Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô Hình Dọc Của Các Kết Nối Để Tránh Tải Trọng Cao Gần Một Vi Mạch Cứng Trên Chất Chịu Độ Linh Hoạt Dưới Sự Gập Cơ Học
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-9 - 2023
Tóm tắt
Đặc điểm phân biệt của một thiết bị điện tử linh hoạt là nó duy trì chức năng ngay cả khi hình dạng thay đổi liên tục. Khi mức độ tích hợp của các thiết bị linh hoạt tăng lên, việc phơi bày các cơ chế hỏng hóc và kéo dài tuổi thọ của các thiết bị linh hoạt trở nên khó khăn hơn. Một trong những khu vực có khả năng bị hư hại là giao diện của các thành phần vật liệu không đồng nhất, nơi căng thẳng có thể tập trung do sự không khớp của các thuộc tính cơ học. Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát thiết kế các kết nối đáng tin cậy về mặt cơ học của hệ thống mạch in linh hoạt (FPCB) trong đó chip đóng gói được tích hợp. Khi FPCB bị uốn, sự gập xảy ra tại cạnh của chip đóng gói do độ cứng uốn cao so với chất nền nhựa và dẫn đến sự tập trung căng thẳng cao. Bằng cách giới thiệu kiến trúc kết nối mà băng qua khu vực tập trung căng thẳng xung quanh chip đóng gói, thiệt hại cơ học của các kết nối đã giảm thành công. Thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn, căng thẳng tác động đến các kết nối băng qua khu vực tập trung căng thẳng được dự đoán là lớn gấp 2 lần so với các kết nối băng qua khu vực không tập trung căng thẳng, từ 8.32% xuống 4.64%. Ngoài ra, khoảng cách căng thẳng của hai kết nối này có thể gia tăng khi sự không khớp của mô đun Young giữa chip đóng gói và chất nền tăng lên. Nghiên cứu này hy vọng sẽ cải thiện các hướng dẫn thiết kế cho các kết nối đáng tin cậy về mặt cơ học trong các thiết bị điện tử linh hoạt tích hợp cao.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Wang, B., Facchetti, A.: Mechanically flexible conductors for stretchable and wearable E-skin and E‐textile devices. Adv. Mater. 31, 1901408 (2019)
Zhou, L., Wanga, A., Wu, S.-C., Sun, J., Park, S., Jackson, T.N.: All-organic active matrix flexible display. Appl. Phys. Lett. 88, 083502 (2006)
Xu, S., Zhang, Y., Cho, J., Lee, J., Huang, X., Jia, L., Fan, J.A., Su, Y., Su, J., Zhang, H., Cheng, H., Lu, B., Yu, C., Chuang, C., Kim, T., Song, T., Shigeta, K., Kang, S., Dagdeviren, C., Petrov, I., Braun, P.V., Huang, Y., Paik, U., Rogers, J.A.: Stretchable batteries with self-similar serpentine interconnects and integrated wireless recharging systems. Nat. Commun. 4, 1543 (2013)
Kim, K., Lee, Y., Costa, A., Lee, Y., Jang, T., Lee, M., Joo, Y., Oh, K.H., Song, J., Choi, I.: Extremely versatile deformability beyond materiality: a new material platform through simple cutting for rugged batteries. Adv. Eng. Mater. 21, 1900206 (2019)
Lee, Y.-J., Lim, S.-M., Yi, S.-M., Lee, J.-H., Kang, S., Choi, G.-M., Han, H.N., Sun, J.-Y., Choi, I.-S., Joo, Y.-C.: Auxetic elastomers: mechanically programmable meta-elastomers with an unusual Poisson’s ratio overcome the Gauge limit of a capacitive type strain sensor. Extreme Mech. Lett. 31, 100516 (2019)
Choi, C., Choi, M.K., Liu, S., Kim, M.S., Park, O.K., Im, C., Kim, J., Qin, X., Lee, G.J., Cho, K.W., Kim, M., Joh, E., Lee, J., Son, D., Kwon, S.-H., Jeon, N.L., Song, Y.M., Lu, N., Kim, D.-H.: Human eye-inspired soft optoelectronic device using high-density MoS2-graphene curved image sensor array. Nat. Commun. 8, 1664 (2017)
Byun, J., Oh, E., Lee, B., Kim, S., Lee, S., Hong, Y.: A single droplet-printed double‐side universal soft electronic platform for highly integrated stretchable hybrid electronics. Adv. Funct. Mater. 27, 1701912 (2017)
Lee, Y.-J., Lee, U., Yeon, Y., Shin, H.-W., Evans, H.-A.-S., Joo, L.A.: Influences of semiconductor morphology on the mechanical fatigue behavior of flexible organic electronics. Appl. Phys. Lett. 103, 241904 (2013)
Lee, Y.-Y., Lee, J.-H., Cho, J.-Y., Kim, N.-R., Nam, D.-H., Choi, I.-S., Nam, K.T., Joo, Y.-C.: Stretching-induced growth of PEDOT-rich cores: a new mechanism for strain-dependent resistivity change in PEDOT: PSS films. Adv. Funct. Mater. 23, 4020–4027 (2013)
Lee, Y.-Y., Kang, H.-Y., Gwon, S.H., Choi, G.M., Lim, S.-M., Sun, J.-Y., Joo, Y.-C.: A strain-insensitive stretchable electronic conductor: PEDOT:PSS/acrylamide organogels. Adv. Mater. 28, 1636–1643 (2016)
Yoon, S.G., Koo, H.-J., Chang, S.T.: Highly stretchable and transparent microfluidic strain sensors for monitoring human body motions. ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 27562–27570 (2015)
Zhou, R., Guo, W., Yu, R., Pan, C.: Highly flexible, conductive and catalytic Pt networks as transparent counter electrodes for wearable dye-sensitized solar cells. J. Mater. Chem. A 3, 23028–23034 (2015)
Hwang, B., Shin, H.-A.-S., Kim, T., Joo, Y.-C., Han, S.M.: Highly reliable Ag nanowire flexible transparent electrode with mechanically welded junctions. Small 10, 3397–3404 (2014)
Kim, D.-H., Ahn, J.-H., Choi, W.M., Kim, H.-S., Kim, T.-H., Song, J., Huang, Y.Y., Liu, Z., Lu, C., Rogers, J.A.: Stretchable and foldable silicon integrated circuits. Science 320, 507–511 (2008)
Hsu, Y.-Y., Gonzalez, M., Bossuyt, F., Vanfleteren, J., De Wolf, I.: Polyimide-enhanced stretchable interconnects: design, fabrication, and characterization. IEEE Trans. Electron. Devices 58, 2680–2688 (2011)
Kim, B.-J., Cho, Y., Jung, M.-S., Shin, H.-A.-S., Moon, M.-W., Han, H.N., Nam, K.T., Joo, Y.-C., Choi, I.-S.: Fatigue-free, electrically reliable copper electrode with nanohole array. Small 8, 3300–3306 (2012)
Naserifar, N., LeDuc, P.R., Fedder, G.K.: Material gradients in stretchable substrates toward integrated electronic functionality. Adv. Mater. 28, 3584–3591 (2016)
Yi, S.-M., Choi, I.-S., Kim, B.-J., Joo, Y.-C.: Reliability issues and solutions in flexible electronics under mechanical fatigue. Electron. Mater. Lett. 14, 387–404 (2018)
Gan, L., Ben-Nissan, B., Ben-David, A.: Modelling and finite element analysis of ultra-microhardness indentation of thin films. Thin Solid Films 290–291, 362–366 (1996)
Yu, D.Y.W., Spaepen, F.: The yield strength of thin copper films on kapton. J. Appl. Phys. 95, 2991–2997 (2004)
Kim, J.-H., Lee, T.-I., Kim, T.-S., Paik, K.-W.: Effects of ACFs adhesion on the bending reliability of chip-in-flex packages for wearable electronics applications. In: 2016 IEEE 66th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), IEEE: Las Vegas, NV, USA, pp. 2461–2467 (2016)
Ko, C.-T., Yang, H., Lau, J.H., Li, M., Lin, C., Chang, C.-L., Pan, J.-Y., Wu, H.-H., Xu, I., Chen, T., Li, Z., Tan, K.H., Lo, P., So, R., Chen, Y.H., Fan, N., Kuah, E., Lin, M., Cheung, Y.M., Ng, E., Xi, C., Beica, R., Lim, S.P., Lee, N.C., Tao, M., Lo, J., Lee, R.: Feasibility study of fan-out panel-level packaging for heterogeneous integrations. In :2019 IEEE 69th Electronic Components and Technology Conference (ECTC); IEEE: Las Vegas, NV, USA, pp. 14–20 (2019)
Lu, N., Suo, Z., Vlassak, J.: The effect of film thickness on the failure strain of polymer-supported metal films. Acta Mater. 58, 1679–1687 (2010)
Kraft, O., Schwaiger, R., Wellner, P.: Fatigue in thin films: lifetime and damage formation. Mater. Sci. Eng. A 319–321, 919–923 (2001)
Sun, X.J., Wang, C.C., Zhang, J., Liu, G., Zhang, G.J., Ding, X.D., Zhang, G.P., Sun, J.: Thickness dependent fatigue life at microcrack nucleation for metal thin films on flexible substrates. J. Phys. D Appl. Phys. 41, 195404 (2008)
Schwaiger, R., Dehm, G., Kraft, O.: Cyclic deformation of polycrystalline Cu films. Philos. Mag. 83, 693–710 (2003)
Kim, B.-J., Shin, H.-A.-S., Jung, S.-Y., Cho, Y., Kraft, O., Choi, I.-S., Joo, Y.-C.: Crack nucleation during mechanical fatigue in thin metal films on flexible substrates. Acta Mater. 61, 3473–3481 (2013)
Deng, G., Nakanishi, T.: Advances in Ceramics-Characterization, Raw Materials, Processing, Properties, Degradation and Healing. IntechOpen, London (2011)
Lacour, S.P., Wagner, S., Huang, Z., Suo, Z.: Stretchable gold conductors on elastomeric substrates. Appl. Phys. Lett. 82, 2404–2406 (2003)