Penyelidikan kemajuan tentang-sistem ketumpatan tinggi-dalam-teknologi pakej dan kebolehpercayaan

Dengan pengembangan dan promosi komunikasi tanpa wayar dan teknologi lain dalam bidang awam, prestasi komponen elektronik telah bertambah baik. Pada masa yang sama, dengan peningkatan integrasi sistem elektronik, peranti berkembang ke arah pengecilan, pemberat ringan, ketepatan dan pelbagai fungsi. Memandangkan persekitaran perkhidmatan peranti ini menjadi lebih mencabar dengan pengembangan fungsi reka bentuknya, meneroka reka bentuk dan kebolehpercayaan perkhidmatan struktur dan bahan pembungkusan termaju adalah penting untuk mencapai fungsi yang dimaksudkan. Kertas kerja ini menyenaraikan teknologi pembungkusan yang biasa digunakan dalam sistem komunikasi wayarles dan sejarah pembangunan berkaitannya, menjelaskan ciri dan isu kebolehpercayaan yang berpotensi bagi pembungkusan berketumpatan tinggi-dan memperkenalkan secara ringkas penyelesaian sedia ada.

1 Pengenalan

Dengan perkembangan pesat industri litar bersepadu, pengecilan peranti dan penyepaduan pakej-ketumpatan tinggi telah membawa kepada pengurangan berterusan dalam saiz peranti mikrosistem berasaskan litar bersepadu-. Sistem secara beransur-ansur beralih daripada litar logik berfungsi yang terdiri daripada komponen diskret kepada mikrosistem yang terdiri daripada komponen tunggal yang disepadukan pada papan litar bercetak. Dengan pengesahan berterusan melalui eksperimen, ujian dan pengeluaran sebenar, mikrosistem komunikasi tanpa wayar mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam senario praktikal penerimaan dan penghantaran maklumat. Berbanding dengan saiz besar dan berat sistem peringkat papan tradisional-, trend pengecilan dalam peranti elektronik telah membawa kepada penggantian beransur-ansur sistem peringkat-papan oleh mikrosistem komunikasi bersepadu (MS/MS) kerana kosnya yang rendah, julat aplikasi yang fleksibel dan kebolehpercayaan yang tinggi, menjadikannya salah satu kaedah interaksi maklumat arus perdana.

Didorong oleh pembangunan komunikasi elektronik dan teknologi 5G, pelbagai penunjuk teknikal sistem komunikasi tanpa wayar, seperti kuasa penghantaran, kepekaan menerima, lebar jalur dan konsistensi saluran, telah bertambah baik. Ini telah mendorong teknologi komunikasi ke arah gelombang milimeter, terahertz, jalur lebar, ultra-jalur lebar, penghantaran kuasa-tinggi dan kepekaan tinggi, di samping turut menimbulkan teknologi seperti litar bersepadu gelombang mikro monolitik (MMIC), seramik pembakaran bersama-suhu rendah (LTCC) sistem, sistem-dalam-sistem pakej (SiP) dan sistem-pada-sistem cip (SoC). Kemunculan teknologi seperti Cip-pada-Chip (SoC) dan proses lain yang serupa, bersama-sama dengan aplikasi dan pembangunan teknologi seperti penyepaduan heterogen 3D dan proses mikro/nano, telah membawa kepada pembangunan mikrosistem komunikasi tanpa wayar. Sebagai unit teras untuk penerimaan dan penghantaran maklumat yang tepat, dan dengan pengecilan, penyepaduan dan ketumpatan tinggi peranti dan sistem elektronik, mikrosistem bersepadu berprestasi tinggi,{16}}tinggi{16}}tinggi merupakan hala tuju pembangunan arus perdana untuk sistem komunikasi wayarles. Modul transceiver bersaiz kecil membolehkan peranti mencapai kecekapan tinggi, bunyi fasa rendah dan kuasa output tinggi secara serentak. Walau bagaimanapun, apabila dimensi proses mengecil, keseluruhan reka bentuk dan kos pembuatan sistem mikro melonjak. Oleh itu, industri telah mencadangkan penggunaan teknologi Cip-pada-Chip (SoC)... Kaedah membina sistem digital untuk penyepaduan-ketumpatan tinggi menghasilkan struktur yang dicirikan oleh kos rendah, penyepaduan tinggi dan kebolehpercayaan yang tinggi.

Ringkasnya, apabila teknologi semakin maju, ketumpatan penyepaduan peranti mikrosistem terus meningkat, membawa kepada peningkatan berterusan dalam penjanaan haba per unit luas. Peranti-ketumpatan tinggi,-tinggi menghadapi cabaran operasi-suhu tinggi semasa perkhidmatan. Oleh itu, kebolehpercayaan sambungan pateri di bawah-beban suhu tinggi dan kapasiti pelesapan haba bahan merupakan faktor penting untuk pengendalian peranti yang boleh dipercayai. Mengubah suai struktur sambungan pateri atau menukar bahan antara muka adalah cara yang berkesan untuk meningkatkan prestasi kedua-dua faktor yang mempengaruhi ini. Kertas kerja ini memperkenalkan secara ringkas kaedah pengoptimuman kedua-dua pendekatan ini.

2. Jenis Pembungkusan

Penyepaduan peranti mikrosistem memerlukan penggunaan teknologi pembungkusan untuk merealisasikan fungsi peranti. Struktur pembungkusan yang baik boleh memberikan sokongan mekanikal yang munasabah, isyarat elektrik yang saling berkaitan, sistem pelesapan haba yang cekap dan julat perkhidmatan yang lebih luas untuk peranti. Pada masa ini, terdapat banyak struktur pembungkusan lanjutan yang tersedia, seperti SiP, SoC, dan Chiplet. Teknologi SiP (Sistem-pada-Pakej) ialah kaedah untuk penyepaduan sistem menggunakan teknologi-berbilang cip berbilang-ketumpatan tinggi (MCM). Teknologi ini merangkumi reka bentuk sistem komputer terbenam, litar bersepadu-skala yang sangat besar, reka bentuk penyepaduan sistem, pembungkusan sistem dan MCM, antara lain. Ia mencapai fungsi litar logik piawai dengan keupayaan sistem yang agak lengkap dalam satu pakej. Kaedah ini memudahkan struktur peranti untuk persekitaran berfungsi yang berbeza, meningkatkan kebolehpercayaan peranti, mengurangkan saiz dan kos, serta mengekalkan kemudahan penggunaan dan fleksibiliti sambil memberikan prestasi yang lebih baik daripada peranti diskret.

Teknologi SiP pertama kali dicadangkan oleh Profesor Rao Tummala dari Institut Teknologi Georgia, memasang pelbagai cip dan peranti IC secara terancang dalam sistem pakej tunggal. Ini meningkatkan ketumpatan dan kecekapan pakej dengan ketara. Berdasarkan kaedah pembungkusan ini, derivatif seperti Integrated Fan-Out (InFO), Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMB) dan Chip on Wafer on... Pelbagai penyelesaian sistem planar-dalam-package (SoC) wujud, termasuk Substrat dan CoWoS.

Dengan pengecilan litar bersepadu dan pembangunan teknologi pembungkusan, SoC secara beransur-ansur berkembang ke arah 2.5D dan juga 3D untuk mencapai saiz kecil dan prestasi tinggi. Apabila struktur pembungkusan berkembang, saiz sambungan pateri juga semakin berkurangan, terus memacu inovasi dalam teknologi saling sambung.

SoC adalah singkatan kepada System-on-a-Chip. SoC memperlakukan sistem secara keseluruhan, meniru logik reka bentuk sistem komputer, mengecilkan berbilang modul berfungsi ke dalam mikrosistem dan menyepadukannya ke dalam satu pakej. Ia terdiri daripada koleksi subsistem. Sama seperti unit pemprosesan pusat komputer, SoC mengandungi berbilang modul kecil. Komponen perkakasan SoC terutamanya termasuk: teras, memori, antara muka persisian (periferal-kelajuan tinggi dan-rendah), bas, modul gangguan dan modul jam. Rajah 2 menunjukkan taburan litar logik dalam sistem bersepadu SoC biasa. Ia boleh dilihat bahawa CPU, yang bertanggungjawab untuk pengiraan, menduduki kurang daripada 1/4 daripada jumlah keseluruhan, manakala susunan modul berfungsi yang lebih kaya disepadukan pada cip untuk mencapai fungsi logik tertentu. Berbanding dengan penyepaduan berbilang{15}}cip, teknologi penyepaduan cip menawarkan tahap penyepaduan yang lebih tinggi untuk keseluruhan sistem, dengan lebih baik memenuhi permintaan untuk pengecilan dan reka bentuk ringan. Tambahan pula, tahap penyepaduan yang lebih tinggi merentas modul sistem membawa kepada kos reka bentuk yang lebih rendah. Dengan aplikasi beransur-ansur semikonduktor generasi ketiga-seperti GaAs dan GaN, suhu pengendalian peranti, ketumpatan kuasa dan{19}}prestasi kuasa rendah semuanya telah bertambah baik kepada tahap yang berbeza-beza.

Chiplet boleh dianggap sebagai subset integrasi heterogen (H). Penyepaduan heterogen menyepadukan pelbagai jenis semikonduktor ke dalam satu unit menggunakan proses tertentu, mencapai keseimbangan antara-keberkesanan kos dan saiz kecil. Penyepaduan berbilang bahan memberikan fleksibiliti reka bentuk yang lebih besar dan prestasi sistem yang lebih baik. Pembungkusan ciplet berdasarkan proses penyepaduan heterogen mencapai peningkatan skala penyepaduan, prestasi yang lebih baik dan penggunaan kuasa yang dikurangkan sambil mengecilkan peranti. Teknologi ciplet menyelesaikan masalah bahawa kawasan cip tunggal tidak boleh ditingkatkan selama-lamanya, dengan itu mengehadkan penyepaduan sistem selanjutnya. Ia memecahkan satu cip kepada berbilang cip, mengeluarkannya secara berasingan, dan membungkusnya ke dalam satu unit. Saling sambungan antara cip memerlukan laluan data yang mantap, iaitu ultra-frekuensi tinggi, ultra-lebar lebar dan ultra-lattensi rendah, seperti yang ditunjukkan oleh CoWoS TSMC... Teknologi pembungkusan lanjutan, seperti yang digunakan untuk chiplet, telah menyelesaikan masalah ini. Rajah 3 menunjukkan struktur cip besar biasa yang terdiri daripada ciplet. Setiap modul diskret boleh merealisasikan fungsi reka bentuknya, dengan pemisahan yang tinggi antara modul dan pengaruh bersama yang minimum. Penyepaduan chiplet menawarkan ketumpatan penyepaduan yang lebih tinggi daripada SoC (Sistem-pada-a-Cip) dan kerumitan proses yang lebih rendah daripada penyepaduan heterogen monolitik, di samping menyediakan kebolehskalaan sistem yang sangat baik, fleksibiliti proses dan kecekapan penyepaduan.

Ringkasnya, dalam pembangunan peranti bersepadu sistem mikro, trend keseluruhan ke arah prestasi tinggi, pengecilan dan kos rendah telah memacu pembangunan selari pelbagai teknologi penyepaduan. Terdapat ruang yang besar untuk pengoptimuman dalam penyepaduan peranti. Untuk mencapai matlamat meningkatkan prestasi peranti mikrosistem, mengurangkan saiz peranti dan menjimatkan kos, gabungan teknologi adalah perlu. Menggunakan kelebihan pelbagai kaedah pembungkusan untuk mengoptimumkan prestasi dalam proses pembungkusan adalah pendekatan yang boleh dilaksanakan dan berkesan.

3. Penyelidikan Kebolehpercayaan

Untuk mikrosistem komunikasi tanpa wayar, persekitaran perkhidmatan agak melampau. Litar yang merealisasikan penghantaran isyarat, penerimaan dan pemprosesan menghadapi ketumpatan dan frekuensi arus yang tinggi, dan kenaikan suhu yang disebabkan oleh kehilangan talian peranti juga ketara. Oleh itu, peranti yang sangat bersepadu menghadapi persekitaran -suhu tinggi, frekuensi-tinggi dan{4}}suhu-luas semasa hayat perkhidmatannya, menjadikannya perlu untuk menyiasat kebolehpercayaan sambungan dan litar pateri dalaman.

Dengan pengecilan berterusan dan peringanan produk elektronik, teknologi sambung sambungan sambungan pateri logam dalam cip litar bersepadu telah digunakan secara meluas. Sambungan pateri logam ialah kaedah yang perlu untuk mencapai-prestasi tinggi,-data-tinggi penghantaran isyarat elektrik. Struktur sambungan pateri biasa dibahagikan kepada sambungan pateri dan sambungan pateri tiang tembaga, seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.

Pada tahun 1969, IBM mula-mula memperkenalkan penyambung pateri bola tembaga untuk penyambungan, membenamkannya dalam setiap pad terminal untuk mengelakkan bola pateri daripada gagal semasa perkhidmatan. Pada tahun 1970, IBM mengembangkan lagi-teknologi Pencantuman Cip Semula Runtuh Terkawal (C4) yang terkenal. C4 ialah satu bentuk-tatasusunan grid bola padang (BGA) yang halus dan juga jenis sambungan pateri. Disebabkan sifat elektrotermanya yang sangat baik, kuprum ialah bahan yang sesuai untuk-struktur saling sambung cip, menggantikan pateri bebas SnPb atau{10}}plumbum. Sambungan pateri tiang tembaga, yang wujud dalam bentuk silinder, boleh mengurangkan kawasan sambungan sambungan pateri tunggal pada cip berbanding bola pateri, dengan itu mencapai struktur interkoneksi ketumpatan yang lebih tinggi. Melalui pembangunan berterusan, ini akhirnya membawa kepada sambungan pateri tiang tembaga yang biasa dilihat hari ini.

Pada tahun 2001, IBM mencadangkan struktur sambungan-cip pateri flip dengan struktur-berganda. Suhu lebur lapisan logam bawah sekurang-kurangnya 20 darjah lebih tinggi daripada lapisan atas; oleh itu, lapisan pateri bawah tidak akan cair semasa proses pematerian. Pada tahun 2007, Intel mencadangkan untuk membalut lapisan penghalang resapan dan lapisan pembasahan luaran di sekeliling permukaan luar tiang kuprum untuk meningkatkan kebolehpercayaan sambungan pateri keseluruhan dan menggunakan pateri berasaskan timah-di atas lapisan pembasahan untuk sambungan. Sambungan pateri memainkan peranan penting dalam peranti elektronik, menyediakan sokongan mekanikal dan sambungan elektrik; oleh itu, kebolehpercayaan mereka sudah pasti menjadi kebimbangan utama dalam produk elektronik. Dengan permintaan untuk saiz yang lebih kecil dan ketumpatan I/O yang lebih tinggi, jarak dan saiz sambungan pateri dalam produk elektronik sentiasa mengecil, sambil turut memperkenalkan tegasan yang lebih tinggi ke dalam sambungan dan bungkusan pateri [2-]. Li et al. mengkaji kebolehpercayaan termomekanikal cip flip (FC) dengan sambungan pateri tiang kuprum. Keretakan pada sendi pateri Sn-Ag disebabkan oleh patah mulur, pada mulanya disebabkan oleh keletihan, dan kemudian memanjang melalui liang mikro yang disebabkan oleh rayapan. Patah pada antara muka IMC terutamanya berlaku sebagai patah rapuh di sepanjang antara muka fasa CuSns dan CuSn. Rajah 7 menunjukkan keratan rentas mikroskop elektron pengimbasan (SEM) proses daripada permulaan retakan hingga kepatahan lengkap pada nod tiang kuprum. Lokasi retak terutamanya berlaku pada antara muka antara IMC dan pateri pada satu sisi tiang tembaga, atau di dalam pateri berhampiran antara muka.

Apabila ketumpatan integrasi meningkat, saiz sambungan pateri tiang kuprum berkurangan, manakala ketumpatan arus dalaman dan haba Joule meningkat. Didorong oleh-aliran elektron berketumpatan tinggi, sejumlah besar atom logam mengalami penghijrahan berarah dalam pateri, yang membawa kepada satu siri isu kebolehpercayaan (8-9). Akiba et al. mengkaji mekanisme migrasi elektro (EM) pada tiang kuprum yang saling bersambung dalam pembungkusan cip-terbalik dan mendapati tiang kuprum tanpa lapisan penghalang nikel mempunyai kira-kira dua kali jangka hayat anti-EM berbanding dengan tiang yang mempunyai lapisan penghalang nikel.

Teknologi saling sambung bonggol tiang tembaga ialah teknologi utama dalam sistem 3D-dalam-pakej (SiP). Struktur ini mempunyai sifat elektrik dan mekanikal yang sangat baik, bersama-sama dengan kelebihan seperti ketumpatan integrasi yang tinggi dan kestabilan yang baik. Ia boleh mencapai-sambungan berketepatan tinggi dan mempunyai prospek aplikasi yang hebat dalam-sambungan pembungkusan 3D berketumpatan tinggi. Pateri yang digunakan dalam struktur ini mempunyai suhu penyambungan yang rendah, membolehkan ikatan suhu-rendah dan mengurangkan risiko kerosakan litar cip, sekali gus membawa kepada penggunaannya yang meluas dalam sambung-peringkat wafer.

4. Pengurusan Terma Pembungkusan

Teks sebelumnya telah menerangkan peranti mikrosistem... Peranti menghadapi-persekitaran suhu tinggi semasa perkhidmatan, menjana haba dalaman yang ketara. Sistem pelesapan haba yang cekap boleh mengurangkan suhu keseluruhan peranti, memastikan kebolehpercayaan sambungan pateri dan struktur lain dan meminimumkan kesan kemerosotan prestasi akibat suhu-. Pelesapan haba peranti dibahagikan kepada penyejukan aktif dan pasif. Penyejukan aktif merujuk kepada penggunaan medan aliran luaran, seperti aliran udara atau aliran air, pada peranti untuk pemindahan haba perolakan, mencapai pengaliran haba yang cepat. Terdapat tiga jenis pemindahan haba: pemindahan, perolakan, dan sinaran. Memandangkan struktur dalaman bungkusan yang terhad, fleksibiliti dalam melaraskan pemindahan haba perolakan dan sinaran adalah terhad. Oleh itu, pengoptimuman pelesapan haba harus memberi tumpuan kepada meningkatkan kekonduksian terma dan mengurangkan laluan pemindahan haba. Sebagai contoh, sink haba (lihat Rajah 8) biasanya digunakan untuk meningkatkan kawasan antara muka perolakan dan sentuhan dengan medan aliran untuk meningkatkan kecekapan pemindahan haba keseluruhan. Walau bagaimanapun, disebabkan isipadunya yang besar, struktur ini hanya sesuai untuk pelesapan haba dalam selongsong luar dan tidak boleh terus menghubungi cip untuk pengaliran haba. Menurut formula pemindahan haba perolakan, meningkatkan kawasan pemindahan haba boleh meningkatkan pemindahan haba keseluruhan.

Memandangkan modul cip dikapsulkan di dalam selongsong, melaraskan medan aliran di dalam selongsong adalah rumit dan sukar, dan ia juga meningkatkan jumlah keseluruhan peranti dan mengurangkan ketumpatan kuasa. Oleh itu, pelesapan haba pasif, iaitu, pengaliran haba yang cekap, digunakan untuk menghilangkan haba di dalam peranti, sambil menggunakan formula medan aliran pemindahan haba ke bahagian luar selongsong mencapai pelesapan haba yang cekap. Di bawah syarat kaedah pemindahan haba dan kawasan antara muka tidak boleh diubah, cara untuk meningkatkan kecekapan pemindahan haba di dalam peranti adalah dengan menggunakan bahan dengan kekonduksian terma tertinggi yang mungkin, memastikan sentuhan dengan sumber haba, dan meminimumkan laluan pengaliran haba untuk memindahkan haba... Pemindahan haba ini ke luar sejajar dengan keperluan pengecilan peranti. Menggunakan nano-pateri perak untuk sambungan cip mengurangkan saiz peranti dan jarak pemindahan haba antara cip dan penukar haba luaran. Pada masa yang sama, kekonduksian haba perak yang tinggi membolehkan pemindahan haba yang cepat.

Untuk peranti semikonduktor kuasa, bahan saling bersambung dalam bungkusan menjadi penyempitan menghadkan suhu simpang. Pembungkusan elektronik tradisional menggunakan pemateri-berasaskan timah-suhu rendah dengan takat lebur secara amnya di bawah 300 darjah . Modul semikonduktor yang dibungkus menggunakan proses ini biasanya memerlukan suhu simpang di bawah 150 darjah. Pada suhu yang terlalu tinggi, prestasi sambungan pateri merosot dengan cepat, menjejaskan kebolehpercayaan peranti. Walau bagaimanapun, ciri pengendalian peranti kuasa menentukan bahawa ia mesti beroperasi pada suhu tinggi, biasanya melebihi [julat suhu tertentu]. Suhu boleh mencapai 150 darjah, dan dalam beberapa kes, malah melebihi 200 darjah. Oleh itu, pemateri{12}}suhu tinggi diperlukan untuk memadankan keadaan perkhidmatan peranti kuasa, seperti Au80Sn20. Walaupun Au80Sn20 menawarkan kelebihan seperti kekonduksian terma yang tinggi, kadar rayapan yang tinggi dan ketahanan terhadap kakisan kimia, emas dan timah akan menghasilkan sejumlah besar sebatian antara logam rapuh semasa sambungan dan servis, yang membawa kepada keretakan rapuh pada sambungan metalurgi. Tambahan pula, pateri tradisional untuk peranti kimpalan mempunyai kekonduksian terma yang rendah. Kekonduksian terma yang rendah ini menyukarkan pemindahan haba daripada peranti ke modul pelesapan haba, mengakibatkan perbezaan suhu tinggi merentasi lapisan sambungan dan menghalang keberkesanan modul pelesapan haba.

Pes zarah nano merujuk kepada bahan yang dibuat dengan menyediakan bahan logam ke dalam serbuk berskala nano. Menggunakan tenaga permukaan bahan nano yang tinggi, interkoneksi boleh dicapai pada suhu rendah. Bahan penyambung itu sendiri boleh disinter menjadi bahan pukal berliang di bawah 300 darjah, mampu mengendalikan sambungan elektrik dan pemindahan haba. Takat lebur lapisan tampal nanozarah tersinter boleh hampir dengan logam pukal (cth, takat lebur perak ialah 961 darjah ), memenuhi sepenuhnya keperluan perkhidmatan peranti kuasa. Tambahan pula, kekonduksian terma bagi lapisan tersinter pes perak nano-yang paling biasa boleh mencapai lebih 150 W/(mK), lebih daripada tiga kali ganda daripada pateri plumbum-timah tradisional.

Pada tahun 1989, Schwarzhauer dan Kuhnert pertama kali mencapai-saling sambungan substrat menggunakan-suhu rendah pes perak tersinter. Ini menandakan aplikasi pertama teknologi pensinteran serbuk dalam pembungkusan elektronik peranti kuasa dan merupakan prototaip tampal-nano. Kaedah ini menggunakan serpihan perak bersaiz-mikron, yang mempunyai aktiviti pensinteran yang lemah dan memerlukan tekanan dan suhu pensinteran yang sangat tinggi untuk memadatkan sambungan pateri, sekali gus mengehadkan penggunaannya dengan teruk.

Pada tahun 2005, Ide... [Nama pengarang] mula-mula mencadangkan menggunakan nanopartikel perak sebagai bahan saling bersambung!2 Logam perak mempunyai takat lebur setinggi 961 darjah , yang boleh memenuhi -keadaan perkhidmatan suhu tinggi yang keras bagi peranti kuasa tinggi-atau keperluan perkhidmatan di bawah beberapa keadaan ekstrem (seperti komponen dalaman enjin automotif, dll.). Pada skala nano, zarah perak boleh disinter pada suhu rendah serendah 200 darjah . Bahan perak adalah stabil secara kimia. Disebabkan oleh tenaga permukaan spesifik nanopartikel yang tinggi, nanozarah logam biasa mudah teroksida di udara dan sukar untuk disimpan untuk masa yang lama, manakala nanozarah perak boleh kekal stabil di udara untuk masa yang lama, menjadikannya mudah untuk disimpan dan diangkut. Tampal nanozarah perak juga mempunyai beberapa kelemahan, seperti kecenderungan untuk penghijrahan elektrik semasa{12}}operasi elektrik suhu tinggi dan tindak balas pemindahan elektrokimia apabila digunakan dalam persekitaran lembap.

Untuk Dari segi seni bina mikrosistem, sistem pelesapan haba hendaklah dibahagikan kepada dua modul utama: pada-kitaran penyejukan cip dan kitaran penyejukan sistem.³¹Untuk memenuhi keperluan pelesapan haba modul kuasa tinggi-, peranti perlu direka bentuk dari kedua-dua perspektif bahan dan struktur. Kekonduksian terma bahan hendaklah cukup tinggi dan antara muka hendaklah diikat rapat. Reka bentuk struktur keseluruhan harus memastikan kawasan pemindahan haba perolakan mencukupi dan sumber haba kuasa dan antara muka pemindahan haba adalah sedekat mungkin. Pemilihan bahan pengalir haba adalah langkah penting dalam memastikan operasi peranti mikrosistem yang boleh dipercayai. Berbanding dengan pelekat konduktif terma yang biasa digunakan, pes pateri perak-nano bukan sahaja mempunyai kekonduksian terma yang tinggi melebihi 100 W/(mK), tetapi juga menyediakan sokongan mekanikal dan kekonduksian elektrik yang baik, membolehkan sambungan antara isyarat elektrik. Ukuran sebenar menunjukkan bahawa pes pateri perak nano-boleh menjamin perkhidmatan yang boleh dipercayai di bawah beban kitaran haba dalam julat -40~150 darjah , dengan kekuatan ricih purata melebihi 27 MPa.²Liu Jiaxin et al.²menggunakan kaedah pensinteran tanpa tekanan dengan nano-perak untuk membungkus cip diod pemancar (LED)-tinggi{1}}tinggi, berjaya mengurangkan suhu simpang sebanyak 21.2%. Ini menunjukkan bahawa pes pateri perak nano-, sebagai lapisan medium pemindahan haba untuk pembungkusan, mempunyai kekonduksian terma yang tinggi dan merupakan bahan yang sesuai untuk pelesapan haba dalam peranti mikrosistem.

Proses menyambungkan peranti IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ke substrat Mo menggunakan pes pateri perak-nano memastikan ikatan yang ketat antara cip dan substrat molibdenum. Ini secara berkesan mengurangkan rintangan haba antara muka dan rintangan sentuhan, mencapai pelesapan haba yang cekap dari kedua-dua sumber haba dan perspektif laluan pengaliran haba. Hu Yongfang et al. [28] menjalankan kajian simulasi terma pada struktur pembungkusan 3D MCM (Multi-Modul Cip), berjaya mengurangkan kenaikan suhu keseluruhan komponen daripada 35 darjah kepada satu digit dengan menggunakan pes pateri perak nano-dan bukannya ikatan wayar tradisional.

Pengenalan nano-pateri perak meningkatkan kawasan sentuhan antara muka dan meningkatkan kekonduksian terma. Tambahan pula, disebabkan volum peranti yang dikurangkan, laluan pemindahan haba dipendekkan lagi. Oleh itu, menggunakan nano-pateri perak untuk mengoptimumkan pelesapan haba dalam peranti mikrosistem RF boleh dipercayai dan berkesan.

5. Kesimpulan

Penyepaduan komponen dalam mikrosistem meletakkan permintaan yang tinggi pada saiz keseluruhan sistem, kebolehpercayaan proses, prestasi terma, prestasi penghantaran kuasa, ketumpatan penyepaduan, kos dan fleksibiliti. Oleh itu, teknologi pembungkusan termaju adalah penting untuk mencapai penyepaduan mikrosistem yang boleh dipercayai. Pembangunan mikrosistem komunikasi tanpa wayar disertakan dengan pembangunan selari pelbagai teknologi integrasi. Di bawah aliran keseluruhan prestasi tinggi, pengecilan dan kos rendah, menggabungkan pelbagai kaedah pembungkusan menawarkan potensi besar untuk pembangunan mikrosistem komunikasi tanpa wayar pada masa hadapan, mengurangkan saiz peranti dan menjimatkan kos. Pembangunan masa depan harus menumpukan pada kaedah pembungkusan yang lebih pelbagai dan mudah untuk mencapai model pembangunan berbilang fungsi,-berprestasi tinggi dan sangat boleh dipercayai untuk mikrosistem komunikasi tanpa wayar. Oleh itu, dengan peningkatan ketumpatan kuasa, kebolehpercayaan perkhidmatan dan reka bentuk terma mikro-struktur sambungan pateri memainkan peranan penting dalam operasi normal sistem mikro. Menyelidik kebolehpercayaan sambungan pateri antara sambungan dan mencari bahan pelesapan haba yang sesuai adalah sangat penting untuk pembangunan mikrosistem.