研究与试制

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  PVDF-LiNbO3复合固态电解质的制备及其在锂金属电池中的应用
  作者张迪, 李海涵, 柳勇, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 237-243. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1428
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  针对PVDF固态聚合物电解质离子电导率低和枝晶抑制能力差的问题,通过添加具有锂离子传输能力的铁电填料LiNbO₃来改善该电解质的性能。采用溶液浇铸法制备了不同LiNbO₃含量的PVDF-LiNbO₃复合固态电解质,并测试了它们的电化学性能。结果表明:LiNbO₃的加入提高了电解质的离子电导率,有效地抑制了枝晶生长,延长了电池寿命。当LiNbO₃的添加量为质量分数10%时,复合电解质在室温下的离子电导率可达6.1×10^-4S·cm^-1,电化学窗口为4.5V,临界电流密度为1.8mA·cm^-2。使用该复合电解质组装的Li/Li对称电池在0.1mA·cm^-2和0.1mAh·cm^-2的测试条件下,表现出超过800h的稳定循环和低于50mV的低极化电压

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  (Sr0.25Ca0.75)TiO3掺杂(Zn0.05Mg0.95)2(Sn0.05Ti0.95)O4微波介电陶瓷及其在带通滤波器中的应用
  作者杜晶, 娄本浊, 蔡志鹏, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 244-250. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1256
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  开发针对栅极氧化层失效的无损检测方法对于提升SiC-MOSFET的可靠性至关重要。首先基于SiC-MOSFET的实际物理模型构建出了小信号等效电路模型,并将其转化为符合T形网络求解的频域阻抗表征模型;然后利用频域反射(FDR)技术实现了寄生参数的精确表征;最后搭建了静态高温栅偏老化测试平台,依次开展了200~1000h的阈值电压(VGS(th))老化试验。结果表明:老化后,1~5号SiC-MOSFET的V_GS(th)均发生了正向漂移,与之相应的寄生电容CGS持续增大而CGD持续减小,但对C_DS产生的影响较小。其中,退化严重的5号器件,其C_DS仅变化了-0.78%,而C_GS增大了6.65%,CGD显著减小了23.75%。此外,其频域阻抗曲线(Z₁₁、Z₁₂、Z₂₁

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  基于FDR的SiC-MOSFET栅极氧化层失效无损检测方法研究
  作者张俊杰, 贠明辉, 谭亮, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 251-258. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1468
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  开发针对栅极氧化层失效的无损检测方法对于提升SiC-MOSFET的可靠性至关重要。首先基于SiC-MOSFET的实际物理模型构建出了小信号等效电路模型,并将其转化为符合T形网络求解的频域阻抗表征模型;然后利用频域反射(FDR)技术实现了寄生参数的精确表征;最后搭建了静态高温栅偏老化测试平台,依次开展了200~1000h的阈值电压(V_GS(th))老化试验。结果表明:老化后,1~5号SiC-MOSFET的V_GS(th)均发生了正向漂移,与之相应的寄生电容C_GS持续增大而C_GD持续减小,但对C_DS产生的影响较小。其中,退化严重的5号器件,其C_DS仅变化了-0.78%,而C_GS增大了6.65%,C_GD显著减小了23.

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  具有自偏置MOS空穴抽取通路和阻塞结的IGBT
  作者曾荣周, 雷盛长, 吴振珲, 等.
  来源电子元件与材料,2025, 44(3): 259-264. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1424
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  为了降低绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的关断损耗(E_OFF),以及改善导通压降(V_ON)与E_OFF的折衷关系,基于载流子存储IGBT(CSTBT)和阻塞结IGBT,提出了一种具有自偏置MOS空穴抽取通路和阻塞结的IGBT(APBJIGBT)。自偏置空穴抽取通路由两个沟槽栅极之间的低掺杂P型(HP)区域形成。在导通状态下,HP区域被沟槽栅极耗尽,空穴路径被夹断,从而保持了高注入效率,实现低V_ON。在关断状态下,P漂移区通过HP区域短接到发射极,因此,存储在P漂移区中的空穴可以直接通过HP区域快速传输到发射极,降低了关断损耗。仿真结果表明,相比于传统的CSTBT,APBJ-IGBT的阻断电压提升17.3%。在V_ON为1.063V和集电极电流为100A/cm²的条件下,APBJ-IGBT的E

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  基于LTCC工艺的高耦合平面变压器仿真设计
  作者黎楚明, 李元勋, 李馥余.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 265-271. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1461
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  采用低温共烧多层陶瓷(LTCC)技术,开发了一种兼具小型化、高耦合的平面变压器。针对现有LTCC平面变压器耦合效率较低的问题,本文提出了一种创新设计,即在同一平面上布置原边和副边线圈,并在线圈上添加非磁性介质层,以提高变压器的耦合系数,此外通过改变结构参数,仿真了不同结构参数对耦合系数的影响。仿真结果显示,采用本文提出的新结构的LTCC平面变压器的耦合系数显著优于传统结构,仿真数值达到0.9以上。这一结构为未来开发高耦合效率的LTCC平面变压器提供了参考。

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  LTCF变压器绕组性能提升分析
  作者张泰岳, 邢孟江, 杨圆圆, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 272-277. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1534
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  针对现有低温共烧铁氧体(LTCF)平面变压器绕组设计中存在的体积大、耦合系数低及损耗高的问题,通过优化LTCF平面变压器绕组结构中的关键变量来提升其性能。对LTCF平面变压器绕组结构进行了建模和电磁仿真分析,结果表明在多种布线方案中,圆形布线模式表现出最优的性能。通过对影响变压器效率的关键因素进行深入分析,得出结论:采用扁平化绕组结构能够显著提升变压器的性能。进一步研究多层绕组结构后,提出了一种全新的绕组分层结构,使变压器整体体积较传统绕组分层结构降低了约20%。通过对比不同绕组结构在串并联情况下的仿真结果,发现这种新型绕组分层结构可将耦合系数最多提高41%,并将损耗最多降低40%。

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  一种被动传输剩余电压的高速SAR ADC
  作者李新, 王扬, 杨森林.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 278-284. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1422
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  针对传统二步式逐次逼近型模数转换器(SARADC)的余量放大器引起的带宽和失配问题,提出了一种8bit_450MSPs的高速SARADC,利用基于被动传输剩余电压的二步式SARADC架构。第一级模数转换器(ADC)在信号的粗转换过程中直接无衰减地向第二级ADC传输余量信号,避免了余量放大器的使用。节省了传统二步式结构放大剩余量信号造成的时间和功耗的浪费,解决了余量放大器失配造成的带宽失配等问题。利用两个第二级子ADC乒乓工作保证了信号转换过程的连续性。子ADC使用电容分裂式电容整列数模转换器(CDAC)和多比较器结构,进一步提高了转换速率。基于40nmBCD工艺,在1.1V电源电压下实现了450MSPs的采样率、51.8dB的信噪比(SNR)、46.5dB的信噪失真比(SNDR)、59.8dB的无杂散动态范围(SFDR),芯片整体功耗为2.44mW。

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  可自动调节基准值的电容式触摸检测电路
  作者刘勇, 倪屹, 赵海, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 285-291. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1470
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  目前,电容式触摸检测电路大多依赖软硬件协同工作,其抗干扰性能高度依赖于算法,存在功耗较高、适用性较差等问题。通过将电容的比较和抗干扰完全交由硬件电路实现可以解决这一难题。硬件上通过加法器对检测到的电容值与基准值进行实时比较,并根据外界环境变化动态刷新基准值,软件处于睡眠状态也可以正常工作。此外,电路整体面积也进一步优化。仿真以及流片测试结果表明,该设计电路能有效解决“误触发”以及“难触发”问题,电路可检测到电容最小变化值为0.78125%,即等效于一个7位的ADC,静态电流为26μA,温度-40~120℃下都可以正常工作,可以随外界环境自动校准基准值。

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  基于电荷的GFET 等效噪声电路建模
  作者张家浩, 韩宾, 武志翔.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 292-300. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1541
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  针对GFET器件中杂质和缺陷引起的本征通道不均匀而导致传统噪声模型拟合度较差的问题,提出了一种基于电荷的石墨烯场效应晶体管(GrapheneFieldEffectTransistors,GFET)等效噪声电路模型。首先考虑了GFET器件非互易性的影响,通过在小信号等效电路中引入电荷受控源来模拟器件在相关偏置条件下本征通道电荷传输特性,并从S参数中提取小信号模型参数,建立基于电荷的小信号等效电路模型。然后对GFET的高频噪声特性分析,采用PRC模型方法进行表征,噪声去嵌技术获取噪声模型参数,进一步建立基于电荷的GFET等效噪声电路模型。最后,在1~50GHz的频率范围内评估其射频性能,得到S参数最大误差仅为2.2%,最小噪声系数平均误差为1.2%,并将截止频率、噪声参数等射频指标与实验数据比较,验证了所提出模型的有效性和实用性。

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  一种降低开关电源EMI的混合扩频电路
  作者曹倡源, 栾苏珍.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 301-308. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1499
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  针对传统周期扩频调制易产生人耳可闻噪声以及随机扩频调制频率阶跃变化大的问题,设计了一种用于开关电源的混合扩频电路。该电路产生的调制信号,结合周期三角波调制和随机调制的频率特性,减小了开关频率的阶跃变化并增强了随机性。在提升电磁干扰(EMI)抑制效果的同时,可避免人耳可闻噪声。混合扩频电路主要由周期电流部分和随机电流部分组成,通过两种电流叠加对电容进行充放电来实现调制信号频率的混合变化。理论分析和Simulink仿真证实,该混合调制信号能有效抑制EMI。最后基于TSMC0.18μm工艺搭建了采用混合扩频电路的Buck变换器进行测试验证。结果表明,Buck电感电流纹波减小且EMI能量尖峰得以分散到其他频率范围,在500mA负载电流稳定工作时,EMI幅值最高降低约13.03dB,可为低EMI电源芯片设计提供参考。

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  透明车载多频天线的研究与设计
  作者叶迅言, 林福民.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 309-314. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1471
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  为提升车载通信天线的美观度和集成度,设计了一种采用金属网格材料的透明车载多频天线,使天线能够巧妙地融入汽车玻璃等透明表面。该天线通过不对称共面波导进行馈电,同时通过对单极子天线进行弯曲、开槽等技术实现天线的多频宽带,天线整体尺寸为100mm×40mm×1.1mm。天线通过使用金属网格透明材料与透明基板相结合的方式实现高透光性。实测结果表明,天线在车载通信工作频段内阻抗匹配良好,回波损耗均小于-10dB,工作频段内的最大增益是4.9dB,实测数据与仿真数据基本吻合,具有较好的一致性。该天线具有结构简单和高透光性的特点,在车载领域具有广泛的应用场景。

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  一种X波段一维宽带镜像对称相控阵天线设计
  作者刘恒超, 汪洁, 王潮涌, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 315-321. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1454
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  设计了一种适用于X波段可实现一维大角度波束扫描的宽带微带相控阵天线。该一维相控阵天线由镜像对称的矩形微带天线阵列以及相对应的馈电网络组成。设计采用在微带贴片天线单元表面开设多个U型槽,从而增加谐振点并改善阻抗匹配的方法,实现拓宽微带贴片天线的工作带宽;又采用线阵列镜像对称的排布布局,解决了非对称开槽带来的相控阵天线差波束恶化问题。仿真设计与测试结果表明,该天线的驻波比带宽为8.65~10.25GHz,相对工作带宽可达17%;在工作频率范围内天线增益变化稳定且大于15.3dBi;可实现±53°的一维波束扫描;具有良好的和差波束特性。该相控阵天线剖面低、结构紧凑、性能良好,可适用于雷达检测、测向等诸领域。

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  负磁超材料增强的柔性高增益能量收集天线
  作者王霞, 高建, 薛凯涵, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 322-330. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1456
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  为了实现无源物联网应用中小型化、柔性、高增益电磁能量收集天线,设计了一种负磁导率超材料结构,研究负磁导率超材料与天线组合提升增益的有效方法。首先在单极子天线嵌入开口谐振环结构形成共面波导天线,然后在背面加载负磁导率超材料结构作为寄生贴片,利用其磁谐振特性激发更强的表面电流,从而改善辐射效率,提高天线的增益,同时,对负磁导率超材料结构对天线增益提升的影响因素进行了深入分析。利用聚酰亚胺作为天线的基底材料加工制备,天线的工作频段为890~920MHz,天线的大小为54mm×63mm×0.22mm。实验结果表明加载负磁导率超材料结构之后,天线的增益明显提高,峰值增强了1.5dBi,在915MHz下,天线的增益为3.1dBi。所提出的天线具有高增益、低剖面、结构紧凑可弯折的特性,适用于无源物联网场景。

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  新型抑制剂AMT对Cu/Ru/TEOS去除速率选择性的影响
  作者尤羽菲, 马慧萍, 周建伟, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 331-337. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1520
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  Ru阻挡层化学机械抛光主要面临着Ru去除速率较低和难以实现较好的Cu/Ru/TEOS去除速率选择比两项问题。为了解决上述问题,基于KIO₄-K₂S₂O₈双氧化剂体系,通过引入新型抑制剂AMT进一步提升Ru去除速率及表面质量,并改善Cu/Ru/TEOS选择比。抛光实验验证了在KIO₄-K₂S₂O₈体系中引入AMT后可以调节Cu/Ru/TEOS的去除速率选择比。通过AFM测试将引入AMT前后Ru的表面质量进行对比,表明在KIO₄-K₂S₂O₈体系中引入AMT能够改善Cu/Ru的表面粗糙度。碟形坑、蚀坑测试实验验证了AMT的引入对碟形坑、蚀坑具有修正作用并揭示了AMT在Ru阻挡层CMP过程中的作用机理。最终Cu/Ru/TEOS速率选择比达到1∶1.3∶1.7,并且此时碟形

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  回流峰值温度对Sn-40Bi-1Ag-0.5Cu无铅焊膏性能的影响
  作者郑越, 徐冬霞, 徐深深, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 338-346. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1485
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  为提高Sn-Bi系焊膏焊点长期服役的可靠性,选用Sn-40Bi-1Ag-0.5Cu低温无铅焊膏,探究回流温度对焊膏坍塌性、显微组织和剪切强度的影响。结果表明:在回流焊工艺中,当保温区间为100~110℃,保温时间为110s时,回流峰值温度对焊点性能影响较大,焊点铺展率和剪切强度均随回流峰值温度的增加呈先升高后降低的趋势;当回流峰值温度为195℃时,焊点形貌光滑,铺展率最大为86.35%,IMC层厚度适中且致密,剪切强度最高为32.26MPa。因此根据焊膏综合性能确定Sn-40Bi-1Ag-0.5Cu低温无铅焊膏最佳回流峰值温度为195℃。

综述与评论

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  微电子封装领域中纳米银的研究进展
  作者黄江潇, 张新孟, 王秀峰.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(3): 347-362. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1542
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  纳米银具有优异的异质界面导电性、高比表面积、高透光性以及高导热性等性质,对下一代微电子封装领域中引线键合、触头触点等关键应用场景中的器件性能提高具有重要的应用价值。重点聚焦了纳米银的结构与性能优势,系统综述了其制备技术发展动态与应用场景的适配性规律,阐述了物理合成法与化学合成法的粒径调控机理及工艺兼容性特征。详细介绍了纳米银浆、纳米银线和纳米银膜在高功率器件、传感器、柔性电子器件等应用领域的研究进展,分析了纳米银在实际应用中由电化学迁移引发的电阻异常、热循环载荷导致的热致损伤和静电积聚造成的介电击穿等失效问题,并提出改进措施,展望了纳米银材料在微电子封装领域的发展前景。