Technologie PCB - Composants de puce inversés sur une carte de circuit flexible

La capacité de contrôler les machines par la pensée est un rêve de longue date; Surtout ceux qui sont paralysés. Ces dernières années, les progrès technologiques ont accéléré le développement de l'interface cerveau - machine (IMC). Pour les applications biomédicales, les chercheurs de l'Université Duke ont utilisé avec succès des sondes neuronales pour développer des ASIC de traitement du signal et des systèmes de circuits électroniques pour la transmission sans fil de l'énergie et de l'information. L'étape suivante consiste à développer la technologie d'encapsulation des composants. Cependant, comment ces composants seront - ils interconnectés?

La taille et la fiabilité sont les deux facteurs les plus importants pour les implants biomédicaux. Deux technologies d'encapsulation dans l'industrie de la microélectronique (Flip chip Bonding et flexible PCB carrier) sont adaptées à cette application. La technologie Flip chip Bonding est en développement depuis plus de 30 ans. Les avantages de cette technique sont une petite taille, une densité de câblage élevée et des performances électriques améliorées grâce à des broches courtes 4. Un autre avantage de la technologie Flip chip Bonding est qu'il est possible d'encapsuler plusieurs puces de tailles différentes sur un même support PCB pour former un module multi - puces. Ce type de boîtier permet d'éliminer les connecteurs volumineux et peu fiables.

En outre, la plaque de support de PCB flexible en polyimide peut être pliée et pliée, ce qui permet d'utiliser pleinement l'espace pour fabriquer de petits composants. Cependant, comme les matériaux en polyimide ne conviennent que pour les techniques de connexion à basse température (température de processus inférieure à 200 degrés Celsius), il est nécessaire d'utiliser des adhésifs thermodurcissables plutôt que des soudures pour assurer les connexions mécaniques et électriques. Dans cette étude, nous avons utilisé la technologie à faible coût de la colonne d'or convexe plutôt que la technologie de l'étain - plomb convexe utilisée dans d'autres applications similaires.

Afin de développer des procédés de fabrication adaptés aux applications biomédicales, nous concevons et fabriquons des puces de test à base de Polyimide. Ces puces de test sont utilisées pour valider le processus de fabrication après emboutissage avec des billes d'or en forme de colonne. Nous avons testé séparément les adhésifs thermodurcissables conducteurs et isolants et, après avoir effectué un test de cycle de température, nous avons mesuré la résistance de contact pour évaluer la fiabilité du produit.

Technologie de connexion

Nous voulions utiliser la technologie des plots d'or en forme de colonne et un adhésif thermodurcissable pour développer un processus fiable de collage des puces tranchées sur un support PCB flexible. Dans cette étude, nous avons testé deux méthodes de collage; La première méthode utilise une colle thermodurcissable isolante et la seconde utilise une colle conductrice et un remplissage de fond isolant. Chaque composant de test est constitué d'une carte porteuse de circuit de test PCB et d'une puce factice. Les cartes porteuses de PCB encapsulées par pin Array sont également conçues sur la même carte porteuse de PCB en polyimide pour une utilisation future dans le test de puces amplificatrices de signaux neuronaux.

Collage adhésif thermodurcissable isolant: dans la méthode de collage adhésif thermodurcissable isolant, les puces avec de longs points mâles en or colonnaire sont collées avec la carte support PCB avec un adhésif thermodurcissable isolant. L'alignement et le collage de la puce et de la carte support PCB sont réalisés à l'aide d'une machine de collage de puce inversée (fc150 de suss Microtec). Les étapes de connexion sont les suivantes:

1. Chargez la carte de support de puce et de PCB avec la longue bosse d'or de colonne dans le connecteur de puce inversé.

2. Alignez la carte de support de puce et de PCB par le connecteur de puce inversé.

3. Appliquez un adhésif thermodurcissable isolant sur la plaque porteuse de PCB.

4. Connectez la puce à la carte de support PCB selon les conditions du tableau 2 et de la figure 3.

5. L'adhésif durcit à chaud sous la pression de joint, puis refroidit avant que la pression ne soit libérée.

Technique de collage de colles conductrices

Dans le procédé de collage conducteur, on place d'abord une puce à longues billes d'or en forme de colonne dans une fine couche de colle argentée. La puce est ensuite fixée avec de la colle argentée sur une carte support PCB avec une colle thermodurcissable isolante. L'alignement et le collage des supports de puce et de PCB utilisent également une machine de collage de puce inversée. Les étapes de connexion sont les suivantes:

1. Chargez la puce avec la longue bosse d'or de colonne dans le connecteur inversé de puce.

2. Placez la lame de verre sur la ventouse sur le support PCB.

3. Appliquez une fine couche de colle conductrice en argent sur la lame. Remarque: diluez la colle conductrice en argent de 10% pour une meilleure adhérence.

4. Appliquez la pâte d'argent conductrice à une épaisseur de 30 microns à l'aide d'un adhésif à puce inversé.

5. Presser la puce avec des plots d'or colonnaires dans une couche de colle d'argent conductrice de 30 microns d'épaisseur.

6. Prenez la lame de téléchargement et placez - la sur la carte support PCB.

7. Appliquez un adhésif thermodurcissable isolant sur la plaque support PCB.

8. Alignez la puce avec la carte de support de PCB, puis collez la puce avec la carte de support de carte par la colle.

9. L'adhésif durcit à chaud sous la pression de joint, puis refroidit avant que la pression ne soit libérée.

Test de cycle de température: le test de cycle de température est généralement utilisé pour vérifier la fiabilité des joints. La température et la résistance entre une paire de points convexes sur une puce analogique sont enregistrées toutes les 30 secondes pendant le test du cycle de température.

Les conditions de variation de température pour l'essai de cycle de température sont fixées comme suit:

1. Maintenez - le à 85 degrés Celsius pendant 10 minutes.

2. Refroidir à moins 10 degrés Celsius dès que possible.

3. Maintenez 10 minutes à une température de moins 10 degrés Celsius.

4. Augmenter la température à 85 degrés Celsius dès que possible.

5. Répétez ce cycle de changement de température.

Découpe de la puce analogique à partir d'un substrat en polyimide et collage d'une lame de verre pour renforcer la résistance structurelle de la puce analogique flexible et mise en place de Plots d'or en forme de colonne, puis mise en oeuvre des deux méthodes décrites ci - dessus (technique de collage adhésif thermodurcissable isolant), Technologie adhésive thermodurcissable conductrice) pour connecter une puce analogique et une carte support PCB flexible. Comme cette puce analogique réalisée sur un substrat en polyimide est translucide, nous pouvons Vérifier visuellement l'interface de collage. Les points convexes en or de forme cylindrique semblent être comprimés uniformément, ce qui signifie que la planéité est bien contrôlée. La précision de l'alignement est contrôlée à moins de 3 microns. On voit qu'il y a quelques bulles d'air dans la couche adhésive, mais ces bulles ne semblent pas affecter les performances.

La technique de connexion utilisant des plots d'or colonnaires et de la colle présente plusieurs avantages. Tout d'abord, cette méthode s'applique aux tranches. En fait, l'utilisation de puces de simulation logicielle comme composants de test est un moyen relativement peu coûteux et pratique de développer des techniques de collage. Lorsque le Polyimide est utilisé comme base, les pièces de test translucides sont encore plus bénéfiques que prévu. Comme les pièces testées sont translucides, nous pouvons facilement utiliser des microscopes optiques pour vérifier la qualité des joints. Avec la technologie de collage adhésif thermodurcissable isolant, les étapes du processus sont relativement simples et ne nécessitent pas d'étapes de nettoyage et de remplissage supplémentaire du fond. La méthode de collage des colles conductrices comporte plusieurs étapes qui nécessitent un contrôle minutieux, en particulier l'application de colles argentées et trempées. En outre, compte tenu de la résistance mécanique, il est nécessaire d'augmenter l'étape de remplissage du fond. Un inconvénient commun à ces deux procédés est que le temps de durcissement du liant (10 minutes) est trop long; En termes de recherche, c'est acceptable.

Cependant, pour la production de masse, une colle avec un temps de durcissement plus court est nécessaire. Nous croyons que lorsque l'adhésif et le remplissage inférieur sont solidifiés, ils peuvent serrer la puce et le support de PCB, améliorant ainsi la qualité du joint. La résistance moyenne de la technologie de collage adhésif thermodurcissable isolant dans le test de cycle de température est conforme à nos attentes; Ce résultat est également comparable à celui des autres unités. En utilisant la technologie de collage adhésif thermodurcissable isolant, les composants préparés par collage sur puce inversée sur un substrat PCB flexible et les composants encapsulés par matrice de broches en céramique fabriqués commercialement ont les mêmes propriétés électriques. De plus, cette technique présente l'avantage d'être de petite taille et adaptée à différentes formes.

Afin de connecter la puce Asics de l'amplificateur de signaux neuronaux sur un support PCB flexible par boîtier à puce inversée, nous avons développé et évalué deux méthodes de connexion et utilisé une puce analogique fabriquée sur un substrat en polyimide pour le développement et les tests du processus de fabrication. Sur la base de considérations de simplicité et de fiabilité du processus de fabrication, nous avons adopté la technologie de collage thermodurcissable isolant et la technologie de billes d'or colonnaire. Nous utilisons également cette méthode pour connecter la puce Asics de l'amplificateur de signaux neuronaux à la carte PCB encapsulée pin Array. Le premier essai a produit un produit 100% fonctionnel.