Heterogeneous System Integration of Flexible Electronics Based on Multi-Scale Stress Engineering

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19KK0101
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Fukushima Takafumi 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10374969)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): マリアッパン ムルゲサン 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 学術研究員 (10509699) ; 木野 久志 東北大学, 医工学研究科, 特任准教授 (10633406) ; 清山 浩司 長崎総合科学大学, 工学研究科, 教授 (60412722)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2024-03-31
• Keywords: フレキシブルデバイス / 半導体パッケージ / チップレット / 応力制御 / 材料力学

Outline of Final Research Achievements

The highly integrated FHE in this research adopts an integration configuration in which tiny Si chips (chiplets) about 100μm thick are embedded in elastomers and interconnected by high-density wiring at the wafer level to systematize a structure that dramatically improves the performance and scalability of flexible devices. In particular, we will demonstrate the effectiveness of this highly integrated FHE by analyzing the mechanical/electrical reliability and reducing stress through finite element method calculations and experimental verification of hierarchical multi-scale stress at the molecular, material, and system levels.

Free Research Field

半導体実装工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の半導体システムのボトルネックとなっているプリント基板（フレキシブルプリント配線板を含む）の課題を克服し、システム全体としてみた性能や効率を学問として捉えた集積学の開拓が必要である。ここでは国際共同研究を通してフレキシブルデバイスシステムに要求される仕様を理解し、材料や構造、回路に反映するために必要なシステム集積学を追求する。特に、機能ブロックを分割してチップをチップレットにするSystem-Level Chip Partitioning技術は、高集積FHEの高信頼性化に非常に有益な技術となる。