1 電子封裝材料
1、Small：用于電磁波吸收、熱管理和阻燃的多功能環(huán)氧基電子封裝材料MDCF@LDH/EP
新一代集成電路尺寸急劇減小，功率密度不斷攀升，導(dǎo)致電磁干擾和熱失效嚴重阻礙了聚合物基電子封裝材料的應(yīng)用。
近日，華中科技大學(xué)的研究人員報道了一種具有高電磁波吸收率、導(dǎo)熱性和阻燃性能的多功能環(huán)氧基復(fù)合材料（三聚氰胺衍生碳泡沫@層狀雙氫氧化物/環(huán)氧樹脂，MDCF@LDH/ EP）。在這種材料中，多孔結(jié)構(gòu)和異質(zhì)界面的協(xié)同作用促進了電磁波的多重反射、吸收和介電損耗。在僅10 wt%的填充下，可實現(xiàn)?57.77 dB的低反射損耗和7.20 GHz的有效吸收帶寬。同時，由于高度連續(xù)的3D三聚氰胺衍生碳泡沫（MDCF）為聲子的傳輸提供了廣泛的路徑，環(huán)氧的熱導(dǎo)率提高了241.4%。此外，這種復(fù)合材料還表現(xiàn)出很高的熱穩(wěn)定性和阻燃性，使其成為一種有應(yīng)用前景的電子封裝材料。該項研究以“Multifunctional Epoxy-Based Electronic Packaging Material MDCF@LDH/EP for Electromagnetic Wave Absorption, Thermal Management, and Flame Retardancy”發(fā)表于Small上。
圖1. MDCF@LDH/EP導(dǎo)熱機理及與純環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱性能的比較
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https://doi.org/10.1002/smll.202204303
2、IEEE T. Comp. Pack. Man.：使用聚二甲基硅氧烷的柔性扇出晶圓級封裝中面內(nèi)和面外芯片偏移研究
扇出型晶圓級封裝（FOWLP）中的芯片偏移問題影響了封裝的擴展和性能，它不僅限制了導(dǎo)線間距，還會導(dǎo)致良率降低和可靠性問題。
最近，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校等機構(gòu)的研究人員通過FlexTrate中的數(shù)值和實驗分析系統(tǒng)地研究和預(yù)測了面內(nèi)和面外的芯片偏移。FlexTrate是一種基于FOWLP的柔性混合電子（FHE）平臺，用于柔性異構(gòu)集成。通過模擬成型工藝（流體分析探討剪切力）和基體固化收縮（熱力學(xué)模擬PDMS的固化過程）研究了面內(nèi)芯片偏移，揭示了芯片尺寸、芯片間距、芯片厚度和PDMS厚度對芯片偏移的影響。結(jié)果表明，與其他因素相比，較小的芯片尺寸對偏移的影響更大，預(yù)測與實驗結(jié)果的比較也證實了這種方法的有效性。此外，面外芯片偏移實驗表征也揭示了高溫過程的有害影響。該研究揭示了影響芯片偏移的各種因素，推動了FHE平臺更廣泛的應(yīng)用。相關(guān)研究以“Comprehensive Investigation of In-Plane and Out-of-Plane Die Shift in Flexible Fan-Out Wafer-Level Packaging using Polydimethylsiloxane”發(fā)表于IEEE T. Comp. Pack. Man.上。
圖2. FOWLP中的面內(nèi)和面外芯片偏移
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DOI 10.1109/TCPMT.2022.3207031
3、IEEE T. Comp. Pack. Man.：采用金線鍵合互連的用于長期高溫應(yīng)用的SiC集成電路芯片的3D堆疊
碳化硅集成電路（SiC IC）已被證明可以在高溫下工作，例如在約460°C的條件下持續(xù)工作兩個月，或在500°C的條件下工作超過一年。在這樣的高溫下工作的SiC集成電路和傳感器的封裝方式與工作溫度低于300°C時完全不同。此外，3D封裝可以將更多的器件集成到有限的高溫封裝電路板中。
近日，愛達荷大學(xué)的研發(fā)人員對使用金線鍵互連的3D堆疊SiC芯片進行了研究。使用金鍵合線是由于其在高溫下的機械堅固性和化學(xué)惰性。3D堆疊的SiC芯片彼此鍵合，又通過絲網(wǎng)印刷的金漿粘合到氧化鋁基板的金導(dǎo)電盤上。在空氣中進行長達10天的600°C熱老化過程前后，分別對3D SiC芯片封裝進行機械剪切測試、拉線測試和互連電阻測試，發(fā)現(xiàn)這種3D SiC芯片封裝可以在高溫（高達600°C）下長時間工作，這為其在金星表面?zhèn)鞲泻瓦b測等應(yīng)用帶來了可能。該文章以“3D Stacking of SiC Integrated Circuit Chips with Gold Wire Bonded Interconnects for Long-Duration High-Temperature Applications”發(fā)表于IEEE T. Comp. Pack. Man.上。
圖3. 基于引線鍵合的3D SiC IC封裝示意圖
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DOI 10.1109/TCPMT.2022.3210477
4.J. Electron. Packaging：印刷再布線層（RDL）的燒結(jié)納米銀鍵合焊盤的可焊性和可靠性
再布線層 （RDL） 是先進封裝的一個關(guān)鍵賦能技術(shù)，通常使用光刻工藝在晶圓尺度上制造。
近日，香港科技大學(xué)的研究人員研發(fā)了一種通過加成制造（additive manufacturing，AM）實現(xiàn)RDL的替代方法，該方法可實現(xiàn)在單一芯片上制造RDL。通過焊球剪切測試和芯片剪切測試評估焊點的機械完整性，并利用高溫貯存測試和濕度測試對焊點的可靠性進行評價，發(fā)現(xiàn)通過AM方法制造的Ag焊盤與表面貼裝技術(shù)（SMT）兼容，在Ag焊盤上實現(xiàn)了可靠的焊點，在高溫高濕條件下老化后，Ag3Sn金屬間化合物層厚度和機械強度均無顯著變化，沒有觀察到早期焊點失效。該研究為未來在燒結(jié)納米Ag焊盤上形成焊點提供了有用的參考。相關(guān)研究內(nèi)容以“Solderability and Reliability of Sintered Nano-Ag Bond Pads of Printed Re-Distribution Layer (RDL)”發(fā)表于J. Electron. Packaging上。
圖4. 焊球剪切測試斷裂面結(jié)果
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https://doi.org/10.1115/1.4055840
2 電介質(zhì)材料
1、Adv. Electron. Mater.：一種新興的礦物基介電材料——固有的介電特性及其調(diào)制
在現(xiàn)代電子電氣系統(tǒng)中，高介電常數(shù)鐵電納米顆粒增強的高能量密度聚合物納米復(fù)合材料具有巨大的儲能應(yīng)用潛力。然而，進一步獲得具有更高擊穿強度（Eb）和放電能量密度（Ue）的聚合物納米復(fù)合材料至關(guān)重要。
近日，中南大學(xué)等機構(gòu)的研究人員基于調(diào)整復(fù)合材料中從填料中心到周圍基體的介電常數(shù)可以降低局部電荷濃度的思路，通過選擇性誘導(dǎo)將二氧化鈦插入多層硅酸鋁中來構(gòu)建梯度介電常數(shù)緩沖層，顯著降低了鐵電顆粒周圍的電荷密度，提高了聚合物納米復(fù)合材料的能量密度和擊穿強度。此外，密度泛函理論（DFT）計算揭示了緩沖層與聚合物（偏氟乙烯共聚六氟丙烯）之間的活性電荷轉(zhuǎn)移。采用有限元方法模擬了空間電荷密度分布，驗證了納米復(fù)合薄膜的介電擊穿實驗結(jié)果。這項工作為平衡能量密度和擊穿強度之間的耦合關(guān)系提供了一種新的策略。該研究以“An Emerging Mineral-Based Dielectric Material: Intrinsic Dielectric Properties and Modulated”發(fā)表于Adv. Electron. Mater.上。
圖5. 填充鈦酸鋇（BT）及填充斜長石/二氧化鈦（Rec-Ti）/鈦酸鋇（BT）的聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯（P（VDF-HFP））空間電荷、空間電荷密度、電勢的模擬分布
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https://doi.org/10.1002/aelm.202200730
3 熱管理材料
1、ACS Appl. Mater. Interfaces： 用于柔性電子熱管理的具有高面內(nèi)熱導(dǎo)率的AWI組裝TPU-BNNS復(fù)合薄膜
熱管理一直是柔性/可伸縮電子器件的關(guān)鍵問題。由于導(dǎo)電填料之間的納米接觸電阻以及填料與聚合物基體之間的界面電阻較大，在重復(fù)變形過程中往往會產(chǎn)生大量多余的熱。
近期，青島大學(xué)等機構(gòu)的研究人員報道了一種基于空氣/水界面（air/water interfacial，AWI）組裝方法的可拉伸熱塑性聚氨酯（TPU）-氮化硼納米片（BNNS）復(fù)合薄膜，該復(fù)合薄膜具有較高的面內(nèi)熱導(dǎo)率，能夠作為熱管理材料應(yīng)用于剛性及柔性電子器件。在2000多個彎曲釋放循環(huán)過程中，覆蓋這種復(fù)合薄膜（30 wt%BNNS）的柔性導(dǎo)體的平均飽和表面溫度約為40.8±1°C（比純TPU低10.5°C）。此外，還測試了拉伸條件下該復(fù)合材料的散熱性能。結(jié)果表明，這種TPU-BNNS復(fù)合薄膜是下一代高功率密度柔性/可伸縮電子器件的候選熱管理材料。該研究以“AWI-Assembled TPU-BNNS Composite Films with High In-Plane Thermal Conductivity for Thermal Management of Flexible Electronics”發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces上。
圖6. 復(fù)合薄膜的制造工藝示意圖及重復(fù)彎曲-釋放過程中飽和表面溫度波動情況
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https://doi.org/10.1021/acsami.2c12386
4 電磁屏蔽材料
1、Compos. Part A：具有優(yōu)異電磁屏蔽和光/電/磁-熱轉(zhuǎn)換和存儲能力的夾層結(jié)構(gòu)多功能復(fù)合薄膜
具有抗電磁干擾（EMI）、有效熱管理、穩(wěn)定性和耐久性的便攜式和耐磨材料在現(xiàn)代電子工業(yè)中備受追捧，但其開發(fā)仍極具挑戰(zhàn)性。
近日，華中科技大學(xué)的研究人員通過使用一種簡單的交替真空輔助過濾方法，制備得到具有夾層結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇（PVA）/MXene/銀納米線（Ag-NWs）/相變微膠囊（PCCs）復(fù)合薄膜，從而巧妙地將PCCs的熱管理功能與MXene和Ag-NWs的電磁屏蔽功能相結(jié)合。這種復(fù)合薄膜在保持較高焓值（165.7 J/g）的同時，在X波段表現(xiàn)出優(yōu)異的EMI屏蔽效能（69.24 dB）。此外，引入的多層夾層結(jié)構(gòu)提高了薄膜的熱導(dǎo)率和柔韌性。更重要的是，這些薄膜可以有效地將太陽能、電能和磁能轉(zhuǎn)換為熱能，并將其存儲為PCC產(chǎn)生的潛熱，從而拓寬使用場景。這項工作為構(gòu)建具有出色EMI屏蔽和熱管理性能的MXene基可穿戴設(shè)備提供了一種新的策略。研究論文以“Sandwich-structured multifunctional composite films with excellent electromagnetic interference shielding and light/electro/magnetic-to-thermal conversion and storage capabilities”發(fā)表于Compos. Part A上。
圖7. 具有先進熱管理和電磁屏蔽性能的多功能夾層結(jié)構(gòu)薄膜及其潛在應(yīng)用
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https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.107178
5 熱電材料
1、Nano Energy：基于鋸齒狀MoS2納米帶的高性能壓電熱電器件
由于壓電和半導(dǎo)體特性的耦合，壓電電子和壓電光電子器件具有較高的性能。應(yīng)變誘導(dǎo)的極化可以有效地調(diào)節(jié)低維結(jié)構(gòu)中的能帶結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率，進而有效地調(diào)節(jié)和控制界面或結(jié)區(qū)載流子的輸運過程。
最近，電子科技大學(xué)等機構(gòu)的研究人員從理論上研究了壓電電子學(xué)效應(yīng)對MoS2鋸齒形納米帶熱電性能的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)應(yīng)變高于?2.6%時，應(yīng)變誘導(dǎo)的極化可以顯著改善熱電性能。壓電熱電器件的熱電效率（ZT）和塞貝克系數(shù)（S）分別可提高44倍和6倍。這項工作不僅研究了壓電電子學(xué)效應(yīng)對熱電性能的影響，而且為設(shè)計高性能熱電器件開辟了一條新途徑。相關(guān)研究工作以“High performance piezotronic thermoelectric devices based on zigzag MoS2 nanoribbon”發(fā)表于Nano Energy上。
圖8. 不同應(yīng)變下塞貝克系數(shù)S和熱電優(yōu)值ZT與化學(xué)勢μ的函數(shù)關(guān)系
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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107888