多元素协同晶界扩散:现状与发展

摘要:航空航天、新能源、轨道交通等领域的发展对高性能高温度稳定性钕铁硼永磁提出了紧迫的需求。高性能磁体对战略重稀土Dy、Tb的依赖导致了中国稀土资源应用不平衡的现状,而晶界扩散技术可通过在晶粒表面形成重稀土壳层大幅提升矫顽力,是目前重稀土利用最高效的技术,近年来在国内外引起了广泛关注和大范围产业化推广。然而,目前产业普遍采用纯重稀土及其化合物作为扩散源,存在重稀土容易在表层堆积、扩散深度浅和利用效率低等问题。基于国内外最新进展和作者团队的研究工作,本文讨论了不同元素在钕铁硼中的冶金行为和扩散特性,提出利用轻稀土和非稀土元素部分替代重稀土形成合金扩散源的思路,通过多元素协同作用实现重稀土壳层局域化,大幅提升重稀土扩散效率,降低扩散成本。同时对不同元素在扩散过程中对磁体矫顽力、温度稳定性、力学性能和耐蚀性等方面的作用进行了阐述,并对未来发展方向进行了展望。

人工智能芯片先进封装技术

摘要:随着人工智能(AI)和集成电路的飞速发展,人工智能芯片逐渐成为全球科技竞争的焦点。在后摩尔时代,AI芯片的算力提升和功耗降低越来越依靠具有硅通孔、微凸点、异构集成、Chiplet等技术特点的先进封装技术。从AI芯片的分类与特点出发,对国内外典型先进封装技术进行分类与总结,在此基础上,对先进封装结构可靠性以及封装散热等方面面临的挑战进行总结并提出相应解决措施。面向AI应用,对先进封装技术的未来发展进行展望。

大尺寸有机基板的材料设计与封装翘曲控制

摘要:倒装芯片球栅阵列(FCBGA) 基板具有尺寸大、层数多等特点,可以满足大尺寸芯片超高速运算的需求。随着芯片尺寸的增大,有机基板的翘曲问题变得更加突出,因此,需要对有机基板材料在热膨胀系数(CTE)、模量、树脂收缩率、应力控制等方面进行升级。对FCBGA基板使用的大尺寸有机基板材料进行研究,重点研究其关键性能参数,如CTE、模量和树脂收缩率等,进一步探讨了对树脂基体、无机填料和玻璃纤维布等材料的选择以及生产制造过程中的应力控制,并对大尺寸有机基板材料技术的发展趋势进行了展望。

有机封装基板的芯片埋置技术研究进展

摘要:有机封装基板为IC提供支持、保护和电互联,是IC封装最关键的材料之一。系统级、微型化和低成本是IC封装的趋势,将有源、无源元件埋入封装基板,可以充分利用基板内部空间,释放更多表面空间,是减小系统封装体积的重要途径,因此有机封装基板的芯片埋置技术发展迅速。主要介绍有机封装基板的埋置技术发展过程,归纳了有机基板芯片埋置工艺路线类型,着重介绍了近十年不同的芯片埋置技术方案及其应用领域。在此基础上,对有机封装基板的埋置技术研究前景进行了展望。

晶圆键合设备对准和传送机构研究综述

摘要:随着微机电系统和3D集成封装的快速发展,多功能高性能器件、小体积低功耗器件、耐高温耐高压器件以及小型化高集成度器件是目前封装领域研究的重点。晶圆键合设备对于这些高性能、多功能、小型化、耐高温、耐高压、低功耗的集成封装器件的量产起着至关重要的作用,因此对晶圆键合设备及其对准机构和传送机构的研究也十分重要。介绍了常用的晶圆键合设备与晶圆键合工艺、对准机构和传送机构的工作原理以及主要的晶圆键合设备厂商现状,同时对晶圆键合设备对准和传送机构的发展趋势进行展望,其未来将朝着高精度、高对准速度、高吸附度和高可靠性的方向发展。

射频组件用键合金带的研究进展

摘要:射频组件的飞速发展促进了5G通信技术的推广应用。金带作为射频组件封装用关键键合材料,将板级系统集成于1 个完整的组件电路系统中,对组件尺寸和性能起着至关重要的作用。目前键合金带的研究与开发已经成为学术界和产业界的研究热点,对近年来射频组件用键合金带在工业应用中的研究进展进行论述和分析,归纳了微量元素对金带的强化机理和对键合性能的影响。重点介绍了键合金带与键合金丝的微波特性,在相同条件下,键合金带的信号传输能力优于金丝,尤其是在高频段(20 GHz以上)键合金带信号传输能力更加显著。对键合金带的制备工艺和工程应用中遇到的问题进行了梳理,总结了键合金带未来的发展趋势。

无凸点混合键合三维集成技术研究进展

摘要:数字经济时代,高密度、低延迟、多功能的芯片是推动人工智能、大模型训练、物联网等高算力需求与应用落地的基石。引线键合以及钎料凸点的倒装焊存在大寄生电容、高功耗、大尺寸等问题,使传统封装难以满足窄节距、低功耗、小尺寸的应用场景。无凸点混合键合技术能够实现极窄节距的互连,在有效避免倒装焊凸点之间桥连短路的同时降低了寄生电容,减小了封装尺寸和功耗,满足了高性能计算对高带宽、多功能的要求。对无凸点混合键合技术所采用的材料、键合工艺与方法以及当前在三维集成中的应用展开介绍,并对其发展趋势进行了展望。

三维异构集成的发展与挑战

摘要:三维异构集成技术带动着半导体技术的变革,用封装技术上的创新来突破制程工艺逼近极限带来的限制,是未来半导体行业内的关键技术。三维异构集成技术中的关键技术包括实现信号传输和互连的硅通孔/玻璃通孔技术、再布线层技术以及微凸点技术,不同关键技术相互融合、共同助力三维异构集成技术的发展。芯片间高效且可靠的通信互联推动着三维异构集成技术的发展,现阶段并行互联接口应用更为广泛。异构集成互联接口本质上并无优劣之分,应以是否满足应用需求作为判断的唯一标准。详述了三维异构集成技术在光电集成芯片及封装天线方面的最新进展。总结了目前三维异构集成发展所面临的协同设计挑战,从芯片封装设计和协同建模仿真等方面进行了概述。建议未来将机器学习、数字孪生等技术与三维异构集成封装相结合,注重系统级优化以及协同设计的发展,实现更加高效的平台预测。

集成电路互连微纳米尺度硅通孔技术进展

摘要:集成电路互连微纳米尺度硅通孔(TSV) 技术已成为推动芯片在“后摩尔时代”持续向高算力发展的关键。通过引入微纳米尺度高深宽比TSV 结构,2.5D/3D 集成技术得以实现更高密度、更高性能的三维互连。同时,采用纳米TSV 技术实现集成电路背面供电,可有效解决当前信号网络与供电网络之间布线资源冲突的瓶颈问题,提高供电效率和整体性能。随着材料工艺和设备技术的不断创新,微纳米尺度TSV 技术在一些领域取得了显著进展,为未来高性能、低功耗集成电路的发展提供了重要支持。综述了目前业界主流的微纳米尺度TSV 技术,并对其结构特点和关键技术进行了分析和总结,同时探讨了TSV技术的发展趋势及挑战。

基于硅通孔互连的芯粒集成技术研究进展

摘要:通过先进封装技术实现具有不同功能、工艺节点的异构芯粒的多功能、高密度、小型化集成是延续摩尔定律的有效方案之一。在各类的先进封装解决方案中,通过硅通孔(TSV)技术实现2.5D/3D封装集成,可以获得诸多性能优势,如极小的产品尺寸、极短的互连路径、极佳的产品性能等。对TSV技术的应用分类进行介绍,总结并分析了目前业内典型的基于TSV互连的先进集成技术,介绍其工艺流程和工艺难点,对该类先进封装技术的发展趋势进行展望。