瑞创科技旗下瑞创微电子有限公司是全球对红外热传感技术理解最为全面的企业,拥有数十年热传感器及摄像头模组自主研发和制造经验,与全球客户及合作伙伴共同为世界提供更美好的未来和生活。
用于太空任务的电子设备面临着独特的条件和挑战——专用集成电路 (IC) 封装可以帮助缓解其中的一些挑战。我们 TI 历来首先开发用于商业(非太空)用途的设备;只有在塑料封装中验证后,工程团队才开始进行陶瓷设计。但陶瓷封装通常与塑料封装不兼容,这需要开发新的测试和特性硬件,并使陶瓷封装测试解决方案符合大规模生产的要求。这些工作给太空硬件设计师带来了问题,因为他们要么必须等待陶瓷封装设备的创建才能开始构建原型,要么从塑料封装 IC 开始构建原型,然后在陶瓷样品可用时重新设计和重新制造电路板。
应加快塑料封装 IC 进入军事系统,但不应盲目推广。测试数据显示,在大多数情况下,塑料封装 IC 与陶瓷 IC 一样可靠。然而,人们对于长期储存寿命和极端温度和湿度环境的担忧是合理的。不同供应商的塑料封装微电路 (PEM) 故障率差异很大。显然,它们可以很容易地用于许多非关键、相对无害的军事应用。在另一个极端,IC 必须在极端温度和湿度条件和周期下运行,或者在长期储存(长达 20 年)后保证运行非常重要(导弹和其他武器),军事供应商不愿意放弃经过验证的陶瓷封装可靠性。
摘要 — 开发了一种电子封装技术,该技术可在二氧化碳 (CO 2 ) 和氮气环境中承受模拟的金星表面温度 465°C 和 96 bar 压力,且不含腐蚀性微量气体。对氧化铝陶瓷基板和氧化铝上的金导体的电气和机械性能进行了评估。最有前途的芯片粘接材料是厚膜金和氧化铝基陶瓷浆料。使用这些芯片粘接材料将氧化铝、蓝宝石、硅和碳化硅芯片粘接到氧化铝基板上,并在 465°C 的 CO 2 环境中暴露于 96 bar 压力下 244 小时。陶瓷芯片粘接材料在测试前后表现出一致的剪切强度。还评估了氧化铝陶瓷封装材料的热机械稳定性。封装基板上的器件采用陶瓷封装,在 Venusian 模拟器测试后,裂纹和空隙没有明显增加。对金键合线进行了线拉力强度测试,以评估 Venusian 模拟器暴露之前和之后的机械耐久性。暴露前后的平均金键合线拉力强度分别为 5.78 gF 和 4 gF(1 mil 金键合线),符合最低 MIL-STD-885 2011.9 标准。Venus 模拟器测试后,整体键合线菊花链电阻变化为 0.47%,表明键合线完整性良好。制作了钛封装来容纳陶瓷封装基板,并制作了双层金属化馈通来为封装提供电气接口。
多年来,NASA 的任务保障组织支持了许多大大小小的太空任务和计划。如今,该范围已经扩大,从旗舰任务(如搭载有毅力号探测器的火星 2020、欧罗巴快船和拟议中的欧罗巴着陆器)到小型卫星/立方体卫星(如风暴和热带系统时间实验——演示 (TEMPEST-D) 和火星立方体一号 (MarCO))。塑料封装微电路 (PEM) 变得更具吸引力,因为尖端替代品无法作为太空级产品提供。PEM 通常比太空级产品中使用的陶瓷封装更小、更轻 [1]。随着太空对非密封和塑料封装微电路的需求和使用增加,未来任务的范围也扩大了。与 EEE 零件选择相关的这种不断变化的环境给 NASA 带来了新的挑战,NASA 一如既往地将每项任务的成功视为重中之重。
倒装芯片式集成电路的热管理通常依赖于通过陶瓷封装和高铅焊料栅格阵列引线进入印刷线路板的热传导作为散热的主要途径。这种封装配置的热分析需要准确表征有时几何形状复杂的封装到电路板的接口。鉴于六西格玛柱栅阵列 (CGA) 互连的独特结构,使用详细的有限元子模型从数字上推导出有效热导率,并与传统 CGA 互连进行比较。一旦获得有效热导率值,整个互连层就可以表示为虚拟的长方体层,以纳入更传统的“闭式”热阻计算。这种方法为封装设计师提供了一种快速而可靠的方法来评估初始热设计研究权衡。
德州仪器 (TI) 过去只提供采用较大陶瓷封装的航天级逻辑器件,其中许多器件于 20 世纪 80 年代、90 年代和 21 世纪初推出。许多这些较旧的器件的电源电压范围也有限,客户只能选择 3.3V 或 5.0V Vcc。航天工业中 LEO(低地球轨道)卫星平台的快速发展趋势包括采用空间增强型塑料 (SEP) 封装取代传统陶瓷封装,以及 FPGA(现场可编程门阵列)转向更低的电源电压规格,例如 1.8V 甚至 1.2V。为了更好地帮助客户设计下一代航天电子系统,TI 在空间 CMOS (SC) 逻辑系列中发布了一组全新的 SEP 逻辑器件。该新系列具有随时可用的 TID(总电离剂量)+ SEE(单粒子效应)辐射报告、1.2V 至 5.5V 电源电压支持以及集成单电源上/下电平转换。
垂直堆叠的三维集成电路 (3D IC) 中的芯片间电通信由芯片间微凸块实现。微凸块的电迁移可靠性对于了解基于 3D IC 的微电子系统的可靠性至关重要。本文报告了通过热压键合在两个芯片之间形成的 Cu-Sn-Cu 微凸块的电迁移可靠性的实验研究。双芯片 3D IC 组装在线键合陶瓷封装中,并在不同温度下的空气和氮气环境中进行电迁移测试。测量了微连接链和开尔文结构的故障寿命和平均故障时间 (MTTF)。结果表明,Cu-Sn 微连接的本征活化能介于 0.87 eV 和 1.02 eV 之间。基于故障分析,提出了可能的故障机制。这项研究的结果有望提高人们对 3D IC 中电迁移可靠性的根本理解,并促进基于 3D IC 的稳健可靠的微电子系统的开发。2014 Elsevier BV 保留所有权利。
从历史上看,卫星项目一直使用航天级、密封、QML-V 合格组件来提高可靠性和抗辐射能力。随着用于新商业和政府项目的星座和低地球轨道卫星发射的持续增长,对能够满足严格预算的小型组件的需求也日益增长。因此,出于各种原因,人们对在太空中使用塑料封装微电路 (PEM) 的兴趣越来越大。PEM 变得更具吸引力,因为前沿产品没有航天合格产品,而且 PEM 通常比航天合格产品中使用的陶瓷封装占用空间更小、重量更轻。人们已经认识到使用商用现货 (COTS) 产品存在质量和可靠性风险,一些太空项目一直在研究使用具有更严格资格要求的汽车级 AEC-Q100 产品。但是,Q100 部件中的额外资格步骤并不能满足太空应用的所有要求,即使对于那些要求较低的太空应用也是如此。例如,预计使用寿命为三年的商业低地球轨道 (LEO) 应用仍必须满足许多 PEM 产品无法达到的辐射目标。卫星项目面临的最大挑战之一是找到并测试那些满足辐射目标的产品。