大功率三维系统封装散热微通道结构优化

从微通道截面形状参数及微通道数目角度对大功率三维系统封装进行了散热优化分析。基于正交试验的设计方法对影响三维系统封装散热特性的微通道截面参数及微通道数目进行了试验设计,并利用ANSYS的FLOTRAN热流体耦合分析了上下层芯片结温、流体压力差等表征三维系统封装散热特性的因素。最后,综合考虑芯片温度、三维系统封装的可制造性和结构设计合理性,优化了微通道截面形状参数及微通道数目参数,实现了三维系统封装的散热优化。     

微电子芯片热电冷却系统的传热特性

针对微电子芯片热管理技术的现状和传统冷却技术的不足,建立微电子芯片热电冷却装置及其性能测试系统,采用热阻分析模型对传热过程进行研究.结果表明:在热电冷却过程中,帕尔帖效应占主导作用,TEC(热电冷却系统)自身热阻θ2随工作电流I的增大而降低.当芯片功率为20 W时,芯片与TEC冷面的界面热阻θ1在I为2.1 A时取得最...     

共晶焊料焊接的孔隙率研究

大功率或高功率密度的高可靠集成电路等通常采用合金焊料焊接芯片,以降低封装热阻和提高芯片焊接的可靠性。合金焊料焊接方式主要有真空烧结、保护气氛下静压烧结、共晶摩擦焊等。不同焊接工艺有其不同的适应性和焊接可靠性。文章以高可靠封装常用金基焊料的共晶焊接为例,探讨在相同封装结构、不同共晶焊接工艺下焊接层孔隙率,以及相同工艺设备、工艺条件下随芯片尺寸增大孔隙率的变化趋势。研究结果表明:金-硅共晶摩擦焊工艺的孔隙率低于金-锡真空烧结工艺和金-锡保护气氛静压烧结;同一焊接工艺,随着芯片尺寸变大,其孔隙率变化不显著,但单个空洞的尺寸有明显增大趋势。     

高g微机械加速度传感器芯片盖帽封装设计北大核心

为了提高高g微机械加速度传感器在极端恶劣环境中应用的可靠性,根据自制的高g微机械加速度传感器芯片,研究设计了一种新型＂台阶式＂传感器芯片的盖帽封装结构。利用圆片级键合工艺和有限元分析（FEA）方法确定了盖帽封装结构材料与尺寸的设计方案。优化微电子机械系统（MEMS）加工工艺流程完成对盖帽封装结构的加工,并通过数字电子拉力机对实现圆片级盖帽封装的传感器芯片进行键合强度测试。测试结果表明,键合强度为35 000 kPa,远大于抗过载封装设计要求下的键合强度值（401.2 kPa）,证明了盖帽封装结构设计的可行性和可靠性。     

集成电路封装热阻分析

集成电路热阻是集成电路特别是功率型电路的主要可靠性参数。在一定功率下,它决定了电路工作时的结温,在进行系统热设计、可靠性预计时都要考虑电路的热阻。集成电路热阻测试方法是我国微电子工业尚待解决的问题,也是当前研究重点之一。本文介绍采用统一热分布的标准芯片测试电路热阻的方法,并分析不同封装形式、不同粘片工艺、不同芯片面积以及不同生产厂对电路热阻的影响。     

用于不同粒径粒子聚焦的MEMS微流体芯片

基于惯性微流体技术和微电子机械系统(MEMS)工艺,设计了一款用于不同粒径粒子聚焦的微流体芯片。通过对不同收缩区-扩张区面积比(CE-ratio)以及相同CE-ratio下不同收缩区与扩张区长度关系的微通道进行仿真测试,制备出了分别适用于不同粒径粒子的对称式小CE-ratio微通道。采用MEMS工艺加工,通过改进键合工艺使芯片能在高流速下保持性能稳定。在雷诺数为68的前提下对聚焦测试图进行归一化灰度值分析。测试结果表明：通道内粒子聚焦流线(粒径5μm和20μm)处灰度值比其他位置灰度值高3倍,且通道内其他位置的归一化灰度值较稳定地保持在0.2(粒径20μm)和0.25(粒径5μm)左右。在高流速工作情况下,对称式小CE-ratio微流体芯片性能稳定且粒子聚焦效果良好。     

塑封互联MIS高可靠性封装及板级封装新技术

塑封互联MIS技术是一种高性能、高可靠性封装基板及板级嵌入式封装技术,其灵活的布线及特有的材料结构及工艺特点,结合MIS基板中铜布线超粗化等表面处理工艺,在电、热性能及可靠性方面相比现有BGA、QFN等封装凸显出显著的优势。基于MIS工艺的灵活性,目前在封装领域尤其在嵌入式封装、系统级封装等方面表现优异,已广泛应用于手机、工业控制、IOT等电子产品的射频类、电源管理类器件的封装中。文章对MIS技术主要工艺流程、技术特点、在各类封装中的应用、电热性能等进行了阐述。     

连续40 W 808 nm量子阱线阵二极管激光封装技术

研究了高功率二极管激光 (LD)封装中的铟焊料蒸镀工艺和回流焊工艺对芯片焊接状态的影响。在数值模拟和实验研究的基础上 ,优化了冷却器结构设计 ,研制出具有热阻低、压降小的铜微通道液体冷却器 ,可以满足热耗散功率大于 6 0W的二极管激光器散热冷却需要。通过封装实验得到输出功率 40W ,波长 80 8nm ,谱线半高宽<2nm ,电光效率近 40 %的连续线阵二极管激光器。用该激光器进行了抽运Nd∶YAG固体激光实验 ,在抽运功率为 40W时 ,获得 11 8W单横模固体激光输出 ,光 光效率约为 30 %。     

大功率白光LED封装设计与研究进展

封装设计、材料和结构的不断创新使发光二极管(LED)性能不断提高.从光学、热学、电学、机械、可靠性等方面,详细评述了大功率白光LED封装的设计和研究进展,并对封装材料和工艺进行了具体介绍.提出LED的封装设计应与芯片设计同时进行,并且需要对光、热、电、结构等性能统一考虑.在封装过程中,虽然材料(散热基板、荧光粉、灌封胶)选择很重要,但封装工艺(界面热阻、封装应力)对LED光效和可靠性影响也很大.     

晶圆级多层堆叠技术

随着5G和人工智能等新型基础设施建设的不断推进,单纯通过缩小工艺尺寸、增加单芯片面积等方式带来的系统功能和性能提升已难以适应未来发展的需求。晶圆级多层堆叠技术作为能够突破单层芯片限制的先进集成技术成为实现系统性能、带宽和功耗等方面指标提升的重要备选方案之一。对目前已有的晶圆级多层堆叠技术及其封装过程进行了详细介绍;并对封装过程中的两项关键工艺,硅通孔工艺和晶圆键合与解键合工艺进行了分析;结合实际封装工艺对晶圆级多层堆叠过程中的可靠性管理进行了论述。在集成电路由二维展开至三维的发展过程中,晶圆级多层堆叠技术将起到至关重要的作用。     

全铜通孔柔性LED封装热学性能仿真分析

柔性基板封装(COF)是一种新型LED封装形式。本研究在柔性基板中的高分子绝缘层(PI)中添加全铜通孔,通过有限元仿真分析全铜通孔对LED封装热学性能的影响。研究结果表明：在柔性LED封装中,PI层热阻最大,是导致芯片结温高的主要因素。PI层中全铜通孔的添加使PI层热阻大幅降低,显著提升LED封装的垂直散热能力。基于仿真计算结果,建立了PI层中添加全铜通孔数量与LED封装热阻间的对应关系。针对本研究中的封装结构,采用8*8 的全铜通孔阵列对LED封装的热学性能提升效果显著。     

基于石墨嵌入式结构的SiC功率模块热仿真与优化

SiC器件相比于Si器件,具有更高的功率密度,表现出高的器件结温和热阻。为了提高SiC功率模块的散热能力,提出了一种基于石墨嵌入式叠层DBC的SiC功率模块封装结构,并建立封装体模型。通过ANSYS有限元软件,对石墨层厚度、铜层厚度和导热铜柱直径进行分析,研究各因素对散热性能的影响,并对封装结构进行优化以获得更好的热性能。仿真结果表明,石墨嵌入式封装结构结温为61.675℃,与传统单层DBC封装相比,结温降低19.32%,热阻降低27.05%。各影响因素中石墨层厚度对封装结温和热阻影响最大,其次是铜柱直径和铜层厚度。进一步优化后,结温降低了2.1%,热阻降低了3.4%。此封装结构实现了优异的散热性能,为高导热石墨在功率模块热管理中的应用提供参考。     

VDMOS器件贴片工艺中气泡的形成机制与影响

功率MOS管的封装贴片工艺会在贴片层中引入气泡,从而严重降低器件的机械性能、热性能和电学性能.本研究就VDMOS管D-PAK封装模式,给出了贴片工艺中气泡的产生机制及其影响,并利用FEA方法建立了其D-PAK封装的热学模型.根据模拟结果,在贴片层中气泡含量提高时,热阻会急剧增大而降低器件的散热性能.     

单层与双层高效微小通道换热器的数值研究及优化

单层微通道热沉解决了高热流密度器件冷却问题,但被冷却器件表面存在温差大的缺点,双层微通道热沉由于其独特的结构设计,提高了被冷却表面的温度均匀性。建立了双层热沉的三维流固耦合模型,以恒定泵功为约束条件,热阻为热沉性能评价指标,比较了单层、双层逆向与双层同向热沉性能,结果表明,在泵功0.05 W和热流密度100 W/cm~2时,三种不同形式热沉热阻分别为0.1677k/W、0.1535k/W、0.1895k/W,热沉被冷却表面的最大温差分别为9.76 K、6.06 K、12.34 K,通过比较双层逆向热沉显著改善被冷器件温度均匀性,降低热阻。双层热沉上下通道泵功分配对热沉性能有较大影响,通过优化,分别使双层同向热沉、逆向热沉热阻减小15.83%、9.84%。     

微系统热阻模型研究及其应用

系统级封装(SIP)实现了高密度、高集成度封装技术,同时散热问题备受关注,热设计中芯片结温预测十分重要.本文采用有限元仿真方法,建立了一种自然对流环境下微系统热阻模型,并通过模型中热阻矩阵预测多芯片总功耗相同条件下的各芯片结温,同时利用热阻测试试验和有限元仿真方法对预测结温进行验证,结果表明热阻矩阵模型预测芯片结温与热阻测试试验和有限元仿真结果误差分别小于2%和5%.但同时发现该热阻矩阵模型的不通用性,对于总功耗变化的多芯片结温,预测结果偏差较大.通过不同总功耗下各热阻矩阵的函数关系建立拟合曲线并修正热阻矩阵模型,修正后的结环境热阻矩阵适用于不同总功率条件、各芯片不同功率条件下的芯片结温预测,预测结果与热阻测试试验中芯片结温和有限元仿真结果误差均小于5%.因此,提出的修正结环境热阻矩阵的方法可以快速且便捷地预测不同功率芯片的结温,并对器件的散热性能进行较为准确的预估.     

车载IGBT器件封装装片工艺中空洞的失效研究

IGBT芯片在TO-220封装装片时容易形成空洞,焊料层中空洞大小直接影响车载IGBT器件的热阻与散热性能,而这些性能的好坏将直接影响器件的可靠性。文章分析了IGBT器件在TO-220封装装片时所产生的空洞的形成机制,并就IGBT器件TO-220封装模型利用FEA方法建立其热学模型,模拟结果表明:在装片焊料层中空洞含量增加时,热阻会急剧增大而降低IGBT器件的散热性能,IGBT器件温度在单个空洞体积为10%时比没有空洞时高出28.6℃。同时借助工程样品失效分析结果,研究TO-220封装的IGBT器件在经过功率循环后空洞对于IGBT器件性能的影响,最后确立空洞体积单个小于2%,总数小于5%的装片工艺标准。     

集成电路陶瓷封装热阻的测试方法

封装热阻是集成电路、电子器件总热阻的一部分。测试封装热阻是评估电子器件热性能的重要手段。本文提出用热试验塑封功率管作加热元件,并用热敏参数法来测量功率管的芯片温度。采用扣除法来测定封装热阻。通过对不锈钢试样的实验测试和理论计算,验证了该测试方法的可靠性。在各种工作条件下测试了多种高密度封装的热阻,得到了满意的结果。     

硅通孔(TSV)转接板微组装技术研究进展

以硅通孔(TSV)为核心的三维集成技术是半导体工业界近几年的研发热点,特别是2.5D TSV转接板技术的出现,为实现低成本小尺寸芯片系统封装替代高成本系统芯片(So C)提供了解决方案。转接板作为中介层,实现芯片和芯片、芯片与基板之间的三维互连,降低了系统芯片制作成本和功耗。在基于TSV转接板的三维封装结构中,新型封装结构及封装材料的引入,大尺寸、高功率芯片和小尺寸、细节距微凸点的应用,都为转接板的微组装工艺及其可靠性带来了巨大挑战。综述了TSV转接板微组装的研究现状,及在转接板翘曲、芯片与转接板的精确对准、微组装相关材料、工艺选择等方面面临的关键问题和研究进展。     

粘片工艺对QFP封装可靠性的影响

集成电路封装行业的快速发展对粘片后产品的质量与可靠性提出了更高的要求,粘片工艺对集成电路可靠性有着至关重要的影响。采用单一控制变量法,研究硅微粉含量对QFP(Quad Flat Package)封装可靠性的影响;利用正交试验工具,探究在粘片工艺中,不同的胶层厚度和胶层面积对QFP封装后可靠性的影响。研究发现,添加适量的硅微粉有助于提高环氧模塑料对QFP封装后的可靠性;粘片工艺中,当胶层厚度为30μm、胶层面积大于或等于芯片面积时,QFP封装后的可靠性最好。     

高平均功率面阵二极管激光器封装

对激光二极管中冷却和界面联接热阻两个关键环节进行了分析 ,设计了一种五层结构的模块式铜微通道冷却器 ,对于腔长 0 .9mm、宽 1 0 mm的线阵激光器二极管 (DL )芯片热阻为0 .39°C/W。对冷却器进行了面阵 DL封装实验 ,在工作电流 5 2 A,电压 41 .4V时 ,封装的面阵 DL输出功率 1 0 0 5 W,电光效率 45 %,中心波长 80 7.3nm,谱宽约 2 .2 nm。经快轴准直后整个面阵输出激光的发散角小于 2°(快轴 )× 1 2°(慢轴 )。