專利名稱：與植入式器件柔性互連的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與植入式器件柔性互連的方法。
技術(shù)背景"植入式器件"已成為生物醫(yī)學(xué)工程中一個極為重要的組成部分，它主要包括各類植 入式測量系統(tǒng)、植入式刺激器、植入式藥療(控制)裝置、植入式人工器官及輔助裝置等設(shè)備。 通常對"植入式器件"的要求是生物相容性好、可靠性高，適于體內(nèi)長期植入，且必須體 積小、重量輕，盡量減小植入損傷。而隨著微電子技術(shù)和微加工能力的進(jìn)步，人們已開始將 微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-electro-mechanical system, MEMS)技術(shù)引入到植入式器件領(lǐng)域以進(jìn)一 步減小"植入式器件"的體積、重量和功耗，由此可減小植入損傷，提高記錄或刺激的選擇 性。但是如何實現(xiàn)植入式微器件之間以及植入式微器件與外部記錄或刺激裝置的有效連接一 直是一個比較棘手的問題。由于許多植入式微器件(比如人工耳蝸和人工視網(wǎng)膜)往往需要 同時有幾十甚至上百個與外部設(shè)備相通的并行連接，如果利用常規(guī)的金屬絞線來進(jìn)行連接， 所形成器件的體積相對于植入操作來說會非常的大，很難滿足植入式器件體積小、重量輕的 要求，因此，不少研究小組開始了基于微加工技術(shù)的微型薄膜互連線的開發(fā)。Meyer等人開發(fā) 了一種"MicroFlex"技術(shù)，利用金絲球壓焊機(jī)形成鉚釘結(jié)構(gòu)，將微加工的薄膜互連線的通孔 焊盤與植入式芯片上焊盤連通(請參見參考文獻(xiàn)Meyer， et al. "High density interconnects and flexible hybrid assemblies for active biomedical implants", IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING, 2001, 24:366-374.)。但是該技術(shù)利用壓焊的機(jī)械力來實現(xiàn)兩層 金屬焊盤的接觸，容易形成"虛焊"的效果，可靠性難以保證；而且用于壓焊的金絲直徑通 常大于5(^m，因此基于該技術(shù)的互連裝置在互連線密度方面難以得到更大提高。綜上所述，如何解決現(xiàn)有技術(shù)中與植入式器件的電性連接問題實已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員 接待解決的技術(shù)課題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種與植入式器件柔性互連的方法，以避免現(xiàn)有技術(shù)中互連易出 現(xiàn)虛焊及連接密度有限的缺點。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的與植入式器件柔性互連的方法，其包括步驟l)在具
有犧牲層的基片上通過旋涂或氣相沉積制作出聚合物基底層，并根據(jù)待連接的植入式器件的 需要在所述聚合物基底層相應(yīng)位置通過光刻或反應(yīng)離子刻蝕制作出相應(yīng)通孔；2)在所述聚合 物基底層上通過濺射和剝離工藝制作出金屬層，并使所述金屬層不覆蓋所述通孔；3)在所述 金屬層上通過旋涂或氣相沉積絕緣材料以形成隔離絕緣層，并根據(jù)所述通孔的位置在所述隔 離絕緣層相應(yīng)位置通過光刻或反應(yīng)離子刻蝕形成相應(yīng)第一開口，以暴露所述通孔；4)采用酸 腐蝕或電化學(xué)腐蝕所述基片上的犧牲層以釋放由所述聚合物基底層、金屬層及隔離絕緣層所 形成的夾心式的柔性互連膜；5)將所述待連接的植入式器件的焊盤點金屬層貼合所述柔性互 連膜的表面并對準(zhǔn)所述通孔，再以所述焊盤點金屬層為種子層，采用電鍍方式在所述通孔中 生成金屬柱以使所述待連接的植入式器件的焊盤點金屬層與所述柔性互連膜具有的金屬層電 性連通。其中，所述的與植入式器件柔性互連的方法還包括步驟(1)根據(jù)要與所述待連接的植 入式器件連接的外部設(shè)備的需要在所述隔離絕緣層相應(yīng)位置通過光刻或反應(yīng)離子刻蝕形成相 應(yīng)第二開口，以暴露能與所述外部設(shè)備相連接的部分金屬層；(2)在所述金屬柱處澆注絕緣 聚合物以形成封裝結(jié)構(gòu)；(3)將所述外部設(shè)備的電性連接件與所述柔性互連膜暴露出的部分 金屬層電性連接以完成與所述待連接的植入式器件的柔性連接。較佳的，所述犧牲層的材料可為二氧化硅、鋁、銅、鉻及鈦中的一種，其厚度在1000埃 至2微米之間，所述聚合物基底層材料可為聚酰亞胺或聚對二甲苯，其厚度在1000埃至50 微米之間，所述金屬層材料可為金、鉑及銥中的一種，其厚度在100埃至1微米之間，所述 隔離絕緣層材料可以為二氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺或聚對二甲苯，其厚度在100埃至50微 米之間，所述金屬柱的材料的可為鎳、銅及金中的一種。綜上所述，本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法采用柔性互連膜來實現(xiàn)與植入式器件 的柔性連接，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中互連易出現(xiàn)"虛焊"的缺點，而且柔性互連膜體積小， 重量輕，易于集成，可大大減小植入式器件的植入損傷，且電氣連接的可靠性高，整個制作 工藝簡單、成熟，易于批量生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法所形成的聚合物基底層的示意圖。圖2為本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法所形成的金屬層的示意圖。圖3為本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法所形成的隔離絕緣層示意圖。圖4為本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法所形成的柔性互連膜與待連接植入式芯片
焊盤點對接的示意圖。圖5為本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法所形成的金屬柱連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法所形成的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法中植入式器件與外部設(shè)備的連接示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法將一植入式器件與外部設(shè)備互連的具體過程首先，如圖1所示，利用常規(guī)半導(dǎo)體工藝清洗方法清洗硅基片1，并在其一表面蒸發(fā)制備約1微米厚鋁膜2作為釋放的犧牲層，然后，旋涂光敏性聚酰亞胺Durimide 7510 (3000轉(zhuǎn)/ 分鐘，30秒)，制作處聚合物基底層3，并根據(jù)待連接的植入式器件的需要在所述聚合物基底 層相應(yīng)位置通過光刻或反應(yīng)離子刻蝕制作出相應(yīng)通孔4， 35(TC氮氣環(huán)境中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的完全固 化；此外，也可采用氣相沉積制作聚合物基底層，所述聚合物基底層材料也可為聚對二甲苯， 其厚度可在1000埃至50微米之間；再有，制備的犧牲層的材料還可為二氧化硅、銅、鉻或 鈦，其厚度可在1000埃至2微米之間。接著，如圖2所示，120'C烘烤所形成的硅基片20分鐘，在所述聚合物基底層上甩涂6809 光刻膠(3000轉(zhuǎn)/分鐘，30秒)，80。C前烘20分鐘；光刻，濺射銥/鉑(Pt) /鈦(Ti) (2500 A)，結(jié)合剝離工藝(Lift-off)工藝，形成金屬層5，其厚度可在100埃至1微米之間，且使 所述金屬層不覆蓋所述通孔。接著，如圖3所示，在所述金屬層5上旋涂光敏性聚酰亞胺Durimide 7510 (3000轉(zhuǎn)/分 鐘，30秒)，制作隔離絕緣層6，并根據(jù)要與所述待連接的植入式器件連接的外部設(shè)備的需要 及所述通孔的位置在所述隔離絕緣層6相應(yīng)各位置通過光刻或反應(yīng)離子刻蝕形成第一開口及 第二開口，以暴露所述通孔及能與所述外部設(shè)備相連接的部分金屬層，也就是形成通孔焊盤 點7和插腳焊盤點8以及兩層絕緣層夾持的金屬互連線9， 35(TC氮氣環(huán)境中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的完全 固化，此外，所述隔離絕緣層材料也可為二氧化硅、氮化硅、或聚對二甲苯，其厚度可在IOO 埃至50微米之間，再有，也可釆用氣相沉積法形成所述隔離絕緣層，在本實施方式中，所述 外部設(shè)備可為外部記錄或刺激設(shè)備。接著，如圖4所示，采用酸腐蝕或電化學(xué)腐蝕方法腐蝕硅基片上鋁膜以釋放由所述聚合 物基底層、金屬層及隔離絕緣層所形成的夾心式柔性互連膜。接著，如圖4及5所示，將所述待連接的植入式器件的焊盤點金屬層貼合所述柔性互連 膜的表面并對準(zhǔn)所述通孔，再以所述焊盤點金屬層為種子層，采用電鍍方式在所述相應(yīng)通孔 中生成金屬柱以使所述待連接的植入式器件的焊盤點金屬層與所述柔性互連膜具有的金屬層 電性連通，在本實施方式中，利用對準(zhǔn)裝置將所述柔性互連膜的通孔焊盤點陣列與待連接的 植入式芯片10上的焊盤點陣列11對準(zhǔn)，并將兩者貼合固定，然后將對準(zhǔn)、固定好的所述柔 性互連膜和植入式芯片10置于電鍍槽中，電鍍鎳(Ni)形成連接的金屬柱12，直至金屬柱平 面與聚酰亞胺層上表面相齊，此外，所述金屬柱也可采用銅或金材料。接著，如圖6所示，在所述金屬柱處澆注絕緣聚合物(PDMS)并置于8(TC環(huán)境下2小時， 固化形成封裝結(jié)構(gòu)13。最后，如圖7所示，將所述外部設(shè)備的電性連接件即排線插座14與所述柔性互連膜暴露 出的部分金屬層電性連接以完成與所述待連接的植入式器件的柔性連接。此外，本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法并非僅限于實現(xiàn)將植入式器件與外部設(shè)備 互連，例如，也可將本發(fā)明應(yīng)用于多個植入式芯片的之間的互連，其具體過程與上述步驟類 似，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前述說明即可自行完成，故在此不再詳述。綜上所述，本發(fā)明的與植入式器件柔性互連的方法采用柔性互連膜來實現(xiàn)與植入式器件 的柔性連接，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中互連易出現(xiàn)"虛焊"及連接密度有限的缺點，而且柔性 互連膜體積小，重量輕，易于集成，可大大減小植入式器件的植入損傷，且電氣連接的可靠 性高，整個制作工藝簡單、成熟，易于批量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種與植入式器件柔性互連的方法，其特征在于包括1)在具有犧牲層的基片的上通過旋涂或氣相沉積制作出聚合物基底層，并根據(jù)待連接的植入式器件的需要在所述聚合物基底層相應(yīng)位置通過光刻或反應(yīng)離子刻蝕制作出相應(yīng)通孔；2)在所述聚合物基底層上通過濺射和剝離工藝制作出金屬層，并使所述金屬層不覆蓋所述通孔；3)在所述金屬層上通過旋涂或氣相沉積絕緣材料以形成隔離絕緣層，并根據(jù)所述通孔的位置在所述隔離絕緣層相應(yīng)位置通過光刻或反應(yīng)離子刻蝕形成相應(yīng)第一開口，以暴露所述通孔；4)采用酸腐蝕或電化學(xué)腐蝕所述基片上的犧牲層以釋放由所述聚合物基底層、金屬層及隔離絕緣層所形成的夾心式柔性互連膜；5)將所述待連接的植入式器件的焊盤點金屬層貼合所述柔性互連膜的表面并對準(zhǔn)所述通孔，再以所述焊盤點金屬層為種子層，采用電鍍方式在所述通孔中生成金屬柱以使所述待連接的植入式器件的焊盤點金屬層與所述柔性互連膜具有的金屬層電性連通。
2. 如權(quán)利要求1所述的與植入式器件柔性互連的方法，其特征在于還包括步驟(1) 根據(jù)要與所述待連接的植入式器件連接的外部設(shè)備的需要在所述隔離絕 緣層相應(yīng)位置通過光刻或反應(yīng)離子刻蝕形成相應(yīng)第二開口 ，以暴露能與所 述外部設(shè)備相連接的部分金屬層；(2) 在所述金屬柱處澆注絕緣聚合物以形成封裝結(jié)構(gòu)；(3) 將所述外部設(shè)備的電性連接件與所述柔性互連膜暴露出的部分金屬層電 性連接以完成與所述待連接的植入式器件的柔性連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的與植入式器件柔性S連的方法，其特征在于所述犧牲層的材料 為二氧化硅、鋁、銅、鉻及鈦中的一種，其厚度在1000埃至2微米之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的與植入式器件柔性互連的方法，其特征在于所述聚合物基底層 材料為聚酰亞胺或聚對二甲苯，其厚度在1000埃至50微米之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的與植入式器件柔性互連的方法，其特征在于所述金屬層厚度在ioo埃至i微米之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的與植入式器件柔性互連的方法，其特征在于所述隔離絕緣層材 料為二氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺及聚對二甲苯中的一種，其厚度在100埃至50微米之間。
7.如權(quán)利要求1所述的與植入式器件柔性互連的方法，其特征在于所述金屬柱的材料 為鎳、銅及金中的一種。
全文摘要
一種與植入式器件柔性互連的方法，首先在具有犧牲層的基片上制作一聚合物基底層，并根據(jù)待連接的植入式器件的需要在所述聚合物基底層相應(yīng)位置制作通孔，接著在所述聚合物基底層上制作一金屬層，并使金屬層不覆蓋通孔，接著在金屬層上形成一隔離絕緣層，并在隔離絕緣層相應(yīng)位置形成開口，以暴露所述通孔，接著采用腐蝕法腐蝕犧牲層以將夾心式柔性互連膜從基片上釋放下來，接著將待連接的植入式器件的焊盤點金屬層貼合柔性互連膜的表面并對準(zhǔn)所述通孔，再在通孔中通過電鍍生長導(dǎo)通金屬柱，如此可實現(xiàn)與待連接的植入式器件的柔性連接，有效避免現(xiàn)有技術(shù)中互連易出現(xiàn)虛焊的缺點，同時由于柔性互連膜體積小、重量輕、易于集成，可大大減小植入損傷。
文檔編號H01R3/00GK101154770SQ200710045109
公開日2008年4月2日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者周洪波, 源 姚, 孫曉娜, 剛 李, 趙建龍 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所