Технология PCB - Сборка флип-чипа на гибкой печатной плате

способность управлять машиной через мышление является долгой мечтой людей; особенно те, кто парализован. В последние годы технический прогресс ускорил развитие интерфейса BMI. Что касается применения биомедицины, то исследователи университета Дьюка успешно использовали нейронные зонды для разработки систем обработки сигналов асик и электронных схем для передачи мощности и информации по радио. Следующий шаг - разработка технологии упаковки компонентов. Однако как эти компоненты будут связаны друг с другом?

Size and reliability are the two most important elements for biomedical implants. Two packaging technologies in the microelectronics industry (flip chip bonding and flexible PCB carrier) are just right for this application.Flip chip bonding technology has been developed for more than три0 years. The advantages of this technology are small size, high wiring density, and improved electrical properties due to short pins4. Another advantage of перевёрнутый чипbonding technology is that multiple chips of different sizes can be packaged on the same PCB carrier to form a multi-chip module. This type of packaging can eliminate large and unreliable connectors.

Кроме того, the flexible PCB carrier board made of polyimide can be bent and folded, which can make full use of space to make small-sized components. However, because polyimide materials are only suitable for low-temperature joining technology (the process temperature is less than 200 degrees Celsius), it is necessary to use thermosetting adhesive instead of solder to provide mechanical and electrical connection. В настоящем исследовании, Мы используем дешевые технологии золотой выступ, а не другие аналогичные технологии, используемые в других аналогичных применениях..

для разработки технологии производства, пригодной для применения в биомедицине, мы разработали и создали пробные чипы на основе полиимида. Эти тестовые чипы используются для проверки процесса изготовления в виде золотых выступов на пресс - колонке. мы отдельно проверили электропроводность и термоупрочняющий клей изоляции, а после испытания температурного цикла измерили контактное сопротивление, чтобы оценить надежность продукции.

Joining technology

Мы надеемся использовать технологию столбчатого золотого удара и термоотверждаемый клей для разработки надежного процесса приклеивания нарезанного кубиками чипа к гибкому держателю печатной платы. В этом исследовании мы протестировали два метода склеивания; в первом методе используется изолирующий термореактивный клей, а во втором методе используется токопроводящий клей и изолирующая прокладка. Каждый тестовый компонент состоит из несущей платы тестовой схемы и макета микросхемы. Несущая плата печатной платы пакета штыревого массива также разработана на той же несущей плате печатной платы из полиимида, чтобы ее можно было использовать для тестирования микросхемы усилителя нервных сигналов в будущем.

Preparation of the simulation chip: In order to make the soft simulation chip as hard as the silicon chip, we have to add a reinforcing member on the back of the soft simulation chip. However, the reinforcing member provided by the PCB carrier manufacturer is too soft, so we replaced the reinforcing member provided by the manufacturer with a small 1mm thick microscope slide. Cylindrical gold bumps: The simulation chip and the chip’s cylindrical gold bumps used in the test are all made with a manual gold ball bonding machine (Kulicke & Soffa’s 4524AD).

термореактивное соединение изоляции: в процессе термореактивного клея изоляции, the chip with long columnar gold bumps and the PCB carrier board are bonded with insulating thermosetting adhesive. The alignment and bonding of the chip and thePCB carrier boardare performed by a flip chip bonding machine (SUSS Microtec's FC150). The steps of joining are as follows:

1. вкладыш кристаллов с золотыми выступами с длинными цилиндрическими точками и связка для носителей PCB в перевёрнутые кристаллы.

2. The chip and the PCB carrier board are aligned by a flip chip bonder.

3. Coat the insulating thermosetting adhesive on the PCB carrier board.

подключение кристаллов к планшетам PCB в соответствии с условиями, изложенными в таблицах 2 и 3.

5. клей закаляется под давлением сцепления, а затем охлаждается до высвобождения давления.

техника соединения резины

In the conductive adhesive bonding method, a chip with long pillar-shaped gold bumps is first placed in a thin layer of silver glue. Then connect the chip with silver glue to the PCB carrier board with insulating thermosetting glue. установка и соединение кристаллов и носителей PCB. The joining steps are as follows:

1. Load the chip with long pillar-shaped gold bumps into the flip chip bonder.

2. Place the glass slide on the suction cup on the PCB carrier.

3. Coat a thin layer of conductive silver glue on the glass slide. Note: Dilute the conductive silver glue by 10% to achieve a better adhesion effect.

4. нанести проводящий серебро пасту на толщину 30 мкм при помощи перевёрнутой сварки.

5. нажимать чипы с цилиндрическими золотыми выступами в электропроводное серебро толщиной 30 микрон.

6. Remove the glass slide and put it on the PCB carrier board.

7. теплоотвержденный клей для нанесения покрытий на несущих плитах PCB.

8. Align the chip with the PCB carrier board, and then bond it with the PCB carrier board through glue.

9. The adhesive is thermally hardened under the pressure of joining, and then cooled down before the pressure is released.

Temperature cycle test: Temperature cycle test is often used to verify the reliability of the joint. During the temperature cycle test, the temperature and the resistance between a pair of bumps on the simulated chip are recorded every 30 seconds.

The temperature change conditions of the temperature cycle test are set as follows:

1. Keep it at 85 degrees Celsius for 10 minutes.

2. как можно скорее охладить до минус 10 градусов.

3. Keep it at minus 10 degrees Celsius for 10 minutes.

4. Increase the temperature to 85 degrees Celsius as quickly as possible.

повторить этот цикл изменения температуры.

The simulation chip is cut from the polyimide substrate, прочность конструкции гибкого аналогового кристалла, крепежный выступ, and then the two methods mentioned above (insulating thermosetting adhesive bonding technology), Conductive thermal hardening adhesive bonding technology) to join the simulation chip and the flexible PCB carrier board. Since this simulation chip made on the polyimide substrate is translucent, we can visually inspect the bonding interface. The cylindrical gold bumps appear to be compressed evenly, это значит, что ровность хорошо контролируется. The accuracy of the alignment is controlled within 3 microns. It can be seen that there are some air bubbles in the adhesive layer, but these air bubbles do not seem to affect the performance.

There are several advantages to the joining technique using pillar-shaped gold bumps and glue. First of all, Этот метод применяется к срезу. In fact, using a soft emulation chip as a test component is a relatively inexpensive and practical way to develop bonding technology. The translucent test components are even more beneficial than expected when using polyimide as the substrate. Since the test component is semi-transparent, we can easily use optical micromirrors to check the quality of the joint. применять термореактивный клей, the process steps are relatively simple, и не надо ничего чистить и добавлять. There are several steps in the bonding method of conductive adhesive that need to be carefully controlled, особенно применение серебряной резины и пропитки. Кроме того, for the consideration of mechanical strength, необходимо добавить еще один шаг. The common disadvantage of these two methods is that the curing time (10 minutes) of the adhesive is too long; as far as research is concerned, это приемлемо.

However, for mass production, a glue with a shorter curing time is necessary. Мы считаем, что, когда клей и грунт затвердеют, they can tighten the chip and PCB carrier, thus enhancing the quality of the joint. In the temperature cycle test, среднее сопротивление клеевой технологии изоляции, отвечающее нашим ожиданиям; этот результат также сопоставим с результатами других подразделений. Using insulated thermosetting adhesive bonding technology, причина перевёрнутый чип bonding on the flexible PCB substrate and the commercially produced ceramic pin array package components have the same electrical performance. In addition, this technology has the advantages of small size and adaptability to different shapes.

In order to bond the ASICS chip of the neural signal amplifier to the flexible PCB carrier board by перевёрнутый чип packaging, we developed and evaluated two bonding methods, and used the simulation chip manufactured on the polyimide substrate for the development and testing of the manufacturing process. на основе простой и надежной технологии производства, Мы используем термореактивный клей для клея изоляции и технологии золотой выступ крепи. Мы также используем этот метод для подключения чипа ASICS усилителя нейронных сигналов к несущей плате печатной платы с набором контактов. Первое испытание дало 100% функциональный продукт.