CN108847412A - 基于系统级封装的柔性电子器件 - Google Patents

基于系统级封装的柔性电子器件 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种基于系统级封装的柔性电子器件，该柔性电子器件包括柔性基板、多个芯片、多条可延展导线、键合线和柔性封装体。柔性基板上设置有多个凸岛，多个凸岛用于放置对应的芯片，多个芯片与对应的可延展导线之间通过键合线连接，柔性封装体覆盖在柔性基板上，柔性封装体和柔性基板的外表面设置有网状排布的多条凹槽，多条凹槽中设置有用于静电屏蔽的金属丝，柔性基板和柔性封装体的材料为柔性材料。本公开实施例所提供的基于系统级封装的柔性电子器件，柔性和延展性好，能够使柔性电子器件免于静电干扰，可靠性高。

Description

基于系统级封装的柔性电子器件
技术领域
本公开涉及封装技术领域，尤其涉及一种基于系统级封装的柔性电子器件。
背景技术
系统级封装技术(SIP)是一种将多个不同功能的芯片、无源元件等电子元件集成到一个封装系统之内的技术。将多个不同(或相同)工艺、不同(或相同)功能的芯片相互连接并集成到一个封装里后，可以减少焊点的数量，芯片之间的连接损耗也会减小，寄生阻抗减低，在可靠性提高的同时能适应高频高速的信号，使得单芯片的集成过程变得十分高效，是缩小线宽、降低尺寸、提高集成度的有效途径。
柔性电子技术可概括为是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。但相关技术中，所制造的柔性电子器件的可靠性差，易受静电干扰。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种基于系统级封装的柔性电子器件。
根据本公开的一方面，提供了一种基于系统级封装的柔性电子器件，所述柔性电子器件包括：柔性基板、多个芯片、多条可延展导线、键合线和柔性封装体，
所述柔性基板上设置有多个凸岛，所述多个凸岛用于放置对应的芯片，所述多个芯片之间、所述多个芯片与对应的可延展导线之间通过所述键合线连接；
所述柔性封装体覆盖在所述柔性基板上，所述柔性封装体和所述柔性基板的外表面设置有网状排布的多条凹槽，所述多条凹槽中设置有用于静电屏蔽的金属丝，
其中，所述柔性基板和所述柔性封装体的材料为柔性材料。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述柔性基板设置有多个第一孔洞，所述多个第一孔洞之间相互连通，所述多个第一孔洞在所述柔性基板的厚度方向上按照金刚石晶体结构和/或树状结构排布，
其中，所述多个第一孔洞的直径为0.05μm～1μm，所述多个第一孔洞的长度是所述柔性基板的厚度的0.3倍～0.5倍。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述多个第一孔洞中靠近所述柔性基板内表面的第一孔洞的直径小于所述多个第一孔洞中远离所述柔性基板内表面的第一孔洞的直径，所述多个第一孔洞中靠近所述柔性基板内表面的第一孔洞的排布密度大于所述多个第一孔洞中远离所述柔性基板内表面的第一孔洞的排布密度。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述柔性封装体的外表面设置有非贯通的多个第二孔洞，所述多个第二孔洞的直径为0.35nm～0.4nm。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述柔性基板的厚度为10μm-100μm，所述多个凸岛的厚度为5μm～20μm，所述多个芯片的厚度为5μm～20μm，
其中，所述多个凸岛的厚度为所述柔性基板的厚度的0.2倍～0.5倍。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述柔性封装体和所述柔性基板的水平面积相同，所述柔性封装体的高度大于芯片的高度和凸岛的高度之和。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述键合线的弧度大于或等于第一弧度、且小于或等于第二弧度，
其中，所述第二弧度大于所述第一弧度。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述多条可延展导线的材料为金、银和铜中的任一种，所述多条可延展导线的形状为蛇形和/或S形。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述柔性封装体的材料为柔性防水材料。
对于上述柔性电子器件，在一种可能的实现方式中，所述金属丝是通过粘合剂粘贴在所述多条凹槽中的。
本公开实施例所提供的基于系统级封装的柔性电子器件，包括柔性基板、多个芯片、多条可延展导线、键合线和柔性封装体，柔性基板上设置有多个凸岛，多个凸岛用于放置对应的芯片，多个芯片与对应的可延展导线之间通过键合线连接；柔性封装体覆盖在柔性基板上，柔性封装体和柔性基板的外表面设置有网状排布的多条凹槽，多条凹槽中设置有用于静电屏蔽的金属丝，其中，柔性基板和柔性封装体的材料为柔性材料。该柔性电子器件的柔性和延展性好，能够使柔性电子器件免于静电干扰，可靠性高。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1a-图1c示出根据本公开一实施例的基于系统级封装的柔性电子器件的结构示意图；
图2a-图2c示出根据本公开一实施例的基于系统级封装的柔性电子器件中第一孔洞的结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1a-图1c示出根据本公开一实施例的基于系统级封装的柔性电子器件的结构示意图。如图1a-图1c所示，该柔性电子器件包括柔性基板1、多个芯片2、多条可延展导线(未示出)、键合线3和柔性封装体4。柔性基板1上设置有多个凸岛11，多个凸岛11用于放置对应的芯片2，所述多个芯片2之间、多个芯片2与对应的可延展导线之间通过键合线3连接。柔性封装体4覆盖在柔性基板1上，柔性封装体4和柔性基板1的外表面设置有网状排布的多条凹槽5，多条凹槽中5设置有用于静电屏蔽的金属丝6。其中，柔性基板1和柔性封装体4的材料为柔性材料。
在本实施例中，柔性基板和柔性封装体所用的柔性材料可以是六甲基二硅胺烷、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，简称PDMS)、硅橡胶、形状记忆聚合物、水溶胶等具有柔性的柔性材料。为保证柔性电子器件的机械强度和柔性需求，柔性基板所用的柔性材料的弹性模量可以小于或等于50MPa。本领域技术人员可以根据实际需要对柔性基板和柔性封装体的材料进行设置，本公开对此不作限制。
在本实施例中，多个芯片可以是微控制单元(Microcontroller Unit，简称MCU)、存储器、寄存器等用于实现柔性电子器件功能的芯片。多个芯片可以是芯片裸片，以降低柔性电子器件的厚度，提高柔性电子器件的柔性。柔性电子器件的多个凸岛还用于放置用于实现基于系统级封装的柔性电子器件功能的电阻、电容等无源元件，本公开对此不作限制。本领域技术人员可以根据实际需要对柔性电子器件中的芯片或无源元件进行设置，本公开对此不作限制。
在本实施例中，凸岛是指设置在柔性基板上的、具有一定高度的凸出部。可以采用干法刻蚀、湿法刻蚀等刻蚀工艺或者微纳加工工艺，对柔性基板进行刻蚀，以在柔性基板上生成多个凸岛。还可以将获得的多个凸岛通过粘贴等方式固定在柔性基板的对应位置上，本公开对此不作限制。可以根据芯片的形状、尺寸、数量、以及芯片在柔性基板上的位置等对凸岛的数目、形状、尺寸等进行设置，本公开的对此不作限制。凸岛的材料可以是与柔性基板相同的柔性材料，还可以是与柔性基板不同的柔性材料，本公开对此不作限制。
在本实施例中，由于柔性基板上有凸岛处的厚度相比于无凸岛处的厚度大，柔性基板上有凸岛处的抗拉刚度比无凸岛处大，在整个柔性基板受力变形时，柔性基板上有凸岛处的应变小、无凸岛处的应变大，使得整个柔性基板内的应变呈非均匀状态分布。利用多个凸岛放置对应的芯片，当柔性电子器件受到力的作用时，所受的力在凸岛周围会被隔离开，凸岛上的芯片所受到的应力较小，使芯片受到保护，以在保证整个柔性电子器件具有柔性的同时，保护芯片免因外力而被损坏。本领域技术人员可以根据实际需要对凸岛的生成方式、凸岛的数目、形状及尺寸进行设置，本公开对此不作限制。
在本实施例中，柔性封装体可以采用粘合的方式覆盖在柔性基板上。例如，可以将获取到的柔性封装体直接粘贴在柔性基板上带有凸岛的一面，完成封装过程，形成柔性电子器件。本领域技术人员可以根据实际需要对覆盖的方式进行设置，本公开对此不作限制。
在本实施例中，可以采用刻蚀的方式对柔性封装体和柔性基板的外表面进行刻蚀，生成多条凹槽。凹槽可以以四边形网格状、环形网格状等网状形式排布在柔性封装体和柔性基板的外表面，以使得多条凹槽中的金属丝可以保护柔性电子器件，使其免受静电的干扰。凹槽的数量、尺寸可以根据柔性电子器件的尺寸、柔性基板和柔性封装体的材料、静电屏蔽的要求、金属丝的尺寸要求等进行设置，本公开对此不作限制。金属丝的材料可以是铜、金、铝等导电金属材料，本公开对此不作限制。
在本实施例中，可以通过键合工艺，实现芯片之间、芯片与对应的可延展导线之间的连接，键合线的材料可以是金、铜、铝等金属材料，本公开对此不作限制。
本公开实施例所提供的基于系统级封装的柔性电子器件，柔性和延展性好，能够使柔性电子器件免于静电干扰，可靠性高。
图2a-图2c示出根据本公开一实施例的基于系统级封装的柔性电子器件中第一孔洞的结构示意图。在一种可能的实现方式中，柔性基板1设置有多个第一孔洞12，多个第一孔洞12之间相互连通，多个第一孔洞12在柔性基板1的厚度方向上按照金刚石晶体结构(如图2a和图2b所示)和/或树状结构(如图2b所示)排布。其中，多个第一孔洞12的直径可为0.05μm～1μm，多个第一孔洞12的长度可以是柔性基板1的厚度的0.3倍～0.5倍。
在该实现方式中，可以根据柔性基板的厚度，以及换热效率、芯片的数目、芯片的工作时间及每个芯片在单位工作时间内产生的热量等与柔性电子器件的散热相关的信息，对第一孔洞的直径、长度以及排布方式进行设置，以保证柔性电子器件的散热需求。多个第一孔洞在柔性基板的厚度方向上还可以按照正四面体网状结构等能够增加柔性基板的换热面积的排布结构进行排布，本公开对此不作限制。多个第一孔洞可以分布于整个柔性基板，包括柔性基板的内部和表面。多个第一孔洞的直径可以相同，也可以不同；多个第一孔洞沿柔性基板厚度方向的排布密度可以相同，也可以不同。多个第一孔洞之间相互连通，以增大柔性电子器件的换热面积，提高柔性电子器件的对流换热率，保证整个柔性电子器件进行有效散热。
在一种可能的实现方式中，多个第一孔洞中靠近柔性基板内表面的第一孔洞的直径小于多个第一孔洞中远离柔性基板内表面的第一孔洞的直径，多个第一孔洞中靠近柔性基板内表面的第一孔洞的排布密度大于多个第一孔洞中远离柔性基板内表面的第一孔洞的排布密度。
在该实现方式中，靠近柔性基板内表面与远离柔性基板内表面相比较，靠近柔性基板内表面处的温度较高，可以提高靠近柔性基板内表面的换热效率和换热面积。因此，可以在靠近柔性基板的内表面处设置直径相对小、排布密度相对大的多个第一孔洞，以满足靠近柔性基板内表面处的换热需求。远离柔性基板内表面处的温度较低，可以在远离柔性基板的内表面处设置直径相对大、排布密度相对小的多个第一孔洞，以满足远离柔性基板内表面处的换热需求。本领域技术人员可以根据实际需要对多个第一孔洞的直径和排布密度进行设置，本公开对此不作限制。
举例来说，如图2a所示，柔性基板1中的多个第一孔洞12可以在柔性基板1的厚度方向上按照金刚石晶体结构排布。若柔性基板1的厚度为100μm，可以设置第一孔洞12的直径可以为100nm，根据柔性基板1的厚度可以将多个第一孔洞12的长度设置为20μm，在柔性基板1的厚度方向上有2-3个第一孔洞12。
如图2c所示，柔性基板1中的多个第一孔洞12在柔性基板1的厚度方向上按照树状结构排布。由于靠近芯片处(靠近柔性基板1内表面)温度较高，与空气温差大，因此需要靠近柔性基板1内表面的第一孔洞12的换热效率较高。可以设置多个第一孔洞12中靠近柔性基板1内表面的第一孔洞12的直径小于多个第一孔洞12中远离柔性基板1内表面的第一孔洞12的直径，以及设置多个第一孔洞12中靠近柔性基板1内表面的第一孔洞12的排布密度大于多个第一孔洞12中远离柔性基板1内表面的第一孔洞12的排布密度。若柔性基板1的厚度为100μm，可以将多个第一孔洞12的直径设置为多种不同的尺寸。例如，可以设置三种，在柔性基板1的厚度方向上，从柔性基板1外表面至内表面第一孔洞12的直径分别为200nm、100nm和50nm三种不同的类型。多个第一孔洞12呈树枝状排布，每一个作为“主干”的第一孔洞12，沿柔性基板外1表面至内表面的方向上“分”出至少两个“分支”，以实现柔性电子器件的高效散热。
在一种可能的实现方式中，柔性封装4的外表面可设置有非贯通的多个第二孔洞，多个第二孔洞的直径可为0.35nm～0.4nm。
在该实现方式中，非贯通的多个第二孔洞的直径可以相同，也可以不同，本公开对此不作限制。柔性封装体的外表面与外界空气接触，可以在柔性封装体的外表面设置第二孔洞，以使得将封装体的热量有效传递到外界空气环境中。第二孔洞的直径要大于气体分子的直径、且小于水等液体组分的直径，以保证柔性电子器件中的热量通过第二孔洞中气体的流动转移到外界空气中，同时水分子无法透过第二孔洞进入柔性电子器件内。且第二孔洞直径是非贯通的，可以有效阻止水分子进入柔性电子器件内，保护柔性电子器件。还可以在整个柔性封装体的内部也设置非贯通的多个第二孔洞，以加快柔性电子器件的散热速度。可以根据柔性封装体的厚度以及与柔性电子器件的散热相关的信息等对第二孔洞的直径、长度和排布方式进行设置，本公开对此不作限制。
在一种可能的实现方式中，柔性基板1的厚度可为10μm-100μm，多个凸岛11的厚度可为5μm～20μm，多个芯片2的厚度可为5μm～20μm。其中，多个凸岛11的厚度可为柔性基板1的厚度的0.2倍～0.5倍。
在该实现方式中，柔性基板是柔性电子器件中多个芯片的载体，并可以将其上的多个芯片在工作过程中产生的热量转移到外界空气中，同时使得整个柔性电子器件具有柔性和延展性。因此，可以根据换热效率需求、芯片的数目等与柔性电子器件的散热相关的信息、以及芯片的厚度等，对柔性基板的厚度、芯片的厚度以及凸岛的厚度进行设置，本公开对此不作限制。
在一种可能的实现方式中，柔性封装体4和柔性基板1的水平面积相同，柔性封装体4的高度大于芯片2的高度和凸岛11的高度之和。
在该实现方式中，柔性封装体和柔性基板的水平面积相同是指柔性封装体与柔性基板在水平方向上、相互接触处的面积和形状相同，以便于将柔性封装体覆盖在柔性基板上，同时有利于在柔性封装体和柔性基板的外表面设置金属丝。柔性封装体的高度可以是10μm～60μm。
在一种可能的实现方式中，键合线3的弧度大于或等于第一弧度、且小于或等于第二弧度。其中，第二弧度大于第一弧度。
在该实现方式中，可以根据凸岛的厚度、芯片的厚度以及芯片之间、芯片与可延展导线之间的距离对第一弧度和第二弧度进行设置，以使得柔性电子器件在受力发生形变致使键合线发生形状变化时，键合线的弧度可以为其预留形状变化所需的长度和弧度需求，本公开对此不作限制。
在一种可能的实现方式中，多条可延展导线的材料可为金、银和铜中的任一种，多条可延展导线的形状可为蛇形和/或S形。
在该实现方式中，可延展导线的材料还可以是其他能够导电、既具良好的柔性和可延展性的铝等金属材料，本公开对此不作限制。可延展导线的形状还可以是波浪形、“之”字型等易于延展的形状，本公开对此不作限制。这样，在柔性电子器件发生形变时，可延展导线可以随之变化，以保证柔性电子器件的电性连接。
在一种可能的实现方式中，柔性封装体4的材料可为柔性防水材料。
在该实现方式中，柔性防水材料可以是高分子防水材料等，以防止柔性电子器件外部的水等液体进入柔性电子器件内部，保护内部芯片。本领域技术人员可以根据实际需要对柔性封装体的材料进行设置，本公开对此不作限制。
在一种可能的实现方式中，金属丝6可以是通过粘合剂粘贴在多条凹槽5中的。
在该实现方式中，可以采用粘合剂将金属丝粘贴在凹槽中，使得金属丝形成金属网包围在整个柔性电子器件的外表面。金属丝的材料可以是铜、铝等电导率高、柔性好的金属材料，以使柔性电子器件免受静电干扰。可以根据金属丝的材料、尺寸以及柔性封装体和柔性基板的材料选择粘合剂。本领域技术人员可以根据实际需要对金属丝的材料、所需的粘合剂进行设置，本公开对此不作限制。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种基于系统级封装的柔性电子器件，其特征在于，所述柔性电子器件包括：柔性基板、多个芯片、多条可延展导线、键合线和柔性封装体，
所述柔性基板上设置有多个凸岛，所述多个凸岛用于放置对应的芯片，所述多个芯片之间、所述多个芯片与对应的可延展导线之间通过所述键合线连接；
所述柔性封装体覆盖在所述柔性基板上，所述柔性封装体和所述柔性基板的外表面设置有网状排布的多条凹槽，所述多条凹槽中设置有用于静电屏蔽的金属丝，
其中，所述柔性基板和所述柔性封装体的材料为柔性材料。
2.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述柔性基板设置有多个第一孔洞，所述多个第一孔洞之间相互连通，所述多个第一孔洞在所述柔性基板的厚度方向上按照金刚石晶体结构和/或树状结构排布，
其中，所述多个第一孔洞的直径为0.05μm～1μm，所述多个第一孔洞的长度是所述柔性基板的厚度的0.3倍～0.5倍。
3.根据权利要求2所述的柔性电子器件，其特征在于，所述多个第一孔洞中靠近所述柔性基板内表面的第一孔洞的直径小于所述多个第一孔洞中远离所述柔性基板内表面的第一孔洞的直径，所述多个第一孔洞中靠近所述柔性基板内表面的第一孔洞的排布密度大于所述多个第一孔洞中远离所述柔性基板内表面的第一孔洞的排布密度。
4.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述柔性封装体的外表面设置有非贯通的多个第二孔洞，所述多个第二孔洞的直径为0.35nm～0.4nm。
5.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述柔性基板的厚度为10μm-100μm，所述多个凸岛的厚度为5μm～20μm，所述多个芯片的厚度为5μm～20μm，
其中，所述多个凸岛的厚度为所述柔性基板的厚度的0.2倍～0.5倍。
6.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述柔性封装体和所述柔性基板的水平面积相同，所述柔性封装体的高度大于芯片的高度和凸岛的高度之和。
7.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述键合线的弧度大于或等于第一弧度、且小于或等于第二弧度，
其中，所述第二弧度大于所述第一弧度。
8.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述多条可延展导线的材料为金、银和铜中的任一种，所述多条可延展导线的形状为蛇形和/或S形。
9.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述柔性封装体的材料为柔性防水材料。
10.根据权利要求1所述的柔性电子器件，其特征在于，所述金属丝是通过粘合剂粘贴在所述多条凹槽中的。
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