微型化技術(shù)在醫(yī)療器械當中的應用解析

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

偉創(chuàng)力的組裝能力

可以應用于醫(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到產(chǎn)品的微型化。

醫(yī)療電子中可以用到的微型化封裝和組裝技術(shù)

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)在消費電子中應用了五年，但是在醫(yī)療電子當中還沒有得到廣泛的應用，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(yī)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一步細化，比如說，在焊膏的選擇方面、焊接時可能要用到氮氣、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，要實現(xiàn)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PPI。更多的用Au Stud Bump，為了要進一步微型化，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。什么時候用SOC，什么時候用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。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)應用的時候，因為它的成本比較低，而且實現(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，把幾個重疊在一塊，最終會是一個分層考慮的事情。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方面會有一些考慮。現(xiàn)在這個問題還有很多的討論，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)品功能方面會得到一些優(yōu)勢，但同時又在制造成本方面會有一些影響。怎么來做這個決定還沒有一個很清楚的東西。

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，間距越來越細，越來越密，怎么把這個線拉動出去。還有一個是Pick—place、Reflow? in? air方面?，F(xiàn)在你有很危險的器件，同時又有一個比較高的，比較大的，你到底先放哪一個，這些具體的東西都要考慮優(yōu)化。

三維組裝幾個途徑，一個是Package，我們用的是叫in—line，這個工藝是2002年在偉創(chuàng)力實驗室做出來的，2003年應用到西鄉(xiāng)工廠大規(guī)模的生產(chǎn)應用。因為那個時候工藝用的是叫Package? Stacking。我們在2002年做出來的是什么呢？實際上做management和做in—line，把這兩個同時一次完成。這個工藝一直到05年或者06年才在工業(yè)界上得到更大規(guī)模的應用。這個有什么好處呢？主要是從Package? Stacking方面有更大的靈活性，可以是兩個management，現(xiàn)在幾乎在手機里面都要用。我想在醫(yī)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(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會。

畢加索曾經(jīng)說過，所有你能想象的都是真實的，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)。如電化學可靠性、熱可靠性、焊點可靠性、動態(tài)負載可靠性等等。

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，還要考慮到消費者的體驗，采用更加美觀的包裝。

最后一個需要注意的問題，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之間怎么來集成，怎么來合作？答案就是通過DFX。現(xiàn)在產(chǎn)品的設計已經(jīng)不止是設計團隊的問題，還需要制造團隊的參與。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，今天是一個全球化的環(huán)境，設計團隊可能是在某一個公司某一地方的設計開發(fā)中心，制造卻又可能是在另一個公司另外一個地方的制造工廠，兩個公司可能用的是不同的系統(tǒng)，在這樣的環(huán)境當中如何來實現(xiàn)設計和制造合作？如何實現(xiàn)設計的優(yōu)化？這是一個工業(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。此外還需要整個供應鏈的合作，因為我們沒有時間從一個公司做再轉(zhuǎn)到另外一個公司中。像CMET這樣的活動就給整個產(chǎn)業(yè)鏈的合作做出了很大的推動，推動整個工業(yè)界，供應鏈的合作促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時促進設計與制造的合作。希望通過今天這個會議，通過大家的研究和討論，能夠促進整個供應鏈的合作，促進設計和制造的合作方面能起到很大的推動作用。