在当前国际科技竞争日益激烈的背景下,半导体技术作为关键领域,成为各国角逐的焦点。我国在集成电路领域,尤其是功率芯片互连材料方面,长期面临国外制裁带来的技术封锁困境。然而,哈尔滨工业大学(深圳)集成电路学院电子封装团队博士生王奉祎、张景辉、邱立进等人凭借多年的深耕与钻研,成功打破技术壁垒,为我国半导体产业的发展注入了强大动力。
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。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巨大应力,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)李明雨、陈宏涛团队提出了纳米铜浆复合三维多孔铜的创新复合结构。团队自主研发的纳米铜浆,更是国内首款可在空气环境下烧结的自还原纳米铜浆。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,巧妙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独特优势。其低杨氏模量特性,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,极大地缓释了热应力。而高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,完美实现了 “低温连接,高温服役” 的目标。不仅避免了连接过程中的高温对芯片造成热损伤,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。
该成果的应用前景十分广阔,尤其在新能源汽车领域。目前,团队的相关产品已成功供应给比亚迪仰望系列高端新能源汽车。新能源汽车作为我国战略性新兴产业的重要组成部分,正加速向全球市场迈进。而哈工大(深圳)团队的技术突破,为国产新能源汽车的核心竞争力提升提供了有力支撑,助力国产新能源汽车在全球市场的反攻。
哈工大(深圳)集成电路学院电子封装团队的这一成就,是对总书记贺信精神的积极响应。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,成功攻克 “卡脖子” 难题,打造出具有中国自主知识产权的铜膏新范式。这不仅推动了我国半导体封装技术的进步,更为我国战略性新兴产业的发展提供了关键技术保障,在新质生产力的发展道路上迈出了坚实有力的一步。 相信在未来,哈工大(深圳)团队将继续在科技创新的道路上砥砺前行,为我国科技自立自强和产业升级做出更多卓越贡献。