可穿戴无创血糖传感器 PCB 制造工艺：攻克柔性与微型化的生产难点

一、柔性基材预处理：确保柔性与清洁度

• 清洁工艺：
  • 目的：去除 PI 基材表面的油污、粉尘与脱模剂（影响粘结剂附着力）；
  • 流程：先用异丙醇（IPA）浸泡 5 分钟（室温），再用去离子水（电阻率＞18MΩ?cm）超声清洗（频率 40kHz，时间 10 分钟），最后放入真空烘箱干燥（温度 80℃，真空度 50Pa，时间 60 分钟）；
  • 标准：清洁后基材表面水接触角≤30°（亲水性好，利于粘结），表面粗糙度 Ra≤0.1μm；
• 裁剪工艺：
  • 设备：激光裁剪机（波长 1064nm），精度 ±0.05mm（适配微型 PCB 尺寸）；
  • 要求：裁剪后的基材边缘无毛刺（毛刺高度≤0.01mm），避免弯折时边缘开裂；
  • 示例：裁剪 3cm×2cm 的 PI 基材，激光功率 20W，切割速度 50mm/s，边缘毛刺 0.005mm；
• 表面活化：
  • 目的：提升 PI 基材表面活性（PI 表面能低，约 30mN/m），增强与铜箔的粘结力；
  • 工艺：氧气等离子处理（功率 150W，真空度 10Pa，时间 60 秒），处理后表面能提升至 50mN/m 以上；
  • 注意：活化后需在 2 小时内进入层压工序，避免表面重新吸附杂质。

二、柔性层压工艺：避免分层，保障柔性

• 层压材料：
  • 铜箔：压延铜箔（厚度 1oz），表面做粗化处理（Ra=0.2-0.3μm，增强粘结）；
  • 粘结剂：医用级环氧树脂粘结剂（厚度 0.02mm），Tg=150℃，耐温范围 - 40-150℃；
• 层压参数：
  • 温度：120-140℃（低于 PI 基材 Tg，避免软化），升温速率 2℃/min；
  • 压力：15-20kg/cm²（压力过大会导致基材变薄，过小则粘结不牢）；
  • 时间：30-45 分钟（保温时间，确保粘结剂完全固化）；
  • 环境：真空层压（真空度≤10Pa），避免层间气泡（气泡率≤0.1%，单个气泡直径≤0.1mm）；
• 质量标准：层压后铜箔与基材的剥离强度≥0.7N/mm（按 IPC-TM-650 2.4.9 测试），弯曲 1000 次（半径 5mm）后无分层。

三、微型化加工：适配 0201 封装与激光钻孔

• 激光钻孔工艺：
  • 设备：UV 激光钻孔机（波长 355nm），用于制作 0.1-0.15mm 的盲孔 / 埋孔（机械钻孔最小孔径 0.3mm，无法满足）；
  • 参数：能量 10-15μJ/pulse，频率 50kHz，钻孔深度比基材厚度多 0.02mm（避免钻不透）；
  • 标准：孔壁粗糙度 Ra≤0.8μm，孔径偏差 ±0.01mm，无孔壁碳化（碳化会导致导通不良）；
• 线路蚀刻工艺：
  • 目的：制作 0.1-0.15mm 宽的线路（适配微型元件）；
  • 工艺：采用干膜光刻（干膜厚度 50μm，分辨率 0.08mm），蚀刻液为氯化铁溶液（浓度 400g/L，温度 50℃，时间 60 秒）；
  • 标准：线路宽度偏差 ±0.01mm，线路边缘无锯齿（锯齿高度≤0.005mm）；
• 微型元件焊接工艺：
  • 设备：高精度贴片机（定位精度 ±0.02mm），搭载视觉识别系统（识别 0201 元件）；
  • 工艺：回流焊（峰值温度 240-250℃，保温时间 30 秒，升温速率 1.5℃/s），焊膏选用免清洗型（颗粒直径 20-30μm，适配微型焊盘）；
  • 标准：0201 元件焊接虚焊率≤0.5%，焊锡量控制在焊盘面积的 60%-80%（避免焊锡过多导致短路）。

四、生物相容性工艺：确保皮肤安全接触

• 表面处理工艺：
  • 沉金工艺：用于铜箔表面，金层厚度 0.1-0.5μm（无镍打底，避免镍过敏），电镀电流密度 0.5A/dm²，温度 45℃，时间 10 分钟；
  • 检测：通过 ISO 10993-4 镍释放测试（释放量≤0.5μg/cm²/week），皮肤刺激测试（200 人佩戴 7 天无红肿）；
• 医用涂层工艺：
  • 涂层材料：医用级硅氧烷（如 Dow Corning 734），具备亲肤性、耐汗液腐蚀；
  • 涂覆工艺：喷雾涂覆（压力 0.2MPa，距离 PCB 表面 10cm），厚度 5-10μm，室温固化 24 小时；
  • 标准：涂层附着力≥5B（按 ISO 2409 测试，无涂层脱落），耐汗液测试（浸泡在人工汗液中 240 小时，涂层无变色、无脱落）。

五、质量检测：保障柔性与电气性能

• 柔性测试：弯曲测试（半径 5mm，弯曲 10000 次），测试后线路导通率 100%，无断裂；
• 电气性能测试：
  • 导通测试：导通电阻≤50mΩ，所有线路 100% 导通；
  • 绝缘测试：相邻线路间绝缘电阻≥10¹²Ω（500V DC），无漏电；
  • 信号完整性测试：模拟信号链路（如 ADC 输入）的噪声≤10nV/√Hz；
• 生物相容性测试：细胞毒性测试（ISO 10993-5），细胞存活率≥90%；皮肤致敏测试（ISO 10993-10），无致敏反应。