Heterogeneous System Integration of Flexible Electronics Based on Multi-Scale Stress Engineering

基于多尺度应力工程的柔性电子异构系统集成

• 批准号: 19KK0101
• 负责人: 福島 誉史
• 金额: $ 11.73万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-10-07 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19KK0101/
• 关键词: 応力制御; FHE; 人工網膜; 三次元実装; TSV; フレキシブルデバイス; 無線給電; 埋め込みデバイス; 応力解析; 応力エンジニアリング; ウエハレベルパッケージ; PDMS; マイクロXRD; FOWLP; 応力; 高分子材料; 3D-IC; フレキシブルコイル

大きなチップの機能ブロックを分割した小型のチップを柔軟な樹脂に埋めこんで平坦化した新しい高集積フレキシブルシステムの作製技術の確立を目指し、分子レベル、材料レベル、システムレベルの視点から見たマルチスケールの応力解析を目的としている。鍵となるのはポリジメチルシロキサン（PDMS)と呼ばれる生体適合性の高い樹脂中に小型化したチップ（チップレット）を分散して埋め込み、ウエハレベルパッケージングで柔軟性を付与させる集積化手法にある。エラストマーに内蔵されたチップと多層配線の境界が最も強い応力を受けるため、そこの応力緩和がシステムの実証には必要不可欠である。小さい曲げ半径(1mm以下)と高い繰り返し曲げ耐性(10,000回以上)を有する高集積フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクス（FHE）の作製を目標とし、マルチスケール応力エンジニアリングを援用して高い信頼性を実現可能なデザインルールを導くことを第一の目的とする。SPring-8やJ-PARC(大強度陽子加速器施設)を利用し、応力緩衝層と配線の界面を対象に独自の2つの解析を行う。1つは、曲げ応力により誘発される金属配線の格子定数変化を曲率の異なる試験片からμXRD(微小部X線回折)で測定する。もう1つは、応力緩衝層を構成する高分子の絡み合い密度の低下から極小クラックを発生する過程で生じる炭素原子密度の減少と配向度をX線CTとμSANS(中性子光小角散乱）により検出する。ひずみセンサやμラマン分光も併用し、高集積FHEの破断につながる大きな塑性・脆性変形を予測する。

目的是建立一种制造新的高度集成的柔性系统的技术，在该系统中，一个具有大型芯片功能块的小芯片嵌入了柔性树脂中以使其变平，目的是从分子，材料和系统级别的角度来分析多规模视图的压力。关键是一种集成方法，其中将微型芯片（胸骨）分散并嵌入在称为聚二甲基硅氧烷（PDMS）的高度生物相容性树脂中，然后通过晶圆包装给予灵活性。内置在弹性体中的芯片与多层接线之间的边界受到最大的压力，因此，应力放松对于系统演示至关重要。目的是用较小的弯曲半径（小于1毫米）和高重复的弯曲电阻（超过10,000次）制造高度集成的柔性混合电子（FHE），其主要目的是得出可以通过协助多规模应力工程来实现高可靠性的设计规则。使用Spring-8和J-PARC（大强度质子加速器设施），在应力缓冲层和接线之间的界面进行了两个独特的分析。首先，通过μXRD（微零件X射线衍射）从具有不同曲率的样品中测量了弯曲应力诱导的金属接线的晶格常数的变化。另一个是碳原子密度的降低以及在产生最小裂纹过程中发生的取向程度，这是由于X射线CT和μSAN检测到的组成应力缓冲层的聚合物的纠缠密度的降低（中子光光子小角度散射）。应变传感器和μ-raman光谱法相结合，以预测大型塑料和脆性变形，从而导致高度整合的FHE断裂。

项目成果

Wafer-Level 3D Wrinkling Interconnect Formation for Scalable Flexible In-Mold Electronics

用于可扩展柔性模内电子器件的晶圆级 3D 起皱互连结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 高橋 則之;煤孫 祐樹;王 喆;小田島 輩;木野 久志;田中 徹;福島 誉史;Shuta Nagata and Takafumi Fukushima
• 通讯作者: Shuta Nagata and Takafumi Fukushima

In-mold Flexible Hybrid Electronics (iFHE) Based on Holistic System Integration with FOWLP, 3D-IC/TSV, and Chiplets

基于 FOWLP、3D-IC/TSV 和 Chiplet 整体系统集成的模内柔性混合电子 (iFHE)

• 发表时间: 2022
• 作者: Liu Chang;Yuki Susumago;Tadaaki Hoshi;Hisashi Kino;Tetsu Tanaka;and Takafumi Fukushima;Takfumi Fuksuhima
• 通讯作者: Takfumi Fuksuhima

Simulation and Experimental Study of Stretchable 3D Corrugated Interconnections for Chiplet- Embedded Flexible Hybrid Electronics Using Wafer-Level Packaging

使用晶圆级封装的小芯片嵌入式柔性混合电子器件的可拉伸 3D 波纹互连的仿真和实验研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Liu Chang;Yuki Susumago;Tadaaki Hoshi;Hisashi Kino;Tetsu Tanaka;and Takafumi Fukushima
• 通讯作者: and Takafumi Fukushima

ホリスティック・システム・インテグレーションに向けた三次元実装の技術動向と課題

整体系统集成 3D 封装的技术趋势和挑战

• 发表时间: 2021
• 作者: 小田島 輩;煤孫 祐樹;王 喆;木野 久志;田中 徹;福島 誉史;福島 誉史;福島 誉史;福島 誉史
• 通讯作者: 福島 誉史

Laue microdiffraction evaluation of bending stress in Au wiring formed on chip-embedded flexible hybrid electronics

芯片嵌入式柔性混合电子器件上形成的金布线弯曲应力的劳厄微衍射评估

• DOI: 10.35848/1347-4065/abdb81
• 发表时间: 2021
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: M. Mariappan;Y. Susumago;K. Sumitani;Y. Imai;S. Kimura;T. Fukushima
• 通讯作者: T. Fukushima