基于硅基堆叠SIP技术的超宽带T/R组件

传统的超宽带T/R组件采用的是两维砖块式结构,体积和重量已不适应目前小型化、低剖面、易共形的相控阵天线要求。文中提出的基于硅基堆叠系统级封装(SIP)技术,将四通道的射频芯片高度集成在硅基介质基板上,将多层介质基板厚金压合,实现多层堆叠的三维封装。通过采用芯片多功能集成技术和超宽带射频信号的垂直互连技术,设计出三维堆叠的四通道超宽带T/R组件。T/R组件带宽为6 GHz~18 GHz,单通道的发射功率优于23 dBm,接收增益优于20 dB,可实现6位数控衰减及6位数控移相,尺寸仅有13.0 mm×13.0 mm×3.4 mm。该技术可以实现多通道超宽带T/R组件的SIP封装,有利于工程应用。

空腔结构硅基载板封装的机械应力分析

基于硅基载板与芯片之间良好的热膨胀系数匹配性和硅通孔的高密度互联特性,硅基载板广泛应用于高集成度、高可靠微系统封装中。封装产品在工作过程中需要经受外界不同的加速度、随机振动、机械冲击以及环境温度变化、器件工作发热等引起的热应力,这些应力均可能引起封装发生分层、断裂等失效。因此,很有必要预测外界环境对封装可靠性的影响。本文以典型硅基载板封装为例,采用数值仿真方法研究封装在使用过程中外界机械应力和热应力对其可靠性的影响。结果表明,热应力对封装的变形和应力影响最大;随机振动频率50~2000 Hz范围和功率谱密度为4(m·s^(-2))^(2)/Hz内,封装不会产生共振失效;机械冲击载荷对封装影响最小。实际封装产品经过机械冲击和随机振动等试验验证,满足设定的使用要求。

SiC功率模块封装材料的研究进展

随着SiC功率模块的高频高速、高压大电流、高温、高散热和高可靠发展趋势,基于封装结构和封装材料的SiC功率模块封装技术也在不断地更新换代。与封装结构相比,SiC功率模块封装材料的相关研究报道较少。该文从封装材料角度出发,综述近年来陶瓷覆铜基板、散热底板、黏结材料、互连材料及灌封材料的研究进展,同时引出相关封装材料的研究重点,以满足SiC功率模块的应用需求。

K频段小型化四通道天线接口单元设计与实现

为了适应机载射频前端小型化的需求,设计了一种基于SiP(System in Package)技术的K频段四通道天线接口单元。该单元采用二次超外差变频构架,主要由两个硅基封装的变频双通道集成SiP模块以及高低本振集成锁相环SiP模块组成。硅基变频SiP模块采用PoP(Package on Package)方式实现不同功能电路封装的上下堆叠,保证了良好的电磁兼容和输出杂散抑制。堆叠好的硅基封装通过BGA植入陶瓷封装中,实现了高可靠的气密性。基于SiP技术的四通道天线接口单元体积仅为58.2 mm×40.3 mm×11.0 mm,在保持优良电性能指标前提下,相比于传统方式设计,四通道天线接口单元在体积和质量上均大幅缩减86%以上,在机载、弹载等对设备轻小型化要求较高的平台上具有广阔的应用前景。

射频微系统冷却技术综述

雷达、电子战等射频电子装备向高集成度和大功率方向发展,有力牵引了射频微系统技术的进步,同时给冷却设计带来三大挑战:高面热流度、热堆叠和高体热流密度。冷却技术成为制约射频微系统应用的关键瓶颈之一。文中综述了国内外当前射频微系统冷却技术的发展现状,传统的远程散热架构因界面多与传热路径远已难以为继,高集成度的近结冷却技术显著提升芯片散热能力;以有源相控阵雷达为例,提出了射频微系统冷却的三代技术路线,指出了射频微系统热设计的主要发展方向。

β-分泌酶底物肽反转录病毒载体及其包装细胞株的构建

目的用pLXSN反转录病毒载体构建介导β-分泌酶底物肽(BACEsp)基因表达的pLXSN-BACEsp反转录病毒载体,并建立高效、稳定表达BACEsp的包装细胞株。方法根据BACEsp基因序列设计引物,PCR合成的BAC-Esp片段和pLXSN载体用EcoRⅠ、BamHⅠ双酶切后连接,构建成表达BACEsp的pLXSN-BACEsp反转录病毒载体。用脂质体介导转染PT67包装细胞,经抗性筛选后,挑单克隆扩大培养,用NIH3T3细胞测定病毒滴度,筛选出高效产毒细胞株。结果经酶切、连接后构建成的质粒称为pLXSN-BACEsp,经测序证实构建成功,无任何碱基突变。经脂质体介导转染包装细胞、抗性筛选和测定病毒滴度,筛选出具有高病毒滴度的细胞集落,扩大培养后建立BAC-Esp高效表达的包装细胞株。结论成功构建了能表达BACEsp的pLXSN-BACEsp反转录病毒载体,并建立了稳定、高效地产生有活性的BACEsp产毒包装细胞株。

基于硅基微纳结构衬底的光操控-表面增强拉曼光谱方法研究

表面增强拉曼散射(SERS)增强基底的制备是实现SERS技术高灵敏度探测的关键因素,利用光操控技术制备金属纳米粒子聚集体是近来SERS领域研究的热点。利用飞秒激光湿法刻蚀技术,在硅片表面5 mm×5 mm范围内刻蚀横截面积(宽度×深度)为10μm×7μm, 30μm×12μm, 60μm×15μm, 70μm×19μm和90μm×21μm的狭槽线阵,制备截面积不同的微纳硅基衬底(SiMS)。应用光操控技术结合SERS方法,在金纳米溶胶中加入硅基衬底。并将激光对焦在衬底狭槽内,在光辐射压力的作用下,金纳米粒子沿光束的传播方向运动,聚集于微纳结构表面的狭槽内,形成金纳米粒子聚集体,促进"热点"效应,提高SERS探测的灵敏度,实现了在硅基微纳结构衬底上探测物的SERS增强。实验表明,利用光辐射压力和光梯度力的合力,金属纳米粒子能有效聚集在硅基微纳结构衬底表面的狭槽中,形成更多的"热点",从而可大幅提高SERS增强效果。以芘为探针分子,随着狭槽截面积的增加, SERS信号逐渐增强,狭槽截面积为70μm×19μm时达到最强,超过该截面积后,拉曼信号强度开始降低, SERS强度最高增强了约两个数量级,最低检测浓度为5.0×10^-9 mol·L^-1,在低浓度范围内(5.0×10^-9~1.0×10^-7 mol·L^-1),芘位于588和1 234 cm^-1处特征峰强与浓度的关系曲线呈现较好的线性相关性,其拟合方程及线性相关系数分别为0.992和0.971。以截面积为70μm×19μm的微纳衬底进行了重复性实验,每完成一次实验,关掉激光器,待激光的作用消失,狭槽内聚集的金纳米粒子重新分散在溶液中,进行下一次实验。选取微纳衬底8个不同位置,每个位置重复三次实验,衬底不同位置芘的588和1 234 cm^-1两个特征峰峰强的相对标准偏差(RSD)分别为9.9%和2.0%,具有较好的重复性。与仅使用金纳米颗粒相比,该方法保留了金纳米颗粒重复性好的优势,同时具有更高的增强效应和衬底清洗后可重复使用的优点。研究表明,基于硅基微纳结构衬底的光操控-SERS方法,可极大地提高金纳米颗粒的SERS效应,在化学和生物学等领域的物质检测分析方面具有广阔的应用前景。

硅基双介质集成同轴传输结构

针对硅基系统级封装技术的发展需求,以及硅基板上传统的信号传输结构传输损耗大、抗串扰能力差等问题,提出一种新型的硅基双介质集成同轴传输结构。该结构基于体硅微加工工艺设计而成,具有全封闭式的外导体以及单晶硅和空气两种介质。由于结构的复杂性,提出等效矩形同轴传输结构设计方法来简化设计流程,并用有限元仿真验证了此设计方法的有效性。将双介质集成同轴传输结构与硅基板上的若干传统传输结构的性能进行仿真对比,结果表明该新型传输结构具有更低的插入损耗及更好的抗串扰性能。最后,制备了双介质集成同轴结构和相应的硅基带状线实物样品并进行了测试对比,测试结果与仿真结果保持一致并较好地验证了仿真分析的结论。

Si衬底LED薄膜芯片Ni/Ag反射镜保护技术

Ag基反射镜提高了薄膜型LED芯片的出光效率,但其易受破坏,通常选择抗腐蚀金属作为其保护材料,同时需要研究保护金属与p-GaN的接触性能,避免在p-GaN上同时形成两种欧姆接触引入的电流分流效应。通过传输线的方法研究了Pt,Cr,Ni/Ag与p-GaN的接触行为(在不同的合金条件),讨论了Cr和Pt作为保护材料的可行性。结果发现,N2中500℃合金后,NiAg/p-GaN的比接触电阻率(ρc)达到最低,ρc最低值为1.42×10-3Ω.cm2;同条件下,80 nm Pt/p-GaN的ρc为6.63×10-3Ω.cm2,30 nm Cr/p-GaN的ρc为2.03×10-2Ω.cm2,且其合金前的ρc为5.74×10-2Ω.cm2,比合金后的ρc更高。这说明,Cr是更为理想的Ni/Ag保护材料,若Ni/Ag合金后再蒸Cr,效果更佳。最后,通过芯片老化实验,验证了Cr是一种较为理想的、可靠的反射镜保护材料,采用其制备的薄膜型功率芯片具有很高的可靠性。

硅衬底结构LED芯片阵列封装热可靠性分析

LED阵列封装是高密度电子封装的解决方案之一,LED的光集成度得到提高,总体输入功率提高,但同时其发热量大,封装结构如果不合理,那么在温度载荷下各层材料热膨胀系数的差异将会导致显著的热失配现象,从而将会大大缩短LED的寿命。为此,兼顾散热和封装的可靠性设计与表面贴装式将芯片直接焊接在铝基板上不同的是采用硅衬底过渡,同时在硅衬底上布置电路这一结构。这种结构的优点是可以通过硅衬底的过渡来降低热失配对封装结构的影响,同时硅衬底作为电路层则省去了器件引脚。通过对4×4的LED芯片阵列结构进行有限元模拟,分析了温度对带有硅衬底的LED芯片阵列封装可靠性影响,同时对硅衬底进行分析和总结。

微波芯片倒装金凸点热疲劳可靠性分析及优化

为了满足射频系统小型化的需求,提出了一种基于硅基板的微波芯片倒装封装结构,解决了微波芯片倒装背金接地的问题。使用球栅阵列（BGA）封装分布为周边型排列的Ga As微波芯片建立了三维有限元封装模型,研究了微波芯片倒装封装结构在-55-125℃热循环加载下金凸点上的等效总应变分布规律,同时研究了封装尺寸因素对于金凸点可靠性的影响。通过正交试验设计,研究了凸点高度、凸点直径以及焊料片厚度对凸点可靠性的影响程度。结果表明：金凸点离芯片中心越近,其可靠性越差。上述各结构尺寸因素对凸点可靠性影响程度的主次顺序为：焊料片厚度〉金凸点直径〉金凸点高度。因此,在进行微波芯片倒装封装结构设计时,应尽可能选择较薄的共晶焊料片来保证金凸点的热疲劳可靠性。

硅基二氧化硅20通道循环型阵列波导光栅制备

采用硅基二氧化硅材料,针对G.698.4标准,设计并制作了适用于5G前传的20通道循环型阵列波导光栅,通道间隔为100 GHz。相较于传统的周期性阵列波导光栅结构,采用的2×20循环型阵列波导光栅结构可实现通道波长的严格对准,且插损均匀性更高。另外,采用指数型锥形波导取代矩形多模干涉结构以实现阵列波导光栅通带平坦化,减小因波导结构上的突变带来的损耗,且不带来光谱性能的恶化。通过机械补偿无热封装后,制备的20通道循环型阵列波导光栅模块损耗约为5.5 dB,在-40℃/25℃/80℃三温温度变化时,波长偏移量在-40~80 pm范围内。该无热模块具有小型化、低成本、大规模化生产的优势,可广泛应于5G前传网络。

倒芯片互连用的高密度积层封装基板——DSOL技术

概述了NEC开发的新型高密度封装用积层基板技术:DSOL,它以高解像度的勿系树脂为绝缘层,形成高膜厚/孔径比的微细导通孔,采用溅射薄膜和半家成镀工艺形成微细铜导体,适用于多针数区域阵列倒芯片封装用基板。

Si基埋置型GaAs芯片封装技术及其热分析

传统贴置型芯片封装集成度低、散热效果差,为提高GaAs芯片的封装集成度与散热效果,基于MEMS异质集成技术提出一种毫米波硅埋置型三维封装模型结构,借助COMSOL软件开展热学仿真优化,得到芯片温度与封装基板厚度、底座厚度、涂覆银浆厚度、硅通孔(TSV)距离芯片中心位置及个数的变化规律,获得芯片埋置的热学最优化工艺参数。最终确定的模型集成度高、体积小、散热效果好,封装体积仅为20 mm×10 mm×1 mm,可以实现三维堆叠,芯片工作温度要比传统贴片封装模型降低13.64℃,符合芯片正常工作的温度需求。

一种集成环行器的X波段三维异构集成T/R模组

微电子机械系统(MEMS)环行器被广泛应用于射频(RF)T/R微系统中,解决共用天线且收发隔离的问题。基于硅基三维(3D)异构集成工艺,设计了一种集成MEMS环行器的X波段T/R模组。该模组以高阻硅为介质基板,在硅基板上、下表面电镀金属图形,并堆叠多层硅基晶圆,在硅基模组上封装了集成无源器件(IPD)环行器,完成了多种微波芯片和MEMS环行器的系统级封装(SiP),将环行器紧凑集成在硅基T/R模组中。模组尺寸为12.0 mm×11.3 mm×2.0 mm。测试结果表明,在8~12 GHz频带内,模组接收通道增益为27 dB,接收通道噪声系数小于3.2 dB;发射通道增益为33 dB,饱和输出功率大于2 W。

基于TSV硅转接板封装结构的力学可靠性分析

TSV硅转接板是3D IC封装技术的一项重要应用,其力学可靠性是影响系统集成的关键问题。以某TSV硅转接板封装结构为对象,采用有限元方法开展了封装、服役过程中应力应变特性和热疲劳寿命研究,分析了基板材料对封装结构力学可靠性的影响,提出了基板材料优选思路。论文提出的分析方法可用作此类封装结构设计优化以及结构力学可靠性初步验证的手段,可以提高设计效率,缩短研制周期。

基板封装注塑中芯片断裂的有限元分析

在基板封装注塑工序中,芯片有断裂风险。利用有限元方法建立封装模型,施加注塑压力载荷和约束条件,计算芯片在注塑压力下的应力云图。研究发现,芯片产生应力的主要原因为基板底面无阻焊层区域在注塑压力下发生了凹陷。基板增厚,芯片增厚,阻焊层减薄和注塑压力减小对应力有明显改善。此外,芯片与基板底面无阻焊层区的相对位置也是影响因素之一,芯片在基板底面无阻焊层区上方面积占比不宜过大,并尽量选择短边悬空,避免长边悬空,芯片整体悬空也有利于减小应力。

硅基微波毫米波收发芯片封装结构研究

借助硅基转接板来实现芯片互连的2.5D/3D封装技术是目前广泛应用的一种封装方式,其电磁损耗是影响系统集成的关键问题。以一种基于硅基转接板的封装结构为对象,根据理论分析对硅基转接板进行挖腔预处理。通过对该结构进行建模仿真,得出封装结构的电性能指标。最后利用该结构分别封装一个微带直通线和一款收发芯片,并对实际的电性能进行验证,得到了适用于微波毫米波频段的低损耗、高可靠性封装结构。

基于Si衬底的功率型GaN基LED制造技术

介绍了Si衬底功率型GaN基LED芯片和封装制造技术,分析了Si衬底功率型GaN基LED芯片制造和封装工艺及关键技术,提供了产品测试数据。Si衬底LED芯片制备采用上下电极垂直结构与Ag反射镜工艺,封装采用仿流明大功率封装,封装后白光LED光通量达80 lm,光效达70 lm/W,产品已达商品化。与蓝宝石和SiC衬底技术路线相比,Si衬底LED芯片具有原创技术产权,可销往任何国家而不受国际专利的限制。产品抗静电性能好,寿命长,可承受的电流密度高,具有单引线垂直结构,器件封装工艺简单,而且生产效率高,成本低廉。其应用前景广阔,是值得大力发展的一门新技术。

SOI基横向SiGe HBT高频功率性能改善技术

为了在高频下兼顾电流增益β和击穿电压V_(CBO)、V_(CEO)的同步改善,从而有效提升器件的高频功率性能,利用SILVACO TCAD建立了npn型绝缘层上硅(silicon-on-insulator,SOI)基横向硅锗(SiGe)异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor,HBT)的器件模型.研究结果表明:通过基区Ge的摩尔分数的梯形分布设计,可在基区引入电子加速场,并减小有效基区宽度,一方面有利于缩短基区渡越时间,提高器件的特征频率f_(T);另一方面也有利于降低电子在基区的复合,提高基区输运系数,从而增大β.然而,在基区Ge的物质的量一定的情况下,随着Ge的摩尔分数的梯形拐点位置向集电结一侧不断靠近,集电结一侧对应的Ge的摩尔分数也将随之增加,此时,器件的集电极电流处理能力将显著下降,因此,需对摩尔分数值进行优化.同时,通过在衬底施加正偏压的衬底偏压结构设计,可在埋氧层上方形成电子积累层,提高发射结注入效率,从而增大β,但会退化击穿特性.进一步通过优化衬底偏压结构,设计出了兼具复合衬底偏压结构和基区Ge的摩尔分数的梯形分布设计的SOI基横向SiGe HBT.结果表明,与常规器件相比,新器件在保持峰值特征频率f_(Tm)=306.88 GHz的情况下,峰值电流增益βm提高了84.8,V_(CBO)和V_(CEO)分别改善了41.3%和21.2%.