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破茧成“芯”!哈工大(深圳)团队化解电子封装关键难题

IP属地 中国·北京 南方都市报 时间:2025-10-17 16:14:08

10月17日,南都N视频记者获悉,哈尔滨工业大学(深圳)集成电路学院电子封装团队,凭借多年的深耕与钻研,研发出了纳米铜浆复合三维多孔铜的创新复合结构,成功打破技术壁垒。


哈尔滨工业大学(深圳)团队。

据悉,随着第三代半导体如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)在高功率器件中的广泛应用,传统封装技术暴露出诸多弊端。其中,热膨胀系数(CTE)失配导致在高温服役时,芯片与封装材料之间产生热应力,进而引发焊点开裂等可靠性问题。据统计,热膨胀系数失配导致的焊点开裂占失效案例的25%以上,严重制约了高功率密度、高温服役电子产品的性能提升与广泛应用。

面对这一难题,哈工大(深圳)的张景辉、黄继熙、张欣月、刘若希、於珊删、张廓岩、王培骏、谢汶峻、王奉祎、刘启航、董洲里团队提出了纳米铜浆复合三维多孔铜的创新复合结构。

据介绍,团队自主研发的纳米铜浆,是国内首款可在空气环境下烧结的自还原纳米铜浆。他们通过创新性地采用有机包覆、羧酸处理、混合还原性有机载体等多元共处理法,解决了纳米铜浆烧结时极易氧化的行业难题。与国内外同类产品相比,该纳米铜浆在烧结后孔隙率大幅降低,结合强度显著提升,为功率芯片的可靠连接提供了坚实保障。

同时,团队长期研发的三维多孔铜具有优异的物理特性,其杨氏模量相比于传统钎料降低了80%,如同“弹簧”一般,在升降温过程中能够有效膨胀收缩,极大地缓释热应力。其热导率较传统钎料提升了300%,能快速将芯片产生的热量散发出去,确保芯片在高温环境下稳定工作。

这种纳米铜浆复合三维多孔铜的结构,实现了“低温连接,高温服役”的目标,避免了连接过程中的高温对芯片产生的热损伤,其服役温度相比于传统钎料提升了300℃以上。在热循环寿命测试中,该结构相比于可靠性最为优异的烧结铜提升了三倍以上,从根本上解决了焊料层的热膨胀系数失配和热疲劳问题。

这一成果在光伏、消费电子、新能源汽车等领域的应用前景广阔。目前,团队的相关产品已得到航天科工二院认证,为国产功率器件的核心竞争力提升提供了有力支撑。团队以实际行动,在半导体技术领域争当大国重器,基于复合烧结阵列强化工艺,突破关键工艺瓶颈,打造出具有中国自主知识产权的铜浆新范式。

采写:南都N视频记者 敖银雪

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