的]探究氧化时间对碳化硅颗粒增强铝基(SiC_(p)/Al)复合材料微弧氧化膜层的影响。[方法]选用铝酸盐体系作为电解液,对SiC_(p)/Al复合材料进行微弧氧化处理,分析氧化时间对膜层组织结构、物相、厚度、粗糙度、结合力、电绝缘性及耐蚀性的影响。[结果]随着氧化时间延长,膜层逐渐变得连续均匀,厚度增加。若氧化时间过长,膜层会出现层叠现象,形成大尺寸微孔及裂纹,且生长速率越来越低。膜层结合力随氧化时间延长先增大后减小,在60 min时最大,达到39.85 N。氧化时间为10 min时,膜层的电绝缘性及耐蚀性最优,100 V和500 V电压下的绝缘电阻分别达到3.11×10^(12)Ω和1.41×10^(12)Ω,腐蚀电位为-0.6298 V,腐蚀电流密度为1.332×10^(-7)A/cm^(2)。[结论]SiC_(p)/Al复合材料表面微弧氧化膜层的连续性、均匀性及生长速率均与氧化时间有关。需选择合适的氧化时间,才能制备出连续、均匀且综合性能优异的膜层。

基于超像素的硅基有机发光二极管微显示器

基于超像素技术,针对彩色硅基OLED(Organic Light Emitting Diode)微显示器,提出一种数字驱动策略,通过复用相邻像素信息,使单像素用于多个相邻像素成像,大幅提高显示分辨率.设计了一种数字驱动彩色OLEDoS(Organic Light Emitting Diode on Silicon)微显示器驱动电路,在120 Hz帧频的条件下,可实现256级灰度和4K显示分辨率,且电路面积和每秒数据传输量仅为传统驱动方式的50%.经测试验证,该驱动电路可实现的OLED像素平均电流范围为13.1 pA~3.74 nA,可满足微显示器近眼显示需求.

ICP深硅刻蚀工艺研究

深硅刻蚀工艺是MEMS器件制造过程中的关键工艺之一。加速度计的梳齿结构、滤波器及压力传感器的硅腔结构都是决定器件性能的关键工艺,均需要通过深硅刻蚀制备。梳齿的垂直度以及硅腔的侧壁平整度均会对器件的性能产生直接影响。针对深硅刻蚀工艺中出现的形貌问题进行分析,找到影响硅草、侧壁垂直度差、底部横向钻蚀、侧壁钻蚀等问题的工艺参数。最后通过工艺参数优化,对这些问题进行改善,从而获得理想形貌,满足器件性能要求。

微硅粉改性耐热低烟无卤阻燃电缆复合材料的制备及性能研究

为保证电缆的环保使用和安全性能,研究对氢氧化镁进行湿法改性以增强电缆料的韧性,再采用微硅粉对低烟无卤阻燃电缆料进行改性,提高其加工性能和绝缘性。结果得出,当微硅粉含量为3%时,阻燃剂为53%或55%的电缆料熔融指数分别为1.2 G/10 min和1.15 G/10 min。树脂+KH550-MH+微硅粉(47%/45%/8%)和树脂+KH550-MH+微硅粉(45%/47%/8%)的吸水率分别为0.54%和0.19%。因此证明了微硅粉的改性对热塑型的耐热低烟无卤阻燃电缆料具有良好的性能效果,并提高了目前热塑型电缆料的产品技术,促进了电缆料行业的发展。

基于三维异构集成技术的X波段4通道收发模组

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维异构集成工艺,设计了一款适用于相控阵天线系统的三维堆叠4通道T/R模组。模组由3层功能芯片堆叠而成,3层功能芯片之间采用贯穿硅通孔(TSV)和球栅阵列实现电气互连;模组集成了6位数控移相、6位数控衰减、串转并、负压偏置和电源调制等功能,最终尺寸为12 mm×12 mm×3.8 mm。测试结果表明,在X波段内,模组的饱和发射输出功率为30 dBm,单通道发射增益可达27 dB,接收通道增益为23 dB,噪声系数小于1.65 dB。该模组性能优异,集成度高,适合批量生产。

基于ASIC芯片的多探测单元设计与验证

以空间辐射环境中的粒子为研究目标,研制了用硅微条传感器作为探头、用集成芯片IDE3160进行信号处理的空间粒子探测系统.该系统采用两片硅微条传感器组成的硅微条探测阵列作为前端探头,并应用数字化的信号处理方法,获取空间粒子入射的位置及在硅微条内单位长度沉积的能量(线性能量传递,LET).从诱发单粒子效应的物理机制角度,对比重离子和脉冲激光在硅半导体中所产生物理效应的不同.采用1.064μm脉冲激光开展系统测试,获得良好的LET线性结果:该系统数据采集所需时间为2.47 ms,可探测到的LET阈值约为0.1MeV·cm^(2)·mg^(–1),皮尔逊相关系数(PCC)达0.998,表明系统测量结果与理论设计符合性良好.该系统动态范围宽、线性度好,具有较高的集成度、可拓展性及可移植性,可以搭载在各种空间探测卫星上.

新能源汽车电机封装用灌封胶黏度测试与导热性研究

制备一种可用于新能源汽车电机封装的灌封胶,并对其性能进行研究。结果表明,各灌封胶的初始分解温度均高于300℃,表现出良好的热稳定性。随着硅微粉添加量从6%增大到30%,灌封胶热稳定性提高,黏度、导热系数和拉伸强度均增大,拉伸断裂伸长率先升后降。试验确定最佳硅微粉添加量为18%,此时灌封胶导热系数和黏度分别为0.542 W/(m·K)、1835 mPa·s,导热性能和流动性良好;拉伸强度和拉伸断裂伸长率分别是1.51 MPa、91.7%,拉伸性能良好。添加18%硅微粉的灌封胶综合性能良好,在新能源汽车电机封装应用方面有一定价值。

超细球形硅微粉的制备与性能表征

以硅酸钠、硫酸、氨水等为主要原料,聚乙二醇(PE-2000)为表面活性剂,乙酸乙酯为沉淀剂,制备得到球形硅微粉。考察了硅酸钠浓度、乙酸乙酯添加量、反应温度对生成硅微粉沉淀时间的影响。实验结果表明:硅酸钠浓度为0.5 mol/L,乙酸乙酯添加量为8.0%,反应温度为70℃时,制得的球形硅微粉性能优异,球形二氧化硅的粒度呈正态分布,D50为549 nm,90%的粒子粒径小于1μm。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等对样品的结构、形态进行表征,结果表明制备的样品为无定形二氧化硅,其团聚最小,颗粒表面光滑,球化率也较高。

基于遗传算法的场堆叠硅基OLED微显示器伽玛校正研究

硅基有机发光二极管(OLED)微显示器的驱动方式主要分为数字驱动和模拟驱动。在数字驱动中,OLED器件的等效电容导致开启过程中产生亮度脉冲,特别是在场堆叠驱动方式中,固定小数子场的开关过程带来的亮度脉冲直接影响显示的亮度,导致灰阶曲线呈现出非线性递增,这为Gamma校正带来了挑战。为改善Gamma校正的过程及其结果,基于场堆叠数字驱动提出了一个新型亮度模型。该模型结合场顺序、场权值、Vcom电压值和Vcom电压配置,组成一个综合的参数空间。基于该模型,运用遗传算法对灰阶曲线进行了优化,并在分辨率为2560×2560×3的全彩硅基OLED微显示器上进行了实验验证。实验结果表明,通过优化参数空间,白色光灰阶曲线的均根方差和无效灰度点数从21.65 cd/m^(2)、15395个降至1.62 cd/m^(2)、2977个,得到显著改善。这一改进不仅使灰阶曲线更加线性和单调,还有效减少了无效灰度点,成功地实现了白色光Gamma 2.2曲线的精确校正。相比于模拟驱动,场堆叠数字驱动在低灰阶显示上展现出更佳的区分度,更符合人眼对显示效果的感知。

浅谈微碳锰硅合金在“四炉联动”中的作用

介绍了矿热炉、高炉、调质炉、精炼炉等利用高炉锰渣、除尘灰冷压球团等一步法制取微碳锰硅合金,继而采用全热装工艺制取微、低碳锰铁的生产实践。即在高炉/精炼炉正常生产高碳锰铁/精炼锰铁的基础上,增加一步法微碳锰硅合金生产环节,并与调质高炉渣分屉摇包生产出非标准锰硅合金(C<0.2%),最终采用精炼炉热装工艺生产微、低碳锰铁(Mn略低)。通过“四炉”的容量匹配、选择合适的渣型、适合的出渣温度及出铁时间,控制硅、碳含量等技术措施,充分发挥了低碳及硅的利用率,从而形成企业独具特色的新质生产力。