柔性电路板上倒装芯片组装

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1、柔性电路板上倒装芯片组装由思想来控制机器的能力是人们长久以来的梦想；尤其是为了瘫痪的那些人。近年来，工艺的进步加速了人脑机器界面（BMI）的进展。针对生物医学的应用，杜克大学的研究者已经成功地利用神经探针开发出讯号处理的ASIC，以及无线传输动力与信息的电子电路系统。再下一步，就是开发组件的封装技术。然而，这些组件将如何相互联接呢？    尺寸和可靠性对生物医学用的植入物而言，是最重要的两个要素。微电子业的两个封装技术（倒装芯片接合和柔性载板）正好适用于这个应用。倒装芯片接合技术已经发展30多年了。此一技术的优点是体积小、接线密度高，而且因

2、为引脚短而电性得以改善4。倒装芯片接合技术的另一个优势，是能够将多个不同尺寸的芯片封装在同一片载板上，构成多芯片模块。这种封装方式能免除又大又不可靠的连接器。    此外，由聚亚酰胺（polyimide）做成的柔性载板能够弯曲和折迭，可以充分利用空间做成体积小的组件。但因为聚亚酰胺材料仅适用于低温接合技术（制程温度低于摄氏200度），所以必须使用热硬化黏胶，而非焊锡来提供机械性和电性的联结。在这个研究中，我们使用低成本的柱形金凸块技术，而非其它类似应用中所采用的锡铅凸块技术。    为了发展适用于生物医学应用的制程，我们设计并以聚亚酰胺为基

3、材制造测试芯片。这些测试芯片在打上柱形金凸块后，被用来验证制程。我们分别测试了导电和绝缘的热硬化黏胶，并在做过温度循环测试后，测量接触电阻以评量产品的可靠性。    接合技术    我们希望能够使用柱形金凸块技术和热硬化黏胶，发展一个可靠的制程，将切割后的芯片接合在柔性载板上。在这个研究中，我们测试了两个接合的方法；第一个方法使用绝缘的热硬化黏胶、第二个方法使用导电黏胶和绝缘的底部填充胶。每一个测试组件都由测试电路载板和仿真芯片（dummychip）所组成。管脚阵列封装的载板也被设计在同一片聚亚酰胺载板上，以便于未来用于测试神经讯号放大器芯

4、片。    仿真芯片的制备：为了使软性的仿真芯片能像硅芯片一样硬，我们得在这个软性的仿真芯片背部加上一个加强性构件。可是由载板制造商提供的加强性构件太软了，所以我们用一小块1毫米厚的显微镜用的载玻片取代制造商所提供的加强性构件。柱形金凸块：测试中所使用的仿真芯片和芯片的柱形金凸块都是用手动金球焊线机（Kulicke&Soffa抯4524AD）做出来的。    绝缘的热硬化黏胶接合：在绝缘的热硬化黏胶接合方法中，长了柱形金凸块的芯片和载板用绝缘的热硬化黏胶接合。芯片和载板的对准和接合是用倒装芯片接合机（SUSSMicrotec抯FC150）。

5、接合的步骤如下:1.将长了柱形金凸块的芯片和载板装载到倒装芯片接合机。2.芯片和载板由倒装芯片接合机对准。3.将绝缘的热硬化黏胶涂布在载板上。4.依表2与图3的条件将芯片与载板接合。5.黏胶在接合的压力下被热硬化，然后在释压前冷却下来。        导电黏胶的接合技术      在导电黏胶的接合方法中，先将长好柱形金凸块的芯片放入银胶的薄层。再把这个沾了银胶的芯片用绝缘的热硬化黏胶与载板接合。芯片和载板的对准和接合也是使用倒装芯片接合机。接合的步骤如下：1.将长了柱形金凸块的芯片装载到倒装芯片接合机。2.将载玻片放在放载板的吸盘上。3.将

6、薄薄的一层导电银胶在涂布在载玻片上。注意:将导电银胶稀释10%以达成较好的沾胶效果。4.用倒装芯片接合机将导电银胶延展成30微米厚。5.将长了柱形金凸块的芯片压入30微米厚的导电银胶层。6.取走载玻片，然后放入载板。7.在载板上涂布绝缘的热硬化黏胶。8.将芯片与载板对准，然后透过黏胶与载板接合。9.黏胶在接合的压力被热硬化，然后在释压前冷却下来。      温度循环测试：温度循环测试经常被用来验证接合点的可靠度。在温度循环测试期间，每30秒就记录一次温度和仿真芯片上一对凸块间的电阻。温度循环测试的温度变化条件设定如下:1.保持在摄氏85度，

7、10分钟。2.以最快的速度降温到摄氏零下10度。3.保持在摄氏零下10度，10分钟。4.以最快的速度升温到摄氏85度。5.重复这个温度变化周期。    将仿真芯片从聚亚酰胺基材上切割下来，黏合载玻片以加强软性仿真芯片的结构强度，打上柱形金凸块，然后以前述的两种方法（绝缘的热硬化黏胶接合技术、导电的热硬化黏胶接合技术）将仿真芯片与柔性载板接合起来。由于这个做在聚亚酰胺基材上的仿真芯片是半透明的，我们能够以目检检视接合的界面。柱形金凸块看起来是很平均的被压缩，这表示平面度控制得很好。对准的精确度控制在3微米之内。可以看到在黏胶层之内有一些空气气

8、泡，但是，这些空气气泡看来并不会影响效能。    使用柱形金凸块和黏胶的接合技术有几个优点。首先，这个方法适用于已切割的芯片。  实际上，使用软性的仿真芯片作为测试组件，是一个发