【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及微系统，特别涉及一种基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统。
技术介绍
1、自然界中广泛分布着多种形式的能量，例如太阳能、电磁能、振动能、热能等。若能通过多物理场能量俘能技术高效收集环境中的多模能量，将其转换为电能，并配合升/降压能量管理电路，将转换得到的电能存于储能电池中，即可实现对后端负载的自供能。这一技术可满足众多电子元器件及智能化装备的野外自供能需求，提升它们的续航时长及在极端环境下的工作能力。
2、目前，多模环境能量俘获芯片和能量管理电路的发展已较为较成熟，但两者间的发展却存在一定隔离与局限性，因此二者通常采用分立集成的方式配合使用，无法实现“俘能器件—能量管理电路—储能电池”的功能重构与集成。在ic 2.5d/3d集成与封装领域中，硅通孔转接板(through silicon via，简称：tsv)能够实现芯粒与芯粒、芯粒与封装基板的水平和垂直互连，但2.5d/3d集成封装对芯粒直接与pcb板级封装的兼容性较低，耐受功率上限极小。同时，tsv的功能单一且固定，只能进行相似功能芯粒的集成，无法进行异种芯粒的整合与集成，不能实现片上/晶上异种芯粒间的功能重构。
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，可以实现“俘能芯片—能量管理电路—储能电池”链路上异种芯粒和元器件的功能重构与集成，有效提升了微系统的续航时长和极端环境下的工作能力。
2、为解决上述技术问题，本申请的实施例
3、本申请的实施例提供的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，由俘能器件层从外界环境中俘获不同形式的能量并转换成电能，经硅转接板层传输至能量管理层，最终由能量管理层的储能模块进行电能存储。硅转接板层设有若干个可编辑的功能重构区，功能重构区的面积、材料和与俘能器件层的连接均可编辑，这使得硅转接板层适用于各种面对不同形式能量的俘能器件与能量管理电路的片上/晶上系统的互联集成，整个微系统体积比较小，重量比较轻，功能密度高。硅转接板层的设置使得俘能器件与能量管理电路、储能模块不再分体设计，很好地实现了“俘能器件—能量管理电路—储能电池”的功能重构与集成，即实现了多类分立器件的集成与多功能微系统的自供能，有效提升了微系统的续航时长和极端环境下的工作能力，使微系统适用于各种应用场景，提升了微系统的泛化能力和普适性。
4、在一些可选的实施例中，所述第一主体部由若干个不同能量形式的俘能芯片组成，所述俘能芯片包括压电俘能芯片、光电俘能芯片、振动俘能芯片和电磁俘能芯片，所述压电俘能芯片用于从外界环境中俘获机械能，并将俘获到的机械能转换为电能；所述光电俘能芯片用于从外界环境中俘获光能，并将俘获到的光能转换为电能；所述振动俘能芯片用于从外界环境中俘获振动能，并将俘获到的振动能转换为电能；所述电磁俘能芯片用于从外界环境中俘获电磁能，并将俘获到的电磁能转换为电能。第一主体部至少集成有压电俘能芯片、光电俘能芯片、振动俘能芯片和电磁俘能芯片，这样微系统至少可以俘获附近环境中的机械能、太阳光能、振动能和电磁能并转换电能，保证微系统拥有强大的自持能力。
5、在一些可选的实施例中，所述第一电连接部具体用于电连接各所述俘能芯片的顶电极与所述第二主体部的上表面的重布线层，所述第二电连接部具体用于电连接各所述俘能芯片的底电极与所述第二主体部的上表面的重布线层；所述第一电连接部采用细导线焊接形式或金丝打线形式；所述第二电连接部采用双组份导电银胶形式、键合工艺形式或倒装回流焊接形式。第一电连接部和第二电连接部可以根据实际使用场景选择合适的电连接形式制备，进一步提升了微系统的泛化能力和普适性。
6、在一些可选的实施例中，所述第二电连接部采用所述双组份导电银胶形式，在制备所述第二电连接部时，将所述双组份导电银胶中的a胶和b胶按预设比例配比并混合均匀形成胶体，将所述胶体平整均匀地涂覆在所述第二主体部的上表面的重布线层上，并将各所述俘能芯片的底电极贴附在所述胶体上，对所述胶体进行升温固化，形成所述第二电连接部。导电银胶制备工艺简单，易于布置，不存在类似于焊接的热损伤和内应力，还可以对第二主体部起到一定程度的保护。
7、在一些可选的实施例中，所述第二主体部为硅转接板，所述硅转接板的面积大于所述第一主体部的面积，所述第三电连接部采用在所述硅转接板内设置tsv通孔的形式；在制备所述第三连接部时，选取不同尺寸和厚度的硅晶圆作为衬底，对所述衬底采用深反应离子刻蚀与bosch工艺制备得到tsv通孔，从所述tsv通孔的孔内壁到孔内中心依次制备绝缘层、阻挡层和种子层，并在所述tsv通孔的孔内壁电镀导电金属，形成所述第三电连接部。tsv通孔可以大幅度地缩短电互连的长度，提高电性能，并且非常适合用于半导体器件高密度集成。
8、在一些可选的实施例中，所述硅转接板的上表面和下表面均沉积有绝缘层，在所述硅转接板的上表面的绝缘层外侧电镀金属重布线层，形成所述第二主体部的上表面的重布线层，在所述硅转接板的下表面的绝缘层外侧电镀金属重布线层，形成所述第二主体部的下表面的重布线层。
9、在一些可选的实施例中，所述tsv通孔的孔径范围为25μm至70μm，所述tsv通孔的深度范围为250μm至350μm，所述tsv通孔的深宽比小于或等于10：1。
10、在一些可选的实施例中，所述第四电连接部采用bump工艺+环氧树脂胶形式、焊锡球形式或双组份导电银胶形式。第四电连接部可以根据实际使用场景选择合适的电连接形式制备，进一步提升了微系统的泛化能力和普适性。
11、在一些可选的实施例中，每个功能重构区均对应至少一个俘能芯片，所述功能重构区作为对应的俘能芯片的物理载体，同一个所述功能重构区对应的各俘能芯片的能量形式相同。
12、在一些可选的实施例中，所述能量管理本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，包括：俘能器件层、硅转接板层和能量管理层，所述俘能器件层包括第一主体部、第一电连接部和第二电连接部，所述硅转接板层包括第二主体部和第三电连接部，所述能量管理层包括第三主体部和第四电连接部，所述第三主体部包括能量管理电路和储能模块；
2.根据权利要求1所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第一主体部由若干个不同能量形式的俘能芯片组成，所述俘能芯片包括压电俘能芯片、光电俘能芯片、振动俘能芯片和电磁俘能芯片；
3.根据权利要求2所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第一电连接部具体用于电连接各所述俘能芯片的顶电极与所述第二主体部的上表面的重布线层，所述第二电连接部具体用于电连接各所述俘能芯片的底电极与所述第二主体部的上表面的重布线层；
4.根据权利要求3所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第二电连接部采用所述双组份导电银胶形式，在制备所述第二电连接部时，将所述双组份导电银胶中的A胶和B胶
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第二主体部为硅转接板，所述硅转接板的面积大于所述第一主体部的面积，所述第三电连接部采用在所述硅转接板内设置TSV通孔的形式；
6.根据权利要求5所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述硅转接板的上表面和下表面均沉积有绝缘层，在所述硅转接板的上表面的绝缘层外侧电镀金属重布线层，形成所述第二主体部的上表面的重布线层，在所述硅转接板的下表面的绝缘层外侧电镀金属重布线层，形成所述第二主体部的下表面的重布线层。
7.根据权利要求5所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述TSV通孔的孔径范围为25μm至70μm，所述TSV通孔的深度范围为250μm至350μm，所述TSV通孔的深宽比小于或等于10：1。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第四电连接部采用Bump工艺+环氧树脂胶形式、焊锡球形式或双组份导电银胶形式。
9.根据权利要求2所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，每个功能重构区均对应至少一个俘能芯片，所述功能重构区作为对应的俘能芯片的物理载体，同一个所述功能重构区对应的各俘能芯片的能量形式相同。
10.根据权利要求2所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，所述能量管理电路的数量与俘能芯片的数量相同且一一对应，所述能量管理电路包括用于接收所述压电俘能芯片输出的电能的压电俘能管理电路、用于接收所述光电俘能芯片输出的电能的光电俘能管理电路、用于接收所述振动俘能芯片输出的电能的振动俘能管理电路和用于接收所述电磁俘能芯片输出的电能的电磁俘能管理电路，所述第三主体部还包括能量整合电路；
...【技术特征摘要】
1.一种基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，包括：俘能器件层、硅转接板层和能量管理层，所述俘能器件层包括第一主体部、第一电连接部和第二电连接部，所述硅转接板层包括第二主体部和第三电连接部，所述能量管理层包括第三主体部和第四电连接部，所述第三主体部包括能量管理电路和储能模块；
2.根据权利要求1所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第一主体部由若干个不同能量形式的俘能芯片组成，所述俘能芯片包括压电俘能芯片、光电俘能芯片、振动俘能芯片和电磁俘能芯片；
3.根据权利要求2所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第一电连接部具体用于电连接各所述俘能芯片的顶电极与所述第二主体部的上表面的重布线层，所述第二电连接部具体用于电连接各所述俘能芯片的底电极与所述第二主体部的上表面的重布线层；
4.根据权利要求3所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第二电连接部采用所述双组份导电银胶形式，在制备所述第二电连接部时，将所述双组份导电银胶中的a胶和b胶按预设比例配比并混合均匀形成胶体，将所述胶体平整均匀地涂覆在所述第二主体部的上表面的重布线层上，并将各所述俘能芯片的底电极贴附在所述胶体上，对所述胶体进行升温固化，形成所述第二电连接部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于多模环境能量的功能可重构的片上自供能微系统，其特征在于，所述第二主体部为硅转接板，所述硅转接板的面积大于所述第一主体部的面积，所述第三电连接部采用在所述硅转接板内设置tsv...
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