有機(jī)有源扇出型封裝技術(shù)

隨著集成電路芯片數(shù)目和引腳密度的提升，各種封裝技術(shù)被業(yè)界廣泛研究和應(yīng)用。扇出型封裝在對(duì)芯片晶粒提供物理保護(hù)的基礎(chǔ)上，將芯片的引腳面積進(jìn)行擴(kuò)展，便于和外部元件進(jìn)行電學(xué)連接，并進(jìn)一步集成其他有源或無源器件，形成功能型系統(tǒng)。面向萬物智能互聯(lián)時(shí)代，需要構(gòu)筑無所不在的交互電子系統(tǒng)，這對(duì)于現(xiàn)有的封裝技術(shù)是很大的挑戰(zhàn)。

上海交通大學(xué)郭小軍教授團(tuán)隊(duì)提出的有機(jī)有源扇出型封裝（OA-FOP）見圖（a），OA-FOP采用普適化的有機(jī)聚合物襯底，可滿足不同的應(yīng)用需求?；谟袡C(jī)聚合物功能材料的功能可裁剪性、優(yōu)良的機(jī)械力學(xué)特性以及可低溫溶液印刷加工的特性，可將其用于實(shí)現(xiàn)各種物理、化學(xué)傳感器，以滿足按需定制的多樣化功能和形態(tài)，金屬互聯(lián)可以根據(jù)應(yīng)用的形態(tài)需求進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)。ASIC芯片晶粒包含傳感信號(hào)讀出接口、控制、處理、通信以及供電等模塊，可通過面朝下先裝或后裝的方式集成到有機(jī)聚合物襯底，采用聚合物材料作為襯底還便于形成穿過塑料襯底的通孔（TPV）。

一個(gè)典型的應(yīng)用實(shí)例見圖（b），系統(tǒng)中13.56 MHz的射頻識(shí)別（RFID）芯片通過和智能終端進(jìn)行通信，并獲取能量提供給整個(gè)系統(tǒng)。芯片和傳感集成在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）包裝薄膜，所有的金屬互聯(lián)采用數(shù)字化點(diǎn)膠工藝來實(shí)現(xiàn)低成本無掩模制造。將該柔性智能包裝系統(tǒng)嵌入到豬肉的包裝盒中，可便于用戶在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)隨時(shí)隨地通過智能手機(jī)檢測(cè)豬肉的新鮮度和包裝的完整性。

進(jìn)一步可以在封裝中集成基于有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）的傳感信號(hào)轉(zhuǎn)化、處理和放大的有源電路。作者發(fā)展了基于低缺陷溝道層界面的陡峭亞閾值擺幅OTFT器件技術(shù)，解決了難以通過溶液印刷工藝制備低電壓、具有良好穩(wěn)定性O(shè)TFT的問題。基于低電壓OTFT，通過合適的集成結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)，可以將任何類型的傳感信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)，從而可以采用通用ASIC芯片。此外，OTFT電路可以將微弱的傳感信號(hào)進(jìn)行原位放大，提高信噪比，減小后續(xù)信號(hào)傳輸過程中受噪聲的影響。利用OTFT的開關(guān)功能，可以實(shí)現(xiàn)傳感的多路選擇或傳感陣列，能夠在不增加ASIC芯片I/O接口數(shù)目的情況下，實(shí)現(xiàn)更多傳感點(diǎn)的集成。近期作者以O(shè)TFT為基礎(chǔ)，集成離子敏感層和參考電極，以及13.56 MHz RFID，構(gòu)建了可通過智能手機(jī)交互的無線供電柔性多離子生化傳感系統(tǒng)，該集成系統(tǒng)也被進(jìn)一步用于穿戴的汗液檢測(cè)，如圖（c）所示。

OA-FOP可為廣泛的萬物互聯(lián)應(yīng)用提供一個(gè)高度可定制化的系統(tǒng)集成方案，滿足功能、形態(tài)和成本等方面的需求，大大縮短從需求提出到完成制造的周期。除了上述的傳感器件和OTFT電路外，OA-FOP還可以集成有機(jī)能量獲取器件（如光伏、熱電等）。（郭小軍 歐陽邦 鄧立昂 李思瑩 陳蘇杰）

原文文獻(xiàn)：

HUANG Y,TANG W,FENG L,et al.Printable low power organic transistor technology for customizable hybrid integration towards internet of everything[J].IEEE J Electron Devices Soc,2020(8):1219-1226.