激光融合制造及在柔性微纳传感器的应用(特邀)

摘要:柔性微纳传感器的新兴发展对先进制造技术提出了更高要求。其中,激光融合制造充分集成激光增材、等材、减材加工形式,凭借高精度、非接触、机理丰富、灵活可控、高效环保、多材料兼容等特点突破了传统制造在多任务、多线程、多功能复合加工中的局限,通过激光与物质相互作用实现跨尺度“控形”与“控性”,为各类柔性微纳传感器的结构-材料-功能一体化制造开辟了新途径。本文首先分析激光增材、等材与减材制造的技术特点与典型目标材料,展示激光融合制造的技术优势,接着针对近年来激光融合制造在柔性物理、化学、电生理与多模态微纳传感器中的典型应用展开讨论,最后对该技术面临的挑战以及未来发展趋势进行了总结与展望,通过多学科交叉互融,开辟柔性微纳传感器制造新路径,拓展激光制造技术的应用场景。

芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

摘要:随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

煤基富氧多孔炭纳米片的制备及其超级电容器性能

摘要:多孔炭电极的表面改性与优化是实现超级电容器优异性能的关键。本文以煤化学工业的固体副产物为碳源,利用二维层状双氢氧化物(MgAl-LDH)的刚性约束作用耦合KOH 活化工艺成功制备了二维富氧多孔炭纳米材料(OPCN)。系统研究了炭化温度对OPCN 样品微观结构和表面特性的影响,通过SEM、TEM、氮气吸脱附测试以及元素分析等表征手段对炭材料的结构/组成和表面特性进行分析表明,经700 °C 炭化获得的炭材料样品(OPCN-700)具有较高的氧质量分数(24.4%)和大的比表面积(2 388 m2 g−1),并表现出良好的润湿性。同时,OPCN-700 样品丰富的微孔和二维纳米片结构为电解质离子提供了有效的储存和传输途径。作为超级电容器的电极材料,在电流密度为0.5 A g−1 时,其比电容高达382 F g−1,并呈现出优异的倍率性能和循环稳定性。该技术策略为富氧原子掺杂二维多孔炭材料的可控制备与水系储能器件的设计构建提供了新思路。

基于TSV倒装焊与芯片叠层的高密度组装及封装技术

摘要:系统级封装(SiP)及微系统技术能够在有限空间内实现更高密度、更多功能集成,是满足宇航、武器装备等高端领域电子器件小型化、高性能、高可靠需求的关键技术。重点阐述了基于硅通孔(TSV)转接板的倒装焊立体组装及其过程质量控制、基于键合工艺的芯片叠层、基于倒装焊的双通道散热封装等高密度模块涉及的组装及封装技术,同时对利用TSV 转接板实现多芯片倒装焊的模组化、一体化集成方案进行了研究。基于以上技术实现了信息处理SiP模块的高密度、气密性封装,以及满足多倒装芯片散热与CMOS图像传感器(CIS)采光需求的双面三腔体微系统模块封装。

金属网格柔性透明导电薄膜研究进展

摘要:随着柔性电子器件的发展,柔性显示器、柔性太阳能电池、柔性传感器等产品已经逐步从实验室走向市场。柔性透明导电薄膜作为柔性光电器件不可或缺的重要组成部分,今后其需求量只会不断增加。目前的光电子器件逐渐向大尺寸、轻薄、柔性、可拉伸、低成本等方面发展。氧化铟锡(In-diumtion oxide,ITO)是目前使用最广泛的透明导电薄膜,但ITO制备工艺复杂,具有脆性,且铟是稀有金属,储量少,价格昂贵。因此,研制可替代ITO的高性能柔性透明导电薄膜越来越迫切。目前已有研究人员研制出多种可替代ITO的柔性透明导电薄膜,其中基于金属网格的柔性透明导电薄膜是替代ITO的有力竞争者。金属网格柔性透明导电薄膜展示了极好的光电性能和机械灵活性。它最吸引人的地方在于可以独立改变金属网格的线宽和间距,从而在调节薄膜方阻和透光率方面表现出更好的权衡性。目前,已有大量的研究人员研制出可与ITO 媲美的金属网格柔性透明导电薄膜。多数研究者通过光刻技术制作出母版,再结合化学镀或电沉积技术进行导电薄膜制作。以光刻技术为基础制备的柔性透明导电薄膜性能良好,但光刻工艺复杂而且设备昂贵。还有研究人员通过其他技术进行研究,如印刷增材制造技术、静电纺丝技术、光子烧结、模板法等,制备的柔性透明导电薄膜性能良好。其中基于印刷增材制造技术制备的柔性透明导电薄膜已经在触摸屏领域实现产业化,有望进一步发展。本文综述了金属网格柔性透明导电薄膜的研究进展及在光电器件中的应用,包括有机太阳能电池、有机发光二极管等,具体讨论了金属网格透明导电薄膜的基本特性、光电性能、制造技术和器件应用,并点明了其制备方法的优劣性,以期为后续的研究提供参考。

飞秒激光全划切超薄碳化硅基片

摘要:目的为实现超薄碳化硅基片全划切,需在加工出窄线宽(小于25 μm)的切割槽的同时保证基片的强度。方法使用波长为1 030 nm 的红外飞秒激光对碳化硅基片进行全划切加工,通过扫描电子显微镜和光学显微镜分析脉冲重复频率、脉冲能量、切割速度和扫描次数对切口宽度、深度以及断面形貌的影响,采用能谱仪对不同脉冲能量下的划切断面进行微区元素分析,采用激光共聚焦显微镜测量划切断面粗糙度,以及采用电子万能实验机测试划切样品的抗弯强度。结果划切断面的元素主要有Si、C、O 3 种,O 元素富集在断面的上下边缘位置。SiO2 颗粒喷溅重沉积影响断面微纳结构。断面的粗糙度随脉冲能量的增强而上升,基片强度反而下降。在激光脉冲能量为3.08 μJ、脉冲重复频率为610 kHz、切割速度为4 mm/s、切割12 次的条件下,可以加工出宽度为15 μm、深度高于100 μm 的良好切割槽,断面粗糙度为296 nm,基片抗弯强度为364 MPa。结论切割槽宽度和深度与脉冲重复频率、脉冲能量、切割速度和扫描次数有关。O 元素的分布说明存在SiO2 堆积在断面上下边缘部分的现象。使用小脉冲能量激光进行划切,可以减少SiO2 颗粒喷溅重沉积,从而使断面出现大量熔块状结构,得到粗糙度较低的断面形貌。断面粗糙度降低,意味着划切断面存在的微裂纹等缺陷减少,从而使强度上升。本试验最终采用较优激光划切工艺参数,实现了飞秒激光全划切超薄SiC 基片,槽宽仅为15 μm。由于短脉宽小脉冲能量高重复频率激光的作用以及激光辐射下SiC 材料的相分离机制,基片划切断面烧蚀形貌良好,且抗弯强度较好。

超薄晶圆减薄工艺研究

摘要:主要研究了超薄晶圆减薄工艺和设备。从设备结构、晶圆传输、晶圆加工工艺、晶圆测量等方面,介绍了先进封装用减薄机如何解决超薄晶圆易碎问题,以及设备的国内外现状。

高温SOI技术的发展现状和前景

摘要:高温绝缘层上硅(SOI)技术突破了体硅半导体器件的高温困境,已被广泛应用于石油天然气钻探、航空航天和国防装备等尖端领域。近年来,第三代宽禁带半导体功率器件已日趋成熟和普及,其中SiC 器件以其先天的耐高压、耐高温等特性,与高温SOI 器件是非常理想的搭配,适用于原本体硅半导体功率器件难以实现或根本不能想象的应用场景,为系统应用设计者提供了全新的拓展空间。在简述体硅半导体器件高温困境的基础上,综述了高温SOI技术的发展现况,并探讨了其未来的发展方向和应用前景。

紫外LED研究进展

摘要:氮化物紫外LED的发光波长覆盖210~400nm的紫外波段,可广泛应用于工业、环境、医疗和生化探测等领域。近年来紫外LED的技术水平发展迅速,器件性能不断提升。由于高Al组分AlGaN材料的固有特性,目前深紫外LED的外量子效率和功率效率仍有大量提升空间。综述了近年来AlGaN基紫外LED的研究进展,阐述了限制其性能的AlGaN外延质量、高Al组分AlGaN材料的掺杂效率、紫外LED量子结构、紫外LED光提取效率及可靠性等核心难题以及取得的重要研究进展。预计到2025年,深紫外LED的量产单芯片光输出功率可突破瓦级,功率效率有望提升至20%以上,寿命达到万小时级别。

光敏聚酰亚胺:低温固化设计策略

摘要:扇出型晶圆级封装(FOWLP)由于在成本、尺寸、输入/输出密度等方面有更优化的解决方案而备受关注。随着封装厚度的薄型化,作为其中再布线层介电材料的光敏聚酰亚胺也面临着新的要求: 更低介电常数、更低热膨胀系数、更低残余应力、更低固化温度等。FOWLP面临的问题主要是晶圆翘曲,减少封装工艺热预算可有效降低封装中金属材料与介电材料之间因热力学性质差异所导致的应力集中。由此,光敏聚酰亚胺需首要解决的即是传统体系在固化温度方面的限制(>300℃) 。本文从聚酰亚胺合成过程角度综述了近些年来在降低光敏聚酰亚胺固化温度方面的研究进展及发展现状,介绍了基于聚酰胺酸、聚异酰亚胺、可溶性聚酰亚胺低温固化体系的优劣势,最后展望了低温固化体系的进一步发展趋势。