金型の集積化技術は、インモールドエレクトロニクスやスマートガラスなど、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス（FHE）の新しいアプリケーションを実現するための重要な技術の一つである。
DoMicro は、インクジェット印刷技術を使用して、マイクロアセンブリのための最先端アプローチを開発しました。このアプローチにより、例えばIC、受動部品、センサー、LEDなどを用いた高度なアプリケーションのデモ機を実現することができます。この論文では、タッチセンサーとBluetoothチップを搭載したワイヤレスIoTデバイスのデモ機を例として説明します。超薄型ベアダイの集積により、デモ機の全高は0.7mm以下となっています。この薄型フォームファクターにより、さまざまな表面、ラベル、布などに機能をスムーズに組み込むことができます。
インクジェットプリンティング技術は、シームレスで目に見えない統合、フレキシブル基板への薄型ベアダイの統合、プロセス工程の削減など、いくつかの重要な機能をもたらします。
ダイボンディングとコンタクトの構成
ワイヤレスIoTデモ機を実現するための最初のステップは、ダイコンタクトとボンディングの最適な構成を検討することでした。
いくつかの構成が検討されました。図1は、ベアダイへのインクジェット印刷によるBGA（Fan In Ball Grid Array）構成を示しています。インクジェット印刷された誘電体がダイを覆い、コンタクトパッドの領域は開いたままになっています。次に、誘電体の上に銀色のインクでBGAパターンを形成し、ボンドパッドを接続します。構造のアライメントとレジストレーションは、使用するラボ用プリンタ装置PixDRO LP50の自動視覚システムによって行われます。
図2は、インクジェットで印刷した銀パターンにベアダイをフリップチップボンディングしているところです。配線には、高精度アライメントダイボンディング装置を使用しています。
図1. 金型に印刷されたファンインボールグリッドアレイ
図2．プリント配線板へのフリップチップ実装（基板貫通図）
図3．ファンアウト ダイを最初にフェイスアップ
図3は、マイクロプロセッサの薄型ベアダイを上にして、ボンドパッド上で配線しているところです。急峻な垂直面では導電性トラックをインクジェットプリントすることができないため、専用のスロープ構造を設け、インクジェットプリントされた銀の導体をガイドし、サポートするようにしました。この革新的な接触方法は、グロブトップや高度なパッケージングに適用される再定義層または基板（RDL）インタフェースで、通常の高さを消費するワイヤーボンドループを回避しています。この「ダイファースト」アプローチは、システム内のダイの組み立てと実装のための高さを最小限に抑えます。これにより、集積前のダイの光学的アライメントが良好になり、材料表面の相互作用の互換性が確保されます。上記の3つの構成から、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス（FHE）ワイヤレスIoTデモ機の実現には、このアプリケーションに最も適しているという理由から、革新的なフェイスアップ「ダイファースト」技術が選ばれました。なお、どの構成が最も適しているかは、アプリケーションによって異なります。
Bluetoothビーコン
次に、Bluetoothの機能を作ることになった。これには、薄型ベアダイで入手可能なNordic 51822 Bluetooth low energy（BLE）チップを使用しました。このチップと印刷の統合は、既存のビーコン設計で実証されている（図4参照）。
図4.プリントBLEビーコン
ワイヤレスフレキシブルハイブリッドエレクトロニクスインターフェイス
IoTデバイスの無線機能は、センシング機能、演算処理機能、ノードからネットワークへの遠隔操作・通信を行う無線機能などを組み合わせて統合するのが一般的です。そこで、ワイヤレスIoTのデモ機を実現するための最終ステップとして、ポリエステル箔にマイクロコントローラー、Bluetooth無線集積回路（IC）、プリントタッチセンサーを組み込んだ。マイクロコントローラー（サイプレスの薄型タッチコントローラーCY8C20）は、BLEチップと同じように集積化されています。また、デモ機の電源は、デモの都合上、通常の電池で対応しています。このウェアラブルなフラットフレキシブルデバイスに、フラットフレキシブルバッテリーソリューションが搭載されることは、理解できる。標準的なワイヤボンド配線と比較すると、あらゆる種類の薄くて曲げやすい基板に機能回路をプリントできることが大きな利点です。このフォームファクターにより、さまざまな表面、ラベル、布などに機能性をスムーズに統合することができます。さらに、フリップチップの代わりにベアダイチップを上向きに搭載することで、チップのセンサー面を外部に露出させ、極めて低い高さのパッケージソリューションとすることができます。
ポリマーフォイル上に、薄型BLE ICと薄型タッチコントローラICをインクジェット印刷技術で接着・接触させ、機能回路とアンテナを形成します。さらに、いくつかのSMD受動部品も追加されています。このデモ機は、外付けの電池で駆動し、携帯電話のアプリと双方向のブルートゥース通信を行うことができます。
高精度にインクジェットプリントされたトレースは、ICのファインピッチ（トラック/ギャップ60ミクロン）ボンドパッドに位置合わせして接続されます。パッシブはSMD部品で一般的な厚さ（高さ）の約0.5mmを使用している。図5は、アンテナ構造を含むMCとBLEのタッチエリアと電子回路のレイアウトを示したものである。
電源投入後、Nordic Blinkyアプリでテストした結果、デモ機から前後にインタラクションが開始され、機能が表示されました。タッチエリアは、アプリのステータスメッセージを変更しています。タッチ機能は、サンプルのマニュアルタッチエリアで起動し、ボタンの状態はワイヤレスインターフェースに表示されます。LEDはリモートでオン/オフでき、アプリのスイッチで起動します。
図6. LEDオン、ボタン解除 図 7. LED消灯、ボタン押下
デモンストレーターの動画は以下からご覧いただけます。
結論と展望
DoMicro社は、接点にインクジェット印刷を使用することで、ベアダイをフレキシブル基板に組み込むことができることを実証しました。これは、印刷された銀の導線をガイドし、支持するための専用のランプ構造によって実現されています。この革新的なコンタクト方法により、高さを必要とするワイヤーボンドループが不要になります。このアプローチは、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクスアプリケーションで実証されており、薄く曲げられるBluetoothエレクトロニクスは、薄いフレキシブル製品やウェアラブル製品またはアプリケーションにラミネートすることができます。
この薄いフォームファクターにより、さまざまな表面、ラベル、布、インモールドデバイス、スマートガラスなどに機能をスムーズに統合することができます。さらに、フリップチップの代わりにベアダイチップを上向きに搭載することで、高さが非常に低いパッケージソリューションでチップのセンサー面を露出させることができます。
本技術は、自動車、輸送・物流、医療機器、科学、航空宇宙、その他、製品や構造物に電子機能を搭載する新しい方法を必要とするアプリケーションの開発者を対象としており、本技術を応用することで、様々な産業分野での応用が期待されます。
想像する、創造する、成し遂げる
DoMicro BVは、フレキシブル・ハイブリッド・エレクトロニクス（FHE）とマイクロデバイスのための革新的な製造技術、アプリケーションソリューション、マイクロアセンブリ技術を提供するテクノロジーカンパニーです。DoMicroは、マイクロアセンブリと3Dパッケージングのための最先端のインクジェットプリンティングプロセスと技術を開発しています。イノベーションの最前線にいるDoMicroは、最先端の研究開発サービスを提供し、製造可能性を考慮した新しい機能とアプリケーションをお客様に探求しています。同社は、研究開発サービス、少量生産、システムアーキテクチャ、プロジェクトマネジメントを提供しています。透明導電膜、OPV電極、OLED、ラボオンチップ、ウェアラブル、インモールドエレクトロニクス、ICとMEMSの統合など、フレキシブル基板上の回路に関する新技術を探求するお客様が主な対象です。
www.domicro.nl [This is automatically translated from English]
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