醫療電子中的微型化封裝與裝配技術(shù)簡(jiǎn)介

在日前召開(kāi)的第三屆中國國際醫療電子技術(shù)大會(huì )（CMET2010）工藝工作坊中，偉創(chuàng )力總部技術(shù)部高級副總裁上官東鎧博士以《醫療電子中的微型化封裝與裝配技術(shù)》為題發(fā)表了精彩演講，并就醫療電子，特別是在便攜式、家用式醫療電子制造工藝技術(shù)方面與現場(chǎng)觀(guān)眾進(jìn)行了互動(dòng)性的探討。

　　產(chǎn)品微型化技術(shù)已經(jīng)是在其他的產(chǎn)品——比如在手機等消費電子產(chǎn)品——當中已經(jīng)有過(guò)多年的開(kāi)發(fā)和應用經(jīng)驗，相關(guān)的實(shí)驗也已經(jīng)有了若干年的歷史。在CMET2010工藝工作坊中，上官東鎧博士結合偉創(chuàng )力多年的經(jīng)驗介紹了微型化技術(shù)在醫療器械當中的應用。

偉創(chuàng )力的組裝能力

　　可以應用于醫療器械方面的微電子封裝技術(shù)有很多。比如說(shuō)集成，包括半導體硅片的集成SoC、還有系統的集成（System in Package）、還有三維封裝等等。以及組裝方面有小于8個(gè)毫米、或者0201、01005元器件的組裝，三維的組裝，柔性線(xiàn)路板的組裝等等，在板級方面用這些手段也可以達到產(chǎn)品的微型化。

醫療電子中可以用到的微型化封裝和組裝技術(shù)

　　具體來(lái)講，以0201、01005元件的組裝為例，現在這一技術(shù)已經(jīng)在消費電子中應用了五年，但是在醫療電子當中還沒(méi)有得到廣泛的應用，因為要涉及到微型器件在工藝方面有比較高的要求：如器件的要求、PCB板的要求、器件的平整度、印刷過(guò)程的要求等等。以及需要考慮到設計和制造之后的檢測，以及最后的維修等等。因此還需要再做一些工作，才可以將這一技術(shù)應用在醫療設備當中。01005主要是模塊的應用，基本的工藝是和0201很相似，但是要在工藝方面進(jìn)一步細化，比如說(shuō)，在焊膏的選擇方面、焊接時(shí)可能要用到氮氣、返修可能會(huì )十分困難等等。

　　Flip Chip也有很多種類(lèi)，比如Solder Bump可以到150微米，要實(shí)現Flip Chips在產(chǎn)品中的應用有很多事情是需要做的，設備有哪些要求，工藝方面有哪些要求等等。Fluxing因為間距非常細，所以用Flip Chip就比較困難，還有Reflow需要用到氮氣。氮氣不是一定要搞到50個(gè)PPI。更多的用Au Stud Bump，為了要進(jìn)一步微型化，最簡(jiǎn)單的辦法就是Au Stud Bump。

　　其他的一些集成的途徑，比如SOC和SIP也有很多的討論。什么時(shí)候用SOC，什么時(shí)候用SIP都有一些爭論。SOC一般是比較成熟的產(chǎn)品，成熟的設計，成熟的市場(chǎng)。因為SOC的成本很高，只有批量應用才有優(yōu)勢。SIP一般用在產(chǎn)品新技術(shù)應用的時(shí)候，因為它的成本比較低，而且實(shí)現比較快，更適合用于新的產(chǎn)品，新的技術(shù)。

另外，有些器件可以直接集成到硅片上去，Die Stacking大家都很熟悉。我們通常要考慮硅片的使用領(lǐng)域，如果領(lǐng)域比較低，把幾個(gè)重疊在一塊，最終會(huì )是一個(gè)分層考慮的事情。還有Package Stacking大家也很熟悉。比如說(shuō)，Embedded Components in PCB，進(jìn)一步微型化，增加它的功能和密度。從功能方面，特別是對于高品質(zhì)的應用，希望PCB和硅片的距離越約越好。從Embedded Components in PCB和Flip Chip方面會(huì )有一些考慮?，F在這個(gè)問(wèn)題還有很多的討論，爭論。因為它對成本到底有多大的影響，我們從微型化方面，從產(chǎn)品功能方面會(huì )得到一些優(yōu)勢，但同時(shí)又在制造成本方面會(huì )有一些影響。怎么來(lái)做這個(gè)決定還沒(méi)有一個(gè)很清楚的東西。

　　剛才我們一直在講器件和微電子方面，從板級封裝、組裝出發(fā)，有哪些高密度的組裝和細間距的器件。器件之間的細間距，這里面有哪些需要考慮的重要因素。比如PCB板設計，Printing，間距越來(lái)越細，越來(lái)越密，怎么把這個(gè)線(xiàn)拉動(dòng)出去。還有一個(gè)是Pick—place、Reflow in air方面?，F在你有很危險的器件，同時(shí)又有一個(gè)比較高的，比較大的，你到底先放哪一個(gè)，這些具體的東西都要考慮優(yōu)化。

　　三維組裝幾個(gè)途徑，一個(gè)是Package，我們用的是叫in—line，這個(gè)工藝是2002年在偉創(chuàng )力實(shí)驗室做出來(lái)的，2003年應用到西鄉工廠(chǎng)大規模的生產(chǎn)應用。因為那個(gè)時(shí)候工藝用的是叫Package Stacking。我們在2002年做出來(lái)的是什么呢？實(shí)際上做management和做in—line，把這兩個(gè)同時(shí)一次完成。這個(gè)工藝一直到05年或者06年才在工業(yè)界上得到更大規模的應用。這個(gè)有什么好處呢？主要是從Package Stacking方面有更大的靈活性，可以是兩個(gè)management，現在幾乎在手機里面都要用。我想在醫療器械微型化里面也是可以應用到這項基礎。其他做三維的組裝還有哪些途徑呢？產(chǎn)品內部有很多的空間還沒(méi)有利用到，我們現在要做微型化，要提高功能密度，怎么能夠利用產(chǎn)品更多的空間呢？柔性板為我們提供了這樣的機會(huì )。

　　畢加索曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，所有你能想象的都是真實(shí)的，在上邊所說(shuō)的微型化封裝、組裝已經(jīng)柔性電路板的技術(shù)進(jìn)步中，這句話(huà)也可以理解為：所有你能想象到的產(chǎn)品都可以生產(chǎn)出來(lái)。單單生產(chǎn)出來(lái)還不夠，醫療設備需要更高的可靠性。而微型化和高密度封裝為可靠性帶來(lái)了不少挑戰。如電化學(xué)可靠性、熱可靠性、焊點(diǎn)可靠性、動(dòng)態(tài)負載可靠性等等。

　　此外還有包裝材料和外觀(guān)方面的問(wèn)題，現在環(huán)保方面的法規很多，因此需要采用生態(tài)與綠色技術(shù)、再生塑料、生物降解材料，還要考慮到消費者的體驗，采用更加美觀(guān)的包裝。

　　最后一個(gè)需要注意的問(wèn)題，就是DFX，也就是可制造型設計。在座的有很多是做設計的，也有很多是做制造的。做設計和做制造這兩個(gè)之間怎么來(lái)集成，怎么來(lái)合作？答案就是通過(guò)DFX?，F在產(chǎn)品的設計已經(jīng)不止是設計團隊的問(wèn)題，還需要制造團隊的參與。但這還不是最主要的挑戰，今天的挑戰性在什么地方呢？大家知道，今天是一個(gè)全球化的環(huán)境，設計團隊可能是在某一個(gè)公司某一地方的設計開(kāi)發(fā)中心，制造卻又可能是在另一個(gè)公司另外一個(gè)地方的制造工廠(chǎng)，兩個(gè)公司可能用的是不同的系統，在這樣的環(huán)境當中如何來(lái)實(shí)現設計和制造合作？如何實(shí)現設計的優(yōu)化？這是一個(gè)工業(yè)界必須面臨的課題。

　　最后總結一下，技術(shù)要面向市場(chǎng)。從市場(chǎng)的趨勢來(lái)看，家用醫療電子產(chǎn)品正在向消費電子方向發(fā)展，可能需要更多的無(wú)線(xiàn)連接、和家用電器的鏈接，產(chǎn)品的更新?lián)Q代又要很快，同時(shí)又要滿(mǎn)足管理方面的一些要求以及市場(chǎng)要求。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)就需要集成化、模塊化、高密度化、微型化、三維化。用這些技術(shù)手段來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)的產(chǎn)品要求。此外還需要整個(gè)供應鏈的合作，因為我們沒(méi)有時(shí)間從一個(gè)公司做再轉到另外一個(gè)公司中。像CMET這樣的活動(dòng)就給整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的合作做出了很大的推動(dòng)，推動(dòng)整個(gè)工業(yè)界，供應鏈的合作促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時(shí)促進(jìn)設計與制造的合作。希望通過(guò)今天這個(gè)會(huì )議，通過(guò)大家的研究和討論，能夠促進(jìn)整個(gè)供應鏈的合作，促進(jìn)設計和制造的合作方面能起到很大的推動(dòng)作用。

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