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大数据时代光电共封技术的机遇与挑战

激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 65-76页

作者：卞玲艳曾燕萍蔡莹陆霄周倩蓉唐清林顾廷炜王辂中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214072

人工智能和大数据时代对数据存储、传输和处理能力的需求日益增加,数据传输所需带宽和通信速率也随之增加。然而系统级封装中的电互连受到介质材料、传输速率的影响,表现出强烈的损耗、反射、延迟和串扰等现象,无法满足日益增加的带宽... 详细信息

人工智能和大数据时代对数据存储、传输和处理能力的需求日益增加,数据传输所需带宽和通信速率也随之增加。然而系统级封装中的电互连受到介质材料、传输速率的影响,表现出强烈的损耗、反射、延迟和串扰等现象,无法满足日益增加的带宽和通信速率的需求。光电共封装技术基于先进封装技术将光模块和电芯片共同封装在同一封装体内,缩短了光模块和电芯片之间的互连长度,减小了寄生效应,具有宽频带、抗电磁干扰、低传输损耗和小功耗等明显优势,成为了近年来的研究热点。本文论述了光电共封装的基本概念、优势特性,梳理了基于2D、2.5D和3D封装的典型技术和国内外最新进展,分析了作为新一代封装技术所面临的挑战。

关键词：光电共封装 2.5D/3D集成光通信光电集成先进封装

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微弹簧型CCGA器件植装工艺及评价方法

半导体技术 2024年第11期49卷 1023-1029页

作者：张振越周洪峰吉勇朱家昌无锡中微高科电子有限公司江苏无锡214035 中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214035

微弹簧型焊柱以其更好的抗振动、抗温度循环、耐冲击性能将替代高铅焊柱和铜带缠绕焊柱成为未来陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装的新选择。针对当前国内微弹簧型CCGA器件工艺研究与评价方法稀缺的现状,以微弹簧型CCGA2577器件为实验对象,开展了... 详细信息

微弹簧型焊柱以其更好的抗振动、抗温度循环、耐冲击性能将替代高铅焊柱和铜带缠绕焊柱成为未来陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装的新选择。针对当前国内微弹簧型CCGA器件工艺研究与评价方法稀缺的现状,以微弹簧型CCGA2577器件为实验对象,开展了植装工艺与评价方法研究,提出了适用于微弹簧型CCGA器件的拉脱强度和剪切强度的测试方法与强度修正方法。结果表明,微弹簧型CCGA2577器件焊柱的焊点空洞率、剪切强度、拉脱强度均满足GB/T 36479—2018和GJB 548C—2021的判据要求。本文提出的植装工艺与评价方法能够有效指导微弹簧型CCGA器件的封装加工与质量评价。

关键词：微弹簧陶瓷柱栅阵列(CCGA) 植装工艺拉脱强度空洞率

高k栅介质增强型β-Ga_(2)O_(3) VDMOS器件的单粒子栅穿效应研究

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固体电子学研究与进展 2024年第1期44卷 6-12页

作者：王韬张黎莉段鑫沛殷亚楠周昕杰中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214072

以增强型β-Ga_(2)O_(3)VDMOS器件作为研究对象,利用TCAD选择不同的栅介质材料作为研究变量,观察不同器件的单粒子栅穿效应敏感性。高k介质材料Al_(2)O_(3)和HfO_(2)栅介质器件在源漏电压200 V、栅源电压-10 V的偏置条件下能有效抵御线... 详细信息

以增强型β-Ga_(2)O_(3)VDMOS器件作为研究对象,利用TCAD选择不同的栅介质材料作为研究变量,观察不同器件的单粒子栅穿效应敏感性。高k介质材料Al_(2)O_(3)和HfO_(2)栅介质器件在源漏电压200 V、栅源电压-10 V的偏置条件下能有效抵御线性能量转移为98 MeV·cm^(2)/mg的重离子攻击,SiO_(2)栅介质器件则发生了单粒子栅穿效应(Single event gate rupture,SEGR)。采用HfO_(2)作为栅介质时源漏电流和栅源电流分别下降92%和94%,峰值电场从1.5×10^(7)V/cm下降至2×10^(5)V/cm,避免了SEGR的发生。SEGR发生的原因是沟道处累积了大量的空穴,栅介质中的临界电场超过临界值导致了击穿,而高k栅介质可以有效降低器件敏感区域的碰撞发生率,抑制器件内电子空穴对的进一步生成,降低空穴累积的概率。

关键词：氧化镓单粒子栅穿 TCAD仿真 VDMOS器件

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一款全定制深亚微米抗辐照LDO的版图设计

固体电子学研究与进展 2024年第5期44卷 445-449,460页

作者：邹文英张宇涵李小强杨沛中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214072

为了提高低压差线性稳压器(Low dropout regulator,LDO)在辐射环境下的功能稳定性,本文提出了一种适用于深亚微米LDO的抗辐照版图加固技术。通过使用大头条形栅和P+保护环等结构,并结合工艺加固和版图设计技术来提高电路的抗辐照性能。... 详细信息

为了提高低压差线性稳压器(Low dropout regulator,LDO)在辐射环境下的功能稳定性,本文提出了一种适用于深亚微米LDO的抗辐照版图加固技术。通过使用大头条形栅和P+保护环等结构,并结合工艺加固和版图设计技术来提高电路的抗辐照性能。测试结果表明设计的LDO电路具有较好的电源抑制比、高增益和快速瞬态响应;电路的辐照实验表明,电离辐射总剂量大于300 krad(Si),单粒子闩锁(Single event latch-up,SEL)的阈值大于75 MeV·cm^(2)/mg,单粒子翻转(Single event upset,SEU)错误率小于1×10^(-10)error/(bit·day),满足深亚微米LDO的抗辐照要求。

关键词：低压差线性稳压器大头条形栅 P+保护环版图设计技术辐射效应

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改进的电阻型DAC数字校准算法

固体电子学研究与进展 2024年第4期44卷 319-324页

作者：任凤霞梁思思王佳琪陈旻琪张一圣万书芹中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214035

设计了一款用数字校准算法实现的改进的电阻型数模转换器(Digital-to-analog converter, DAC)。首先,增加数字校准算法电路提高DAC的精度,校准算法将输入数据分为高中低三部分进行不同编码,高位采用温度计编码方式,中位采用分数编码方式... 详细信息

设计了一款用数字校准算法实现的改进的电阻型数模转换器(Digital-to-analog converter, DAC)。首先,增加数字校准算法电路提高DAC的精度,校准算法将输入数据分为高中低三部分进行不同编码,高位采用温度计编码方式,中位采用分数编码方式,低位采用二进制编码方式,并对高位和中位分别进行校准运算;然后根据算法分析设计电路,同时为了节省面积,算法结构采用分时复用加法器的结构;最终将校准算法模块应用于数字校准电路和模拟电路相结合的电阻型DAC中。基于0.5μm BCD工艺进行流片,实际测试结果表明,所设计的改进的电阻型DAC满足16位的分辨率、积分非线性小于±1 LSB和微分非线性小于±1 LSB的性能指标要求。

关键词：数字校准算法改进电阻型DAC 分辨率

基于0.15μm SOI工艺的耐高温短沟器件设计与实现

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固体电子学研究与进展 2024年第3期44卷 258-263页

作者：顾祥张庆东纪旭明李金航常瑞恒中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214035

绝缘体上硅(Silicon on insulator,SOI)技术在200~400℃高温器件和集成电路方面有着广泛的应用前景,但对于沟道长度≤0.18μm的短沟道器件在200℃以上的高温下阈值电压漂移量达40%以上,漏电流达μA级,无法满足电路设计要求。本文研究了... 详细信息

绝缘体上硅(Silicon on insulator,SOI)技术在200~400℃高温器件和集成电路方面有着广泛的应用前景,但对于沟道长度≤0.18μm的短沟道器件在200℃以上的高温下阈值电压漂移量达40%以上,漏电流达μA级,无法满足电路设计要求。本文研究了基于0.15μm SOI工艺的1.5 V MOS器件电特性在高温下的退化机理和抑制方法,通过增加栅氧厚度、降低阱浓度、调整轻掺杂漏离子注入工艺等优化方法,实现了一种性能良好的短沟道高温SOI CMOS器件,在25~250℃温度范围内,该器件阈值电压漂移量<30%,饱和电流漂移量<15%,漏电流<1 nA/μm。此外采用仿真的方法分析了器件在高温下的漏区电势和电场的变化规律,将栅诱导漏极泄漏电流效应与器件高温漏电流关联起来,从而定性地解释了SOI短沟道器件高温漏电流退化的机理。

关键词：绝缘体上硅阈值电压漏电流短沟道栅诱导漏极泄漏电流

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用于SPAD阵列的高速主被动混和淬灭电路

红外与激光工程 2024年第7期53卷 78-85页

作者：郑丽霞尤旺巧胡康吴金孙伟锋周幸叶东南大学集成电路学院江苏无锡214125 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得... 详细信息

单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得更高的分辨率和更快的扫描探测速度,探测器正朝着大规模阵列化和高度集成化的方向发展,阵列应用要求淬灭电路较小的电路面积。基于盖革模式下SPAD的探测成像应用,建立了雪崩信号检测与淬灭的信号模型,并通过数学分析得到了混和淬灭电路中的最优检测电阻取值,在理论分析基础上对混合淬灭电路的结构和参数进行了设计与优化。根据建模分析结果,设计了一种主被动混合的高速淬灭电路结构,以较小的电路面积实现了雪崩信号快速检测与淬灭。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺完成了电路版图的设计与流片。芯片测试结果表明,电路的淬灭时间约为2.9 ns,复位时间为1.75 ns。结合版图面积的占用情况,所设计的电路具有较高的“性价比”,可以满足SPAD阵列型读出电路的需求,具有快速雪崩淬灭和复位的特点。

关键词：单光子雪崩二极管主被动混合淬灭最优检测电阻阵列应用

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基于硅桥芯片互连的芯粒集成技术研究进展

微电子学 2024年第2期54卷 255-263页

作者：袁渊张志模朱媛孟德喜刘书利王刚中国电子科技集团公司第五十八研究所无锡214035

在后摩尔时代,通过先进封装技术将具有不同功能、不同工艺节点的异构芯粒实现多功能、高密度、小型化集成是延长摩尔定律寿命的有效方案之一。在众多先进封装解决方案中,在基板或转接板中内嵌硅桥芯片不仅能解决芯粒间局域高密度信号互... 详细信息

在后摩尔时代,通过先进封装技术将具有不同功能、不同工艺节点的异构芯粒实现多功能、高密度、小型化集成是延长摩尔定律寿命的有效方案之一。在众多先进封装解决方案中,在基板或转接板中内嵌硅桥芯片不仅能解决芯粒间局域高密度信号互连问题,而且相较于TSV转接板方案,其成本相对较低。因此,基于硅桥芯片互连的异构芯粒集成技术被业内认为是性能和成本的折中。总结分析了目前业内典型的基于硅桥芯片互连的先进集成技术,介绍其工艺流程和工艺难点,最后展望了该类先进封装技术的发展。

关键词：先进封装芯粒异构集成硅桥嵌入局域互连

考虑纤维波纹度的单向复合材料代表性体积元生成算法

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机械工程学报 2024年第8期60卷 186-195页

作者：谢晨阳黄鲛肖光明张贤杰王俊彪李玉军西北工业大学机电学院西安710072 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所无锡214063 中航西安飞机工业集团股份有限公司西安710089

提出一种单向纤维增强复合材料(Unidirectional fiber reinforced polymer,UD-FRP)周期性高保真代表性体积元(Representative volume element,RVE)的创建算法。首先基于随机游走算法,采用贝塞尔(Bézier)曲线表征纤维形态,使曲线各控制... 详细信息

提出一种单向纤维增强复合材料(Unidirectional fiber reinforced polymer,UD-FRP)周期性高保真代表性体积元(Representative volume element,RVE)的创建算法。首先基于随机游走算法,采用贝塞尔(Bézier)曲线表征纤维形态,使曲线各控制点处的切线方向的统计分布服从多变量冯·米塞斯-费歇尔(Von-MISES FISCHER)函数,创建出初步的软核模型。进而基于力偏置算法,在保证RVE内部纤维不产生过度扭曲的前提下,调整纤维间的重叠,创建出对应的硬核模型。调整过程中,通过引入三维近邻列表算法,大幅提高算法效率。最后对所创建的含有纤维波纹度特征的RVE模型进行了横向剪切渐进损伤分析,用以揭示该方法的研究价值及应用领域。结果表明,该方法能够快速有效地创建不同尺寸及纤维波纹度的RVE几何构型,这种含有波纹度特征的纤维构型会对UD-FRP的横向剪切性能产生一定影响,纤维波纹度越大,UD-FRP的横向剪切强度越大。

关键词：单向纤维增强复合材料纤维波纹度随机游走周期性边界条件近邻列表算法力偏置算法横向剪切