PCB科技 - 柔性電路板上的倒裝晶片組裝

通過思維控制機器的能力是人們長期以來的夢想； 尤其是那些癱瘓的人。 近年來，技術進步加速了人機界面（BMI）的發展。 在生物醫學應用方面，杜克大學的研究人員成功地利用神經探針開發了信號處理ASIC和用於無線傳輸功率和資訊的電子電路系統。 下一步是開發元件封裝技術。 但是，這些組件如何相互連接？

尺寸和可靠性是生物醫學植入物最重要的兩個要素. Two 包裝材料 technologies in 這個 microelectronics industry (flip chip bonding and 柔性PCB 載體) are just right for this application.倒裝晶片 粘接科技已經發展了3.0多年. 這種技術的優點是體積小, 高佈線密度, 由於短銷4.，改善了電力效能. 的另一個優點 倒裝晶片 鍵合科技是將不同尺寸的多個晶片封裝在同一個PCB載體上，形成一個多晶片模塊. 這種類型的包裝可以消除大型和不可靠的連接器.

此外, the 柔性PCB承載板 made of polyimide can be bent and folded, 可以充分利用空間製作小尺寸組件. 然而, because polyimide 材料 are only suitable for low-temperature joining technology (the process temperature is less than 2.00 degrees Celsius), 有必要使用熱固性粘合劑代替焊料來提供機械和電力連接. 在本研究中, 我們使用低成本的支柱黃金碰撞科技，而不是其他類似應用中使用的錫鉛碰撞科技.

為了開發適合生物醫學應用的制造技術，我們設計並製造了以聚醯亞胺為基底的測試晶片。 這些測試晶片用於在壓印柱形金凸塊後驗證製造過程。 我們分別測試了導電和絕緣熱硬化粘合劑，並在進行溫度迴圈測試後，量測了接觸電阻，以評估產品的可靠性。

連接科技

我們希望使用柱狀金凸點科技和熱硬化粘合劑開發一種可靠的工藝，將切好的晶片粘合到 柔性PCB carrier. 在本研究中, 我們測試了兩種鍵合方法； 第一種方法使用絕緣熱固性粘合劑, 第二種方法使用導電粘合劑和絕緣底填料. 每個測試組件由一個測試電路組成 PCB 載體板 和一個虛擬晶片. 這個 PCB承載板 引脚陣列封裝也設計在相同的聚醯亞胺上 PCB承載板, 這樣就可以用來測試未來的神經訊號放大晶片.

絕緣熱固性膠接：在絕緣熱固性膠接方法中, 具有長柱狀金凸點的晶片和 PCB承載板 用絕緣熱固性粘合劑粘合. 晶片和 PCB承載板 are performed by a flip chip bonding machine (SUSS Microtec's FC150). The steps of joining are as follows:

1、將帶有長柱形金凸塊的晶片和PCB承載板裝入倒裝晶片黏合機。

2、晶片與PCB承載板通過倒裝晶片黏合機對齊。

3、在PCB承載板上塗絕緣熱固性膠。

4、按照錶2和圖3的條件將晶片連接到PCB承載板。

粘合劑在接合壓力下熱硬化，然後在壓力釋放前冷卻。

導電膠連接科技

In the conductive adhesive bonding method, 首先在一層薄薄的銀膠中放置一塊帶有長柱狀金凸點的晶片. 然後用銀膠將晶片連接到 PCB承載板 帶絕緣熱固性膠. 晶片和PCB載體的對齊和接合也使用倒裝晶片接合機. 連接步驟如下：

1、將帶有長柱形金凸塊的晶片裝入倒裝晶片黏合機。

2、將玻璃滑塊放在PCB載體吸盤上。

3、在玻片上塗一薄層導電銀膠。 注：將導電銀膠稀釋10%，以達到更好的粘合效果。

4、使用倒裝晶片粘合機將導電銀膏攤鋪至30微米厚。

5、將帶有柱狀金凸塊的晶片壓入30微米厚的導電銀膠層中。

6.、取下玻璃滑道，放在PCB承載板上。

7.、在PCB承載板上塗絕緣熱固化膠。

8.、將晶片與PCB承載板對齊，然後用膠水將其與PCB承載板粘合。

粘合劑在接合壓力下熱硬化，然後在壓力釋放前冷卻。

溫度迴圈試驗：溫度迴圈試驗通常用於驗證接頭的可靠性。 在溫度迴圈測試期間，每30秒記錄一次類比晶片上一對凸點之間的溫度和電阻。

溫度迴圈試驗的溫度變化條件設定如下：

1、將溫度保持在85攝氏度10分鐘。

2、儘快冷卻至零下10攝氏度。

3、將溫度保持在零下10攝氏度10分鐘。

4、儘快將溫度提高到85攝氏度。

5、重複此溫度變化迴圈。

類比晶片從聚醯亞胺基板上切下, 將玻片粘接在一起，以增强柔性類比晶片的結構强度, 並放置柱狀的金凸塊, 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 柔性PCB承載板。 因為這種在聚醯亞胺襯底上製作的類比晶片是半透明的, 我們可以目視檢查粘合介面. 圓柱形的金色凸起似乎被均勻壓縮, 這意味著平整度得到了很好的控制. 對準精度控制在3微米以內. 可以看到粘合層中有一些氣泡, 但這些氣泡似乎不會影響效能.

使用柱狀金凸塊和膠水的連接科技有幾個優點。 首先，這種方法適用於切好的晶片。 事實上，使用軟模擬晶片作為測試組件是開發鍵合科技的一種相對廉價且實用的方法。 當使用聚醯亞胺作為基底時，半透明測試組件甚至比預期的更有益。 由於測試組件是半透明的，我們可以很容易地使用光學微鏡來檢查接頭的質量。 使用絕緣熱固性粘合劑粘合科技，工藝步驟相對簡單，無需清潔步驟和額外的底部填充。 導電膠的粘合方法有幾個步驟需要仔細控制，尤其是銀膠和浸漬膠的應用。 此外，考慮到機械強度，有必要添加欠填充步驟。 這兩種方法的共同缺點是粘合劑的固化時間（10分鐘）過長； 就研究而言，這是可以接受的。

然而, 用於大規模生產, 固化時間較短的膠水是必要的. 我們相信，當粘合劑和底膠固化時, 他們可以擰緊晶片和PCB載體, 從而提高接頭質量. 在溫度迴圈試驗中, 絕緣熱固性膠接科技的平均電阻符合我們的預期； 該結果也可與其他單位的結果進行比較. 採用絕緣熱固性膠接科技, 由以下人員編制的組件 倒裝晶片 粘合在 flexible PCB基板 and the commercially produced ceramic pin array package components have the same electrical performance. 此外, 該科技具有體積小、適應不同形狀的優點.

為了將神經訊號放大器的ASICS晶片連接到 柔性PCB承載板 by 倒裝晶片 packaging, 我們開發並評估了兩種粘接方法, 並使用在聚醯亞胺基板上製造的類比晶片開發和測試制造技術. 基於制造技術簡單、可靠性好的考慮, 我們使用絕緣熱固性粘合劑粘接科技和支柱金凸點科技. 我們還使用這種方法將神經訊號放大器的ASICS晶片連接到pin陣列封裝上 PCB承載板. 第一次試驗生產了100%功能性產品.