高效高频第三代半导体电力电子功率模块关键技术

本课题旨在研究GaN基电力电子器件封装关键技术,开发微纳米互连封装工艺技术,研究GaN功率器件倒装共晶焊关键技术,并应用高电压大功率GaN基功率器件的封装,设计开发GaN功率模块驱动芯片和电源控制器芯片,开发出高性能、小型化智能电源模块,满足电力电子技术、高速通信等领域的应用需求。     

纳米颗粒材料作中间层的烧结连接及其封装应用研究进展

随着第三代功率半导体器件的发展,以SiC为代表的宽禁带半导体芯片在大功率电力电子器件中扮演了越来越重要的角色.然而与传统Si芯片匹配的封装材料难以满足其高温服役的要求,成为功率电子器件应用的短板.纳米颗粒材料作中间层用于电子封装能够实现低温连接、高温服役,是目前封装材料的研究热点.本文综述了当前纳米颗粒材料作中间层的存...     

纳米Ag膏及其用于高温电子封装的低温烧结连接技术与机理

正项目负责人:邹贵生(E-mail:zougsh@tsinghua.edu.cn)依托单位:清华大学项目批准号:510752321.项目简介鉴于目前无理想的无铅钎料替代高铅钎料并基于Ag的高导电导热、耐高温及其纳米颗粒高表面能特性,研究合成高含量纳米Ag焊膏新方法及其低温烧结连接技术,用于高温电子封装特别是大功率高密度器件封装及三维多级前道封装等。实     

序言

微纳连接包括微连接和纳米连接(简称"纳连接"),涉及纳-纳或微或宏、微-微或宏、纳-微-宏多尺度的材料连接,是广泛应用于信息、航空航天、深空探测、能源、交通、生物医疗、重大科学工程等领域的微纳元器件及其系统的封装制造关键环节.其中纳米连接是焊接与连接学科的新兴方向、国际前沿且发展迅猛,包括采用纳米材料连接其他材料或元器...     

金属/非金属纳米线连接及应用研究进展

微纳连接是电子产品制造、封装、组装及功能化过程中的关键技术.纳米线由于独特的光学、电学及热学等特性,在小型化、多功能化的微纳电子器件中的作用日趋显著.因此,关于纳米线互连技术的相关研究已成为学术界和产业界共同的关注热点.与宏观尺度的互连相比,纳米线材料之间的互连在尺寸、结构及要求都具有一定的特殊性,这也催生了各种各样纳...     

基于结构纳米薄膜的微纳连接技术研究进展

随着结构系统及功能器件的小型化,微小空间下的异质材料高效集成互连成为了精密仪器系统设计与器件开发的迫切需求.为满足高质量、批量化以及绿色环保的微纳制造工艺要求,结合先进纳米薄膜制备工艺得到的非稳态或亚稳态的纳米尺度薄膜材料由于其特殊的尺度效应以及表/界面结构特征,在高精度异质材料互连领域正得到广泛的研究与应用.对不同体...     

超声纳米操控技术

超声纳米操控是由超声学、纳米技术与驱动技术的相互交叉而产生的一项新技术,在纳米测量与组装、纳米加工、生物医学样品处理、微/光电子器件的制造以及新材料合成等领域有着巨大的应用前景。基于笔者的研究团队在近3年中所取得的成果,介绍已实现的超声纳米操控功能及其工作原理、器件结构、特性与应用前景。这些操控功能包括纳米捕捉与移动、纳米旋转以及纳米聚集,将有效提升超声纳米操控技术的应用水平。     

功率超声在电沉积Ni/纳米Al2O3复合镀层中应用

研究功率超声在纳米电沉积技术中的作用机理。结果表明 ,在电沉积Ni/纳米Al2 O3 复合镀层过程中 ,引入功率超声可有效解决纳米Al2 O3 粒子在镀液中的分散问题 ,使纳米Al2 O3 粒子均匀分布在复合镀层中 ,促进纳米Al2 O3 粒子与镀层基质金属的共沉积 ,并细化基质金属Ni的晶粒     

微互连技术的研究现状

电子封装技术的发展决定了半导体技术的发展水平。微互连技术是电子封装技术的重要组成部分。论文阐述了近几十年来微互连技术的发展路径以及成就,着重研究了低温低压固态互连技术的发展现状。     

微纳制造技术文献计量分析

对微纳制造技术领域2000-2010年时间段的SCI和EI文献计量分析,结果显示,近年来该领域的研究呈现出增长趋势,美国在微纳制造领域的研究处于绝对领先的地位.SCI文献分析表明,纳米尺度的制造技术、微米尺度的制造技术、微机电系统、微流体、微加工等是近年来研究的热点领域;EI分析则显示,光刻技术、微加工、微机电器件、纳米结构材料、扫描电子显微镜等是研究的热点.     

微/纳尺度Cu-Sn界面冶金行为研究进展

随着电子芯片封装尺度高度集成化和功能化,对芯片互连结构的性能需求越来越高.而三维封装互连结构是实现多芯片间系统集成的关键技术之一,微/纳尺度Cu-Sn互连结构是实现三维封装互连的重要方向.重点阐述了电子封装中Cu-Sn互连结构值得关注的几种界面动力学行为,分别为固-液界面Cu6Sn5的生长;Cu-Sn界面层状IMCs固...     

电子封装金属微凸点制备技术研究进展

起着电互连、热传递和机械支撑等重要作用的金属微凸点是基于面积阵列封装的关键。以球栅阵列封装（Ball Grid Array Packaging, BGA）、芯片尺度封装（Chip Scale Packaging, CSP）以及倒装芯片封装（Flip Chip Packaging, FCP）为代表的面积阵列封装形式凭借硅片利用率高、互连路径短、信号传输延时短以及寄生参数小等优点迅速成为当今中高端芯片封装领域的主流。然而,不同应用领域的微凸点具有尺寸跨度大、材料范围广的特点,很难有一种技术能实现全尺寸范围内不同材料金属微凸点的制备。文中综述了当前主流的微凸点制备技术,包括每种技术的优缺点及其适用范围、常见微凸点材料等,最后对当下微凸点制备技术的发展趋势进行了展望。     

中国微纳制造研究进展

介绍了中国微纳制造领域的总体概况。从微构件力学性能、微纳摩擦磨损及粘附行为研究、典型微流体器件输运特性研究、拓扑优化技术在微纳结构设计中的应用研究、微传热学的研究和微测试方法和装置的研究具体介绍了微纳制造基础理论方面取得的进展。从设计方法、硅基微机电系统(Micro electro mechanical system,MEMS)制造工艺、非硅MEMS制造工艺等方面介绍了微系统设计与加工工艺研究进展。从物理量微传感器、微执行器件与系统、微纳生化传感与分析和微能源等方面介绍了微纳器件与微纳系统的研究进展,最后对中国微纳制造发展进行了总结和展望。     

硅微陀螺仪器件级真空封装

为实现硅微陀螺仪真空封装以提高其性能,对硅微陀螺仪器件级真空封装技术进行研究.首先,设计硅微陀螺仪的专用陶瓷封装管壳,并采用钎焊技术进行封帽,采用金锑合金为焊料以满足封装过程中的高温.分析除气工艺对硅微陀螺仪品质因数的影响,除气试验结果表明,将硅微陀螺仪芯片和封装壳体放置在真空炉中进行高温烘烤,能有效地提高硅微陀螺仪的品质因数.制定硅微陀螺仪器件级真空封装的工艺流程,封装好的硅微陀螺仪的品质因数约为10 363.7,约为空气下的50倍.硅微陀螺仪品质因数跟踪测试结果表明,真空封装的硅微陀螺仪存储5个月后,其品质因数降低为最初的55.1%,这表明采用该器件级真空封装技术封装的硅微陀螺仪的真空保持度较差,有待进一步研究.     

纳米银双面烧结SiC半桥模块封装技术

为满足雷达阵面高功率密度的需求,SiC宽禁带半导体器件在电源模块应用中逐步取代传统硅功率器件。传统焊接及导电胶粘工艺存在导电性能差、热阻大、高温蠕变等缺点,无法发挥SiC功率器件高结温和高功率的优势。纳米银烧结是大功率器件最合适的界面互连技术之一,具有低温烧结高温使用的优点和良好的高温工作特性。文中针对高功率电源模块大电流传输对低压降及高效散热的需求,基于高功率半桥电源模块开展了SiC芯片的纳米银双面烧结工艺技术研究,突破了成型银焊片制备、纳米银焊膏高平整度点涂、无压烧结等关键技术,并通过烧结界面微观分析以及芯片剪切强度和焊片剥离强度测试对烧结工艺参数进行了优化。最后对半桥模块进行了静态测试和双脉冲测试。该模块的栅极泄漏电流<1.5 n A,开关切换时间<125 ns,漏极电压过冲<12.5%,满足产品应用需求。     

硅微陀螺仪器件级真空封装技术研究

为进一步提高硅微陀螺仪的品质因数及其稳定性,研究了硅微陀螺仪器件级真空封装的高真空获取技术和真空保持技术。首先,以硅微陀螺仪动力学方程为基础,分析了硅微陀螺仪的误差信号与品质因数之间的关系,并采用稀薄气体动力学分析具有高品质因数陀螺仪的空气阻尼。根据早期真空封装陀螺仪的品质因数跟踪测试曲线,分析了品质因数下降原因。采用程序升温脱附职谱分析法（TPD-MS）分析陶瓷管壳和金属盖板的放气特性,并选用了合理的吸气剂。最后,改进了器件级真空封装流程。测试结果表明,采用改进的器件级真空封装的陀螺仪品质因数最高可达162660,约为早期真空封装陀螺仪品质因数的14倍,且在一年内的变化小于0.05%。     

功率超声在纳米复合电沉积中的应用

对功率超声在纳米复合电沉积技术中应用的机理作了较为全面的阐述。总结了这一领域的研究现状，并对发展前景作了展望。功率超声可有效解决纳米复合电沉积中纳米粒子在镀液中的分散问题，促进粒子与镀层基质金属的共沉积，并细化基质金属晶粒，因而在纳米复合电沉积技术领域有着广阔的应用前景。     

浅谈光刻与边缘曝光系统对电镀的作用

微电子领域应用的先进封装技术包括凸点互连技术、再布线、倒装片、3D堆叠等,而光刻与电镀工艺流程是先进封装技术中的重要环节。光刻工艺是运用光学、化学反应等原理将图形传递到单晶表面或介质层上。电镀工艺运用电化学反应,在金属介质层上镀出所需金属,构成金属导线。光刻作为电镀的前置基础,起到了承上启下的作用。现从光刻与边缘曝光系统出发对电镀工艺进行探讨,分析了光刻胶分辨率模型表达式和电镀工艺的公式模型以及边缘曝光系统对后续电镀的作用,同时对光刻工艺分辨率和电镀效率增强技术进行了调研。     

超声复合焊接研究现状及科学问题

超声复合焊接是功率超声应用的重要方向之一。由于超声独特的物理化学与力学效应,改变或改善了传统焊接工艺的效果,甚至解决了传统焊接无法克服的问题,因此,该技术在制造工业中具有潜在的应用前景。但是,目前的研究偏重超声复合焊接工艺效果,在超声能与焊接能复合机制方面的研究不够深入,对该方法能够达到的水平不清楚。综述超声复合焊接中三种主要方法--超声复合电弧焊、超声复合钎焊和超声复合搅拌摩擦焊的工艺原理、特点及成果,归纳与总结焊接工艺中超声场作用下液态金属凝固行为、固态金属流变成形行为、液态钎料合金与母材的界面行为,提出目前研究中所存在的主要科学问题及建议未来应关注的几方面内容,希望对该领域的基础研究及工程应用提供有价值的参考。     

微纳系统微区感应加热技术的研究进展

微区感应加热作为一种局部加热技术,兼具热响应快、非接触及加热特性可控等优势,在微机电系统、微流控芯片等微纳系统领域的应用潜力巨大.介绍了微区感应加热的基本原理,系统阐述了微区感应加热在封装、驱动及材料生长等方向的研究进展,分析了待解决的关键问题,总结并指出了发展方向.