柔性电子3D封装
01
项目介绍
柔性混合电子背景：
将新型柔性电子技术和硅技术相结合的混合柔性电子技术可用于可穿戴设备、软机器人、超薄显示器、医疗保健等领域, 以满足高性能和低数据延迟的大面积柔性电子要求; 但仅凭当前的硅技术或现有柔性电子印刷技术很难拥有这种混合属性, 而将两种技术组合开发的混合器件是一种切实可行的方法; 为此, 将传统硅芯片或超薄芯片UTC与柔性电子相结合的柔性混合电子FHE或异构集成正引起业内极大兴趣, 而可靠的微尺度3D互连是实现这种高性能柔性混合电子系统的关键工艺;
传统键合工艺局限：
传统引线键合如热压、热超声和超声波键合引入0.2到1.5N的机械力, 以及200-400°C高温, 而大多数柔性基材在外力和高温下变得不稳定; 传统的UTC技术如倒装芯片FC组装、UTC封装UTCP和硅通孔TSV, 其技术缺点在于需要传统MEMS制造设备和化学蚀刻等, 这些都会增加工艺复杂性和成本;此外, FC局限性在于不适用于面向上的器件如压力传感器, UTCP不适合散热, TSV需要铜Cu, 但铜的热膨胀系数与硅的不匹配, 会导致晶片翘曲; 为摆脱这些困难因素, 项目采取了常温下直写工艺, 作为一种单步增材加法, 直写技术比传统键合更直接简单、更加灵活、且更具成本效益;
项目成功创新点：
BEST团队使用了一种基于超高粘度浆料获得超高分辨且能进行微观3D复杂表面直写技术, 以实现柔性混合电子系统微尺度下的可靠互连键合; 从溢鑫科创公司高分辨直写设备(1-10µm线宽)挤出的高粘度银浆(>10万cP/82wt%固含量)用于将UTC 35µm厚上的MOSFET与柔性电路上的3D Pad焊盘相连，器件在减薄、键合和弯曲后的性能均没有显著变化, 接下来篇幅将介绍实验过程及可靠性测试结果.
02
实验阶段
本项目使用4×4 MOSFET矩阵的厚度约为520µm硅芯片, 为了实现柔性, 采用PMMA研磨工艺来减薄MOSFET芯片, 在减薄前, 芯片器件侧旋涂约为20µm厚的PMMA牺牲保护层, 然后通过低应力蜡牢固地附着在样品架上; 减薄后芯片厚度从520µm减小到35µm；
3D互连部分使用溢鑫科创高分辨直写设备, 其使用10万cps超高粘度82%高固含量的浆料而非低粘度油墨获得1um或更小的分辨率, 高粘度浆料可以保障优异高宽和稳定性从而获得高导电率和高可靠性的3D键合效果, 且此技术无惧复杂不规则表面可轻松进行微尺度3D直写; 下图可体现这种技术在柔性混合电子复杂不规则3D表面高分辨直写独特能力:
03
可靠性测试
器件表征结果: a.减薄前后的传递函数; b.细化前后的输出函数; c.Vd=0.5V减薄后的正偏压应力研究; d.从PBS中提取的阈值-黑色和亚阈值-红色值; e.减薄后的负偏压应力研究Vd=0.5V; f.从NBS中提取的阈值-黑色和亚阈值-红色值；
并对芯片薄化前后的关键MOSFET性能参数如迁移率、电流开/关比等进行了定量比较:
打印前后的器件特性: a. 传递函数; b. 输出功能; c. 流动性; d. 阈值和亚阈值电压:
在Bonding和弯曲条件下通过打印互联后的器件表征a，b: 减薄后；c、 d: 打印3D互联后:
结论：在弯曲条件下(40mm)测试了MOSFET和3D互连的机械和电气鲁棒性; 电学测量表明, 互连和MOSFET器件都具有出色的稳定性和可靠性; 因此，此项目所用的高分辨微尺度3D互联工艺(溢鑫科创www.micro-nanotech.com)在通过高分辨增材打印在柔性基材上实现具有鲁棒性和成本效益的3D互连的柔性混合电子器件方面显示出良好的潜力和优势.
04
此项目设备
柔性混合电子高分辨微尺度3D直写：
13636694894
相关资源及文献链接●●
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｜实用强应用广的柔性微电子直写技术
