一种颅内压传感器芯片的封装工艺的制作方法

1.本发明涉及封装工艺领域，尤其涉及一种颅内压传感器芯片的封装工艺。


背景技术：

2.颅内压监护仪在医院的神经外科医疗监护的许多领域得到了广泛的应用，而作为颅内压监护仪的重要组成部分——颅内压传感器的价格一直居高不下。一方面是由颅内压探头的相关技术仍主要掌握在少数国家手里，而国内尚无成熟产品；另一方面，颅内压探头的加工工艺复杂，目前较为成熟的颅内压传感器仍采用全手工制作，生产效率较低。
3.目前主要的颅内压传感器有直管式和光纤式两种，直管式探头比光纤式探头的价格更为低廉，加工工艺也较为简单。
4.芯片的初级封装主要有引线键合(wire bonding)、倒装芯片(flip chip)两种方法。引线键合技术发展较早，技术上也较为成熟。但引线键合需要对芯片提供载板进行固定，这就使得封装的整体尺寸偏大。其加工工艺相对复杂，失败率较高，加工所需要的仪器也较多。而倒装芯片技术则不需要载板，这可以有效减小封装尺寸，而利用各向异性导电胶(anisotropic conductive film,acf)对其进行倒装封装，则进一步简化了键合工艺。
5.首先，通过柔性电路板(flexible printed circuit,以下简称fpc)的搭接实验，实现acf和fpc在该传感器制作的应用。利用四端法来测出acf的接触电阻仅为0.01ω左右。对已有的热压机进行改造，设计合适的热压头外形，根据acf的技术指标来确定封装的温度、压力和时间。
6.其次，针对封装的过程进行夹具的设计。fpc的固定采用的是真空吸附的方式，整体的工作台为一个三维微动工作台，当芯片吸附固定后可通过调整工作台来确定热压的位置。芯片的固定除了采用真空吸附外，还需要设定专门的边界角尺来限制芯片的移动。
7.最后，根据颅内压传感器的特点和应用环境，利用信号调理芯片pga309设计信号调理电路。设计多个接口电路，制作pcb板。结合软件和硬件方法来解决传感器信号放大、线性化和温度补偿等问题。
8.颅内压传感器的关键技术在于基于裸芯片的初级封装，把压力信号传输到外界。这是属于mems封装中的一级封装，目前国际上较为主流的方法有引线键合(wire bonding)、倒装芯片(flip chip)等。现有的颅内压传感器大都也是采用引线键合方法进行封装，如ge的微型传感器和法国sophysa公司的颅内压传感器。但可以看出，这种引线键合方法需要一个较大的固定芯片的载板，造成总体的尺寸偏大。焊接对位精度要求高，也较容易破坏。利用引线键合的方法引出信号，该方法应用较为广泛，但影响其键合强度的因素多种多样，除了键合时间、键合压力和功率之外，手动操作的精度和稳定性也直接影响到了键合质量，种种原因也造成键合效果的不确定性。从加工工艺手段上来说，引线键合也较为繁复，键合失败率较高，加工所需要的仪器也较多。另外，由于引线键合多采用有载板的结构所示，所以封装尺寸相对偏大。
9.用于测量颅内压的探头，非常重要的一项指标就是要求尺寸尽可能地小，所以，倒
装方案是目前较为理想的技术方案。当然，虽然倒装相比较于引线键合方式有着非常多的优点，但仍有一些有待解决的技术挑战，包括需要改进封装的电学/热学性能、更小的尺寸要求、更窄的凸点节距、以及更低的生产成本。
10.为解决上述问题，本技术中提出一种颅内压传感器芯片的封装工艺。


技术实现要素：

11.(一)发明目的
12.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种颅内压传感器芯片的封装工艺，本发明具有凝固后弹性形变小，应力尽可能小，减小对传感器感应面的影响；凝固后尽可能软，保持良好的力传导性；良好的生物相容性。
13.(二)技术方案
14.为解决上述问题，本发明提供了一种颅内压传感器芯片的封装工艺，包括：
15.利用真空吸附将芯片固定在工作台上，焊盘向上；
16.固定fpc在移动工作台上；
17.移动工作台使fpc焊点与芯片焊点光学对准；
18.芯片表面覆盖acf；
19.预贴，热压。
20.优选的，热压固化机的恒温时间可调范围在0-99s，热压机的温度为100℃-150℃，热压时间为30s。
21.优选的，acf为符合人体生物相容性的安全材料。
22.优选的，acf由基材、导电粒子和填充物组成。
23.优选的，acf的填充物可选用亚克力和环氧树脂中的至少一种。
24.优选的，acf的导电粒子直径为3-10μm。
25.优选的，整体的工作台为一个三维微动工作台，当芯片吸附固定后可通过调整工作台来确定热压的位置，芯片的固定除了采用真空吸附外，还需要设定专门的边界角尺来限制芯片的移动。
26.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
27.具有凝固后弹性形变小，应力尽可能小，减小对传感器感应面的影响；凝固后尽可能软，保持良好的力传导性；良好的生物适应性。
附图说明
28.图1为本发明提出的一种颅内压传感器芯片的封装工艺的流程图。
29.图2为本发明提出的一种颅内压传感器芯片的封装工艺中acf的片状模型结构示意图。
30.图3为本发明提出的一种颅内压传感器芯片的封装工艺中acf的热压过程图。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发
明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
32.如图1所示，本发明提出的一种颅内压传感器芯片的封装工艺，包括：
33.利用真空吸附将芯片固定在工作台上，焊盘向上；
34.固定fpc在移动工作台上；
35.移动工作台使fpc焊点与芯片焊点光学对准；
36.芯片表面覆盖acf；
37.预贴，热压。
38.需要说明的是，fpc加工考虑到引线的难度，fpc设计为双面板，中间通过过孔穿过去，由于加工工艺限制，一般来说，过孔的大小最小为0.2mm，过孔焊盘的直径为0.4mm，把fpc的宽度设为芯片等宽，线径为0.0762mm，板厚为0.15mm；双面焊盘可以使手工接线的难度降低，也可以降低fpc加工的难度，由于尺寸加工精度要求较高，fpc制版后需要采用激光对准切割以保证合格率，因为传感器的力感应面与焊盘在同一面，所以还需要在fpc背面上做如图中绿色的定位标记，便于手工操作中fpc与芯片的对准。
39.在一个可选的实施例中，热压固化机的恒温时间可调范围在0-99s，热压机的温度为100℃-150℃，热压时间为30s；热压固化是保证芯片一致性和性能指标的关键步骤，而在热压过程中，需要严格控制的主要有温度、压力、时间三个变量，本发明所使用的热压固化机的恒温时间可调范围在0-99s，考虑到生产效率，一般选择的热压时间在30s，将热压机的温度调到100℃-150℃之间的范围。acf的标称压力为0.1-0.2mpa,通过实验证明在该压力下可以保证最优的导通性能。
40.在一个可选的实施例中，acf为符合人体生物相容性的安全材料。
41.在一个可选的实施例中，acf由基材、导电粒子和填充物组成。
42.在一个可选的实施例中，acf的填充物可选用亚克力和环氧树脂中的至少一种。
43.在一个可选的实施例中，acf的导电粒子直径为3-10μm。
44.在一个可选的实施例中，整体的工作台为一个三维微动工作台，当芯片吸附固定后可通过调整工作台来确定热压的位置，芯片的固定除了采用真空吸附外，还需要设定专门的边界角尺来限制芯片的移动。
45.需要说明的是，acf由基材、导电粒子和填充物组成，其使用的注意点有：
46.1.填充物的选择：acf的填充物主要有亚克力和环氧树脂两种，亚克力材料不需要太高的热压温度，质地柔软，粘接强度不大，从而较易重工，在对粘结性要求不高的场合可以使用该材料，一般称为为热塑性，该填充物的缺点在于高膨胀性、高吸湿性。而环氧树脂的特性与之相反，一般应用于较高温度的热压，其具有高温稳定性且热膨胀性和吸湿性低，其粘结强度大，不易重工。
47.2.导电粒子的选择：目前acf的导电粒子一般在3-10μm之间，导电球径越小，相对的表面积越大，从而导电性也越高。基材的表面微观上是粗糙的，小的导电球粒未必能完全发挥作用。所以，热压时需要尽量使热压表面平整，且根据需要选择合适的球径。
48.acf120最大的特点在于其低温操作性，室温预贴，热压皆可以在120℃完成，且压着后的阻抗低，稳定性高，可耐高温、高温及回焊。当热压失败，需要重工时，可以用丙酮擦拭清除干净。
49.需要说明的是acf膜就像一层双面胶，其中含有直径3-10μm导电微粒(参见图2，图2中conductive particle为导电粒子的意思)，把需要连接的(略有突起)的高密度接线排上下对准用acf膜粘合起来，然后加温、加压，突起处的导电微粒受挤压变形接触，使电路上下方向导通而水平方向仍维持绝缘(参见图3，图3中electric conductin为电导的意思)。
50.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。