具有引线接合的柔性电子系统的制作方法
【技术领域】
[0001]示例大致涉及柔性电路架构和方法。更具体而言，示例涉及采用引线接合以创建柔性电路架构。
【背景技术】
[0002]可穿戴电子系统是可弯曲的以帮助电子系统顺应人体曲线。在许多情况下，弯曲必须是可重复的。例如，在手环系统中，手环可顺应人体部分的曲线，手环在被佩戴时变成圆形，而在未被佩戴时可以是近乎或完全平整的。该部分的形状因人而异，因此手环的柔韧性变得重要，从而使单一的手环可符合各种身体部分。
【附图说明】
[0003]在并不一定按比例绘制的附图中，相同的数字可在不同视图中描述相似的元件。具有不同字母后缀的数字可表示相似元件中不同的实例。附图通常以实例的方式而非限制的方式解释本文中不同的实施例。
[0004]图1示出了现有技术的柔性电路的框图。
[0005]图2A示出了根据一个或多个实施例的一种示例柔性电路侧视图的框图。
[0006]图2B示出了根据一个或多个实施例的一种示例柔性电路顶视图的框图。
[0007]图3A示出了根据一个或多个实施例的一种示例柔性电路的框图。
[0008]图3B示出了根据一个或多个实施例的另一种示例柔性电路的框图。
[0009]图4示出了根据一个或多个实施例的一种示例二维系统的框图。
[0010]图5示出了根据一个或多个实施例的一种用于制造柔性电路技术的流程图。
[0011]图6示出了现有技术的引线接合的框图。
[0012]图7示出了根据一个或多个实施例的一种示例引线接合的示例的框图。
[0013]图8示出了示例用于将引线引线接合到接合焊盘的系统的示例的框图。
【具体实施方式】
[0014]本公开中的示例大致涉及柔性电路架构和方法。更具体而言，示例涉及采用引线接合以创造柔性电路架构。
[0015]本文所讨论的是一种降低成本的方法以得到柔性(如，可弯曲)电(如，电子)系统，如可被用于可穿戴电系统或“物联网(internet-of-things) ”。现有柔性电系统的一个问题包括缺少柔性电系统的刚性部分之间可变形的导电互连。现有柔性电系统的另一个问题是制造该系统时过高的成本。为了能更广泛的市场化，应该以和现有制造成本相比降低的成本来制造柔性电系统。
[0016]柔性(如，可穿戴)电系统的一个理想特性是在柔性电系统中采用相异(diverse)的电元件阵列的能力。无线电和传感器可以是柔性系统的部分，以允许当前的刚性系统，如智能手机，被以柔性电形式被实现。许多现有电元件是预封装的，或仅可用于特定的封装形式中。
[0017]一种用当前可用元件制作可穿戴电系统的方法可受益于允许采用各种形状和尺寸电元件的技术或架构。例如，通信子系统或无线电可包括多个小的独立芯片，如功率放大器、低噪放大器、或数字模拟转换器等等。这些元件中的每个可，例如，被引线接合至基板并被封装以供表面贴装，例如被封装在表面贴装(SMT)封装中。由于许多这类系统、装置或元件被预封装并可以是有成本效益的，允许预封装元件被用于其中的穿戴系统可以是有益的。
[0018]图1示出了现有技术的柔性系统100的示例的框图。该系统100包括刚性板102和柔性板104技术的组合。本文所用的“刚性”是指不是可弯曲的，或是指一个具有相比顺应关注曲面的弯曲半径所需的弯曲弧度明显更大的弯曲半径的区域。
[0019]柔性板104采用过孔或镀通孔(PTH)与刚性板102相集成(即合并)。该技术的一个问题包括比柔性系统成本目标更高的成本。该柔性系统的另一个问题可包括在柔性板102上以某种弹簧样式“盘绕(winding)”走线，以使走线在柔性板被弯曲时不会断裂。这种走线的布线和镀层相比在非柔性系统中，或相比在柔性板上不包括走线的柔性系统中，更为复杂并消耗更多实际的空间。
[0020]与现有技术的柔性电路系统相比，引线接合的引线可以在刚性电路的诸个部分间提供柔性互连，以提供一个可由刚性电路(如，非可弯曲)部分组成的系统(如，可穿戴系统)。刚性电路部分可以是同构的，异构的，或其组合。具有刚性电路部分间引线接合的系统可提供柔韧性和互连密度，这两个参数在可弯曲和某种程度可伸展的系统中通常是彼此矛盾。
[0021]该矛盾可被解释如下。在可弯曲系统中，互连通常包括金属，如铜(Cu)，其具有很小或可忽略的弹性区中的伸长率(如，Cu〈0.1% )o笔直的Cu互连可经受带有很低形变的塑性屈服(plastic yiedling)，这可导致互连断裂。该问题通常的解决方案是采用蜿蜒走线(即二维弹簧状的或曲折的走线)。然而，这些蜿蜒走线可占用非常大量的空间，从而限制了互连线的频率并降低了走线密度。蜿蜒走线间的距离可取决于走线宽度，并可达到超过一毫米的数值。蜿蜒互连线的另一个缺点可包括发生在连接至刚性电路部分的曲折线处的形变以及应力集中，造成可降低整个系统可靠性的薄弱点。
[0022]另一个解决方案包括包括所谓的软硬结合板(rigid-flex)，如图1中所示，其目前是相对昂贵的，并且从制造的角度而言，无疑比采用引线接合连接刚性电路部分更昂贵。
[0023]引线接合技术被认为是具有成本效益的，特别是如果采用Cu或铝(Al)线。引线接合可以相比蜿蜒走线而言较低的成本或更高的密度来提供部分(如，刚性电路)至部分的互连。另外，任何封装技术(如，刚性部分)可一起被互连以形成可弯曲或柔性系统，只要封装技术包括引线可被引线接合上去的焊盘。
[0024]引线接合电路系统的一个特点是，异构元件可采用引线接合被连接。该能力可提供至少两个优势。一个是，不同元件，如处理器(如，中央处理器(CPU))、存储器、无线电、微机电系统(MEMS)、无线、图形、芯片组、或模拟元件通常采用不同的技术进行组装(如，引线接合、表面贴装、或BGA等等)。通过调整封装设计(如有必要)，使得至少直接相邻的诸个刚性电路的相对向侧包括引线接合焊盘，可建立柔性系统而无需统一的封装技术。另一个优势是现有的现成(off-the-shelf)元件，或刚性电路部分可被使用，以降低成本并减少进入市场的时间。引线接合的引线可以足够长，以使可弯曲性成为可能。在引线接合过程中，引线可被引导以允许用于多次弯曲的额外长度或有限弹簧特性。多次弯曲是相对具有需要只被弯曲一次的引线的系统而言的。单次弯曲可在手环系统中实现，其中电子器件如其在弯曲情况下被贴装时被弯曲，且不会再被弯曲。
[0025]图2A示出了根据一个或多个实施例的一种可包括引线接合的引线202的示例系统侧视图的框图。图2B示出了图2A中示例系统200顶视图的框图。
[0026]系统200可包括采用一个或多个引线202(如，通过引线接合)进行电气连接的多个刚性电路(如，元件204、晶片级封装(WLP) 206、或引脚接出板208)。刚性电路可包括不同形状和尺寸的各种元件。例如，刚性电路可包括一个或多个元件204，如可包括倒装芯片封装，表面贴装封装，球栅阵列(BGA)封装，PTH部分或封装(如，双列直插封装(DIP)或引脚格栅阵列(PGA)部分或封装)，无引线(leadless)芯片部分或封装，薄型小外形封装(TSOP)部分或封装，栅格阵列(LGA)部分或封装，印刷电路板(PCB)或其组合等。刚性电路可包括晶片级封装206，如可包括内嵌或集成在模料(mold)218中的一个或多个管芯或元件。模料218中的元件可在晶片级封装206制造期间进行电气耦接。晶片级封装206包括集成的引脚接出层220，其包括多个互连(如，引线接合焊盘，SMT接合焊盘，倒装芯片接合焊盘，BGA接合焊盘，公型或母型连接特征等)，以提供至模料218中一个或多个管芯或元件的电气通路。元件204可被电气親接(如，通过配对的公型或母型连接特征焊接或连接)至在引脚接出层220中提供的互连。
[0027]引线202可以是绝缘的，如通过在引线周围包裹介电材料或其他绝缘体，如塑料、聚合物或电介质(如，二氧化硅或氮化硅)等。引线可用绝缘或介电材料进行喷涂，如在引线接合该引线之前或之后。该材料可以在喷涂后被干燥或固化。
[0028]引线202可被包覆在绝缘材料214中。绝缘材料214可包括弹性体材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或合成橡胶等。使用绝缘引线或被包覆引线可帮助防止短路或帮助增加引线202的寿命或耐用性。具有增加的耐用性的引线可包括可被弯曲多次的引线，或可被允许以原本不被允许的方式方式弯曲而不会折断的引线。
[0029]引线202可包括Au、Cu、Al或其合金等。其他材料，若其引线接合工艺可用，且若其机械属性允许弯曲，则可被采用。如果弯曲被限制为单次(例如，将系统装入一个刚性壳体中，如环)，纯Al也可作为低成本的替代项被使用。
[0030]引脚接出板208 (如，PCB)可包括位于其上的多个接合焊盘210。接合焊盘210可电气耦接至走线、过孔或元件204，以例如提供至元件、走线或过孔的电气通路。接合