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超快激光沉积疏松纳米复合材料及其高温高可靠性连接应用
结题报告
批准号:
51775299
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
刘磊
依托单位:
学科分类:
E0508.成形制造
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
Yunhong Zhou、沈道智、Guanlei Zhao、Noor Suhana、冯斌、任辉
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中文摘要
SiC功率电子器件有望在300℃以上使用,可大幅提升新能源、高铁、智能电网等领域关键器件的性能和可靠性,但耐高温芯片的连接仍是国际上尚未解决的难题。本项目提出利用超快激光烧蚀制备纳米复合材料,将其直接沉积到芯片待连接表面,保留其纳米尺度特征并形成疏松多孔结构,利用其纳米尺寸效应实现低温连接(<300℃)高温服役(>300℃),利用其纳米复合材料中的增强相调控热膨胀系数进而提高器件可靠性,利用其疏松性实现连接层的塑性变形进而自适应填充,同时不存在焊膏中的有机物进而将大大降低连接层中的气孔率。该电子封装材料制备与连接新方法的优势是:增强相均匀性和比例可控(在线可控沉积)、材料选择宽(超快激光可烧蚀几乎任何材料)、成本低(耗材仅为宏观材料)、半导体工艺兼容。项目从材料制备、连接工艺、可靠性三方面形成工艺链闭环,从疏松纳米复合材料制备原理、变形机制、连接及断裂机理、老化失效等多角度进行基础研究。
英文摘要
SiC power electronics can be used above 300℃. It will significantly enhance the performance and reliability of electric vehicle, high speed train, smart electric grid, etc. However, the bonding technology of the SiC chip die attach is still a global problem. This project proposes a new technology: Ultrafast laser deposition of nanocomposite film with loose network structure for high reliability bonding. The nanocomposites thin film are directly deposited on the SiC die surface. The nano size effect allows for low temperature bonding (<300℃)and high temperature service (300℃). The loose network structure has excellent plastic deformation, making the material fill the bond gap. No organic materials in the bonding interface make it has no gases trapped. This technology is controllable (deposition), broad material selection (ultrafast laser can ablate almost any solid material), low cost (only bulk material as consumable) and semiconductor compatible. This project contains the whole process chain, including material preparation, bonding process, and reliability test. The research contain includes the mechanisms of nanocomposites material deposition, deformation, bonding, fracture and reliability.
SiC功率电子器件有望在300℃以上使用,可大幅提升新能源、高铁、智能电网等领域关键器件的性能和可靠性,但耐高温芯片的连接仍是国际上尚未解决的难题。项目提出了超快激光沉积疏松多孔纳米复合材料用于芯片连接的新方法,实现了芯片的低温连接(250℃)高温服役(300℃),在300℃高温保存1000小时后接头强度仍满足美国军标。在沉积层设计方面超薄Ag层有效提高了复合材料的连接强度,在材料体系设计方面开发了连续多孔Ag+树脂填充纳米复合材料实现了高导热低杨氏模量,在热性能方面开发了人工智能导热率预测技术实现了误差为10%的导热率预测。相关衍生技术已写入华为公司标准流程SOP。项目拓展了疏松复合纳米材料的应用,创新性地构筑了受贝壳珍珠层启发的砖-泥式固液双相薄膜并用于柔性应变传感,相较过往基于液态金属或其复合物的柔性应变传感器,该型器件在保有大量程(>85%应变)的同时使灵敏度实现了数量级的提升。.在项目执行期间,项目负责人2021年入选教育部青年长江学者,获2019年度教育部自然科学二等奖(第二完成人)。2018年起兼任中国焊接学会副秘书长(副总干事)、理事(委员),IIW国际焊接学会微纳连接委员会(C-VII)激光微纳连接分委会副主席。做大会报告/邀请报告5次,国际会议组织委员1次。在国际期刊上发表SCI论文24篇,包括发表在Adv. Funct. Mate(IF18.808)。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2021
期刊:中国激光
影响因子:--
作者:邓钟炀;贾强;冯斌;刘磊
通讯作者:刘磊
DOI:--
发表时间:2021
期刊:中国激光
影响因子:--
作者:林路禅;邢松龄;霍金鹏;肖宇;彭鹏;沈道智;刘磊;邹贵生
通讯作者:邹贵生
Mechanical properties and microstructure of low temperature sintered joints using organic-free silver nanostructured film for die attachment of SiC power electronics
使用无有机物银纳米结构薄膜用于 SiC 电力电子器件芯片连接的低温烧结接头的机械性能和微观结构
DOI:10.1016/j.msea.2020.139894
发表时间:2020-08-19
期刊:MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
影响因子:6.4
作者:Wang, Wengan;Zou, Guisheng;Liu, Lei
通讯作者:Liu, Lei
Femtosecond Laser Irradiation-Mediated MoS2-Metal Contact Engineering for High-Performance Field-Effect Transistors and Photodetectors
用于高性能场效应晶体管和光电探测器的飞秒激光辐照介导的 MoS2 金属接触工程
DOI:10.1021/acsami.1c12685
发表时间:2021-11-17
期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:9.5
作者:Huo, Jinpeng;Xiao, Yu;Liu, Lei
通讯作者:Liu, Lei
DOI:10.1039/c9nr10690a
发表时间:2020-02
期刊:Nanoscale
影响因子:6.7
作者:Luchan Lin;Jinpeng Huo;Peng Peng-Peng;G. Zou;Lei Liu;W. Duley;Y. Zhou
通讯作者:Luchan Lin;Jinpeng Huo;Peng Peng-Peng;G. Zou;Lei Liu;W. Duley;Y. Zhou
非经典分泌因子S100A8/A9的分泌机制研究
  • 批准号:
    92253302
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
蛋白质合成化学新技术及泛素化修饰合成、编辑与功能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    800万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
基于骨架改性化学的蛋白质化学全合成仪器研制
  • 批准号:
    22227810
  • 项目类别:
    国家重大科研仪器研制项目
  • 资助金额:
    891.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
基于组装-连接-反馈一体化平台的超快激光纳米异质连接及界面能带调控
  • 批准号:
    92253302
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
人工智能辅助的镜像蛋白多肽药物设计和定向进化
  • 批准号:
    22137005
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    306万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
非经典泛素修饰蛋白的化学合成方法及应用
  • 批准号:
    91753205
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    300.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
蛋白质化学合成与生物学应用
  • 批准号:
    21532004
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    300.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
超快激光制备有序微纳米表面结构及其改善钎焊的机理研究
  • 批准号:
    51405258
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
光敏控制的构象锁定寡肽作为信号转导研究探针
  • 批准号:
    91013007
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
新型多肽片断连接方法用于蛋白质的全合成
  • 批准号:
    20842003
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    8.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
国内基金
海外基金