在核工業(yè)、航空航天、核醫(yī)療等應(yīng)用場(chǎng)合,都必須要使用核輻射探測(cè)器對(duì)輻射量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前普遍使用的核輻射探測(cè)器是硅基探測(cè)器。近年來(lái),隨著寬帶隙半導(dǎo)體的廣泛應(yīng)用,碳化硅材料因其優(yōu)良的抗輻射性能得到了廣泛關(guān)注。因此針對(duì)碳化硅基的核輻射探測(cè)器的研究一直在進(jìn)行,并且器件的特性也在逐步得到改善,達(dá)到應(yīng)用水平。但要真正實(shí)際應(yīng)用,還要對(duì)碳化硅核輻射探測(cè)器進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)。本文針對(duì)一款特定尺寸的碳化硅核輻射探測(cè)器給出倒裝焊設(shè)計(jì)方案。本文調(diào)研了現(xiàn)有的電氣連接方式,選擇倒裝焊對(duì)碳化硅核輻射探測(cè)器進(jìn)行電氣連接。文章詳細(xì)闡述了倒裝焊工藝的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程,簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了一個(gè)倒裝焊工藝,結(jié)合工藝實(shí)現(xiàn)以后的測(cè)試結(jié)果和ANSYS工具的功能,確定了將焊料球的尺寸分布、焊接材料和基板材料作為待仿真確定的關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)計(jì)總體采用控制變量的方法,依次確定了焊料球的尺寸、焊料的選擇和基板材料。為了選定合適的焊料球尺寸,本文使用ANSYS工具建立了四種不同焊料球尺寸的模型,分別對(duì)模型施加同樣的熱生成載荷及邊界條件,根據(jù)熱學(xué)仿真結(jié)果,選定了尺寸100微米、中心距400微米的焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)分布。為了選定合適的焊料,針對(duì)焊料失效模式,采用Anan... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：59 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

典型的系統(tǒng)級(jí)封裝設(shè)計(jì)流程

目前,針對(duì)核輻射探測(cè)器的封裝設(shè)計(jì)集中在紅外輻射探測(cè)器和核輻射探測(cè)器,其中尤其以紅外輻射探測(cè)器的封裝方案居多。引線鍵合工藝和芯片粘接工藝都與1.2.1節(jié)中提及的工藝相似。但是對(duì)器件封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),硅紅外輻射探測(cè)器有新的結(jié)構(gòu)。由于紅外探測(cè)器所探測(cè)的屬于光波,因此應(yīng)該盡量做到對(duì)探測(cè)區(qū)域的不遮擋,這就要求基板設(shè)計(jì)時(shí)給器件留出一定的窗口,用于捕獲外界信號(hào)。有文獻(xiàn)提出了一種不遮擋有效區(qū)域的表面貼裝封裝結(jié)構(gòu)[23]。此外,其他很多輻射探測(cè)器的封裝結(jié)構(gòu)都偏好表面貼裝形式的封裝方案。表面形式的貼裝(SMT,Surface Mount Technology)是指將沒有引腳或引腳較短的器件放置在基板上,并通過(guò)回流焊等方式進(jìn)行焊接的工藝。這種工藝日漸成熟,方案設(shè)計(jì)靈活,而且能保證盡量小的降低封裝管殼對(duì)探測(cè)器探測(cè)效率的影響,是一種可靠的、體積小、適用范圍廣的封裝方式。

針對(duì)硅基的核輻射探測(cè)器封裝也有相關(guān)的研究。對(duì)于核輻射探測(cè)器的封裝,抗輻射設(shè)計(jì)是不可避免的。目前常用的成熟抗輻射器件,除了要針對(duì)芯片本身的材料選型等做出特殊設(shè)計(jì),還可以通過(guò)增加定時(shí)刷新電路以及過(guò)流保護(hù)等加強(qiáng)電路的抗輻射設(shè)計(jì)。而針對(duì)設(shè)計(jì)整體,幾乎都選擇一體化的管殼覆蓋住所有的內(nèi)部器件,做到物理隔絕和保護(hù)。針對(duì)外殼保護(hù),相關(guān)文獻(xiàn)從抗輻射、防腐蝕、氣密性、真空封裝甚至防眩光[24]等多個(gè)角度進(jìn)行了分析設(shè)計(jì),也有學(xué)者針對(duì)封裝管殼的可拼鋪結(jié)構(gòu)[25]、封裝定位機(jī)構(gòu)及其定位方法[26]等進(jìn)行研究。典型的核輻射探測(cè)器一體化封裝結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。目前,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究了許多種核輻射探測(cè)器,但是做到從芯片設(shè)計(jì)到對(duì)應(yīng)封裝方案一體設(shè)計(jì)的很少。由于部分探測(cè)器本身就具有探測(cè)面比較小、漏電流偏大等缺點(diǎn),缺少系統(tǒng)完善的測(cè)試結(jié)果。大部分研究都沒有對(duì)探測(cè)器的工作環(huán)境進(jìn)行模擬測(cè)試,尤其是對(duì)探測(cè)器電學(xué)特性影響比較大的溫度,也沒有相關(guān)測(cè)試。因此一些學(xué)者針對(duì)以上問題做出了系統(tǒng)研究。例如馬駿所做的金硅面壘型核輻射探測(cè)器[27]的制備。這款探測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、探測(cè)器窗口比較薄、電學(xué)性能好、生產(chǎn)制作時(shí)殘次率低,并且使用簡(jiǎn)單,在核輻射探測(cè)場(chǎng)合得到大面積推廣。當(dāng)工作溫度為15攝氏度、反向偏壓為100V時(shí),文章中設(shè)計(jì)的直徑為22mm的器件漏電流大小為1.2μA、直徑26mm的器件漏電流大小為1.3μA,兩種尺寸的器件擊穿電壓能達(dá)到甚至超過(guò)200V。其封裝結(jié)構(gòu)如圖1.6所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]宇航用系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)綜述[J]. 張小龍,龔科,李文琛,邢建麗.  質(zhì)量與可靠性. 2019(06)
[2]雙面散熱SiC MOSFET模塊的封裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)[J]. 陸國(guó)權(quán),劉文,梅云輝.  電工電能新技術(shù). 2018(10)
[3]非制冷紅外焦平面探測(cè)器封裝技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 王強(qiáng),張有剛.  紅外技術(shù). 2018(09)
[4]碳化硅功率模塊封裝技術(shù)進(jìn)展[J]. 曹峻,張兆強(qiáng).  集成電路應(yīng)用. 2018(08)
[5]碳化硅封裝高功率半導(dǎo)體激光器散熱性能研究[J]. 倪羽茜,井紅旗,孔金霞,王翠鸞,劉素平,馬驍宇.  中國(guó)激光. 2018(01)
[6]高密度陶瓷倒裝焊封裝可靠性試驗(yàn)開路后的失效定位[J]. 李含,鄭宏宇,張崤君.  半導(dǎo)體技術(shù). 2017(09)
[7]凸點(diǎn)材料的選擇對(duì)器件疲勞特性的影響[J]. 劉建松,姚全斌,林鵬榮,曹玉生,練濱浩.  半導(dǎo)體技術(shù). 2017(07)
[8]銀燒結(jié)技術(shù)在功率模塊封裝中的應(yīng)用[J]. 李聰成,滕鶴松,王玉林,徐文輝,牛利剛.  電子工藝技術(shù). 2016(06)
[9]全燒結(jié)型SiC功率模塊封裝設(shè)計(jì)與研制（英文）[J]. 戴小平,吳義伯,趙義敏,王彥剛.  大功率變流技術(shù). 2016(05)
[10]基于封裝集成技術(shù)的高功率密度碳化硅單相逆變器[J]. 李宇雄,黃志召,方建明,陳材,康勇.  電源學(xué)報(bào). 2016(04)

博士論文
[1]SiC MOSFET開關(guān)損耗模型與新結(jié)構(gòu)研究[D]. 李軒.電子科技大學(xué) 2017
[2]納米銀漿低溫快速燒結(jié)機(jī)理及其接頭性能研究[D]. 王帥.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]基于4H-SiC的中子探測(cè)技術(shù)研究[D]. 吳健.中國(guó)工程物理研究院 2014

碩士論文
[1]大面積金硅面壘型核輻射探測(cè)器制備工藝及其性能研究[D]. 馬駿.東華理工大學(xué) 2018
[2]CSP封裝LED倒裝焊層可靠性研究[D]. 姜承碩.北京工業(yè)大學(xué) 2018
[3]4H-SiC肖特基結(jié)型α粒子探測(cè)器的制備與性能研究[D]. 葉鑫.大連理工大學(xué) 2018
[4]4H-SiC PiN二極管中子探測(cè)器的研究[D]. 王莎.西安電子科技大學(xué) 2018
[5]宇航用非氣密性倒裝焊器件耐濕技術(shù)研究[D]. 趙文中.中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第一研究院 2018
[6]寬帶隙半導(dǎo)體4H-SiC核輻射探測(cè)器的設(shè)計(jì)與仿真[D]. 王偉.大連理工大學(xué) 2017
[7]倒裝芯片微凸點(diǎn)焊工藝研究及焊點(diǎn)應(yīng)變有限元仿真[D]. 許利偉.大連理工大學(xué) 2016
[8]用于X射線探測(cè)器的銦倒裝焊封裝[D]. 賈云叢.北京交通大學(xué) 2014
[9]E系列電子封裝產(chǎn)品的熱性能和熱疲勞分析與設(shè)計(jì)[D]. 高察.北京工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3592915