Teknik PCB - Flip chip assembly on flexible circuit board

Kemampuan untuk mengawal mesin dengan fikiran adalah mimpi lama bagi orang; terutama bagi orang-orang yang lumpuh. Dalam tahun-tahun terakhir, kemajuan teknologi telah mempercepat kemajuan antaramuka mesin otak manusia (BMI). Untuk aplikasi biomedis, peneliti di Universiti Duke telah berjaya menggunakan sond saraf untuk mengembangkan pemprosesan isyarat ASICs dan sistem sirkuit elektronik untuk penghantaran kuasa dan maklumat tanpa wayar. Langkah berikutnya adalah untuk mengembangkan teknologi pakej komponen. Bagaimanapun, bagaimana komponen ini akan berhubung satu sama lain?

Saiz dan kepercayaan adalah dua unsur yang paling penting untuk implan biomedis. Dua teknologi pakej dalam industri mikroelektronik (flip chip bonding dan pembawa PCB fleksibel) adalah tepat untuk aplikasi ini. Flip chip teknologi ikatan telah dikembangkan selama lebih dari 30 tahun. Keuntungan teknologi ini adalah saiz kecil, ketepatan kawat tinggi, dan sifat elektrik yang diperbaiki disebabkan pins4 pendek. Keuntungan lain dari teknologi pengikatan cip-balik ialah cip berbilang saiz boleh dikemas pada pembawa PCB yang sama untuk membentuk modul cip-berbilang. Jenis pakej ini boleh menghapuskan sambungan besar dan tidak dipercayai.

Selain itu, papan pembawa PCB fleksibel yang terbuat dari poliimid boleh dibelakang dan dilipat, yang boleh membuat penggunaan penuh ruang untuk membuat komponen saiz kecil. Namun, kerana bahan poliimid hanya sesuai untuk teknologi menyatukan suhu rendah (suhu proses kurang dari 200 darjah Celsius), perlu menggunakan lembaran termoset selain daripada askar untuk menyediakan sambungan mekanik dan elektrik. Dalam kajian ini, kami menggunakan teknologi peluru emas pilar yang rendah biaya daripada teknologi peluru tin-lead yang digunakan dalam aplikasi yang sama lain.

Untuk mengembangkan proses penghasilan yang sesuai untuk aplikasi biomedikal, kami merancang dan menghasilkan cip ujian menggunakan poliimid sebagai substrat. Cip ujian ini digunakan untuk mengesahkan proses penghasilan selepas ditanda dengan bump emas bentuk pilar. Kami menguji lengkap konduktif dan mengisolasi terma keras secara berdasarkan, dan selepas melakukan ujian suhu siklus, resistensi kenalan diukur untuk menilai kepercayaan produk.

Teknologi bergabung

Kami berharap untuk menggunakan teknologi peluru emas pillar dan lembaran keras secara panas untuk mengembangkan proses yang boleh diandalkan untuk mengikat cip diced kepada pembawa PCB fleksibel. Dalam kajian ini, kami menguji dua kaedah ikatan; kaedah pertama menggunakan pengisihan lembaran termoset, dan kaedah kedua menggunakan lembaran konduktif dan pengisihan bawah mengisi. Setiap komponen ujian terdiri dari papan pembawa sirkuit ujian PCB dan cip manis. Papan pembawa PCB bagi pakej tatasusunan pin juga dirancang pada papan pembawa PCB poliimid yang sama, sehingga ia boleh digunakan untuk menguji cip penyampai isyarat saraf di masa depan.

Pengikatan melekat termoset terisolasi: Dalam kaedah ikatan melekat termoset mengisolasi, cip dengan bump emas kolom panjang dan papan pembawa PCB terisolasi dengan melekat termoset mengisolasi. Penjajaran dan ikatan cip dan papan pembawa PCB dilakukan oleh mesin ikatan cip terbalik (FC150 SUSS Microtec). Langkah bergabung adalah sebagai berikut:

1. Muat cip dengan bumps emas bentuk pilar panjang dan papan pembawa PCB ke dalam bonder cip terbalik.

2. Cip dan papan pembawa PCB disesuaikan oleh bonder cip terbalik.

3. Menutup lembaran termoset yang mengisolasi pada papan pembawa PCB.

4. Sambungkan cip ke papan pembawa PCB mengikut syarat dalam Jadual 2 dan Figur 3.

5. Lekat adalah keras secara panas di bawah tekanan bergabung, dan kemudian sejuk sebelum tekanan dilepaskan.

Bergabung teknologi lembaran konduktif

Dalam kaedah ikatan lengkap konduktif, cip dengan bumps emas bentuk pilar panjang ditempatkan pertama kali dalam lapisan tipis lem perak. Kemudian sambungkan cip dengan lem perak ke papan pembawa PCB dengan lem pemisah suhu. Penjajaran dan ikatan cip dan pembawa PCB juga menggunakan mesin ikatan cip terbalik. Langkah bergabung adalah sebagai berikut:

1. Muat cip dengan bumps emas bentuk pilar panjang ke dalam bonder cip flip.

2. Letakkan slaid kaca pada cangkir suction pada pembawa PCB.

3. Membongkar lapisan tipis lem perak konduktif pada slaid kaca. Perhatian: Lekat perak konduktif dengan 10% untuk mencapai kesan pegangan yang lebih baik.

4. Guna bonder cip flip untuk menyebarkan pasta perak konduktif ke tebal 30 mikron.

5. Tekan cip dengan bumps emas bentuk pilar ke dalam lapisan lem perak konduktif tebal 30 mikron.

6. Buang slaid kaca dan letakkannya di papan pembawa PCB.

7. Pelayan mengisolasi penyembuhan panas pada papan pembawa PCB.

8. Jajarkan cip dengan papan pembawa PCB, dan kemudian ikat dengan papan pembawa PCB melalui lem.

9. Lekat adalah keras secara panas di bawah tekanan bergabung, dan kemudian sejuk sebelum tekanan dilepaskan.

Ujian siklus suhu: Ujian siklus suhu sering digunakan untuk mengesahkan kepercayaan kongsi. Semasa ujian suhu, suhu dan perlahan diantara pasangan bumps pada cip simulasi direkam setiap 30 saat.

Keadaan perubahan suhu ujian suhu ditetapkan sebagai berikut:

1, simpan pada 85 darjah Celsius selama 10 minit.

2. sejuk hingga tolak 10 darjah Celsius secepat mungkin.

Tetap pada -10 darjah Celsius selama 10 minit.

4. meningkatkan suhu ke 85 darjah Celsius secepat mungkin.

5. Ulang siklus perubahan suhu ini.

Cip simulasi dipotong dari substrat poliimid, dan slaid kaca diikat untuk meningkatkan kekuatan struktur cip simulasi fleksibel, dan bump emas bentuk pilar ditempatkan, dan kemudian kedua-dua kaedah yang disebut di atas (mengisolasi teknologi ikatan melekat termoset), Teknologi pengikatan melekat termal konduktif) untuk bergabung dengan cip simulasi dan papan pembawa PCB fleksibel. Kerana cip simulasi ini dibuat pada substrat poliimid adalah translucen, kita boleh memeriksa secara visual antaramuka ikatan. Gelombang emas silindrik kelihatan dipampat secara serentak, yang bermakna keseluruhannya dikawal dengan baik. Ketepatan jajaran dikawal dalam 3 mikron. Ia boleh dilihat bahawa terdapat beberapa gelembung udara dalam lapisan yang melekat, tetapi gelembung udara ini nampaknya tidak mempengaruhi prestasi.

Terdapat beberapa keuntungan pada teknik bergabung menggunakan bump emas bentuk pilar dan lem. Pertama-tama, kaedah ini sesuai untuk cip diced. Sebenarnya, menggunakan cip emulasi lembut sebagai komponen ujian adalah cara yang relatif tidak mahal dan praktik untuk mengembangkan teknologi ikatan. Komponen ujian yang jelas lebih berguna daripada yang dijangka bila menggunakan poliimid sebagai substrat. Oleh kerana komponen ujian adalah setengah-lutsinar, kita boleh dengan mudah menggunakan cermin mikro optik untuk memeriksa kualiti kongsi. Dengan menggunakan teknologi ikatan termoset terpisah, langkah proses relatif mudah, dan tidak perlu membersihkan langkah-langkah dan penuh tambahan. Terdapat beberapa langkah dalam kaedah ikatan lembaran konduktif yang perlu dikendalikan dengan hati-hati, terutama aplikasi lembaran perak dan lembaran tenggelam. Selain itu, untuk mempertimbangkan kekuatan mekanik, perlu menambah langkah penuh bawah. Kegagalan umum dua kaedah ini adalah bahawa masa penyembuhan (10 minit) lembaran terlalu panjang; dalam penyelidikan, ini boleh diterima.

Bagaimanapun, untuk produksi mass a, glue dengan masa penyembuhan yang lebih pendek diperlukan. Kami percaya bahawa apabila lipatan dan penutup bawah disembuhkan, mereka boleh ketat cip dan pembawa PCB, dengan demikian meningkatkan kualiti kongsi. Dalam ujian siklus suhu, perlawanan rata-rata teknologi ikatan termoset terpisah adalah sesuai dengan harapan kita; hasil ini juga boleh dibandingkan dengan hasil unit lain. Dengan menggunakan teknologi ikatan termoset terisolasi, komponen yang disediakan dengan ikatan chip-balik pada substrat PCB fleksibel dan komponen pakej pin array keramik yang dihasilkan secara komersial mempunyai prestasi elektrik yang sama. Selain itu, teknologi ini mempunyai keuntungan saiz kecil dan kemampuan menyesuaikan kepada bentuk yang berbeza.

Untuk ikat cip ASICS penyampai isyarat saraf ke papan pembawa PCB fleksibel dengan pakej cip-balik, kami mengembangkan dan menilai dua kaedah ikatan, dan menggunakan cip simulasi yang dibuat pada substrat poliimid untuk pembangunan dan ujian proses penghasilan. Berdasarkan pertimbangan proses penghasilan sederhana dan kepercayaan yang baik, kami menggunakan teknologi pengikatan termoset yang terisolasi dan teknologi bump emas pilar. Kami juga menggunakan kaedah ini untuk menyambungkan cip ASICS dari penyembah isyarat saraf ke papan pembawa pakej pin array PCB. Ujian pertama menghasilkan produk berfungsi 100%.