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2013 年 第 58 卷 第 35 期：3704 ~ 3716 《中国科学》杂志社 专辑: 材料基因组计划 评 述 SCIENCE CHINA PRESS 半导体集成与封装中基于微观组织的多物理场耦合模拟 ①* ① ① ② ③ ③ 黄智恒 , 熊桦 , 伍智勇 , CONWAY Paul , DAVIES Hugh , DINSDALE Alan , 恩云飞④, 曾庆丰⑤ ① 中山大学物理科学与工程技术学院, 广州 510275; ② Wolfson School of Mechanical and Manufacturing Engineering, Loughborough University, Loughborough, LE11 3TU, UK; ③ National Physical Laboratory, Teddington, TW11 0LW, UK; ④ 中国电子产品可靠性与环境试验研究所, 广州 510610; ⑤ 西北工业大学材料学院, 西安 710072 * 联系人, E-mail: hzh29@ 2013-04-09 收稿, 2013-06-08 接受, 2013-08-20 网络版发表 国家自然科学基金、广州市珠江科技新星专项(2012J2200074)、中央高校基本科研业务费专项(30000-3161451)、教育部留学 回国人员科研启动基金(30000-4105346)、中山大学“百人计划”和西北工业大学基础研究基金(JC资助 摘要 半导体技术与封装正向系统集成方向加速发展. 在未来的系统集成中, 将会同时 关键词 设计和制造封装与晶片的制备. 但是, 材料的因素, 尤其是微观组织, 至今还不在电子封 材料基因计划 装的集成产品设计平台考虑之列, 究其原因是电子封装使用的材料众多而且发生的材料 半导体集成与封装 现象复杂. 在材料基因组计划(MGI) 的背景下, 本文综述一系列的研究工作, 旨在建立材 微观组织 可靠性 料微观组织与其在多物理场作用下的响应关系. 采用热力学计算、突变界面模型、相场法 多物理场耦合模拟 和晶体相场法的手段来预测微观组织. 在预测的微观组织基础上, 对超细电子互连进行 线弹性力学分析和电迁移仿真. 提出采用基于奇异值分解的方法来提取微观组织特征, 发现微观组织特征指标随电子互连尺寸的增大而单调递减. 基于人工神经网络的拟合揭 示了微观组织指标与超细互连中平均von Mises 等效应力之间的非线性关系. 本文最后展 望了考虑微观组织的随机性以及由此而导致的电子互连可靠性上的离散性的研究工作. 电子封装是指使电子产品的功能得以物理实现 工业界现在已接近传统 CMOS 尺寸小型化的极限. 的术语, 它在将半导体器件转变为面向终端用户的 工业界的持续增长迫切需要发展新型器件和使用新 功能产品的最后制造工艺中最为明显. 封装除了为 材料. 在第三个维度上使功能多样化和尺寸小型化 信号传输提供电的连接、功率输入、电压控制之外, 的封装技术创新, 即三维电子封装, 提供了电子工业 还为满足产品的可靠性要求提供散热和物理保护 界发展的可行的解决方案. 三维电子封装与传统的 (International Technology Roadmap for Semiconductors, 封装方法完全不同, 它在性能、成