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《自然·通讯》：利用三维导热网络和电热制冷协同效应的芯片热管理装置

随着5G芯片的高速发展，高效和精确的热管理成为重大挑战。经典的被动散热系统利用空气或液体的强制循环将热量递送到外部。固态电卡制冷先进技术利用铁电材料充/放电过程中可逆的温度变化，可逆着温度梯度搬运热量，具有零温室效应潜能、高效、系统紧凑等特点，在实现双碳目标下极具发展潜力。

柔性的铁电聚合物材料电卡性能优异，然而导热性能不佳，制冷需要的电场较高，降低器件长期服役的稳定性。沈群东教授课题组构筑了铁电聚合物和导热材料的互穿网络，将电卡性能和热导率同步提高了2倍以上。在电场驱动下，铁电聚合物中的偶极倾向于有序化而释放出热量形成热点。嵌入聚合物中的三维连续导热网络增加了可操纵偶极的数量，显著降低制冷循环期间切换偶极取向状态时所需的电能；同时开辟了热量高速传导的通路，使冷/热区域快速传输成为可能，解决了聚合物固有的低热导带来的界面接触散热缓慢的难题。团队还构建了基于电卡智能材料和电磁驱动机制的芯片冷却设备原型，为下一代智能微电子器件的精确定点热管理提供了可行的解决方案。

研究者设计制备了一种利用三维无铅铁电陶瓷互穿网络来调节弛豫型铁电聚合物的导热性能和电制冷性能的通用而实用的方法。在聚合物基体中引入三维CNet不仅增加了极性纳米结构域的数量，还增加了极性/非极性相和陶瓷网络/聚合物的界面面积，从而增加了低场下的可操作熵。另一方面，连续的三维网络结构在纳米畴成核形成的“热点”处开辟了声子的高速热传导路径，使电热层中的快速冷/热传输成为可能。

出版信息

标题:

Thermal management of chips by a device prototype using synergistic effects of 3-D heat-conductive network and electrocaloric refrigeration

出版信息:

Nature Communications，04 October 2022

DOI:

10.1038/s41467-022-33596-z

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空间中心研发出集成电路缺陷激光定位装置

航天产品的质量和寿命取决于产品设计、研制生产和试验测试全流程的可靠性，而集成电路安全可靠是航天电子系统在轨稳定工作的基础。现代集成电路制造流程中，工艺制造和设计环节均可引入芯片缺陷，在使用过程中可导致失效等。随着芯片集成度的提高，芯片正面的金属互连层不断增加，倒封装工艺得到广泛应用，从芯片正面定位缺陷位置变得愈发困难。

目前，利用激光从背部开封装的芯片进行的非接触式无损缺陷定位技术，在集成电路静态/动态缺陷定位领域得到广泛应用。热激光定位（TLS）和电光频率映射（EOFM）是两种典型的非接触式缺陷定位技术。TLS利用激光热效应对半导体器件材料进行局部加热，改变其电阻特性，实现静态缺陷定位。EOFM利用器件内部处于不同动态工作状态晶体管与入射激光的电光调制效应，通过接收反射光信号对电路进行频域图像分析，实现动态缺陷定位。随着集成电路工艺的飞速进步，对缺陷分析定位的速度和灵敏度要求不断提升，相应的TLS和EOFM理论模型和技术手段需要不断优化发展，亟须发展该领域自主可控的测试装置。

中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术院重点实验室空间环境效应研究室致力于激光与集成电路相互作用机制和试验测试技术研究。2006年，空间中心自主研制了国内首台单粒子效应纳秒脉冲激光模拟装置；其后，研制了皮秒脉冲和飞秒脉冲激光单粒子效应试验装置，其性能和功能参数均已达到国际先进水平。在此研究基础上，研究团队针对TLS研究提出了全新的综合理论模型，并依据此模型自主搭建了激光热激发定位集成电路缺陷装备，定位精度为0.5μm。

在传统的EOFM技术基础上，科研团队提出了一种新的基于同轴显微镜的定位集成电路内部功能单元的频率映射方法，自主搭建了集成电路缺陷检测电光探针测试装备。目标电路以设定工作频率工作，通过分析反射激光的频率特性，准确定位目标电路功能区域及可能的缺陷位置。研究提出的同轴显微镜设计提供了良好的光斑质量和信噪比，可定位工作电流低至10-10A的芯片内部工作区域。

此外，研究团队依托自主研发的电光探针测试装备，探究器件电光信号的产生机制并提出一个理论模型，可精确计算器件内部节点的电压信息，模型计算结果和试验结果吻合较好。

出版信息

标题:

Preliminary Study on Detecting the Internal Voltage Values of Integrated Circuits Based on Electro-Optical Frequency Mapping

出版信息:

Applied Sciences，24 January 2022

DOI:

10.3390/app12031188

转自：“科研之友 ScholarMate”微信公众号

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