微型化技術(shù)在醫(yī)療器械當(dāng)中的應(yīng)用解析

在日前召開的第三屆中國國際醫(yī)療電子技術(shù)大會（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(yī)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(yī)療電子，特別是在便攜式、家用式醫(yī)療電子制造工藝技術(shù)方面與現(xiàn)場觀眾進(jìn)行了互動性的探討。

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(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品——當(dāng)中已經(jīng)有過多年的開發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(jié)合偉創(chuàng)力多年的經(jīng)驗(yàn)介紹了微型化技術(shù)在醫(yī)療器械當(dāng)中的應(yīng)用。

可以應(yīng)用于醫(yī)療器械方面的微電子封裝技術(shù)有很多。比如說集成，包括半導(dǎo)體硅片的集成SoC、還有系統(tǒng)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，柔性線路板的組裝等等，在板級方面用這些手段也可以達(dá)到產(chǎn)品的微型化。

具體來講，以0201、01005元件的組裝為例，現(xiàn)在這一技術(shù)已經(jīng)在消費(fèi)電子中應(yīng)用了五年，但是在醫(yī)療電子當(dāng)中還沒有得到廣泛的應(yīng)用，因?yàn)橐婕暗轿⑿推骷诠に嚪矫嬗斜容^高的要求：如器件的要求、PCB板的要求、器件的平整度、印刷過程的要求等等。以及需要考慮到設(shè)計(jì)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(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備當(dāng)中。01005主要是模塊的應(yīng)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(xì)化，比如說，在焊膏的選擇方面、焊接時(shí)可能要用到氮?dú)?、返修可能會十分困難等等。

Flip Chip也有很多種類，比如Solder Bump可以到150微米，要實(shí)現(xiàn)Flip Chips在產(chǎn)品中的應(yīng)用有很多事情是需要做的，設(shè)備有哪些要求，工藝方面有哪些要求等等。Fluxing因?yàn)殚g距非常細(xì)，所以用Flip  Chip就比較困難，還有Reflow需要用到氮?dú)?。氮?dú)獠皇且欢ㄒ愕?0個(gè)PPI。更多的用Au Stud Bump，為了要進(jìn)一步微型化，最簡單的辦法就是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(shè)計(jì)，成熟的市場。因?yàn)镾OC的成本很高，只有批量應(yīng)用才有優(yōu)勢。SIP一般用在產(chǎn)品新技術(shù)應(yīng)用的時(shí)候，因?yàn)樗某杀颈容^低，而且實(shí)現(xiàn)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，最終會是一個(gè)分層考慮的事情。還有Package  Stacking大家也很熟悉。比如說，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(yīng)用，希望PCB和硅片的距離越約越好。從Embedded  Components  in  PCB和Flip  Chip方面會有一些考慮?，F(xiàn)在這個(gè)問題還有很多的討論，爭論。因?yàn)樗鼘Τ杀镜降子卸啻蟮挠绊?，我們從微型化方面，從產(chǎn)品功能方面會得到一些優(yōu)勢，但同時(shí)又在制造成本方面會有一些影響。怎么來做這個(gè)決定還沒有一個(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(xì)間距的器件。器件之間的細(xì)間距，這里面有哪些需要考慮的重要因素。比如PCB板設(shè)計(jì)，PrinTIng，間距越來越細(xì)，越來越密，怎么把這個(gè)線拉動出去。還有一個(gè)是Pick—place、Reflow  in  air方面?，F(xiàn)在你有很危險(xiǎn)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(yàn)室做出來的，2003年應(yīng)用到西鄉(xiāng)工廠大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候工藝用的是叫Package  Stacking。我們在2002年做出來的是什么呢？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(guī)模的應(yīng)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(xiàn)在幾乎在手機(jī)里面都要用。我想在醫(yī)療器械微型化里面也是可以應(yīng)用到這項(xiàng)基礎(chǔ)。其他做三維的組裝還有哪些途徑呢？產(chǎn)品內(nèi)部有很多的空間還沒有利用到，我們現(xiàn)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(jī)會。

畢加索曾經(jīng)說過，所有你能想象的都是真實(shí)的，在上邊所說的微型化封裝、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。單單生產(chǎn)出來還不夠，醫(yī)療設(shè)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了不少挑戰(zhàn)。如電化學(xué)可靠性、熱可靠性、焊點(diǎn)可靠性、動態(tài)負(fù)載可靠性等等。

此外還有包裝材料和外觀方面的問題，現(xiàn)在環(huán)保方面的法規(guī)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(fèi)者的體驗(yàn)，采用更加美觀的包裝。

最后一個(gè)需要注意的問題，就是DFX，也就是可制造型設(shè)計(jì)。在座的有很多是做設(shè)計(jì)的，也有很多是做制造的。做設(shè)計(jì)和做制造這兩個(gè)之間怎么來集成，怎么來合作？答案就是通過DFX?，F(xiàn)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已經(jīng)不止是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的問題，還需要制造團(tuán)隊(duì)的參與。但這還不是最主要的挑戰(zhàn)，今天的挑戰(zhàn)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(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可能是在某一個(gè)公司某一地方的設(shè)計(jì)開發(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，兩個(gè)公司可能用的是不同的系統(tǒng)，在這樣的環(huán)境當(dāng)中如何來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造合作？如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化？這是一個(gè)工業(yè)界必須面臨的課題。

最后總結(jié)一下，技術(shù)要面向市場。從市場的趨勢來看，家用醫(yī)療電子產(chǎn)品正在向消費(fèi)電子方向發(fā)展，可能需要更多的無線連接、和家用電器的鏈接，產(chǎn)品的更新?lián)Q代又要很快，同時(shí)又要滿足管理方面的一些要求以及市場要求。從技術(shù)方面來說就需要集成化、模塊化、高密度化、微型化、三維化。用這些技術(shù)手段來滿足市場的產(chǎn)品要求。此外還需要整個(gè)供應(yīng)鏈的合作，因?yàn)槲覀儧]有時(shí)間從一個(gè)公司做再轉(zhuǎn)到另外一個(gè)公司中。像CMET這樣的活動就給整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的合作做出了很大的推動，推動整個(gè)工業(yè)界，供應(yīng)鏈的合作促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時(shí)促進(jìn)設(shè)計(jì)與制造的合作。希望通過今天這個(gè)會議，通過大家的研究和討論，能夠促進(jìn)整個(gè)供應(yīng)鏈的合作，促進(jìn)設(shè)計(jì)和制造的合作方面能起到很大的推動作用。