专利名称：与植入式器件柔性互连的方法
技术领域：
本发明涉及一种与植入式器件柔性互连的方法。
技术背景"植入式器件"已成为生物医学工程中一个极为重要的组成部分，它主要包括各类植 入式测量系统、植入式刺激器、植入式药疗(控制)装置、植入式人工器官及辅助装置等设备。 通常对"植入式器件"的要求是生物相容性好、可靠性高，适于体内长期植入，且必须体 积小、重量轻，尽量减小植入损伤。而随着微电子技术和微加工能力的进步，人们已开始将 微机电系统(Micro-electro-mechanical system, MEMS)技术引入到植入式器件领域以进一 步减小"植入式器件"的体积、重量和功耗，由此可减小植入损伤，提高记录或刺激的选择 性。但是如何实现植入式微器件之间以及植入式微器件与外部记录或刺激装置的有效连接一 直是一个比较棘手的问题。由于许多植入式微器件(比如人工耳蜗和人工视网膜)往往需要 同时有几十甚至上百个与外部设备相通的并行连接，如果利用常规的金属绞线来进行连接， 所形成器件的体积相对于植入操作来说会非常的大，很难满足植入式器件体积小、重量轻的 要求，因此，不少研究小组开始了基于微加工技术的微型薄膜互连线的开发。Meyer等人开发 了一种"MicroFlex"技术，利用金丝球压焊机形成铆钉结构，将微加工的薄膜互连线的通孔 焊盘与植入式芯片上焊盘连通(请参见参考文献Meyer， et al. "High density interconnects and flexible hybrid assemblies for active biomedical implants", IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING, 2001, 24:366-374.)。但是该技术利用压焊的机械力来实现两层 金属焊盘的接触，容易形成"虚焊"的效果，可靠性难以保证；而且用于压焊的金丝直径通 常大于5(^m，因此基于该技术的互连装置在互连线密度方面难以得到更大提高。综上所述，如何解决现有技术中与植入式器件的电性连接问题实已成为本领域技术人员 接待解决的技术课题。发明内容本发明的目的在于提供一种与植入式器件柔性互连的方法，以避免现有技术中互连易出 现虚焊及连接密度有限的缺点。为了达到上述目的，本发明提供的与植入式器件柔性互连的方法，其包括步骤l)在具
有牺牲层的基片上通过旋涂或气相沉积制作出聚合物基底层，并根据待连接的植入式器件的 需要在所述聚合物基底层相应位置通过光刻或反应离子刻蚀制作出相应通孔；2)在所述聚合 物基底层上通过溅射和剥离工艺制作出金属层，并使所述金属层不覆盖所述通孔；3)在所述 金属层上通过旋涂或气相沉积绝缘材料以形成隔离绝缘层，并根据所述通孔的位置在所述隔 离绝缘层相应位置通过光刻或反应离子刻蚀形成相应第一开口，以暴露所述通孔；4)采用酸 腐蚀或电化学腐蚀所述基片上的牺牲层以释放由所述聚合物基底层、金属层及隔离绝缘层所 形成的夹心式的柔性互连膜；5)将所述待连接的植入式器件的焊盘点金属层贴合所述柔性互 连膜的表面并对准所述通孔，再以所述焊盘点金属层为种子层，采用电镀方式在所述通孔中 生成金属柱以使所述待连接的植入式器件的焊盘点金属层与所述柔性互连膜具有的金属层电 性连通。其中，所述的与植入式器件柔性互连的方法还包括步骤(1)根据要与所述待连接的植 入式器件连接的外部设备的需要在所述隔离绝缘层相应位置通过光刻或反应离子刻蚀形成相 应第二开口，以暴露能与所述外部设备相连接的部分金属层；(2)在所述金属柱处浇注绝缘 聚合物以形成封装结构；(3)将所述外部设备的电性连接件与所述柔性互连膜暴露出的部分 金属层电性连接以完成与所述待连接的植入式器件的柔性连接。较佳的，所述牺牲层的材料可为二氧化硅、铝、铜、铬及钛中的一种，其厚度在1000埃 至2微米之间，所述聚合物基底层材料可为聚酰亚胺或聚对二甲苯，其厚度在1000埃至50 微米之间，所述金属层材料可为金、铂及铱中的一种，其厚度在100埃至1微米之间，所述 隔离绝缘层材料可以为二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或聚对二甲苯，其厚度在100埃至50微 米之间，所述金属柱的材料的可为镍、铜及金中的一种。综上所述，本发明的与植入式器件柔性互连的方法采用柔性互连膜来实现与植入式器件 的柔性连接，有效避免了现有技术中互连易出现"虚焊"的缺点，而且柔性互连膜体积小， 重量轻，易于集成，可大大减小植入式器件的植入损伤，且电气连接的可靠性高，整个制作 工艺简单、成熟，易于批量生产。
图1为本发明的与植入式器件柔性互连的方法所形成的聚合物基底层的示意图。图2为本发明的与植入式器件柔性互连的方法所形成的金属层的示意图。图3为本发明的与植入式器件柔性互连的方法所形成的隔离绝缘层示意图。图4为本发明的与植入式器件柔性互连的方法所形成的柔性互连膜与待连接植入式芯片
焊盘点对接的示意图。图5为本发明的与植入式器件柔性互连的方法所形成的金属柱连接结构示意图。图6为本发明的与植入式器件柔性互连的方法所形成的封装结构示意图。图7为本发明的与植入式器件柔性互连的方法中植入式器件与外部设备的连接示意图。
具体实施方式
以下将结合附图进一步说明本发明的与植入式器件柔性互连的方法将一植入式器件与外部设备互连的具体过程首先，如图1所示，利用常规半导体工艺清洗方法清洗硅基片1，并在其一表面蒸发制备约1微米厚铝膜2作为释放的牺牲层，然后，旋涂光敏性聚酰亚胺Durimide 7510 (3000转/ 分钟，30秒)，制作处聚合物基底层3，并根据待连接的植入式器件的需要在所述聚合物基底 层相应位置通过光刻或反应离子刻蚀制作出相应通孔4， 35(TC氮气环境中实现结构的完全固 化；此外，也可采用气相沉积制作聚合物基底层，所述聚合物基底层材料也可为聚对二甲苯， 其厚度可在1000埃至50微米之间；再有，制备的牺牲层的材料还可为二氧化硅、铜、铬或 钛，其厚度可在1000埃至2微米之间。接着，如图2所示，120'C烘烤所形成的硅基片20分钟，在所述聚合物基底层上甩涂6809 光刻胶(3000转/分钟，30秒)，80。C前烘20分钟；光刻，溅射铱/铂(Pt) /钛(Ti) (2500 A)，结合剥离工艺(Lift-off)工艺，形成金属层5，其厚度可在100埃至1微米之间，且使 所述金属层不覆盖所述通孔。接着，如图3所示，在所述金属层5上旋涂光敏性聚酰亚胺Durimide 7510 (3000转/分 钟，30秒)，制作隔离绝缘层6，并根据要与所述待连接的植入式器件连接的外部设备的需要 及所述通孔的位置在所述隔离绝缘层6相应各位置通过光刻或反应离子刻蚀形成第一开口及 第二开口，以暴露所述通孔及能与所述外部设备相连接的部分金属层，也就是形成通孔焊盘 点7和插脚焊盘点8以及两层绝缘层夹持的金属互连线9， 35(TC氮气环境中实现结构的完全 固化，此外，所述隔离绝缘层材料也可为二氧化硅、氮化硅、或聚对二甲苯，其厚度可在IOO 埃至50微米之间，再有，也可釆用气相沉积法形成所述隔离绝缘层，在本实施方式中，所述 外部设备可为外部记录或刺激设备。接着，如图4所示，采用酸腐蚀或电化学腐蚀方法腐蚀硅基片上铝膜以释放由所述聚合 物基底层、金属层及隔离绝缘层所形成的夹心式柔性互连膜。接着，如图4及5所示，将所述待连接的植入式器件的焊盘点金属层贴合所述柔性互连 膜的表面并对准所述通孔，再以所述焊盘点金属层为种子层，采用电镀方式在所述相应通孔 中生成金属柱以使所述待连接的植入式器件的焊盘点金属层与所述柔性互连膜具有的金属层 电性连通，在本实施方式中，利用对准装置将所述柔性互连膜的通孔焊盘点阵列与待连接的 植入式芯片10上的焊盘点阵列11对准，并将两者贴合固定，然后将对准、固定好的所述柔 性互连膜和植入式芯片10置于电镀槽中，电镀镍(Ni)形成连接的金属柱12，直至金属柱平 面与聚酰亚胺层上表面相齐，此外，所述金属柱也可采用铜或金材料。接着，如图6所示，在所述金属柱处浇注绝缘聚合物(PDMS)并置于8(TC环境下2小时， 固化形成封装结构13。最后，如图7所示，将所述外部设备的电性连接件即排线插座14与所述柔性互连膜暴露 出的部分金属层电性连接以完成与所述待连接的植入式器件的柔性连接。此外，本发明的与植入式器件柔性互连的方法并非仅限于实现将植入式器件与外部设备 互连，例如，也可将本发明应用于多个植入式芯片的之间的互连，其具体过程与上述步骤类 似，本领域技术人员根据前述说明即可自行完成，故在此不再详述。综上所述，本发明的与植入式器件柔性互连的方法采用柔性互连膜来实现与植入式器件 的柔性连接，有效避免了现有技术中互连易出现"虚焊"及连接密度有限的缺点，而且柔性 互连膜体积小，重量轻，易于集成，可大大减小植入式器件的植入损伤，且电气连接的可靠 性高，整个制作工艺简单、成熟，易于批量生产。
权利要求
1.一种与植入式器件柔性互连的方法，其特征在于包括1)在具有牺牲层的基片的上通过旋涂或气相沉积制作出聚合物基底层，并根据待连接的植入式器件的需要在所述聚合物基底层相应位置通过光刻或反应离子刻蚀制作出相应通孔；2)在所述聚合物基底层上通过溅射和剥离工艺制作出金属层，并使所述金属层不覆盖所述通孔；3)在所述金属层上通过旋涂或气相沉积绝缘材料以形成隔离绝缘层，并根据所述通孔的位置在所述隔离绝缘层相应位置通过光刻或反应离子刻蚀形成相应第一开口，以暴露所述通孔；4)采用酸腐蚀或电化学腐蚀所述基片上的牺牲层以释放由所述聚合物基底层、金属层及隔离绝缘层所形成的夹心式柔性互连膜；5)将所述待连接的植入式器件的焊盘点金属层贴合所述柔性互连膜的表面并对准所述通孔，再以所述焊盘点金属层为种子层，采用电镀方式在所述通孔中生成金属柱以使所述待连接的植入式器件的焊盘点金属层与所述柔性互连膜具有的金属层电性连通。
2. 如权利要求1所述的与植入式器件柔性互连的方法，其特征在于还包括步骤(1) 根据要与所述待连接的植入式器件连接的外部设备的需要在所述隔离绝 缘层相应位置通过光刻或反应离子刻蚀形成相应第二开口 ，以暴露能与所 述外部设备相连接的部分金属层；(2) 在所述金属柱处浇注绝缘聚合物以形成封装结构；(3) 将所述外部设备的电性连接件与所述柔性互连膜暴露出的部分金属层电 性连接以完成与所述待连接的植入式器件的柔性连接。
3. 如权利要求1所述的与植入式器件柔性S连的方法，其特征在于所述牺牲层的材料 为二氧化硅、铝、铜、铬及钛中的一种，其厚度在1000埃至2微米之间。
4. 如权利要求1所述的与植入式器件柔性互连的方法，其特征在于所述聚合物基底层 材料为聚酰亚胺或聚对二甲苯，其厚度在1000埃至50微米之间。
5. 如权利要求1所述的与植入式器件柔性互连的方法，其特征在于所述金属层厚度在ioo埃至i微米之间。
6. 如权利要求1所述的与植入式器件柔性互连的方法，其特征在于所述隔离绝缘层材 料为二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺及聚对二甲苯中的一种，其厚度在100埃至50微米之间。
7.如权利要求1所述的与植入式器件柔性互连的方法，其特征在于所述金属柱的材料 为镍、铜及金中的一种。
全文摘要
一种与植入式器件柔性互连的方法，首先在具有牺牲层的基片上制作一聚合物基底层，并根据待连接的植入式器件的需要在所述聚合物基底层相应位置制作通孔，接着在所述聚合物基底层上制作一金属层，并使金属层不覆盖通孔，接着在金属层上形成一隔离绝缘层，并在隔离绝缘层相应位置形成开口，以暴露所述通孔，接着采用腐蚀法腐蚀牺牲层以将夹心式柔性互连膜从基片上释放下来，接着将待连接的植入式器件的焊盘点金属层贴合柔性互连膜的表面并对准所述通孔，再在通孔中通过电镀生长导通金属柱，如此可实现与待连接的植入式器件的柔性连接，有效避免现有技术中互连易出现虚焊的缺点，同时由于柔性互连膜体积小、重量轻、易于集成，可大大减小植入损伤。
文档编号H01R3/00GK101154770SQ200710045109
公开日2008年4月2日 申请日期2007年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者周洪波, 源 姚, 孙晓娜, 刚 李, 赵建龙 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所