1 电子封装材料
1、Small：用于电磁波吸收、热管理和阻燃的多功能环氧基电子封装材料MDCF@LDH/EP
新一代集成电路尺寸急剧减小，功率密度不断攀升，导致电磁干扰和热失效严重阻碍了聚合物基电子封装材料的应用。
近日，华中科技大学的研究人员报道了一种具有高电磁波吸收率、导热性和阻燃性能的多功能环氧基复合材料（三聚氰胺衍生碳泡沫@层状双氢氧化物/环氧树脂，MDCF@LDH/ EP）。在这种材料中，多孔结构和异质界面的协同作用促进了电磁波的多重反射、吸收和介电损耗。在仅10 wt%的填充下，可实现−57.77 dB的低反射损耗和7.20 GHz的有效吸收带宽。同时，由于高度连续的3D三聚氰胺衍生碳泡沫（MDCF）为声子的传输提供了广泛的路径，环氧的热导率提高了241.4%。此外，这种复合材料还表现出很高的热稳定性和阻燃性，使其成为一种有应用前景的电子封装材料。该项研究以“Multifunctional Epoxy-Based Electronic Packaging Material MDCF@LDH/EP for Electromagnetic Wave Absorption, Thermal Management, and Flame Retardancy”发表于Small上。
图1. MDCF@LDH/EP导热机理及与纯环氧树脂导热性能的比较
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https://doi.org/10.1002/smll.202204303
2、IEEE T. Comp. Pack. Man.：使用聚二甲基硅氧烷的柔性扇出晶圆级封装中面内和面外芯片偏移研究
扇出型晶圆级封装（FOWLP）中的芯片偏移问题影响了封装的扩展和性能，它不仅限制了导线间距，还会导致良率降低和可靠性问题。
最近，加利福尼亚大学洛杉矶分校等机构的研究人员通过FlexTrate中的数值和实验分析系统地研究和预测了面内和面外的芯片偏移。FlexTrate是一种基于FOWLP的柔性混合电子（FHE）平台，用于柔性异构集成。通过模拟成型工艺（流体分析探讨剪切力）和基体固化收缩（热力学模拟PDMS的固化过程）研究了面内芯片偏移，揭示了芯片尺寸、芯片间距、芯片厚度和PDMS厚度对芯片偏移的影响。结果表明，与其他因素相比，较小的芯片尺寸对偏移的影响更大，预测与实验结果的比较也证实了这种方法的有效性。此外，面外芯片偏移实验表征也揭示了高温过程的有害影响。该研究揭示了影响芯片偏移的各种因素，推动了FHE平台更广泛的应用。相关研究以“Comprehensive Investigation of In-Plane and Out-of-Plane Die Shift in Flexible Fan-Out Wafer-Level Packaging using Polydimethylsiloxane”发表于IEEE T. Comp. Pack. Man.上。
图2. FOWLP中的面内和面外芯片偏移
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DOI 10.1109/TCPMT.2022.3207031
3、IEEE T. Comp. Pack. Man.：采用金线键合互连的用于长期高温应用的SiC集成电路芯片的3D堆叠
碳化硅集成电路（SiC IC）已被证明可以在高温下工作，例如在约460°C的条件下持续工作两个月，或在500°C的条件下工作超过一年。在这样的高温下工作的SiC集成电路和传感器的封装方式与工作温度低于300°C时完全不同。此外，3D封装可以将更多的器件集成到有限的高温封装电路板中。
近日，爱达荷大学的研发人员对使用金线键互连的3D堆叠SiC芯片进行了研究。使用金键合线是由于其在高温下的机械坚固性和化学惰性。3D堆叠的SiC芯片彼此键合，又通过丝网印刷的金浆粘合到氧化铝基板的金导电盘上。在空气中进行长达10天的600°C热老化过程前后，分别对3D SiC芯片封装进行机械剪切测试、拉线测试和互连电阻测试，发现这种3D SiC芯片封装可以在高温（高达600°C）下长时间工作，这为其在金星表面传感和遥测等应用带来了可能。该文章以“3D Stacking of SiC Integrated Circuit Chips with Gold Wire Bonded Interconnects for Long-Duration High-Temperature Applications”发表于IEEE T. Comp. Pack. Man.上。
图3. 基于引线键合的3D SiC IC封装示意图
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DOI 10.1109/TCPMT.2022.3210477
4.J. Electron. Packaging：印刷再布线层（RDL）的烧结纳米银键合焊盘的可焊性和可靠性
再布线层 （RDL） 是先进封装的一个关键赋能技术，通常使用光刻工艺在晶圆尺度上制造。
近日，香港科技大学的研究人员研发了一种通过加成制造（additive manufacturing，AM）实现RDL的替代方法，该方法可实现在单一芯片上制造RDL。通过焊球剪切测试和芯片剪切测试评估焊点的机械完整性，并利用高温贮存测试和湿度测试对焊点的可靠性进行评价，发现通过AM方法制造的Ag焊盘与表面贴装技术（SMT）兼容，在Ag焊盘上实现了可靠的焊点，在高温高湿条件下老化后，Ag3Sn金属间化合物层厚度和机械强度均无显著变化，没有观察到早期焊点失效。该研究为未来在烧结纳米Ag焊盘上形成焊点提供了有用的参考。相关研究内容以“Solderability and Reliability of Sintered Nano-Ag Bond Pads of Printed Re-Distribution Layer (RDL)”发表于J. Electron. Packaging上。
图4. 焊球剪切测试断裂面结果
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https://doi.org/10.1115/1.4055840
2 电介质材料
1、Adv. Electron. Mater.：一种新兴的矿物基介电材料——固有的介电特性及其调制
在现代电子电气系统中，高介电常数铁电纳米颗粒增强的高能量密度聚合物纳米复合材料具有巨大的储能应用潜力。然而，进一步获得具有更高击穿强度（Eb）和放电能量密度（Ue）的聚合物纳米复合材料至关重要。
近日，中南大学等机构的研究人员基于调整复合材料中从填料中心到周围基体的介电常数可以降低局部电荷浓度的思路，通过选择性诱导将二氧化钛插入多层硅酸铝中来构建梯度介电常数缓冲层，显著降低了铁电颗粒周围的电荷密度，提高了聚合物纳米复合材料的能量密度和击穿强度。此外，密度泛函理论（DFT）计算揭示了缓冲层与聚合物（偏氟乙烯共聚六氟丙烯）之间的活性电荷转移。采用有限元方法模拟了空间电荷密度分布，验证了纳米复合薄膜的介电击穿实验结果。这项工作为平衡能量密度和击穿强度之间的耦合关系提供了一种新的策略。该研究以“An Emerging Mineral-Based Dielectric Material: Intrinsic Dielectric Properties and Modulated”发表于Adv. Electron. Mater.上。
图5. 填充钛酸钡（BT）及填充斜长石/二氧化钛（Rec-Ti）/钛酸钡（BT）的聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯（P（VDF-HFP））空间电荷、空间电荷密度、电势的模拟分布
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https://doi.org/10.1002/aelm.202200730
3 热管理材料
1、ACS Appl. Mater. Interfaces： 用于柔性电子热管理的具有高面内热导率的AWI组装TPU-BNNS复合薄膜
热管理一直是柔性/可伸缩电子器件的关键问题。由于导电填料之间的纳米接触电阻以及填料与聚合物基体之间的界面电阻较大，在重复变形过程中往往会产生大量多余的热。
近期，青岛大学等机构的研究人员报道了一种基于空气/水界面（air/water interfacial，AWI）组装方法的可拉伸热塑性聚氨酯（TPU）-氮化硼纳米片（BNNS）复合薄膜，该复合薄膜具有较高的面内热导率，能够作为热管理材料应用于刚性及柔性电子器件。在2000多个弯曲释放循环过程中，覆盖这种复合薄膜（30 wt%BNNS）的柔性导体的平均饱和表面温度约为40.8±1°C（比纯TPU低10.5°C）。此外，还测试了拉伸条件下该复合材料的散热性能。结果表明，这种TPU-BNNS复合薄膜是下一代高功率密度柔性/可伸缩电子器件的候选热管理材料。该研究以“AWI-Assembled TPU-BNNS Composite Films with High In-Plane Thermal Conductivity for Thermal Management of Flexible Electronics”发表在ACS Appl. Mater. Interfaces上。
图6. 复合薄膜的制造工艺示意图及重复弯曲-释放过程中饱和表面温度波动情况
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https://doi.org/10.1021/acsami.2c12386
4 电磁屏蔽材料
1、Compos. Part A：具有优异电磁屏蔽和光/电/磁-热转换和存储能力的夹层结构多功能复合薄膜
具有抗电磁干扰（EMI）、有效热管理、稳定性和耐久性的便携式和耐磨材料在现代电子工业中备受追捧，但其开发仍极具挑战性。
近日，华中科技大学的研究人员通过使用一种简单的交替真空辅助过滤方法，制备得到具有夹层结构的聚乙烯醇（PVA）/MXene/银纳米线（Ag-NWs）/相变微胶囊（PCCs）复合薄膜，从而巧妙地将PCCs的热管理功能与MXene和Ag-NWs的电磁屏蔽功能相结合。这种复合薄膜在保持较高焓值（165.7 J/g）的同时，在X波段表现出优异的EMI屏蔽效能（69.24 dB）。此外，引入的多层夹层结构提高了薄膜的热导率和柔韧性。更重要的是，这些薄膜可以有效地将太阳能、电能和磁能转换为热能，并将其存储为PCC产生的潜热，从而拓宽使用场景。这项工作为构建具有出色EMI屏蔽和热管理性能的MXene基可穿戴设备提供了一种新的策略。研究论文以“Sandwich-structured multifunctional composite films with excellent electromagnetic interference shielding and light/electro/magnetic-to-thermal conversion and storage capabilities”发表于Compos. Part A上。
图7. 具有先进热管理和电磁屏蔽性能的多功能夹层结构薄膜及其潜在应用
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https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.107178
5 热电材料
1、Nano Energy：基于锯齿状MoS2纳米带的高性能压电热电器件
由于压电和半导体特性的耦合，压电电子和压电光电子器件具有较高的性能。应变诱导的极化可以有效地调节低维结构中的能带结构和电导率，进而有效地调节和控制界面或结区载流子的输运过程。
最近，电子科技大学等机构的研究人员从理论上研究了压电电子学效应对MoS2锯齿形纳米带热电性能的影响。结果显示，当应变高于−2.6%时，应变诱导的极化可以显着改善热电性能。压电热电器件的热电效率（ZT）和塞贝克系数（S）分别可提高44倍和6倍。这项工作不仅研究了压电电子学效应对热电性能的影响，而且为设计高性能热电器件开辟了一条新途径。相关研究工作以“High performance piezotronic thermoelectric devices based on zigzag MoS2 nanoribbon”发表于Nano Energy上。
图8. 不同应变下塞贝克系数S和热电优值ZT与化学势μ的函数关系
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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107888