专题报道

微系统与先进封装技术


2021年 第21卷 第10期


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“微系统与先进封装技术”专题前言 丁涛杰,王成迁,孙晓冬 摘要 （574）      PDF （360KB）（719）    可视化    相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100100

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微系统发展趋势及宇航应用面临的技术挑战 张伟, 祝名, 李培蕾, 屈若媛, 姜贸公 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1006 摘要 （1067）      PDF （2436KB）（726）    可视化    近年来，微系统技术作为延续摩尔定律的重要解决方案发展迅猛，各种新的设计理念、先进封装结构以及集成技术层出不穷，极大地提升了各类电子系统的功能与性能。由于微系统在功能性能提升、体积减小等方面的巨大技术优势，在宇航装备研制领域同样对微系统表现出迫切需求。但是由于其微小型化、高度功能集成、大量采用新设计、新工艺以及新材料等特点，在可靠性要求较高的宇航领域应用将面临诸多技术挑战。从微系统设计开发方式、结构特点、封装集成方式、可靠性保证手段等角度分析了当前微系统技术的发展趋势，结合宇航应用要求，提出了后续微系统宇航应用的相关建议。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100101

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面向信息处理应用的异构集成微系统综述* 王梦雅, 丁涛杰, 顾林, 曾燕萍, 李居强, 张景辉, 张琦, 孙晓冬 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1002 摘要 （436）      PDF （12119KB）（695）    可视化    摩尔定律发展趋缓，技术变道迫在眉睫，以功能集成为核心、融合不同工艺节点的异构集成微系统成为了后摩尔时代超越摩尔定律的重要途径，获得国内外的广泛关注。异构集成微系统满足了当今电子系统小型化、高集成、高性能的迫切需求，并且伴随着功能密度的不断提升能够持续为微电子技术的发展注入新的活力。在高性能计算飞速发展的今天，各行业对高性能信息处理、数据运算的需求快速增长，信息处理也成为了当前异构集成微系统应用最广泛、发展最迅速的领域之一。立足当今行业发展现状，针对异构集成微系统在信息处理领域的应用，从先进封装、接口标准、热管理、可靠性等方面介绍了后摩尔时代异构集成微系统关键技术的最新进展，梳理了面向信息处理应用的异构集成微系统典型产品，并讨论了异构集成微系统的未来发展趋势与难点。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100102

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2.5D/3D芯片-封装-系统协同仿真技术研究 褚正浩, 张书强, 候明刚 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1008 摘要 （1071）      PDF （3710KB）（1462）    可视化    2.5D/3D芯片包含Interposer/硅穿孔（Through Silicon Via, TSV）等复杂结构，通过多物理场仿真可以提前对2.5D/3D芯片的设计进行信号完整性（Signal Integrity, SI）、电源完整性（Power Integrity, PI）及可靠性优化。总结了目前2.5D/3D芯片仿真进展与挑战，介绍了基于芯片模型的Ansys芯片-封装-系统（CPS）多物理场协同仿真方法，阐述了如何模拟芯片在真实工况下达到优化芯片信号完整性、电源完整性以及优化散热方式、提高结构可靠性的设计目标，并进行电热耦合、热应力耦合分析，指出了仿真技术的未来发展方向。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100103

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集成微系统多物理场耦合效应仿真关键技术综述* 张鹏, 孙晓冬, 朱家和, 王晶, 王大伟, 赵文生 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1004 摘要 （1364）      PDF （4380KB）（1280）    可视化    先进集成技术的发展以应用为驱动，近年来在智能应用、5G通信、物联网、卫星通信等领域得到了空前关注。然而，集成微系统中信号串扰、腔体效应、自热效应等导致的可靠性问题分布更加密集，跨层级多场耦合过程高效数值仿真是实现集成微系统高效能设计的技术保障。多场耦合仿真已成为跨学科领域研究的主流方向之一，正成为促进电子科学与技术、信息科学与技术等进步的重要手段。主要介绍了集成微系统多物理场耦合仿真中关于数理建模、数值求解以及大规模问题加速求解算法的发展现状及关键技术。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100104

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3D异构集成的多层级协同仿真 曾燕萍, 张景辉, 朱旻琦, 顾林 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1010 摘要 （680）      PDF （9526KB）（1545）    可视化    3D异构集成技术是未来电子行业的关键技术，促使电子系统朝着高性能、低延迟、小尺寸、轻质量、低功耗和低成本的方向发展。然而，随着信号传输速率和带宽的提高，异构集成系统各层级之间的相互干扰愈发显著，亟需多层级的协同仿真技术来捕获这种干扰，从而避免多次迭代造成的经济和时间成本增加。多层级协同建模和仿真技术可实现跨芯片-封装-系统领域的多层级协同开发以及跨电学、热学、机械学的多物理场协同分析，是实现3D异构集成的重要保障。介绍了异构集成协同仿真的基本概念，详述了协同仿真关键技术的发展和研究现状，总结了协同仿真的挑战和发展趋势。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100105

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微系统三维异质异构集成研究进展* 张墅野, 李振锋, 何鹏 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1009 摘要 （1858）      PDF （4228KB）（1528）    可视化    随着芯片应用的不断深入和产业化的不断发展，持续减小的特征尺寸使得摩尔定律的发展愈发困难，微系统已然成为电子技术的重要方向之一。三维异质异构集成着重于解决系统级的集成互连，其聚焦量级为亚微米至10 μm，并以较低的成本连通了从微纳连接到系统级集成的桥梁。微系统三维异质异构集成技术正在逐步向三维堆叠、多功能一体化、混合异构集成方向发展，这使得微系统具有集成度高、功耗小、微小型化、可靠性高等优点。对微系统三维异质异构集成的定位与发展形态、国内外研究现状、应用领域与应用前景等进行了综述。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100106

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晶圆级封装中的垂直互连结构 徐罕, 朱亚军, 戴飞虎, 高娜燕, 吉勇, 王成迁 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1007 摘要 （1432）      PDF （2115KB）（1223）    可视化    随着电子产品需求的不断提升，半导体封装技术的发展已经从2D结构发展到2.5D乃至3D结构，这对包括高密度集成和异质结构封装在内的系统级封装（System in Packaging，SiP）提出了更高的要求。以当下热门的晶圆级封装为切入点，重点阐述并总结目前在晶圆级封装结构中出现的3种垂直互连结构：硅通孔（Through Silicon Via，TSV)、塑封通孔(Through Molding Via，TMV)、玻璃通孔(Through Glass Via，TGV)。这3种垂直互连结构也是业内公认的推进三维集成封装的关键技术。从3种垂直互连结构的发展历史、工艺方法和应用领域等多个方面进行提炼总结，明确垂直互连结构的现状能力及未来挑战，为晶圆级三维集成封装技术开发和探索提供参考。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100107

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浅析CMOS图像传感器晶圆级封装技术 马书英, 王姣, 刘轶, 郑凤霞, 刘玉蓉, 肖智轶 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1003 摘要 （1532）      PDF （3856KB）（911）    可视化    CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）图像传感器(CMOS Image Sensor, CIS)正向着高速、大像素和低成本的方向发展，晶圆级封装技术由于其小型化、低成本的优点近年来受到广泛关注。根据结构和应用领域的不同，详细介绍了基于硅通孔(Through Silicon Via, TSV)技术的多种CMOS图像传感器晶圆级封装技术，并介绍和分析不同技术的应用场景和存在的挑战。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100108

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功率电子封装关键材料和结构设计的研究进展* 王美玉, 胡伟波, 孙晓冬, 汪青, 于洪宇 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1005 摘要 （1290）      PDF （3063KB）（1438）    可视化    传统功率电子封装主要以钎料连接和引线键合等二维平面封装技术为主，无法满足第三代半导体器件在高频、高压、高温下的可靠应用。为了解决这一问题，二维平面封装逐渐向三维集成封装发展。对功率电子封装技术中的关键材料和结构设计的研究进展进行了总结和展望。连接材料从锡基钎料逐渐发展为金基钎料、瞬态液相连接材料、烧结银等高导热、耐高温材料，连接技术从引线键合逐渐发展为双面冷却、器件集成和垂直叠层互连等。通过去除引线提高开关性能，集成多种芯片和器件提高功率密度，双面冷却提高散热效率。三维集成封装具有巨大的市场潜力，将成为未来的主要发展趋势之一。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100109

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异质异构微系统集成可靠性技术综述* 周斌, 陈思, 王宏跃, 付志伟, 施宜军, 杨晓锋, 曲晨冰, 时林林 DOI: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1001 摘要 （1161）      PDF （48809KB）（1307）    可视化    随着智能移动、智能汽车、物联网、可穿戴设备等市场的快速增长，兼具信号感知、信号处理、信令执行和赋能等多功能集成的微系统技术成为业界关注的焦点。在深度摩尔和超越摩尔的共同推动下，微系统技术正呈现出工艺节点不断缩小、集成密度不断提高、结构框架软硬一体、失效机制交叉融合、分析技术更新迭代等全新特征，新结构、新工艺的引入带来了新的可靠性问题，使得部分原有可靠性表征方法不再适用。针对基于异质异构集成微系统技术的可靠性问题，综述了国内外研究进展，提出了亟需解决的若干问题和表征方法，如热、力学可靠性问题，多尺度、多场耦合问题，微纳工艺、结构的性能表征和退化问题，微系统可靠性评价问题，电磁、辐照、极低温等特殊环境下的适应性问题。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 2021年第21卷第10期 pp. 100110




       丁涛杰，男，1982年7月生，高级工程师，2005年毕业于南京航空航天大学，2008年入职中国电子科技集团第五十八研究所，现任微系统中心主任，微系统领域技术带头人，多年来主要从事微系统和模块板卡产品研发、集成电路测试应用、国产化元器件应用验证和推广等方面工作，先后主持或参与了微系统领域国家重大专项、新品和预研等国家级、省部级和横向课题30余项，在国内外专业期刊上发表论文18篇，申报专利13项。













       王成迁，男，1987年1月生，高级工程师，2017年1月毕业于哈尔滨工业大学材料物理与化学专业，工学博士。2017年3月入职华天科技（昆山）电子有限公司，先后从事基于TSV的高可靠性车载影像传感器封装技术研发、2.5D/3D技术开发和扇出型封装研发。2019年5月入职中国电子科技集团公司第五十八研究所，现任微系统制造部副主任，全面负责12英寸中道线整合、新产品研发导入、产能良率提升等工作，主导晶圆级封装技术的开发量产。2019年11月进入中国电子科技集团公司第五十八研究所（工作站）和厦门大学（流动站）进行在职博士后研究学习。先后入选了苏州市“姑苏重点产业紧缺人才计划”（2017年）、江苏省企业创新类“双创博士”（2018年）、无锡市“滨湖之光”（2020年）和“太湖人才”（2021年）高层次领军人才计划。截止目前，在SCI、EI以及ECTC、CSTIC等期刊和国际封装会议上发表学术论文12篇，申请专利38项，授权28项。







       孙晓冬，男，1988年12月生，高级工程师，2014年毕业于南京师范大学电路与系统专业，工学硕士，2014年入职中国电子科技集团公司第五十八研究所，现任微系统中心设计部副主任，多年来主要从事微系统和模块板卡产品研发、电路测试与应用等方面工作，先后主持或参与了微系统领域国家重大专项、新品和预研等国家级、省部级和横向课题十余项；迄今在IEEE T-BME、Applied Physics Letter、Journal of Applied Physics、Medical Physics、Chinese Physics B、Chinese Physics Letters等期刊和学术会议上发表论文16篇，申请专利8项，授权3项。