[发明专利]用于微电极与柔性排线之间热压焊接的方法

说明书

本发明公布了一种用于微电极与柔性排线之间热压焊接的方法，该方法采用各向异性导电胶ACF作为压焊材料来实现无凸点焊盘的各向异性导通。通过深硅刻蚀技术在微电极的焊盘周围形成一些凹槽以使得微电极与软排线的焊盘进行热压后只在焊盘的法向导通。该发明通过对凹槽的结构进行巧妙的设计来实现让焊盘受到压力导通的同时又可以保证焊盘周围的ACF不受压力而绝缘从而实现各向异性导通。该法采用凹槽来取代凸点的设计避免了对微电极或者排线的焊盘进行镀金来形成凸点的过程。因此，这种新颖的热压连接方法可以大大降低器件的集成成本，节省器件的工艺流程并提高工艺的可靠性。

技术领域

本发明涉及MEMS传感器领域的导线接口的焊接，具体地，涉及一种用于硅基微电极与柔性排线之间进行热压焊接的方法，是用各向异性导电胶(ACF)将微电极的焊盘与无凸点的柔性排线的焊盘进行焊接的方法。

背景技术

如今，硅基微电极已经被广泛用于神经记录和功能电刺激。硅基微电极主要包括三维阵列式的犹他电极和平面式的密西根电极。犹他电极具有三维阵列结构，可以同时记录三维空间的神经元活动。但是，犹他电极的每个探针上只有一个电极点，这限制了其空间分辨率。此外，犹他电极的探针长度往往小于2mm，这也使得其在深脑刺激与记录的应用受到限制。密西根电极采用平面光刻工艺，可以同时在一根探针上集成多个电极点，从而获得非常高的空间分辨率。另外，密西根电极的长度可以做到几毫米到几厘米的范围，使其可以适用于更多恼区。对于密西根电极，为了实现三维记录能力往往需要将多个密西根电极并列在一起以形成三维电极阵列。随着电极点密度的急剧提高，往往需要使用柔性排线将电极点与外部设备相连。目前，柔性排线已经可以通过MEMS工艺实现与微电极的单片集成。但是这种技术仅限于使用聚合物作为电极的绝缘层的情况。因此，对于微电极和柔性排线分开加工的情况，一种可靠的用于微电极与柔性排线之间的焊接方法是必不可少的。

由于脑组织处于一种微动的状态，通过超声焊线技术将电极直接连接到PCB上并与颅骨进行固定的方法往往会让植入后的电极因为这种微动而不断剪切脑组织，这会加重炎症反应以及胶质包覆从而降低电极的记录能力。通过柔性排线与微电极进行焊接可以让电极在植入后随着脑组织一起微动从而有效减轻因电极剪切组织引起的炎症反应；此外，通过柔性排线进行连接的微电极更加容易进行三维集成，从而有效解决三维阵列电极与外部设备的连接问题。

经过对现有技术文献的检索发现，柔性排线与微电极的焊接方法主要包括超声球焊技术，倒装芯片技术以及ACF热压技术等。S.Kisban和P.Ruther等在论文“MicroprobeArray with Low Impedance Electrodes and Highly Flexible Polyimide Cables forAcute Neural Recording”中使用了一种利用焊线机连接微电极与柔性PI排线的方法。该法在PI排线上制备出环形导电过孔，然后将过孔与微电极的焊盘进行对准，再通过球焊把PI排线的环形焊盘与微电极的焊盘焊接在一起。但是这种方法的操作复杂，需要进一步的封装和固定。S.Kisban和P.Ruther等在论文“A Novel Assembly Method for Silicon-Based Neural Devices”中使用一种含氟聚合物(Cytop)来实现柔性排线与微电极的焊接。这种聚合物可以直接悬涂到PI排线上，并通过RIE刻蚀暴露出电极点。通过对电极点进行镀金使其形成一个突起，最后使用焊接机进行对准和热压，使得Cytop玻璃化后与微电极粘接在一起从而实现焊接。Jiangang Du和Sotiris C Masmanidis等人在论文“Dual-side andthree-dimensional microelectrode arrays fabricated from ultra-thin siliconsubstrates”中使用各向异性导电胶实现了柔性PI排线与微电极的连接。这种方法需要焊盘具有一个突起的高度，从而让ACF仅仅在焊盘的法向导通。为了让焊盘有这样的突起，对焊盘进行电镀往往是必不可少的。

发明内容