專利名稱：一種柔性器件的互連方法及所用的柔性連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性器件的互連方法及所用的柔性連接器。
背景技術(shù)：
隨著微細(xì)加工技術(shù)中柔性微圖形成型技術(shù)的發(fā)展，柔性器件的研究應(yīng)用 發(fā)展迅速。由于柔性器件具有可彎曲，可折疊，甚至可穿戴，不易損害，質(zhì) 量輕，體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，柔性器件的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為國際研究的一個(gè)
熱點(diǎn)。在生物醫(yī)學(xué)、航天航空、傳感器以及有機(jī)電致發(fā)光顯示器件(OLED)等 諸多領(lǐng)域己有應(yīng)用。柔性器件需要與必要的設(shè)備連接才能實(shí)現(xiàn)其功能。但是 目前的幾種連接方法尚存在一些不足。
Stieglitz等人開發(fā)的的MFI技術(shù)(Microflex Interconnection Technology)通過金絲壓焊方法實(shí)現(xiàn)器件的柔性連接[J5rg-Uwe Meyer， Thomas Stieglitz. "High Density Interconnects and Flexible Hybrid Assemblies for Active Biomedical Implants" IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING, 2001， 366-374]，但是這種方法需要有剛性的芯片做 基底來連接，如果直接對柔性器件壓焊，則會(huì)在柔性器件上形成凹坑，不易 連接。對于某些應(yīng)用場合，如生物醫(yī)學(xué)方面，特別是需要植入體內(nèi)的柔性器 件，不能使用由剛性的芯片做基底，所以該方法具有一定的局限性。倒裝悍 接技術(shù)(Flip Chip)是微機(jī)電系統(tǒng)中常用的一種封裝技術(shù)，但是對焊接的基 板和焊球有要求，在連接過程中將傳統(tǒng)的焊球用導(dǎo)電膠來代替，雖也可以實(shí) 現(xiàn)柔性線路板上的連接。但是需要制作導(dǎo)電膠焊球，對倒裝焊的設(shè)備也有要 求，操作困難，成本也較高。直接焊錫焊接引線的方法成本最低，但是焊點(diǎn) 之間的均一性和穩(wěn)定性較差，成品率較低，精度低，不能實(shí)現(xiàn)高密度微結(jié)構(gòu) 的連接，而且焊接過程中溫度高，容易造成柔性器件的巻曲。因此，如何實(shí) 現(xiàn)低成本、搞穩(wěn)定性的柔性器件連接已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù) 課題

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種柔性器件的互連方法，通過制作柔性連接器， 將柔性器件與柔性連接器的焊接位點(diǎn)對準(zhǔn)貼合，并使用導(dǎo)電膠連接固定，使 用聚合物涂覆或沉積封裝焊接位點(diǎn)。保證柔性器件之間或者柔性器件與設(shè)備 之間的連接，提高連接的可靠性、穩(wěn)定性。
本發(fā)明所述的柔性器件的互連方法，其特征在于包括步驟a)按照柔性 器件的尺寸制作具有通孔特征焊接位點(diǎn)的柔性連接器；b)將柔性連接器的通 孔焊接位點(diǎn)與待連接柔性器件的焊接位點(diǎn)對準(zhǔn)并貼合，于焊接位點(diǎn)處點(diǎn)涂導(dǎo) 電膠實(shí)現(xiàn)連接導(dǎo)通；C)于焊接位點(diǎn)處涂覆或者沉積聚合物將連接處絕緣封裝。
所述步驟b)中柔性連接器置于待連接柔性器件之上，實(shí)現(xiàn)兩者焊接位點(diǎn) 的對準(zhǔn)。
所述步驟b)所用導(dǎo)電膠為基于熱固化的環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠或基于光敏固化
的環(huán)氧丙烯酸樹脂導(dǎo)電膠中的一種。
所述步驟C)所述的絕緣封裝采用涂覆聚酰亞胺或聚二甲基硅氧烷聚合 物，或氣相沉積聚對二甲苯等聚合物實(shí)現(xiàn)柔性器件各個(gè)焊接位點(diǎn)之間以及與 周圍環(huán)境的絕緣。
用于柔性器件互連的柔性連接器，其特征在于所述的柔性連接器為長條 形薄膜，具有聚合物-金屬-聚合物層三層結(jié)構(gòu)；兩端為金屬層暴露的焊接位 點(diǎn)或連接位點(diǎn)，中間為包埋的金屬連接線。它是在硅片上沉積金屬犧牲層、 光刻圖形化基底絕緣層、濺射金屬、Lift-off (剝離)工藝制作金屬層、光 刻圖形化頂層絕緣層、電化學(xué)腐蝕釋放柔性連接器；其次，使用導(dǎo)電銀膠將 柔性器件和對應(yīng)的連接器連接并固化，再用絕緣膠封裝接口部分，完成連接。
所述的柔性連接器至少一端具有通孔焊接位點(diǎn)，另一端為通孔焊接位點(diǎn) 或?yàn)榻饘倥啪€結(jié)構(gòu)。
所述的柔性連接器的通孔形狀為圓形、橢圓形和多邊形中的任一種，且 通孔焊接位點(diǎn)處，其底層聚合物開孔面積小于上層聚合物開孔面積。
所述的柔性連接器在通孔焊接位點(diǎn)處中間金屬部分暴露。
所述的聚合物為聚酰亞胺、聚對二甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚二甲基 硅氧垸中的任一種，其厚度為1, 200 ,。
所述的金屬為鉑、金、銀、銅、鋁、鈦和鉻中的任一種，其厚度為200 A 利用本發(fā)明提供的柔性連結(jié)接可以實(shí)現(xiàn)柔性器件與設(shè)備的互連或柔性器 件與柔性器件間的互連。
本發(fā)明與目前常用的柔性器件互連方法相比，具有更高的可靠性、穩(wěn)定 性。由本發(fā)明提供的方法制作的柔性連接器，機(jī)械性能良好，不易斷裂，與 金絲相比具有更牢固，具有更高的可靠性，而且也不會(huì)出現(xiàn)金絲壓焊導(dǎo)致柔 性器件產(chǎn)生凹坑或者破裂的問題，不需要?jiǎng)傂曰鬃鳛橹挝铮磺覍?dǎo)電膠的 固化溫度較低，不會(huì)使柔性器件發(fā)生巻曲現(xiàn)象；與直接焊錫焊接的方法相比， 本方法的均一性和穩(wěn)定性更高，而且更適合小尺寸，高密度的柔性器件連接。 本方法中的柔性連接器可以根據(jù)具體的柔性器件需要，改變各項(xiàng)尺寸，并且 本方法中的制作過程與傳統(tǒng)MEMS工藝兼容，可以批量生產(chǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)柔性器 件與設(shè)備的連接，或者柔性器件之間的互連。


圖1為柔性連接器與柔性器件對準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)示意圖2為柔性連接器與柔性器件貼合結(jié)構(gòu)示意圖3為柔性連接器與柔性器件以導(dǎo)電膠連接后的結(jié)構(gòu)示意圖4為絕緣聚合物封裝焊接位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖5為柔性連接器與兩個(gè)柔性器件對準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)示意圖6為柔性連接器與兩個(gè)柔性器件貼合的過程示意圖7為柔性連接器與兩個(gè)柔性器件以導(dǎo)電膠連接后的構(gòu)示意圖;
圖8為絕緣聚合物封裝焊接位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，
金屬層
聚酰亞胺
絕緣聚合物
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本實(shí)施實(shí)例以柔性神經(jīng)微電極為例，具體所述的柔性連接器將實(shí)現(xiàn)柔性 器件(柔性神經(jīng)微電極)與設(shè)備的互連。根據(jù)柔性微電極的焊接位點(diǎn)尺寸(焊 接位點(diǎn)為4X4的點(diǎn)陣，每個(gè)位點(diǎn)的大小為400X400微米)。利用MEMS微加工工藝制作對應(yīng)的柔性連接器。柔性器件與設(shè)備的連接端設(shè)計(jì)為扁平柔性排 線接口，可直接與設(shè)備的柔性排線連接器連接，且便于更換。與柔性器件的 連接端設(shè)計(jì)為通孔結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
1. 將對應(yīng)制作的柔性連接器1與柔性器件2對準(zhǔn)，如圖1所示，具有通 孔結(jié)構(gòu)的柔性連接器件置于柔性器件(柔性神經(jīng)微電極)上方，將焊接位點(diǎn) 對準(zhǔn)。
2. 使用少量的粘合劑或膠將柔性器件與柔性連接器貼合，如圖2所示， 保證在后續(xù)的操作過程中柔性器件與柔性連接器的焊接位點(diǎn)不發(fā)生錯(cuò)位。
3. 在每個(gè)對應(yīng)的焊接位點(diǎn)處點(diǎn)滴熱固化導(dǎo)電膠，導(dǎo)電膠連通下層柔性器 件與上層柔性連接器的金屬焊接位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。如圖3所示。
4. 置入15(TC的烘箱中，30分鐘，將導(dǎo)電膠固化，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連接。
5. 在焊接位點(diǎn)處涂覆PDMS (聚二甲基硅氧垸)，實(shí)現(xiàn)各焊接位點(diǎn)之間的 絕緣獨(dú)立。如果4所示。
測試神經(jīng)微電極的電學(xué)性能，各點(diǎn)與設(shè)備的導(dǎo)通良好，各點(diǎn)之間彼此絕 緣相互獨(dú)立工作。 實(shí)施例2
本實(shí)施實(shí)例具體描述柔性連接器將柔性器件與柔性器件連接的過程。利 用MEMS微加工工藝制作對應(yīng)的柔性連接器。柔性連接器的兩端均設(shè)計(jì)為通孔 結(jié)構(gòu)，與兩個(gè)柔性器件相連接，如圖5所示。
1. 將對應(yīng)制作的柔性連接器與柔性器件對準(zhǔn)，如圖5所示，具有通孔結(jié) 構(gòu)的柔性器件置于柔性器件上方，將焊接位點(diǎn)對準(zhǔn)。
2. 使用少量的粘合劑或膠將柔性器件與柔性連接器貼合，如圖6所示， 保證在后續(xù)的操作過程中柔性器件與柔性連接器的焊接位點(diǎn)不發(fā)生錯(cuò)位。
3. 在每個(gè)對應(yīng)的焊接位點(diǎn)處點(diǎn)滴熱固化導(dǎo)電膠，導(dǎo)電膠連通下層柔性器 件與上層柔性連接器的金屬焊接位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。如圖7所示。
4. 置入15(TC的烘箱中，30分鐘，將導(dǎo)電膠固化，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連接。
5. 在焊接位點(diǎn)處涂覆PDMS (聚二甲基硅氧烷)，實(shí)現(xiàn)各焊接位點(diǎn)之間的 絕緣獨(dú)立。如果8所示。實(shí)現(xiàn)柔性器件之間的連接。
綜上所述，本發(fā)明的柔性器件互連方法采用具有通孔結(jié)構(gòu)的柔性連接器 結(jié)合導(dǎo)電膠來實(shí)現(xiàn)柔性器件與外部設(shè)備或兩種柔性器件的電氣連接，與金絲球壓焊技術(shù)相比，焊接點(diǎn)結(jié)構(gòu)更牢固，具有更高的可靠性，而且也不會(huì)出現(xiàn) 金絲壓焊導(dǎo)致柔性器件產(chǎn)生凹坑或者破裂的問題，無需剛性基底作為支撐物;
與直接焊錫焊接的方法相比，本方法的均一性和穩(wěn)定性更高，而且更適合小 尺寸，高密度的柔性器件連接；而且整個(gè)制作工藝簡單、成熟，易于批量生
權(quán)利要求
1、一種柔性器件的互連方法，其特征在于包括步驟a)按照柔性器件的尺寸制作具有通孔特征焊接位點(diǎn)的柔性連接器；b)將柔性連接器的通孔焊接位點(diǎn)與待連接柔性器件的焊接位點(diǎn)對準(zhǔn)并貼合，于焊接位點(diǎn)處點(diǎn)涂導(dǎo)電膠實(shí)現(xiàn)連接導(dǎo)通；c)于焊接位點(diǎn)處涂覆或者沉積聚合物將連接處絕緣封裝。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性器件互連方法，其特征在于所述步驟b) 中柔性連接器置于待連接柔性器件之上，實(shí)現(xiàn)兩者焊接位點(diǎn)的對準(zhǔn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性器件互連方法，其特征在于所述步驟b) 所用導(dǎo)電膠為基于熱固化的環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠或基于光敏固化的環(huán)氧丙烯酸樹 脂導(dǎo)電膠中的一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性器件互連方法，其特征在于所述步驟c) 所述的絕緣封裝采用涂覆聚酰亞胺或聚二甲基硅氧垸聚合物，或氣相沉積聚 對二甲苯等聚合物實(shí)現(xiàn)柔性器件各個(gè)焊接位點(diǎn)之間以及與周圍環(huán)境的絕緣。
5、 用于按權(quán)利要求1所述的柔性器件的互連的柔性連接器，其特征在于 所述的柔性連接器為長條形薄膜，具有聚合物-金屬-聚合物層三層結(jié)構(gòu)；兩 端為金屬層暴露的焊接位點(diǎn)或連接位點(diǎn)，中間為包埋的金屬連接線。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性連接器，其特征在于所述的柔性連接器至少一端具有通孔焊接位點(diǎn)，另一端為通孔焊接位點(diǎn)或?yàn)榻饘倥啪€結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性連接器，其特征在于所述的柔性連接器的 通孔形狀為圓形、橢圓形和多邊形中的任一種，且通孔焊接位點(diǎn)處，其底層 聚合物開孔面積小于上層聚合物開孔面積。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的柔性連接器，其特征在于所述的柔性連接器在通孔焊接位點(diǎn)處中間金屬部分暴露。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性連接器，其特征在于(1) 所述的聚合物為聚酰亞胺、聚對二甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚二 甲基硅氧垸中的任一種，其厚度為lpm 200 ,;(2) 所述的金屬為鉑、金、銀、銅、鋁、鈦和鉻中的任一種，其厚度為 200 A l ium。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性器件連接器的應(yīng)用，其特征在于實(shí)現(xiàn)柔 性器件與設(shè)備的互連或柔性器件與柔性器件間的互連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性器件的互連方法及所用的柔性連結(jié)器。其特征在于柔性器件的互連方法包括步驟a)按照柔性器件的尺寸制作具有通孔特征焊接位點(diǎn)的柔性連接器；b)將柔性連接器的通孔焊接位點(diǎn)與待連接柔性器件的焊接位點(diǎn)對準(zhǔn)并貼合，于焊接位點(diǎn)處點(diǎn)涂導(dǎo)電膠實(shí)現(xiàn)連接導(dǎo)通；c)于焊接位點(diǎn)處涂覆或者沉積聚合物將連接處絕緣封裝。所述的柔性連接器為長條形薄膜，具有聚合物-金屬-聚合物層三層結(jié)構(gòu)；兩端為金屬層暴露的焊接位點(diǎn)或連接位點(diǎn)，中間為包埋的金屬連接線。提供的基于柔性聚合物材料的微電極連接器具有與傳統(tǒng)的微機(jī)電加工工藝兼容、可標(biāo)準(zhǔn)化大批量制作的特點(diǎn)。保證柔性器件與設(shè)備或者柔性器件之間的有效連接與信號傳輸，解決柔性器件連接的可靠性的問題。
文檔編號H01R4/58GK101599609SQ20091005510
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者亮 周, 周洪波, 孫曉娜, 朱壯暉, 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