有机有源扇出型封装技术

随着集成电路芯片数目和引脚密度的提升，各种封装技术被业界广泛研究和应用。扇出型封装在对芯片晶粒提供物理保护的基础上，将芯片的引脚面积进行扩展，便于和外部元件进行电学连接，并进一步集成其他有源或无源器件，形成功能型系统。面向万物智能互联时代，需要构筑无所不在的交互电子系统，这对于现有的封装技术是很大的挑战。

上海交通大学郭小军教授团队提出的有机有源扇出型封装（OA-FOP）见图（a），OA-FOP采用普适化的有机聚合物衬底，可满足不同的应用需求。基于有机聚合物功能材料的功能可裁剪性、优良的机械力学特性以及可低温溶液印刷加工的特性，可将其用于实现各种物理、化学传感器，以满足按需定制的多样化功能和形态，金属互联可以根据应用的形态需求进行不同的设计。ASIC芯片晶粒包含传感信号读出接口、控制、处理、通信以及供电等模块，可通过面朝下先装或后装的方式集成到有机聚合物衬底，采用聚合物材料作为衬底还便于形成穿过塑料衬底的通孔（TPV）。

一个典型的应用实例见图（b），系统中13.56 MHz的射频识别（RFID）芯片通过和智能终端进行通信，并获取能量提供给整个系统。芯片和传感集成在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）包装薄膜，所有的金属互联采用数字化点胶工艺来实现低成本无掩模制造。将该柔性智能包装系统嵌入到猪肉的包装盒中，可便于用户在整个产品周期内随时随地通过智能手机检测猪肉的新鲜度和包装的完整性。

进一步可以在封装中集成基于有机薄膜晶体管（OTFT）的传感信号转化、处理和放大的有源电路。作者发展了基于低缺陷沟道层界面的陡峭亚阈值摆幅OTFT器件技术，解决了难以通过溶液印刷工艺制备低电压、具有良好稳定性OTFT的问题。基于低电压OTFT，通过合适的集成结构和电路设计，可以将任何类型的传感信号转换为标准的输出信号，从而可以采用通用ASIC芯片。此外，OTFT电路可以将微弱的传感信号进行原位放大，提高信噪比，减小后续信号传输过程中受噪声的影响。利用OTFT的开关功能，可以实现传感的多路选择或传感阵列，能够在不增加ASIC芯片I/O接口数目的情况下，实现更多传感点的集成。近期作者以OTFT为基础，集成离子敏感层和参考电极，以及13.56 MHz RFID，构建了可通过智能手机交互的无线供电柔性多离子生化传感系统，该集成系统也被进一步用于穿戴的汗液检测，如图（c）所示。

OA-FOP可为广泛的万物互联应用提供一个高度可定制化的系统集成方案，满足功能、形态和成本等方面的需求，大大缩短从需求提出到完成制造的周期。除了上述的传感器件和OTFT电路外，OA-FOP还可以集成有机能量获取器件（如光伏、热电等）。（郭小军 欧阳邦 邓立昂 李思莹 陈苏杰）

原文文献：

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.