基于半导体分立器件的封装结构优化研究

在半导体分立器件的封装结构方面,至今仍有很多需要探索的课题。为此,该文就器件封装结构的优化问题,首先在对半导体分立器件的内涵与特征、类型与方式进行探讨的基础上,进而对半导体分立器件的不同封装方式进行了类比分析,最后,重点对半导体分立器件封装结构的优化途径,从2个方面分别进行了探讨。1)在半导体分立器件塑封装结构的优化方面:进行超声检测;进行阻燃性能试验;进行高压蒸煮试验。2)在半导体分立器件金属陶瓷封装结构的优化方面要测算分立器件金属陶瓷封装结构的高度,还要进行工艺流程的改进。     

Au80Sn20合金焊料的制备及应用研究进展

含有80%金和20%锡(质量分数)的Au80Sn20合金焊料因其高熔点及免助焊剂等性能而被广泛应用于光电子封装和微电子封装领域。综述了Au80Sn20合金焊料的性能,分析了金锡叠层法、熔铸法、电镀沉积法和机械合金化法制备Au80Sn20合金焊料的工艺原理和特点,介绍了Au80Sn20合金焊料在气密封盖、管壳焊接及芯片封装等领域的焊接技术和应用情况,最后指出了Au80Sn20合金焊料的研究方向和应用前景。     

第三代半导体互连材料与低温烧结纳米铜材的研究进展

半导体材料是现代科技发展和产业革新的核心,随着高频、高压、高温、高功率等工况的日趋严峻及“双碳”目标的需要,以新型碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的第三代半导体材料逐步进入工业应用。半导体产业的贯通以及市场规模的快速扩大,导致摩尔定律正逐渐达到极限,先进封装互连将成为半导体行业关注的焦点。第三代半导体封装互连材料有高温焊料、瞬态液相键合材料、导电胶、低温烧结纳米Ag/Cu等几个发展方向,其中纳米Cu因其优异的导电导热性、低温烧结特性和良好的可加工性成为一种封装互连的新型方案,具有低成本、高可靠性和可扩展性,近年来从材料研究向产业链终端应用贯通的趋势非常明显。本文首先介绍了半导体材料的发展概况并总结了第三代半导体封装互连材料类别;然后结合近期研究成果进一步围绕纳米Cu低温烧结在封装互连等电子领域中的应用进行重点阐述,主要包括纳米铜粉的粒度、形貌、表面处理和烧结工艺对纳米铜烧结体导电性能和剪切性能的影响;最后总结了目前纳米铜在应用转化中面临的困境和亟待解决的难点,并展望了未来的发展方向,以期为低温烧结纳米铜领域的研究提供参考。     

应用于功率芯片封装的瞬态液相扩散连接材料与接头可靠性研究进展

功率半导体由于其工作电压高、电流大、放热量大等特点,已逐渐向小型化、高致密化发展.新一代宽禁带半导体器件因其优异的性能可以提高工作温度和功率密度,展现出较好的应用前景,这对与之匹配的电力封装材料提出了更高的要求.随着工作温度的不断升高,高温环境下失稳和运行环境不稳定等安全问题亟需解决,对功率半导体芯片封装接头的高温可靠性提出了更高的要求.且由于污染严重的高铅焊料不满足环保要求,高温无铅焊料的研制与对相应连接技术的研究成为当前的研究重点.瞬态液相扩散连接(Transient liquid phase bonding,TLP bonding)技术通过在低温下焊接形成耐高温金属间化合物接头,以满足"低温连接,高温服役"的要求,在新一代功率半导体的耐高温封装方面有良好的应用前景.针对TLP技术的耐高温封装材料有Sn基、In基和Bi基等.目前TLP连接材料主要有片层状、焊膏与焊片三种形态.其中片层状TLP焊料应用最早,且国内外对于其连接机理、接头性能和可靠性已有较为成熟的研究.近些年开发的基于复合粉末的焊膏与焊片形态TLP焊料具有相对较高的反应效率,但仍需大量理论与实验研究来验证其工业应用前景.本文综述了TLP连接用Sn基与In基焊料的特点,重点阐述了不同形态焊料在TLP连接机理、接头微观组织、力学性能与结构可靠性等方面的国内外研究现状及进展,并且认为接头中缺陷问题的研究以及不同服役条件下物相转化机制和接头失效机理的研究对高可靠性接头的制备具有重要意义.     

SCB火工品的研究与发展

文章评述了半导体桥火工品问世以来的研究成果与发展趋势。主要内容有半导体桥作用机理、半导体桥的结构与封装、半导体桥火工品的特点、半导体桥火工品的应用、半导体桥火工品的研究和发展趋势。     

铜丝球焊技术研究进展

在微电子器件封装第一级互连技术中,丝球焊技术占据着重要地位.随着封装技术的不断发展以及铜芯片技术的逐步应用,铜丝球焊技术开始部分替代金丝球焊应用在一些分立器件、大功率器件等电子元器件的封装中,并在精密封装领域得到推广和应用.本文主要对近年来铜丝球焊技术的相关研究进行了综述,介绍了铜丝球焊技术的发展现状.     

应用于电子封装的新型硅铝合金的研究与开发

较详细地论述了新型硅铝（Al-70%Si)合金的制备,机械加工及焊接性能,物理性能,应用Osprey喷射沉积成形技术开发出的新型硅铝（Al-70%Si)合金,晶粒细小,微观结构各向同性,可用一般刀具机加工,机加工后的表面可以镀镍,铜,银和金,电镀层与基体结合牢固,在450度不会开裂,硅铝合金的热传导率及热膨胀系数与半导体的相近,并有其它优良性能,与传统的电子封装材料相比有更好的应用价值。     

键合金丝的最新进展

键合金丝作为微电子封装用内引线,是集成电路及半导体分立器件的四大基础材料之一,线径一般在18—50larn之间。据资料报道,2001年上半年,我国电子元器件产品完成工业总产值1170．7亿元,比去年同期增长33．3％。随着电子整机产量的扩大,电子元器件、集成电路的产量都有大幅增长。     

感应局部加热陶瓷封装

为了防止陶瓷壳体中的电路和底部的热敏感微器件的高温损坏,应用高频感应局部加热技术实现陶瓷壳体气密封装.5s内,焊料环和可伐盖板上的涡电流产生的热量使温度升高至约320℃,由于热传导,此时陶瓷壳体的底部区域温度约100℃.采用红外热像仪、氦质谱检测仪、六轴测试仪和三维显微镜,分别对陶瓷封装过程中的局部温度变化、温度分布、气密性、封装强度和封装断面进行了检测和分析.结果表明,感应局部加热的效果良好,封装的陶瓷壳体有较好气密性;封装壳体的拉伸强度从4.0MPa到16.0MPa,与封装压力和感应加热时间相关;断面的分析表明过长的加热时间导致焊料的外溢.     

基于Sn/Bi合金的低温气密性封装工艺研究

研究了采用Sn/Bi合金作为中间层的键合封装技术.通过电镀的方法在基片上形成Cr/Ni/Cu/Sn、芯片上形成Cr/Ni/Cu/Bi多金属层,在513K、150Pa的真空环境中进行共晶键合,键合过程不需使用助焊剂,避免了助焊剂对微器件的污染.实验表明:这种键合工艺具有较好的气密性,键合区合金层分布均匀,无缝隙、气泡等缺陷,键合强度较高,能够满足电子元器件和微机电系统(MEMS)可动部件低温气密性封装的要求.     

半导体分立器件的失效分析及预防措施

为研究过电应力对半导体分立器件可靠性的影响,以国产ZL20螺栓形整流二极管为例,建立整流二极管基本失效率模型,揭示半导体分立器件性能和可靠性的主要影响因素,提出预防半导体分立器件失效的措施。试验结果表明:给出的ZL20螺栓形整流二极管基本失效率模型反映了其失效规律,可以应用于工程实践。     

圆片级气密封装及通孔垂直互连研究

提出了一种新颖的圆片级气密封装结构.其中芯片互连采用了通孔垂直互连技术:KOH腐蚀和DRIE相结合的薄硅晶片通孔刻蚀技术、由下向上铜电镀的通孔金属化技术、纯Sn焊料气密键合和凸点制备相结合的通孔互连技术.整个工艺过程与IC工艺相匹配,并在圆片级的基础上完成,可实现互连密度200/cm2的垂直通孔密度.该结构在降低封装成本,提高封装密度的同时可有效地保护MEMS器件不受损伤.实验还对结构的键合强度和气密性进行了研究.初步实验表明,该结构能够满足MIL-STD对封装结构气密性的要求,同时其焊层键合强度可达8MPa以上.本工作初步在工艺方面实现了该封装结构,为进一步的实用化研究奠定了基础.     

零件表面镍层状态对银铜焊料流散性的影响

在电真空器件封装中,银铜28焊料的流散性对器件的外观质量和可靠性有着重要影响。文章对不同电镀方式和镀层厚度对焊料流散性的影响进行了分析研究,结果表明在相同的钎焊制度下,镍层厚度在0.6 mm～2.1 mm范围内,银铜焊料在电镀镍上的流散性优于化学镀镍,同时,焊料的流散性随着电镍层厚度的增加,先增长后逐渐减小。在钎焊过程中,可以根据零件实际状态和产品要求,选择合适的镀镍方式和镍层厚度,以满足实际生产需求。     

TRIZ理论在半导体激光器耦合封装中的应用

目的解决在同轴型半导体激光器与光纤耦合封装过程中,由于隔离器的引入造成的耦合速度慢、生产率低,以及隔离器与激光器的封装设备中电磁铁拾放隔离器的机构在拾取隔离器后难以释放等问题。方法应用TRIZ理论矛盾矩阵解决发明问题中技术冲突的方法,提出将隔离器与激光器预先封装在一起再与光纤耦合的工艺流程。结果设计出了全新的拾放机构,优化后的实验样机将1个带隔离器的同轴型半导体激光器与光纤的耦合封装时间由原来的2 min缩短到了40 s。结论新的工艺流程大大降低了整个器件封装的难度,提高了耦合效率。     

InAs/GaAs自组织量子点的可控分子束外延生长及其新型光电器件研究北大核心CSCD

半导体量子点因其具有类原子的分立能级结构,可在三维方向上对载流子运动进行束缚,因此被认为是光发射器件(激光器、量子光源等)极具前景的有源物质之一。其器件的性能强烈依赖于量子点材料的品质、光场与量子点偶极子场的有效相互作用等。本文将从半导体InAs/GaAs自组织量子点的可控分子束外延生长调控技术出发,进一步探讨应用于光通信、片上光互联领域的量子点激光器,以及应用于光量子信息领域的高品质量子光源器件。     

编者按北大核心CSCD

半导体在集成电路、消费电子、移动通信、固态照明、绿色能源、医疗卫生、国防军工等重大领域及人工智能、量子信息、物联网、大数据、云计算等新兴领域应用广泛。半导体行业是国民经济的支柱产业之一,已被列为国家战略性新兴产业。全球半导体市场年产值已接近万亿美元。不断增长的市场需求对半导体器件的性能、功能、能耗、尺寸、稳定性、可靠性、集成度、良率、成本和产量等提出了更高的要求。半导体材料的外延是器件制备的基础所在,也是器件实用化的关键环节。为满足高能效半导体器件的研发需求,半导体材料的外延必须实现晶体质量、位错密度、缺陷密度、应力状态、掺杂浓度、微观结构、化学组成等的精准调控。基于此,金属有机物化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)已成为化合物半导体材料及其器件结构的主流外延技术。     

光电半导体封装测量系统能力分析方法研究

为了提高半导体封装分箱工序的质量水平,有必要对测量系统进行：分析与研究。在深入分析光电半导体封装过程中的测量系统特征的基础上,建立了基于属性GR＆R的测量系统能力分析模型和方法,并通过实例进行了验证。     

面向先进电子封装的扩散阻挡层的研究进展EI北大核心

功率器件作为电能转换的核心,在航天器、可再生能源汽车、高速列车和海底通信电缆等新电子领域的发展非常迅速。新一代功率器件对先进电子封装提出了更高、更快、更高效的要求,但是芯片互连焊点尺寸的显著减小导致焊点内部金属间化合物(IMCs)的生成急剧增加,对焊点的可靠性提出了挑战。在封装结构中,扩散阻挡层对于金属间化合物的产生有着重要影响,因此,高可靠性扩散阻挡层成为先进电子封装领域的研究热点之一。本文综述了近年来先进电子封装领域关于不同材料类型扩散阻挡层单质、二元化合物、三元化合物、复合材料和多层膜结构的研究进展。在此基础上总结扩散阻挡层的三种扩散阻挡机制,包括IMCs的晶粒细化、合金元素的偏析及抑制柯肯达尔空洞,同时分析阻挡层的几种失效机制,讨论扩散阻挡层对焊点可靠性的影响。最后指出现有扩散阻挡层研究仍处于制造工艺与材料性能探索阶段,未来可针对高熵合金、多物理场耦合作用、失效及扩散阻挡机理等方面展开深入和系统的研究。     

铜基封装材料的研究进展

具有高导热性的铜基封装材料可以满足大功率器件即时快速大量散热的要求,是一种重要的封装材料.综述了Cu/Mo、Cu/W传统铜基封装材料和Cu/C纤维、Cu/Invar(Mo、Kovar)/Cu层状材料、Cu/ZrW2O8(Ti-Ni)负热膨胀材料及Cu/SiC、Cu/Si轻质材料等新型铜基封装材料的性能特点、制备工艺与问题.指出轻质Cu/Si复合材料将是铜基封装材料中一个新的具有前景的研究方向.     

Fe78Si9B13非晶合金磁芯封装及其软磁性能

研究了Fe78Si9B13非晶合金磁芯进行环氧封装及封装后对非晶合金磁芯软磁性能的影响。结果表明对磁芯进行环氧封装,有效改善磁芯的机械强度同时,能改善带材表面的平整度,在带材表面形成一层绝缘层,显著降低了非晶合金磁芯高频下的损耗值,封装后的非晶合金磁芯在Bm=1T,f=1kHz下,损耗值比封装前下降了14%。综合考虑机械强度大小、磁化难易、损耗高低等因素,封装胶浓度为2%时封装效果最佳。