刊 名:
电子元件与材料
ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS
主 办
国营第715厂
中国电子学会
中国电子元件行业协会
刊 期:月刊
出版地:成都市
语 种:中文
开 本:大16开
刊 号:

ISSN 1001-2028
CN 51-1241/TN
邮发代号:62—36
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综述与评论

  • 扇出型晶圆级封装可靠性问题与思考

    范懿锋;董礼;张延伟;王智彬;孟猛;

    半导体先进制程工艺逐步趋于极限,继续沿摩尔定律发展的脚步放缓,而扇出型晶圆级封装(Fan-out Wafer Level Packaging, FOWLP)通过晶圆重构的方式突破了传统扇入封装的I/O引出端的数量限制,并利用多层再布线(Redistribution Layer, RDL)等技术,缩小引脚间距,减薄封装厚度,降低高频信号传输损耗,从而进一步提升芯片集成度。近年来已在消费电子、高性能计算等领域逐渐发展成为具有代表性的先进封装技术,是接续摩尔定律的关键技术。但FOWLP的可靠性问题随着其结构精密和生产流程复杂而日益突出。结合FOWLP近期技术发展和应用的现状,总结了发展趋势;从FOWLP结构的工艺缺陷和失效模式出发,阐述了FOWLP的工艺流程和重点工艺环节;根据不同失效类型,系统归纳了引发失效的物理效应和物理模型;最后,介绍了提升FOWLP结构可靠性的工艺调整和优化设计方法。

    2023年05期 v.42;No.375 505-513+520页 [查看摘要][在线阅读][下载 1028K]
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新型传感材料与器件专题

  • 角蛋白柔性摩擦电人体运动传感器的研究

    袁栋驰;赵兴强;时文;孙楠;杨明鹏;

    摩擦电传感器作为一种新型的自驱动传感器,为可穿戴柔性电子皮肤应用在人体运动信息采集提出了新的方案。采用溶胶-凝胶工艺制备不同掺杂浓度的角蛋白/PDMS薄膜,将其作为负性摩擦层制备了单电极式摩擦电传感器。结果表明,在摩擦层接触面积为25 cm~2时,当薄膜中角蛋白掺杂浓度从质量分数0%提高到10%时,传感器的输出电压呈现上升的趋势。摩擦层的输出性能在角蛋白掺杂浓度为10%时最佳,输出电压达到320 V,相较于传统的纯PDMS摩擦层,其输出性能提高了约一倍。基于角蛋白/PDMS摩擦层制备的柔性传感器应用在人体各个运动部位,能够实现人体运动信息反馈。

    2023年05期 v.42;No.375 514-520页 [查看摘要][在线阅读][下载 1786K]
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  • 基于三维导电网络多孔敏感层的柔性电阻式应变传感器

    张鹏;张坤;张齐峰;李玉霞;黄梁松;

    柔性应变传感器在人体运动检测、人机交互等可穿戴领域应用潜能巨大。设计了一种基于三维导电网络多孔敏感层的柔性电阻式应变传感器。基于炭黑(CB)/石墨烯纳米片(GNP)/热塑性聚氨酯(TPU)导电复合材料构成敏感层的三维导电网络。采用非溶剂致相分离法诱导TPU的分离在敏感层内部制造多孔结构。由于高效的协同导电网络和多孔微结构的有效结合,传感器具有较高的灵敏度(应变系数最大为40.66)、较宽的拉伸范围(ε=0~25%)和良好的循环拉伸可靠性。实验表明,该传感器的电阻输出变化在检测手指弯曲/恢复过程中具有较好的对称性,在智能可穿戴领域展示出潜在的应用价值。

    2023年05期 v.42;No.375 521-525页 [查看摘要][在线阅读][下载 1318K]
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  • 基于传感器阵列结合GA-BP算法对VOC的识别研究

    曾海栋;刘桂武;王明松;柏凌;乔冠军;

    为提高空气中挥发性有机物(VOC)检测可靠性,提出了一种基于气敏传感器阵列结合遗传算法(GA)优化反向传播(BP)神经网络算法的VOC检测模型。选用多个气体传感器组建阵列对VOC混合气体样本进行响应测试,使用主成分分析(PCA)对响应数据进行数据降维及初步分类探索,使用构建的GA-BP神经网络算法模型在PCA探索性分析的基础上进行定性及定量识别,并与BP神经网络识别结果进行对比。结果表明:遗传算法优化后的BP神经网络多元分类和回归模型性能优良且稳定,气体分类识别准确率达96%,浓度回归预测均方根误差为1.8×10~(-2),平均相对误差为5.2%,平均训练耗时分别降至1.5 s和1.12 s,效果显著优于BP神经网络算法模型。这些研究结果进一步拓展了GA-BP算法结合气敏传感器在挥发性有机物检测识别中的应用前景。

    2023年05期 v.42;No.375 526-533页 [查看摘要][在线阅读][下载 2988K]
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  • 一种模拟输出CMOS温度传感器的设计与实现

    马卓;熊晗;何茜;唐俊龙;邹望辉;

    为了实现片上系统温度监测,设计了一款基于0.18μm CMOS工艺的模拟输出温度传感器,该温度传感器核心部分包括偏置电路和感温电路,辅助部分包括单位增益缓冲器电路和端口静电保护电路。偏置电路采用低压共源共栅电流镜结构,感温电路采用直接堆叠多个PNP管的方式,将外界温度转化为具有负温度系数的线性电压信号。再经过基于轨到轨运算放大器的单位增益缓冲器输出,得到模拟电压输出的温度信号。该温度传感器的结构简单、易于设计,并且具有较大输出电压范围。其中核心部分的面积约为0.056 mm~2,当电源电压为5 V时,静态电流约为6μA。芯片经过流片,测试结果显示,测量温度范围在-55~120℃时,对应的输出电压为2.6~0.7 V,温度误差在3℃以内。

    2023年05期 v.42;No.375 534-538+544页 [查看摘要][在线阅读][下载 1697K]
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  • 石墨烯压力传感器Au-Si共晶键合的气密性封装

    吴天金;王俊强;

    针对石墨烯压力传感器的高气密性封装要求,设计了一种应用于石墨烯压力传感器的Au-Si键合工艺。采用Au-Si键合工艺只需要在传感器的密封基板表面生长一层100 nm的SiO_2,并在生长的SiO_2表面溅射金属密封环,密封环金属采用50 nm/300 nm的Ti/Au。使用倒装焊机在380℃以及16 kN的压力环境下保持20 min完成传感器芯片与基板的键合,实现石墨烯压力传感器的气密性封装。键合完成后对键合指标进行表征测试,平均剪切力可达19.596 MPa,平均泄露率为4.589×10~(-4) Pa·cm~3/s。通过对键合前后石墨烯传感器芯片电阻检测,电阻输出平均值变化了3.36%,键合前后电阻输出相对稳定。对传感器进行静态压力检测,其灵敏度>0.3 kΩ/MPa,非线性<1%FS。实验结果表明,石墨烯压力传感器采用Au-Si键合工艺进行气密封装不仅工艺简单,且强度高。

    2023年05期 v.42;No.375 539-544页 [查看摘要][在线阅读][下载 1188K]
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研究与试制

  • 纤维结构对静电纺丝辐射制冷材料可见光-红外光学性能的影响

    曾小义;袁乐;巫雪玉;王雅琴;

    采用静电纺丝法制备一种具有日间辐射制冷功能的PEO纤维膜。系统地探究了PEO浓度、直流电压、针头尺寸等工艺参数对PEO纤维直径和孔隙结构的影响,并对其可见光、红外光学性能进行了表征。结果表明:通过对PEO浓度、直流电压、针头尺寸等静电纺丝工艺参数进行系统优化,可将PEO纳米纤维的内部结构尺寸控制在390~920 nm范围内。PEO纳米纤维的可见光-近红外反射率对其结构参数变化较为敏感,在相同纤维膜厚度的情况下,纤维的平均直径可由920 nm减小到390 nm,孔隙率随之增大,可见光-近红外反射率可提高近5%。而纤维结构对热红外发射率的影响不明显,其主要影响因素为纤维厚度,将纤维厚度从12μm增加到25μm,大气窗口波段(8~13μm)的发射率增加了40%。基于纤维结构对不同波长辐射的选择性传输特性,研制了一种具有双层结构的柔性静电纺丝纤维材料,实现了对太阳光高反射、对热红外光高发射的特殊光学效应,达到了较好的辐射制冷效果。

    2023年05期 v.42;No.375 545-554页 [查看摘要][在线阅读][下载 2539K]
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  • 一种基于有效媒质理论的电磁参数优化计算方法

    曾子桁;梁迪飞;谢海岩;常楠;柏林;

    调控电磁参数对吸波结构设计具有重要意义,首要在于电磁参数的获取,难点是吸收剂体积分数的计算。制备了不同质量占比的CIPs/Paraffin复合材料,利用Maxwell-Garnett公式对吸收剂体积分数优化后计算其电磁参数。在0.5~18 GHz内,电磁参数的计算值与理论值基本吻合,得到了最佳吸收剂体积分数的计算方法。结论表明:该方法可准确获取吸波材料的等效电磁参数,对于吸波结构设计中确定吸波材料的配方具有一定指导意义。

    2023年05期 v.42;No.375 555-559页 [查看摘要][在线阅读][下载 1503K]
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  • CO_2激光直写PI薄膜温度、应力场仿真与分析

    张华忠;李世琛;钟勉;邹瑶;蒋勇;

    CO_2激光直写诱导碳基前驱体生成石墨烯过程中,温度与应力是影响石墨烯生成质量的主要因素。利用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立连续CO_2激光作用于聚酰亚胺(PI)薄膜温度场与应力场模型,研究激光功率、光斑直径、扫描速度对平均升温速率(δ)及热应力的影响,并根据石墨烯生成温度阈值与薄膜受损温度阈值筛选出合理参数范围。仿真结果表明:在重复扫描策略下,薄膜正面平均升温速率δ_1与激光功率呈线性正相关关系,与光斑直径呈指数下降关系,与扫描速度呈幂函数单调递减关系,δ_1的较优范围为93.6℃/s≤δ_1≤147.8℃/s;背面平均升温速率δ_2与激光功率呈线性正相关规律,与光斑直径呈二次函数单调递减规律,与扫描速度呈线性负相关规律,δ_2的较优范围为69.5℃/s≤δ_2≤86.9℃/s。激光功率是影响热应力的主要因素,仿真结果与结论可为PI薄膜激光诱导石墨烯研究提供参考。

    2023年05期 v.42;No.375 560-567页 [查看摘要][在线阅读][下载 2100K]
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  • 有机载体对铜电极浆料性能影响的研究

    招明睿;刘焕威;赵小波;姚英邦;鲁圣国;

    随着微型电子产品的蓬勃发展,传统的贵金属浆料由于成本等因素逐渐无法满足市场的需求,因此需要开发具有成本优势的新型贱金属电子浆料。铜电极浆料因为整体优势而受到广泛关注。电子浆料在印刷使用过程中对粘度、触变性等流变性能有着严格的要求,而流变性能主要由有机载体决定。通过正交试验的方法,系统地研究了有机载体中各成分的配比对铜电极浆料粘度、触变性的影响。表征了烧结后铜膜的方阻、附着力。结果表明,粘结剂乙基纤维素对铜浆性能影响最大。当蓖麻油为质量分数9%,氢化蓖麻油为2%,乙基纤维素为3%时,能得到综合性能最优的铜浆。在950℃烧结2 h后可得到方阻小于2.97 mΩ/□、附着力高于4.13 MPa的铜膜。

    2023年05期 v.42;No.375 568-577页 [查看摘要][在线阅读][下载 3779K]
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  • 不同表面活性剂对浅沟槽隔离CMP中SiO_2与Si_3N_4速率选择性的影响

    张月;周建伟;王辰伟;郭峰;

    针对浅沟槽隔离(STI)化学机械抛光(CMP)过程中SiO_2与Si_3N_4去除速率选择比难以实现的问题,研究了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、阴离子表面活性剂直链烷基苯磺酸(LABSA)以及非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO7)对SiO_2与Si_3N_4去除速率以及速率选择比的影响。结果表明,CTAB对于SiO_2去除速率的抑制作用过强,导致速率选择比很低;与CTAB相比,LABSA对SiO_2去除速率的抑制作用减弱,但同时对Si_3N_4去除速率的抑制作用也变小,导致速率选择比无法满足工业生产的30∶1的要求;AEO7对SiO_2去除速率的影响较小,且对Si_3N_4去除速率的抑制作用强于LABSA。当引入质量分数为0.05%的AEO7时,SiO_2的去除速率由318.6 nm/min降低至224.1 nm/min, Si_3N_4的去除速率由28.6 nm/min降低至7 nm/min,速率选择比达到了32∶1,对于提高抛光效率以及有效地保护有源区具有重要意义。

    2023年05期 v.42;No.375 578-583页 [查看摘要][在线阅读][下载 1680K]
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  • 基于电磁带隙结构的平衡五频带滤波器设计

    周勇;任鼎新;郭瑜;

    为满足现代微波滤波器高噪声抑制和多功能的性能需求,将电磁带隙结构(EBG)与微带线结构相结合,设计了一款具有高共模抑制的可调谐五频带平衡带通滤波器(BPF)。所提出的BPF结构由多对EBG谐振腔及平衡微带-槽线转换结构(MSTS)所组成,采用嵌套环型槽线来减小器件的插入损耗(IL),通过调节EBG结构中间金属柱半径和顶层槽线来实现对耦合系数K_i和外部品质因数Q_e的控制。BPF的通带可调谐特性可以通过改变电容C的大小实现,所提出的BPF在整个频带范围内表现出出色的(CM)抑制特性。为验证理论的有效性,加工制作了一款频率范围在2~4.2 GHz的平衡五频带带通滤波器,五个频带的中心频率依次为2.15,2.49,2.94,3.46,3.95 GHz,测试结果显示在2~4.2 GHz的范围内滤波器的CM抑制超过-40 dB,滤波器整体尺寸为0.69λ_g×0.95λ_g。测试结果与仿真结果具有良好的一致性。

    2023年05期 v.42;No.375 584-591页 [查看摘要][在线阅读][下载 2642K]
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  • 入射角度不敏感的宽带超材料吸波器

    马东宝;王子兰;

    微波宽带超材料吸波器可以实现武器装备的隐身,对现代化战争有着十分重要的意义。针对目前宽带吸波器入射角度不敏感性仍需要提升的问题,提出了一种在磁性介质表面制备超表面结构的宽带超材料吸波器结构。结构由周期性金属结构层、磁性介质层、金属反射底板层三层结构结合而成。仿真结果表明,在8~15 GHz(相对带宽为61%)频带内,吸波器结构实现了90%以上的吸收率。当电磁波斜入射时仍具有良好的吸收性能,尤其在横磁模式下,当入射角为60°时,在8~15 GHz频率范围内,吸收率仍能保持90%以上,表现出了优异的广角吸收特性。所提出的吸波器结构满足目前对超材料“薄,宽,轻,强”的要求,在军事和工程领域有一定应用价值。

    2023年05期 v.42;No.375 592-597页 [查看摘要][在线阅读][下载 1726K]
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  • 一种高增益带宽积高摆率运算跨导放大器

    杨帆;张加宏;刘祖韬;邹循成;王程;

    运算放大器(OTA)是模拟和混合信号集成电路中重要的构成模块,在各类电路中有着广泛的应用,人们希望运算放大器能以低电源电压运行的同时保持高增益带宽积,这就对运算放大器的性能提出了一定的要求,对此,基于折叠式共源共栅结构提出了一种高增益带宽积高摆率的运算跨导放大器。该OTA基于0.18μm CMOS工艺设计,电路主要包含自适应偏置电路、反馈回路、折叠式共源共栅运算放大器等模块,利用自适应偏置电路代替差分输入对的尾电流源,提升动态电流和增益带宽积,通过反馈回路进一步提升电路性能。利用Cadence软件对电路进行仿真,仿真结果表明,在其他指标变化不大的前提下,该运放的增益带宽积和摆率相较于传统的折叠式共源共栅结构分别约提升了9倍和10倍。

    2023年05期 v.42;No.375 598-603页 [查看摘要][在线阅读][下载 1226K]
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  • 基于M型六角铁氧体Ba(ZnHf)_(0.08)Fe_(11.92)O_(19)的自偏置微带环行器设计

    刘谦;陈义林;李毓林;

    电子信息技术的发展对环行器提出了低损耗、高隔离度及小型化的要求,采用具有高剩磁比(M_r/M_s)和强各向异性场(H_a)的BaM自偏置铁氧体材料有利于提高环行器性能和减小器件尺寸。在阐述高度取向M型六角铁氧体Ba(ZnHf)_(0.08)Fe_(11.92)O_(19)制备工艺的基础上,表征了材料的相结构、微观形貌和磁性能。根据环行器设计理论,基于0.25 mm厚度的BaM铁氧体材料仿真设计了工作于Ku波段的双Y结和开槽多Y结环行器。仿真结果表明,两种环行器均在12.44 GHz处显示出良好的环行功能,电压驻波比均小于1.22。在中心频率附近,双Y结环行器插入损耗为0.61 dB,相应的隔离度为26 dB,20 dB带宽为1.3 GHz;开槽多Y结环行器插入损耗为0.505 dB,相应的隔离度为36 dB,20 dB带宽为1.03 GHz。相比于双Y结环行器,开槽多Y结环行器在保证器件性能的前提下,能够有效改善插入损耗和隔离度等性能,并有利于减小环行器尺寸。

    2023年05期 v.42;No.375 604-610+617页 [查看摘要][在线阅读][下载 1700K]
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  • 渐变宽度分形环宽带天线的设计与研究

    王丽黎;邓雯;杜忠红;常雪迎;

    针对现有天线结构过于单一、工作带宽较窄以及尺寸较大的问题,提出了一款适用于S、C、X、Ku和部分K波段的渐变宽度分形环宽带天线。该天线采用三阶圆环迭代层叠的分形结构作为辐射贴片,由微带线经阻抗变换后馈电,并采用缺陷接地结构作为接地板,有效改善了天线的阻抗匹配,实现了天线良好的多频和宽带特性。通过仿真模型和优化参数,天线的最终尺寸为34 mm×25 mm×1.6 mm,其相对带宽可达153.5%(2.63~20 GHz),增益为2.9~9.8 dBi。该天线结构紧凑、体积较小,且在工作频段内具有较好的全向性和稳定的增益,可以应用于各种宽频带通信系统中。天线的实测和仿真结果基本吻合,验证了天线设计的有效性。

    2023年05期 v.42;No.375 611-617页 [查看摘要][在线阅读][下载 2157K]
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  • 基于磁偶极子加载的机翼后向散射增强设计

    冯桂生;尚玉平;廖成;

    针对掠入射条件下机翼的后向雷达散射截面增强问题,提出了一种基于磁偶极子谐振的低剖面加载设计。由两个在平面电磁波激励下腔内产生磁偶极子谐振的介质谐振器紧密级联构成具有增强散射特性的超单元,两个介质谐振器内部接近等幅反相的电场与磁场分布形成准超方向性再辐射,由此贡献于后向雷达散射截面增强。进一步,结合镜像原理,将超单元以组阵方式贴附于机翼节段侧立面与下表面,以对φ极化和θ极化掠入射波实现后向雷达散射截面增强。全波仿真结果表明,对于φ极化和θ极化的15°掠入射波,通过超单元阵列加载,机翼节段在设计频率9 GHz处的后向雷达散射截面分别得到了13.34 dB和19.27 dB的增强。对所加工样件的后向雷达散射截面进行了实验测量,实测结果和全波仿真结果吻合良好,验证了该设计的有效性。

    2023年05期 v.42;No.375 618-624页 [查看摘要][在线阅读][下载 2705K]
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  • 银纳米立方焊膏制备及其焊接性能研究

    梁志杰;周国云;何为;张仁军;艾克华;

    纳米立方银由于表面原子比例高,且具有自组装的特性,颗粒之间可以紧密排列形成超晶格结构,相比较传统的球状银颗粒,在烧结工艺中可以形成高致密化的烧结接头,表现出更好的性能。因此为了探索纳米立方银在芯片封装中的应用可靠性,获得纳米立方银的烧结特性和热力学性能,以纳米立方银为溶质配制了一种新型焊膏。通过热重分析设计出此焊膏的最佳烧结温度曲线,最终在空气中280℃下烧结30 min获得了坚固的烧结接头,根据计算,孔隙率仅为0.76%,剪切强度高达31 MPa,完全符合电子器件的封装要求。结合对烧结接头的表面、横截面的表征分析,证实了纳米立方银作为高温功率器件应用的互连焊料具有很好的潜力,为电子器件的低温低压烧结提供了一种新方法。

    2023年05期 v.42;No.375 625-630页 [查看摘要][在线阅读][下载 2547K]
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