基于氮化铝HTCC基板的化学镀镍硼工艺研究

氮化铝(AlN)高温共烧陶瓷(High Temperature Co-fired Ceramic,HTCC)基板具有高的热导率以及与芯片匹配的热膨胀系数,是高功率多芯片组件首选的基板材料和封装材料。为了满足封装要求的良好钎焊性能,文中采用化学镀工艺在氮化铝HTCC基板钨导体表面沉积了化学镍钯金镀层。文中对化学镀镍溶液体系和高温热处理的工艺条件进行了研究,对化学镍层的厚度进行了优化。结果表明,高温热处理促使薄镍层向基板表面钨导体扩散,进而提高化学镀层与基底之间的附着力,镀层附着力良好,满足金丝键合和锡铅焊的要求,为微波高功率组件的研制提供了技术支撑。     

覆铜铝基板在功率模块封装上的研究

随着工业产品的小型化、轻型化、智能化的发展,对电力电子器件的封装提出了越来越高的要求,功率模块的封装已经成为电子器件轻型化、小型化发展的瓶颈。由于覆铜铝基板具有质量轻、导热好、成本低等优点,因此在功率模块的快速封装中具有较大的应用前景。重点介绍了铝基板在功率模块上的发展和优势,并通过试验对比了传统陶瓷基板,论证了新型覆铜铝基板具有优异的性能,能够满足小功率模块导热和绝缘耐压的性能要求。     

预埋芯片混合集成基板制造技术研究

文中基于多层共烧陶瓷基板开展预埋芯片混合集成基板技术的研究。通过对混合集成基板的内应力进行仿真分析,得到了预埋芯片基板工艺中芯片和腔体结构的最佳匹配关系。在多层共烧陶瓷基板腔体中埋置芯片并通过金凸点垂直互连实现电连接。在腔体中填充苯并环丁烯（benzocyclobutene, BCB）介质并将BCB 与多层共烧陶瓷基板表面异质抛光形成平面结构,用于后续薄膜电路工艺的实施。文中详细研究和优化了金凸点芯片垂直互连工艺以及多层共烧陶瓷基板/BCB/Au 异质界面的抛光工艺,制作出了适合后续薄膜工艺的预埋芯片混合集成基板。     

3D-MCM高集成微波模块的热设计研究和应用

文中针对3D-MCM高集成模块的散热问题,研究了3D-MCM组件在高能量密度、高集成度下的热设计,并以3D-MCM信号处理组件为例,根据信号处理组件电性能设计和封装布局设计要求,建立了参数化的有限元仿真模型。经过布局迭代、散热方式优化和组件材料优化,组件的等效热导率高达 76 W/(m·K),封装基板局部的热导率可达183 W/(m·K)。基于氮化铝基板和纳米银等高导热材料,实现了高集成信号处理组件的高效散热设计。     

星载射频组件一体化焊接工艺研究

基于小型化星载射频组件的研制需求,综合利用微组装工艺与表面安装工艺的技术优点,开发了一种一体化焊接工艺,通过陶瓷封装高铅植球、印制电路板/腔体焊接和低空洞真空汽相焊接,完成了对系统级封装（System in Package, SiP）器件、多层射频板、射频绝缘子、金属腔体和双面安装器件的一体化高可靠焊接。产品性能测试、环境试验及工艺鉴定试验表明,该工艺在生产周期、装配效率、一次合格率、性能一致性、长期可靠性等方面具有突出的优势。     

燃油蒸汽压力传感器的封装研究北大核心CSCD

为了实现面向汽车燃油蒸汽压力检测的压阻式微压传感器封装,应对其油污、振动的使用环境,减小封装结构应力对压敏芯片的影响,采用芯片背面承压,与电路集成在一块陶瓷基板上,再同塑料外壳组装成完整传感器的封装方式。通过仿真软件辅助设计,研究了贴片胶、外壳以及基板对压敏芯片的影响,确定了最优封装结构和参数,封装样品经过测试全温区最大误差约为1.2%FS,满足使用需求,通过这种封装方式降低了传感器的尺寸和成本。     

MEMS封装用氮化铝共烧基板研究

研究了MEMS封装用AlN共烧基板中,浆料对基板平整度和电性能的影响.共烧基板浆料以W为导电材料,SiO2为添加剂配制而成,结果表明SiO2的质量分数在0.45%时,AlN多层布线共烧基板的导带方阻达到10mΩ/□,基板的翘曲度小于50μm/50mm.     

基于混合微电路工艺的多芯片集成双轴磁传感器模块

采用混合微电路工艺,设计了一种基于陶瓷互连基板及封装的多芯片集成(MCM-C)模块,将全固态双轴磁阻传感器及信号处理芯片等集成为微型化、高可靠的传感器模块。模块分别以16位串行数字量输出Y、Z向磁场检测结果,可以直接与各类微处理器接口进行实时数据交换。     

一种基于梯度设计的T/R 封装壳体材料研制

根据机载、星载相控阵雷达T／R组件对壳体封装材料综合性能的要求,提出了一种具有梯度结构的硅铝封装材料设计思想,设计了具有不同梯度分布的材料研制方案,并对其进行仿真分析,以验证和优化这些研制方案。在此基础上,采用粉末冶金方法研制了一种具有三层结构的SiAl梯度材料。加工测试结果表明,由三层复合材料加工而成的壳体在满足与陶瓷基板热应力匹配的同时,具有良好的加工工艺性能。因此,采用梯度结构设计是解决复合材料在T／R组件封装壳体内应用难题的一种有效途径。     

基于多场耦合仿真的T/R组件封装结构设计研究

对大尺寸收/发（Transmit/Receive, T/R）组件封装需求,提出基于铝合金材料体系的封装形式。选用6063铝合金作为壳体,4A11材料作为盖板,匹配FR4基板进行封装。以热–结构多场耦合边界条件为基础,利用有限元算法模拟焊接工艺过程,有效评估了焊接过程对壳体变形的影响。同时,创新性地设计了可伐–铜异质连接器结构以解决壳体与传统气密连接器焊接失效问题,200次温度冲击实验后未出现漏气及结构失效,验证了该材料体系及封装结构的可靠性。     

基于ANSYS 的多层堆叠模块焊接残余应力分析及选材优化

分析了某多层堆叠模块的焊接残余应力,讨论了各功能层不同选材、焊接顺序对模块残余应力的影响,并给出了优化方案。利用 ANSYS 软件进行有限元分析计算,采用 ANAND 本构模型描述焊锡的黏塑性行为,采用基于接触的多点约束(Multi-point Constraint, MPC)算法实现焊锡层与功能层的跨尺度自由度耦合。计算结果表明,焊接顺序对模块残余应力影响较小,各功能层的选材需要综合考虑模块变形及应力安全裕度。刚度较大的底板层可以同时降低模块变形和高温共烧陶瓷(High Temperature Co-fired Ceramic, HTCC)层应力。热膨胀系数较小的盖板层可以降低 HTCC 层应力,但会增大模块整体变形。底板选用 Al/ SiCp(65%),盖板采用可伐合金,可以得到变形及应力安全裕度均满足要求的方案。     

氮化铝多层共烧陶瓷基板的化学镀镍钯金技术

氮化铝多层高温共烧陶瓷(HTCC)基板具有优良的散热性能和与芯片匹配的热膨胀系数,其热导率比LTCC高两个数量级左右。在HTCC制作过程中,需要使用高熔点的钨浆料,而钨本身不具有可焊性和可键合性,必须对HTCC表面的钨导体进行表面改性,使其具有可焊性和可键合性,便于电子装配。化学镀镍钯金是这种表面改性最理想的方案。在HTCC表面进行化镀的相关文献较少,文中论述了在HTCC上沉积化学镍钯金镀层的原理,探讨了导致化学镍钯金沉积过程中出现的附着力问题的原因,为HTCC上化学镍钯金镀层的质量控制提供了方向指引。     

某机载液冷综合机架的结构设计

针对某机载电子设备的小型化、轻量化和高热耗的特点,从内部模块的布局、结构功能一体化、电气及水路互联的盲配设计、散热结构及流道设计、电磁兼容设计等方面介绍了液冷综合机架的结构设计过程。对综合机架实体模型进行了力学仿真和热仿真分析,并对实物样机进行了试验验证。结果表明,液冷机架的设计满足使用要求,对以后的工程应用具有较大的借鉴意义。     

混压多层印制板多芯片收发组件关键技术研究

作为有源相控阵天线阵面的核心部件,收发组件在整个有源天线阵面中的成本占比最高,因此如何降低收发组件的成本是设计天线阵面需要着重考虑的问题。与多芯片收发组件中常用的低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC）多层基板相比,多层印制板在成本方面具有很大优势。文中利用混压多层印制板,结合铝合金封装壳体,研制了一款Ku波段四通道低成本收发组件。该收发组件在工作频带内可以实现6位移相和6位幅度衰减,其通道接收增益≥20 dB,通道发射功率≥10 W。文中针对混压多层印制板热膨胀系数高、布线密度低、金丝键合可靠性差等问题,优化了基板叠层方案,研究了高密度互联通孔制作、基板镀层高可靠键合、低成本气密封装等关键工艺技术,有效提升了产品的可靠性,可为低成本混压多层印制板在多芯片组件中的工程化应用提供参考。     

足式机器人轻量化液压油源匹配设计方法研究

液压油源是足式机器人液压驱动系统的核心供能元件,将电能产生的机械能转化为油液的压力能,为驱动机器人各关节运动提供动力源。液压油源质量一般占据足式机器人整机质量超过20%,实现油源的轻量化,将有助于提升足式机器人的续航能力、机动性和承载能力。传统液压油源设计过程中更关注性能,在轻量化匹配设计方面还有待进一步完善。首先进行足式机器人轻量化液压油源的原理设计;其次将液压油源以功能为依据进行模块划分,分析液压油源各模块质量影响参数;针对质量与体积占比较大的电机泵进行匹配研究,针对蓄能器模块进行参数轻量化分析;针对集成阀块的轻量化设计,研究流道构建与元件排布原则;成功研发一种轻量化液压油源样机;最终形成了一种足式机器人轻量化液压油源匹配设计方法,有助于实现足式机器人液压驱动系统的轻量化。     

Si(111)和Si(100)衬底上AlN薄膜的激光分子束外延生长特征

采用激光分子束外延技术在Si(111)和Si(100)衬底上制备了AlN薄膜,研究了衬底温度和激光能量对薄膜物相结构和形貌的影响。结果表明:低的激光能量和高的衬底温度有益于薄膜的取向度和表面质量;激光能量为100mJ时,Si(111)衬底上的AlN薄膜呈单一的h-AlN(002)取向,Si(100)衬底上的薄膜在600℃时出现小的h-AlN(100)衍射峰,在700℃时呈微弱的h-AlN(002)取向;在Si(111)衬底上更易生长出取向度高的AlN薄膜。     

机载无源相控阵天线结构轻量化设计

机载雷达天线发展迅速,已从传统机械扫描天线发展为相控阵天线以及更为先进的机相扫天线。随着雷达技术的发展及电子设备集成度的提高,天线已经成为雷达系统中组成最为复杂、重量占比最大的单元,因此天线的轻量化设计是雷达结构设计的关键技术。某机载无源相控阵雷达天线组成复杂,结构紧凑,单元间距小,重量指标要求严格,结构设计难度大。文中介绍了该天线结构设计中采取的轻量化措施,包括结构布局、模块化设计、复合材料的应用等,并通过力学仿真及环境试验,对天线轻量化设计的结果进行了验证。结果表明,天线结构设计满足产品力学环境要求,设计合理,对相关产品的结构设计有一定的参考意义。     

陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现

具有高浓度、挥发性、强氧化性的液氯、氮氧化物等危化品泄露、爆炸的安全检测一直是一个难点问题,要求检测传感器具有较宽量程和抗腐蚀设计。基于Al N陶瓷的微热板半导体气体传感器阵列设计,采用耐腐蚀的Al N陶瓷为衬底,物理化学性能稳定的Pt膜作为信号和加热器电极,经杂化修饰的In-Nb复合半导体氧化物为敏感材料,结合柔性光刻剥离工艺和激光微加工工艺,制备了陶瓷微板热隔离气体传感器阵列。为验证传感器阵列热结构设计的合理性,进行了有限元热仿真分析,优化了设计结构。经静态气敏测试分析,传感器阵列对浓度体积比500×10~(-6)的Cl_2和100×10~(-6)的NO_2两种气体的气敏响应时间分别为30 s和60 s左右,灵敏度最高分别为275倍和4倍,且在0~500×10~(-6)和0~100×10~(-6)检测范围均具有良好的气敏特性,对Cl_2等高浓度宽量程危化品气体检测具有良好的应用前景。     

OptiStruct在风洞设备结构优化设计中的应用

本文应用HyperWoks的集成模块OptiStruct对风洞架车转盘的回转台面在给定位移和应力约束条件下以体积作为优化目标进行了轻量化设计,首先通过拓扑优化明晰了结构设计形式,然后通过尺寸优化进行细节优化设计,结构优化后减重达到27%。