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异质异构集成微系统可靠性技术发展的挑战和机遇

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微电子学与计算机 2023年第11期40卷 61-71页

作者：汪志强杨凝张劭春单元浩崔晶宇洪力戴扬中国电子科技集团公司智能科技研究院北京100049

后摩尔时代的发展浪潮下,异构集成技术正成为微系统工程化应用的实践途径,其带来高密度集成、多专业融合、高性能、微型化和智能化等优势的同时,也带来了诸多潜在的可靠性问题,直接影响工程化的推广实施.针对上述问题,分析了多尺度多物... 详细信息

后摩尔时代的发展浪潮下,异构集成技术正成为微系统工程化应用的实践途径,其带来高密度集成、多专业融合、高性能、微型化和智能化等优势的同时,也带来了诸多潜在的可靠性问题,直接影响工程化的推广实施.针对上述问题,分析了多尺度多物理特征下的潜在故障模式,并从设计制造基础能力、失效模式和机理、可靠性表征和建模、仿真预测平台、试验评价等方面进行了调研综述,指出微系统可靠性发展的技术挑战,并给出未来的发展建议.

关键词：异质异构集成微系统可靠性多尺度多物理建模仿真

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基于激光重熔优化工艺的激光选区熔化316L/IN718异质异构研究

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中国激光 2021年第18期48卷 74-85页

作者：卞玉超彭英博宋凌峰汤宏伟蔡广路仲高艳杨守峰南京农业大学工学院江苏南京210031 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 英国南安普顿大学英国南安普顿SO17 IBJ

贝壳珍珠层高强高韧的优异力学性能主要归因于其独特的异质异构特征。贝壳珍珠层仿生制品具有异质和结构复杂的特点,传统的制造方法无法制备。激光选区熔化(SLM)增材制造技术以其独特的成形特点,成为复杂结构和特定性能制品的成形技术。... 详细信息

贝壳珍珠层高强高韧的优异力学性能主要归因于其独特的异质异构特征。贝壳珍珠层仿生制品具有异质和结构复杂的特点,传统的制造方法无法制备。激光选区熔化(SLM)增材制造技术以其独特的成形特点,成为复杂结构和特定性能制品的成形技术。SLM成形的异质异构界面的结合质量是影响其力学性能的关键因素之一,因此本文针对激光重熔优化工艺对SLM成形316L/IN718异质异构件微观形貌和力学性能的影响进行研究,并对316L单一母材重熔前后的表面质量进行了对比。结果表明:316L重熔优化后的上表面粗糙度从7.1μm降低到2.7μm,降低了62%;316L/IN718界面平整的微观形貌以及良好的元素扩散证明了激光重熔对改善316L/IN718异质异构界面结合质量的作用,同时,316L/IN718异质异构成形件的抗拉强度从优化前的(104.77±45.26)MPa提升至优化后的(507.33±58.3)MPa也验证了该优化工艺的可行性;断口形貌观察结果显示,未重熔与重熔的同层316L/IN718试样均以脆性断裂为主,但是重熔试样在IN718区域至316L区域发生了准解理断裂向韧性断裂的转变。

关键词：激光技术激光选区熔化激光重熔异质异构

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异质异构功能件成形填充算法与路径规划研究

异质异构功能件成形填充算法与路径规划研究

作者：何云皓西安电子科技大学

学位级别：硕士

异质异构功能件是指由不同材质、不同结构构成,具有特定功能的零件,适合航空航天、电子信息对抗和军事等领域对于零部件轻量化和多功能性的要求。异质异构功能件传统制造方法为机电分离,存在工艺复杂、复杂结构成形困难等问题,而一体化... 详细信息

异质异构功能件是指由不同材质、不同结构构成,具有特定功能的零件,适合航空航天、电子信息对抗和军事等领域对于零部件轻量化和多功能性的要求。异质异构功能件传统制造方法为机电分离,存在工艺复杂、复杂结构成形困难等问题,而一体化喷射成形技术可实现支撑防护结构和功能系统同步喷射与固化成形,不但易于实现复杂结构成形,还可简化制造工艺。然而,如何提高成形精度和成形效率是亟需解决的问题,为此,本文研究高精度、高效率的三维打印模型处理方法。首先,针对台阶效应所产生的误差大的问题,结合阵列喷头结构,提出了一种基于区间扫描的模型最优填充方法,通过实时计算边界倾角建立了大小点补偿模型,有效的提高了边界精度,仿真结果表明:整体模型打印填充率可达99%以上,相对于未补偿前可提高1.18%的模型填充率。其次,针对曲面模型打印误差大,速度慢的问题,提出了基于多目标优化的曲面模型分块打印法,设计了基于离散网格曲面的局部曲率最小与边界连接最短的分块路径规划算法,以实现分块连接边界最短为目标减小曲面拼接处台阶效应对于成形效果的影响,仿真结果表明:分块后的曲面模型运动路径重合率达到了 98%,曲面模型路径规划方法相对于传统的方法减小了 71.6%的边界连接长度,同时在保证连接块边界精度的前提下最大化利用喷头结构并减少了其往复运动路径。再次,开发了曲面切片模型处理与打印路径规划软件系统,设计了模型数据预处理方法,实现了三维模型到运动控制指令与打印控制指令的转换,利用软件进行了虚拟化填充,结果表明方案合理,算法正确。最后,分别采用平面模型与曲面模型进行喷射实验,最终打印成形异质异构功能件,结果表明,本文所提出的模型填充方法相对于传统方法尺寸精度提高了 64%,验证了曲面模型路径规划方法相对于传统的方法减小了 71.6%的边界连接长度所带来误差的减小,有效的提高了打印精度,成形样件满足精度要求。

关键词：异质异构模型最优填充路径规划软件系统

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异质异构功能件打印控制系统设计

异质异构功能件打印控制系统设计

作者：孟勇西安电子科技大学

学位级别：硕士

异质异构功能件是指由不同材质、不同结构构成,具有特定电性能的零件,适合航空航天等领域对于零部件轻量化和多功能性的要求。传统的异质异构功能件制造采用机电分离的方法,存在工艺复杂、难以制造复杂结构等问题,而一体化成型制造技术... 详细信息

异质异构功能件是指由不同材质、不同结构构成,具有特定电性能的零件,适合航空航天等领域对于零部件轻量化和多功能性的要求。传统的异质异构功能件制造采用机电分离的方法,存在工艺复杂、难以制造复杂结构等问题,而一体化成型制造技术可以简化零件制造工艺。本文针对现有的一体化成型技术中,打印材质单一,压电喷头喷射高粘度流体时易出现卫星液滴,成型精度低等问题,研究压电喷头不同激励波形对液滴喷射质量的影响,设计多喷头多材质的喷射控制系统,实现多喷头对不同材料的协调可控喷射。首先,建立压电阵列喷头的压电耦合模型和气-液两相流模型。通过压电耦合模型,分析压电陶瓷管的激励波形与管壁位移变化曲线的关系,通过改变波形形状,优化激励波形,减少管壁的残余振动。通过气-液两相流模型,模拟液滴形成的物理过程,分析液滴成型质量的影响因素,设计一种通过改变压电喷头激励波形幅值,改善液滴铺展质量的方法,并通过仿真和实验进行验证。其次,针对压电式喷头控制时序精度要求高、驱动电压变化快的特点,设计一体化成型设备的喷射控制模块,实现树脂材料、纳米银浆等高粘度流体的可控喷射。介质层材料的液滴直径误差10μm,导电层材料的液滴直径误差50μm。最后,通过一体化成型的方式制造中心频率为5GHz的单振子微带天线,天线的介质层边缘误差35μm,导电层边缘误差84μm。制造的微带天线实测结果与仿真结果相比,中心频率相差0.12GHz,回波损耗峰值相差6.1dB,表现出良好的天线性能,验证了异质异构功能件一体化成型制造的可行性,为以后的异质异构功能件制造提供了新的思路。

关键词：异质异构功能件微滴喷射控制系统

基于微滴喷射的异质异构功能件一体化成形固化研究

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基于微滴喷射的异质异构功能件一体化成形固化研究

作者：南金政西安电子科技大学

学位级别：硕士

基于微滴喷射技术制造共形承载天线的主要步骤之一,是实现其结构部分和电磁部分的同步制造,而实现同步制造的关键则是异质材料间能够进行一体化成形固化。针对不同的材料固化方式和工艺参数相差大以及材质对工艺的兼容性等问题,本文重... 详细信息

基于微滴喷射技术制造共形承载天线的主要步骤之一,是实现其结构部分和电磁部分的同步制造,而实现同步制造的关键则是异质材料间能够进行一体化成形固化。针对不同的材料固化方式和工艺参数相差大以及材质对工艺的兼容性等问题,本文重点研究了紫外光固化和激光烧结固化的工艺,并且对主要工艺参数进行了优化,从而为共形承载天线的一体化成形制造奠定工艺基础。首先,建立辐照强度对单层光固化树脂温度场影响的仿真模型,研究了不同辐照强度对光固化树脂温度场的影响机理,分析了紫外光固化的反应机理和辐照强度、温度等参数对光固化过程的影响。同时针对固化过程中温度场变化较大的问题,通过对不同固化间隔时间的实验研究,提出了减小温度场变化的方法,即通过将不同的固化间隔时间进行实验对比,得到温度场的最小变化值。其次,建立激光烧结导电墨水和树脂基材的仿真模型,分析了激光烧结固化的温度场对导电墨水和树脂基材的影响,重点研究了在功率、速度等参数恒定的情况下,不同激光束尺寸和扫描间距对导电墨水和树脂基材的烧结情况。结果表明,不同的工艺参数对温度场变化有较大影响。再次,研制了异质异构功能件一体化成形原理样机,实现了紫外光固化和激光烧结的复合固化功能,并且对包括原理样机机械与结构部分、控制系统和上位机软件等组成部分,进行了开发和设计,实现了最大运行速度120mm/s,设备X/Y/Z轴重复定位精度分别为0.020mm/0.020mm/0.010mm、A/C轴重复定位精度分别为0.005°/0.005°等主要参数指标;对小线段前瞻控制、匀速段打印/固化调控等功能进行了实现。为最终实现异质异构功能件一体化成形的制造,提供了实验平台。最后,设计了异质异构功能件一体化成形的实验方案,使用研制的异质异构功能件原理样机,分别针对紫外光固化和激光烧结固化的工艺参数进行了仿真和实验结果对比,通过实验优化了异质异构功能件的固化工艺参数,结果表明,打印的树脂基材表面的平面度误差达到0.046mm,导电图形的电导率最大为1.11?10~7 S/m。并且使用优化后的工艺参数,实现了5GHz微带天线的一体化成形制造,并对其性能进行了验证。本文通过对紫外光固化和激光烧结固化的工艺研究,有助于异质材料成形方向的工艺优化研究,为共形承载天线等电子装备的一体化成形制造奠定基础。

关键词：异质异构紫外光固化激光烧结温度场工艺优化

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异质异构微系统集成可靠性技术综述

电子与封装 2021年第10期21卷 110-118页

作者：周斌陈思王宏跃付志伟施宜军杨晓锋曲晨冰时林林工业和信息化部电子第五研究所电子元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室广州511370

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... 详细信息

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。

关键词：微系统异质异构残余应力热管理可靠性

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一种异质异构机载天线罩的耐环境设计

环境技术 2021年第S1期39卷 17-22页

作者：杨德春中国电子科技集团公司第十研究所成都610036

本文研究了一种异质异构机载天线罩,将拼装组合式改进为一体化铺层成型式,克服了异质异构天线罩的热不匹配性问题,解决了在温度环境试验中的偶发故障。经过功能性能测试和环境试验,验证了方案的可行性,最后给出了结论和总结了设计流程。

关键词：异质异构天线罩环境实验

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从SoC到SDSoW:微电子发展的新范式

中国科学：信息科学 2024年第6期54卷 1350-1368页

作者：邬江兴刘勤让沈剑良吕平宋克张帆李沛杰陈艇刘冬培张汝云李顺斌高彦钊魏帅张文建赵博郭威虎艳宾祁晓峰董春雷于洪张丽张霞裴雪赵豪兵李智超刘文斌信息工程大学信息技术研究所郑州450002 之江实验室杭州311121

微电子在智能时代正迎来新一轮技术与产业的重大变革期.本文从智能时代的科学方法论、系统集成的工程技术路线和微电子摩尔定律(Moore’s law)的维度扩展3个层面导入,提出了网络极大化节点极小化的复杂巨系统构造、异构异质芯粒的晶上... 详细信息

微电子在智能时代正迎来新一轮技术与产业的重大变革期.本文从智能时代的科学方法论、系统集成的工程技术路线和微电子摩尔定律(Moore’s law)的维度扩展3个层面导入,提出了网络极大化节点极小化的复杂巨系统构造、异构异质芯粒的晶上拼装集成、硬件资源的领域专用软硬件协同定义,形成了软件定义晶上系统的新发展范式,对微电子的设计方法、系统集成、应用开发、经济性指标等进行了内涵升级,可全面刷新信息基础设施的技术物理形态,贡献一条“晶圆级硅基直连”的系统集成工程技术路线,并有望打造出智能涌现的物理底座.

关键词：片上系统软件定义互连软件定义晶上系统异质异构热压键合软硬件协同

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一种侦干探多功能一体化微系统设计

系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 868-881页

作者：肖国尧廖桂生柯华锋李帅全英汇西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071 西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071 中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094

在无人机载、弹载综合电子应用领域,基于传统分立器件设计的信号处理系统面临日益突显的资源受限问题。因此,针对无人机载、弹载综合电子系统的多功能、小型化、高性能应用的迫切需求,提出一种侦干探多功能一体化信号处理微系统集成设... 详细信息

在无人机载、弹载综合电子应用领域,基于传统分立器件设计的信号处理系统面临日益突显的资源受限问题。因此,针对无人机载、弹载综合电子系统的多功能、小型化、高性能应用的迫切需求,提出一种侦干探多功能一体化信号处理微系统集成设计技术。基于三维堆叠等先进封装技术,将射频直采数模/模数转换器、可编程逻辑器件、处理器、大容量易失型存储器、非易失性存储器以及阻容等诸多元件进行共封装设计集成,构成可同时完成侦察、干扰、探测功能信号处理的微系统,并构建多功能应用场景,完成软硬件测试验证。该微系统不仅在体积、重量、性能、集成度等方面具有一定优越性,而且大大简化了信号处理系统的复杂电路设计,更便于系统的标准化、通用化和软件化,具有较大的应用前景。

关键词：多功能微系统异质异构三维堆叠侦干探一体化