先进封装中铜-铜低温键合技术研究进展

摘要: Cu-Cu低温键合技术是先进封装的核心技术,相较于目前主流应用的Sn 基软钎焊工艺,其互连节距更窄、导电导热能力更强、可靠性更优。文中对应用于先进封装领域的Cu-Cu低温键合技术进行了综述,首先从工艺流程、连接机理、性能表征等方面较系统地总结了热压工艺、混合键合工艺实现Cu-Cu低温键合的研究进展与存在问题,进一步地阐述了新型纳米材料烧结工艺在实现低温连接、降低工艺要求方面的优越性,概述了纳米线、纳米多孔骨架、纳米颗粒初步实现可图形化的Cu-Cu低温键合基本原理。结果表明,基于纳米材料烧结连接的基本原理,继续开发出宽工艺冗余、窄节距图形化、优良互连性能的Cu-Cu低温键合技术是未来先进封装的重要发展方向之一。创新点: (1) 系统地总结了热压工艺、混合键合工艺实现Cu-Cu低温键合的研究进展。(2) 阐述了新型纳米材料烧结连接的基本原理、典型方法及工艺优势。

蓝宝石/石墨烯衬底上蓝光LED外延生长及光电性能

摘要:对在蓝宝石/石墨烯衬底上生长 LED(Light-emitting diodes)外延的方法及其对光电性能的改善进行了探 究。研究结果表明,蓝宝石/石墨烯衬底具有更低的位错密度,螺位错和刃位错比传统样品分别减少了15.3%和70.8%。拉曼测试也表明蓝宝石/石墨烯样品受到的压应力小于传统样品。元素分析结果表明,有源区量子阱生长情况较好,In和 Ga元素均匀地分布在量子阱中,未发生相互扩散的情况。光电性能测试结果发现,无论是在工作电流还是饱和电流下,蓝宝石/石墨烯样品的LOP(Light output power)都大于传统样品,工作电流和饱和电流下LOP分别增加了18.4% 和 36.7%,并且效率下降较传统样品有所改善,相较于传统样品效率下降减少了9.9%。从变温测试结果可以得到,蓝宝石/石墨烯样品也表现出较低的热阻、结温和较小的波长偏移,其平均热阻比传统样品低了5.14℃/W。结果表明,在蓝宝石/石墨烯衬底上外延生长的样品对器件的光电性能和散热性能等都有较大的提升。

高性能功率器件封装及其功率循环可靠性研究进展

摘要: 半导体技术的进步使得功率器件面临更高的电压、功率密度和结温,这对功率器件的封装的可靠性提出了更高的要求。如何提高和检测功率器件的可靠性已经成为功率器件发展的重要任务。提升器件封装可靠性主要围绕优化封装结构、改进芯片贴装技术和引线键合技术3个方向研究。功率循环作为最贴近功率器件实际工况的可靠性测试方法,其测试技术、参数监测方法和失效机理得到广泛的研究。对功率器件封装结构、封装技术以及功率循环机理的相关研究进行了综述,总结了近年国内外的提升封装可靠性的方法,并介绍功率循环测试的原理和钎料层、键合线的失效机理,最后对于功率器件封装的未来发展趋势进行了展望。创新点: (1) 从封装结构、芯片贴装和引线键合3 方面讨论了提升功率器件封装可靠性。(2) 总结了功率循环的控制参数、策略、检测参数和失效判据方面的研究。

纳米发电机应用: 新型高压电源技术

摘要:摩擦电纳米发电机(TENG), 作为一种新兴的能量收集技术, 在过去十年中取得了快速进展. 除了微纳能源和自驱动传感等应用, 高电压和低电流的输出特性促进TENGs作为新型高压电源开创了一系列卓有成效的应用.对于TENGs, 实现数百甚至数千伏的电压输出相对容易, 而电流输出可保持在几微安的量级, 这为开发安全的高压应用带来了机遇, 如等离子体激发、流体和颗粒操控、空气净化、杀菌消毒等. 此综述介绍了TENGs产生电压的基本理论, 并总结了将TENGs电压提升至数万伏的策略, 还详细评述了这些高压TENGs(HV-TENGs)在物理、化学和生物领域的应用. 最后, 讨论了TE-TENGs将来可能面临的机遇和挑战.

聚多巴胺(PDA)制备的电极材料在超级电容器中的应用进展

摘要: 现今,能源短缺的严峻形势将会逐渐影响人们的生产生活,所以开发新的储能元件成为科学家的研究重点。其中,超级电容器作为一种优异的储能器件,备受关注,但受限于其能量密度和功率密度不高而不能满足大规模的实际应用需求。因此,开发新的电极材料,成为解决此问题的方法之一。聚多巴胺(PDA)作为一种新材料,具有很多优点,如,高碳化率、高粘附性、多种官能团(邻苯二酚、胺和亚胺,大π电子结构)等。将PDA 作为电极材料,是最近才出现的热门课题,PDA 利用自身的高含碳量可以作碳电极;此外,自身含有胺基官能团可进行杂原子掺杂;最重要的是可以作为粘结剂,不仅能牢牢吸附外加材料,而且能够修饰复合材料内部结构,参与赝电容反应,增加复合材料比电容。在本文中我们将根据PDA 与不同物质复合在一起的分类方式,分别介绍PDA 在超级电容器中参与一元、二元、三元复合电极材料的应用。

基于光热转换的光驱动柔性致动器

摘要:柔性致动器作为一种新型能量转化器件,能够将外部环境的光、热、电、湿度等能量转化为机械能。它具有轻量化、小型化和智能化等特点,在人造肌肉、微型机械臂和柔性机器人等领域中逐渐得到广泛应用。其中,光驱动柔性致动器由于具有非接触式操作、快速响应、可编程和多功能性等优势,受到了众多研究学者的关注。本文旨在系统总结光热转换材料在柔性致动器中的最新研究进展。首先介绍柔性基底的选择,其次讨论不同类型光热转换机制的光热转换材料,探讨这些材料的基本特性及其在柔性致动器中的具体应用,如柔性机器人、柔性抓取器和振荡器等。最后分析当前柔性致动器设计所面临的挑战并对未来研究可能存在的问题及其潜在解决方案给予讨论,以期为光热转换材料在柔性致动器中的应用提供参考。

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。

量子计算机的现状与发展

摘要:量子计算是一场信息和计算领域的深刻变革,有望重塑未来的计算范式。文章追溯了量子计算从理论奠基与思想萌芽、算法突破、实验探索与硬件起步到当前“含噪声的中等规模量子”时代的4 个发展阶段,系统阐述了量子比特、量子叠加和量子纠缠等核心物理原理。详细梳理并比较了超导、离子阱、光量子及中性原子的主要硬件研发技术路线,分析了其在规模、质量和连接性上的不同权衡。在此基础上,深入探讨了量子计算面临的三大核心挑战:对抗环境噪声与退相干、实现高开销的量子纠错及解决系统扩展的工程瓶颈。进一步聚焦产业化进程,剖析了量子计算云平台的发展模式,并重点论述了从松耦合到“量超融合”的量子-经典混合计算架构,认为这是通往实用性量子优势的关键路径。立足全球趋势与我国国情,提出了以容错为长远目标、软硬件生态协同发展、加速量超融合落地等发展建议,以期为我国在该领域的战略规划提供参考。

脑机接口柔性电极材料研究进展

摘要:脑机接口作为人机交互的一个重要方向,在医疗健康、体能增效、航空航天、智能交通、娱乐游戏等领域具有广泛的应用价值。柔性电极是脑机接口的重要组成,也是脑机接口技术实现的关键。近年来,各种以脑机接口为需求背景的柔性电极材料不断涌现。对非侵入式、侵入式和半侵入式等3类脑机接口柔性电极材料的研究进展进行归纳和总结,对存在的问题和挑战进行分析,并对各种柔性电极材料在脑机接口领域的应用前景进行展望。

铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度对高功率密度LED极限光电性能的影响

摘要:高功率密度LED器件能实现传统光源和普通 LED 器件无法实现的诸多功能,将半导体照明技术链推向了一个崭新的高度。在实际应用中,单颗 LED 器件需要在数百瓦及近100 A电流下工作,铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度均会对该类型 LED 器件的极限光电性能这一关键指标产生显著影响。本文将单颗极限电功率为300W和200 W的两种规格的LED蓝光和白光器件,分5μm、100μm 和200μm 三个焊锡厚度,分别贴片焊接在直径为 20 mm、25 mm和32 mm 三种不同面积的热电分离铜凸台基板上,测试了当散热器温度分别为25℃、50℃、75 ℃和100℃时蓝光LED 器件光功率、白光LED光通量及其灯板导线焊点间的电压随电流的变化。同时,还研究了铜基板的导电铜箔厚度分别为70μm 和140 μm 时,极限电功率为 150 W 的蓝光LED 器件的 I-L 特性和 I-V 特性,并对其极限发光进行了研究。研究结果表明,焊锡厚度、铜基板面积和导电铜箔厚度均会对 LED的极限发光强度和工作电压产生明显影响;减小焊锡厚度和增加铜基板面积能显著提高高功率 LED器件的极限光强,P110和 T90两种规格蓝光 LED 器件极限光功率的提升幅度高达16% 和19%,白光器件极限光通量的提升幅度均高达15%左右;当铜箔厚度由70μm增加到140μm、散热器温度为25℃时,P70蓝光 LED的极限光功率提升幅度为 9.2%,50 ℃和75℃时极限光功率提升幅度为12.9%,100℃时极限光功率提升幅度为16.4%。