太陽能供電的ic晶片的製作方法
2023-12-07 09:38:56 2
太陽能供電的ic晶片的製作方法
【專利摘要】公開了一種太陽能供電的IC晶片。自供電集成電路(IC)封裝包括襯底和集成電路(IC)晶片。所述IC晶片被安裝在所述襯底的表面。電互連器將所述IC晶片耦合於所述襯底。提供了具有相對第一主表面和第二主表面的太陽能電池。所述太陽能電池的所述第一主表面的至少一部分被配置成從外部源接收光。所述太陽能電池將接收的光的能量轉換成電能。所述太陽能電池被放置在所述IC上並且通過所述襯底電連接到所述襯底以給所述IC提供生成的電能。透明的模製化合物密封所述襯底的表面、所述IC、所述電互連器以及所述太陽能電池。
【專利說明】太陽能供電的IC晶片
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路封裝和製作使用集成太陽能電池自供電的集成電路封裝的方法。
【背景技術】
[0002]隨著晶片技術的進步，集成電路(IC)晶片的尺寸和供電需求被降低。例如，球柵陣列(BGA)封裝被廣泛應用於行動裝置，因為它們是非常小的並且具有低供電需求。然而，提供給IC晶片的供電傳統上來自於外部電源，例如電池。因此，IC晶片的放置必須始終仔細考慮，以便IC晶片可以被充分訪問，以用於耦合於外部電源。這使得IC晶片在例如衣服、鞋子、腳踏車、人體等等方面的嵌入很困難。
[0003]同時，太陽能電池的效率不斷改進。特別地，在優化條件下，所需要長生供電的太陽能電池的光接收表面面積減小了。已發現，與IC晶片的大小在相同量級的太陽能電池的尺寸可以足夠具有效，以滿足這種IC晶片在低供電環境下的供電需求。
[0004]因此希望提供具有集成的太陽能電池的IC晶片封裝來降低或消除IC晶片依賴於外部電源的需要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005]本發明通過舉例的方式說明並沒具有被附圖所限制，在附圖中類似的參考符號表示相同的元素。附圖中的元素說明是為了簡便以及清晰，不一定按比例繪製。注意，某些垂直尺寸相對於某些水平尺寸被誇張。
[0006]在附圖中:
[0007]圖1是根據本發明的第一實施例的集成電路封裝的剖面側視圖；
[0008]圖2是根據本發明的第二實施例的集成電路封裝的剖面側視圖；
[0009]圖3是根據本發明的第三實施例的集成電路封裝的剖面側視圖；
[0010]圖4是太陽能電池晶片和層壓在其上的密封劑的底層平面圖；
[0011]圖5是圖4的帶具有焊料球的晶片的底層平面圖；
[0012]圖6是在由此分離單個太陽能電池之前的圖5晶片的底層平面圖；
[0013]圖7是根據本發明的實施例的顯示了將太陽能電池附著於襯底的步驟的剖面側視圖；以及
[0014]圖8是附著的太陽能電池、IC晶片和圖7的襯底的剖面側視圖，其中帶具有密封了其中部分的模製化合物。
【具體實施方式】
[0015]參照附圖，其中相同的參考符號被用於指定附圖中的相同組件，圖1中所示的是根據本發明的自供電集成電路封裝10的第一實施例。自供電封裝10包括具有相對第一主表面和第二主表面12a、12b的襯底12。襯底12優選地由基於聚合物的材料，例如玻璃纖維、聚醯亞胺等等形成，雖然其它類型的材料也可以被使用。以銅跡線等等形式的多個電導體(未顯不)優選地形成於襯底12的第一和/或第二主表面12a、12b上。然而，電導體也可以被嵌入或部分嵌入到襯底12中。
[0016]襯底12也可以被塗覆有保護層(未顯示)，例如聚合物漆狀層，其可以被用於給電導體提供永久的保護塗層。
[0017]襯底12優選地是BGA、載帶BGA (TBGA)、模製陣列處理陣列(mold arrayprocess-BGA) (MAPBGA)、塑料BGA(PBGA)類型等等。因此，多個焊料球14可以位於襯底12的第二主表面12b上，以提供用於封裝10和印刷電路板(PCB)或其它器件(未顯示)之間的電信號的路徑，其中封裝10通過焊料球14電耦合於所述其它器件。
[0018]IC晶片16被安裝在襯底12與焊料球14陣列相對的第一主表面12a上。IC晶片優選地由半導體管芯形成，所述半導體管芯由半導體材料或材料的組合(例如砷化鎵、矽鍺、絕緣體上矽(SOI)、矽、單晶矽等等、以及上面的組合)製成。IC晶片16可能包括各種類型的電路，正如本領域已知的，例如晶片上系統(SOC)、微處理器或微控制器、或專用集成電路(ASIC)。因此，本發明並不現定於IC晶片16的類型。IC晶片16包括第一主表面16a和相對的第二主表面16b。在圖1中所不的配置中，IC晶片16的第二主表面16b被附著於襯底12的第一主表面12a。附著優選地由環氧樹脂或類似的粘合劑製成，雖然其它附著方法，例如焊接安裝、熔融、機械或其它緊固件等等也可以被使用。
[0019]至少一個,並且優選多個電互連器18被提供，以將IC晶片16電I禹合於襯底12的第一主表面12a上的電導體。電互連器18優選地以金線的形式，經由引線接合處理而附著於襯底12的相應第一主表面12a、16a和IC晶片16。其它類似的導電材料或技術可以用於引線。
[0020]然而，其它電互連器18也可以被使用，例如焊料球、導電焊盤，晶片通孔等等，這些可以存在於IC晶片16的第二主表面16b，並且可以允許將IC晶片物理安裝在襯底12上，以用作電連接。
[0021]太陽能電池20也被提供作為封裝10的一部分。太陽能電池20優選地包括相對的第一主表面和第二主表面20a、20b。太陽能電池20的第一主表面20a的至少一部分被配置成接收從外部光源22發射的光，其中外部光源可以例如是太陽、人造燈等等。正如通常已知的，太陽能電池20被配置成將接收的光的能量轉換成電能，所述電能被傳送，在這種情況下是被直接或經由襯底12，給IC晶片16。太陽能電池20被布置成使得太陽能電池20的第二主表面20b面向IC晶片16的第一主表面16a布置。
[0022]所述的太陽能電池20可以是傳統的，並且由單晶矽、多晶矽或無定形矽、或適當摻雜以進行具有效光吸收和後續分離以及電荷載流子導電的其它類似半導體材料或材料組合形成。陽能電池20還可能包括表面導電跡線、防反射塗層、金屬接觸焊盤以及傳統上已知的其它功能部件。
[0023]在圖1中所示的第一實施例中，太陽能電池20被安裝在襯底12的第一主表面12a，其中焊料球24被放置在太陽能電池20的第二主表面20b上。焊料球24被連接到太陽能電池20的第二主表面20b上的焊料焊盤26 (即，「後」側接觸)，其形成了用於從太陽能電池20供給所生成的電能的電接觸。因此，在第一實施例中，太陽能電池20到襯底12的物理安裝和電連接通過焊料球24發生。雖然在圖1中未顯示，但是間隔物可以位於IC晶片16的第一主表面16a和太陽能電池20b的第二主表面之間，以防止太陽能電池16(或襯底12)彎曲或翹曲，使得太陽能電池將接觸並可能損壞接合線18。
[0024]在圖1中所示的第一實施例中，利用密封劑28來層壓至少太陽能電池20的第一主表面20a的光接收部分，其中密封劑至少對所接收的光波長是透明的(透射的)。例如，密封劑28可以是透明(clear)的聚合物，例如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)等等。密封劑28優選地包括層壓的玻璃。密封劑28保護太陽能電池20的第一主表面20a免受損害，其中該損害可能損害了太陽能電池20的光接收部分。雖然密封劑28被描述為層壓的，但是也可以使用塗覆保護性聚合物或其它合適的材料，例如旋塗玻璃(SOG)、沉積等等的其它已知技術。
[0025]正如傳統上已知的，封裝10還包括模製化合物30，所述模製化合物30放置在襯底12的第一主表面12a上並且密封IC晶片16和電互連器18。模製化合物30可以由陶瓷材料、聚合材料等等製成。模製化合物30還密封放置在襯底12上的太陽能電池20的至少一部分。在圖1中所示的第一實施例中，太陽能電池20的第一主表面20a沒有被模製化合物30密封，並因此通過其是暴露的。由於模製化合物30常常對由太陽能電池20使用以產生供電的光波長是不透明的，因此，這種配置允許太陽能電池20的第一主表面20a暴露於來自外部源22的光。由於存在密封劑28,太陽能電池20的第一主表面20a被保護，並且為了此目的，不需要模製化合物30。
[0026]圖2顯示了根據本發明的實施例的封裝110的第二實施例。第二實施例類似於上述的第一實施例。除了 100系列符號已被用於第二實施例，類似的符號已被用於相似元件。因此，省略了第二實施例的完整描述，而只描述了差異。
[0027]在第二實施例中，太陽能電池120被物理地安裝在IC晶片116，而不是襯底112。間隔物140被放置在太陽能電池120的第二主表面120b和IC晶片116的第一主表面116a之間。間隔物140優選地是由非導電性聚合物或陶瓷材料等等製成。間隔物140也優選地使用環氧樹脂或類似的非導電粘合劑等等固定地附著於相應表面120b、116a。
[0028]到太陽能電池120的電連接是通過使用耦合於襯底112和太陽能電池120的電互聯器142進行的。特別在圖2中，互聯器142以電源線的形式被連接到太陽能電池120的第一主表面120a上的端子(未顯示)(即，「前」側接觸)，以及襯底112的第一主表面112a上的對應電導體(未顯示)，其中電源線可以由金或其它合適的導電材料製成。當然，互連器142可以f禹合於在任一主表面120a、120b上的端子,或I禹合於符合本發明概念的太陽能電池120的另一表面上的端子。
[0029]在圖2中所示的第二實施例中，模製化合物130優選地至少對於由太陽能電池120從外部源122所接收的光波長是透明的或透射的。因此，在第一實施例中的密封劑28不是太陽能電池120的第一主表面120a所需的，並且整個太陽能電池120可以因此被密封在放置在襯底112的第一主表面112a上的模製化合物130內。
[0030]圖3顯示了根據本發明的實施例的封裝210的第三實施例。第三實施例類似於上述的第二實施例。除了 200系列符號已被用於第三實施例，類似的符號已被用於相似元件。因此，省略了第三實施例的完整描述，而只描述了差異。
[0031]就像在第二實施例中，太陽能電池220被物理地安裝在IC晶片216。然而，在圖3所示的實施例中，在太陽能電池220的第二主表面220b和IC晶片216的第一主表面216a之間的安裝是直接的，其中藉助於插入在兩個表面220b、216a之間的非導電環氧樹脂或類似粘合劑。這種配置類似於是典型的「堆疊」管芯結構，並允許較低的輪廓封裝210。
[0032]此外，在第三實施例中，到太陽能電池220的電連接是直接由IC晶片216進行的。特別地，在圖3電源線的情況下，電互連器242在一端耦合於太陽能電池的第一主表面220a以及在另一端直接稱合於IC晶片216的第一主表面216a上的對應電源端子(未顯不)。和以前一樣，太陽能電池220的端子接觸可以位於任何方便的表面220a、220b上。
[0033]在第三實施例中，模製化合物230優選地與第二實施例的模製化合物130相同。
[0034]正如可以從圖1-圖3中所示的三個示例實施例看到的，太陽能電池20、120、220的第一主表面20a、120a、220a的表面面積可以大於或小於IC晶片16、116、216的第一主表面16a、116a、216a的表面面積。表面面積大小的相對差異是由於IC晶片16、116、216的功能、太陽能電池20、120、220的效率和光需求、IC晶片16、116、216的供電需求、用於安裝太陽能電池20、120、220的技術以及其它考慮因素。太陽能電池20、120、220優選地具有標準的郵票尺寸。
[0035]具有了根據本發明的實施例的封裝10、110、210，IC晶片16、116、216的供電需求可以至少部分地由包含在封裝10、110、210內的太陽能電池20、120、220所輸出的供電來滿足。因此，即使不是消除，也可以減少到外部電源的連接。
[0036]現在參照圖4-圖8，描述了根據本發明的第一實施例的用於製作封裝10的一種示例方法。在圖4中，提供太陽能電池晶片60，其上形成有多個單獨的太陽能電池20。密封劑28的一個或多個片材優選地被層壓到太陽能電池晶片60的第一主表面(未顯不)。
[0037]焊料焊盤(未顯示)位於太陽能電池晶片60的第二主表面60b上，並且在圖5中，每個太陽能電池20的焊料球24自動或手動地被放置在相應焊盤上。在傳統的回流處理之後，焊料球24被適當接合到太陽能電池20，並且太陽能電池20準備好被單一化切割(singulation)。
[0038]參照圖6，太陽能電池晶片60優選地安裝在傳統分割帶62，其中晶片60的第二主表面60b面向朝外。單獨的太陽能電池20然後優選地通過使用鋸(未顯示)與晶片60分開，以沿著虛線單一化切割線64切斷太陽能電池20。然而，也可以使用其它單一化切割方法，例如衝壓單一化切割等等。在所示的實施例中，被切斷的太陽能電池20每個包括四個焊料球24。
[0039]參照圖7，單一化切割的太陽能電池20準備好用於安裝到襯底12，IC晶片16已經附著到襯底12並且通過電互連器18與襯底12電耦合。IC晶片16到襯底12的附著和耦合可能發生在太陽能電池20形成之前、之後或同時。在該實施例中，太陽能電池20的焊料球24被放置在襯底12的第一主表面12a上的對應焊料焊盤開口(未顯示)上，並且執行傳統的回流過程。這使得太陽能電池20與襯底12電連接，因而與IC晶片16電連接。
[0040]參照圖8，模製化合物30以傳統的方式被塗覆，並且被模製以填充IC晶片16和太陽能電池20之間的體積，以及完全密封IC晶片16、電互連器16以及一部分太陽能電池
20。在該實施例中，執行模製，以保留太陽能電池20的第一主表面20a，或者至少是它的完成之後暴露的光接收部分。一旦模製化合物30被設置，如圖1所示，可以通過使用傳統技術將焊料球14附著於襯底12的第二主表面來完成封裝10。
[0041]顯然，所述方法的某些步驟可以被改變和/或移除以形成封裝的其它實施例。例如，在模製化合物對光波長是透明的地方，太陽能電池晶片的層壓步驟可以被省略。
[0042]同樣，電連接太陽能電池的步驟可能涉及引線接合以實現在圖2和圖3中的實施例中所示的配置，而不是焊料球附著和回流處理。因此，將焊料球附著於太陽能電池可以被省略。
[0043]其中，正如在圖2和圖3中，間隔物140或環氧附著被利用，這些步驟在塗覆模製化合物之前被塗覆。
[0044]在前面的說明中，參照本發明實施例的特定例子已對本發明進行了描述。然而，很明顯各種修改和變化可以在不脫離附屬權利要求中所陳述的本發明的寬範圍精神及範圍的情況下被做出。
[0045]本領域所屬技術人員將認識到上述描述的操作之間的界限只是說明性的。多個操作可以組合成單一的操作，單一的操作可以分布在附加操作中，並且操作可以至少在時間上部分重疊被執行。而且，替代實施例可能包括特定操作的多個實例，並且操作的順序在各種其它實施例中會改變。
[0046]在描述和權利要求中的術語「前面」、「後面」、「頂部」、「底部」、「上面」、「下面」等等，
如果具有的話，是用於描述性的目的並且不一定用於描述永久性的相對位置。應了解術語的這種用法在適當的情況下是可以互換的以便本發明所描述的實施例例如，能夠在其它方向而不是本發明所說明的或在其它方面進行操作。
[0047]在權利要求中，詞語「包括」或「含具有」不排除其它元件或權利要求中列出的步驟的存在。此外，本發明所用的「a」或「an」被定義為一個或多個。並且，在權利要求中所用詞語如「至少一個」以及「一個或多個」不應該被解釋以暗示通過不定冠詞「a」或「an」引入的其它權利要求元素限定任何其它特定權利要求。所述特定權利要求包括這些所介紹的對發明的權利元素，所述權利元素不僅僅包括這樣的元素。即使當同一權利要求中包括介紹性短語「或多個」或「至少一個」以及不定冠詞，例如「a」或「an」。使用定冠詞也是如此。除非另具有說明，使用術語如「第一」以及「第二」是用於任意區分這些術語描述的元素的。因此，這些術語不一定表示時間或這些元素的其它優先次序。某些措施在相互不同的權利要求中被列舉的事實並不表示這些措施的組合不能被用於獲取優勢。
【權利要求】
1.一種自供電集成電路IC封裝，包括: 襯底，所述襯底具有相對的第一主表面和第二主表面； 集成電路IC晶片，所述集成電路IC晶片具有相對的第一主表面和第二主表面，所述IC晶片的所述第二主表面被安裝在所述襯底的所述第一主表面上； 至少一個第一電互連器，所述至少一個第一電互連器將所述IC晶片耦合於所述襯底； 太陽能電池，所述太陽能電池具有相對的第一主表面和第二主表面的，所述太陽能電池的所述第一主表面的至少一部分被配置成從外部源接收光，所述太陽能電池被配置成將所接收的光的能量轉換成電能，所述太陽能電池被電連接到所述IC晶片，以向其提供所生成的電能；以及 模製化合物，所述模製化合物被放置在所述襯底的所述第一主表面上，並且密封所述IC晶片、所述至少一個第一電互連器以及至少一部分所述太陽能電池。
2.根據權利要求1所述的封裝，還包括密封劑，所述密封劑被至少層壓在所述太陽能電池的所述第一主表面的光接收部分上，其中所述密封劑至少對於所接收的光波長是透明的或透射的。
3.根據權利要求2所述的封裝，其中所述太陽能電池的所述第一主表面的所述層壓部分也與玻璃一起層壓。
4.根據權利要求2所述的封裝，其中所述太陽能電池的所述第一主表面的至少所述層壓部分通過所述模製化合物而暴露。
5.根據權利要求1所述的封裝，其中所述模製化合物至少對於所接收的光波長是透明的或透射的，以及所述太陽能電池的所述第一主表面被所述模製化合物密封。
6.根據權利要求1所述的封裝，其中所述太陽能電池在所述IC晶片的所述第一主表面上方延伸，並且通過焊料球被安裝和電連接到所述襯底的所述第一主表面。
7.根據權利要求1所述的封裝，其中所述IC晶片通過粘合劑被附著於所述襯底。
8.根據權利要求7所述的封裝，其中所述至少一個第一電互聯器包括多個接合線。
9.根據權利要求1所述的封裝，還包括間隔物，所述間隔物位於所述IC晶片的所述第一主表面和所述太陽能電池的所述第二主表面之間，其中所述太陽能電池通過所述間隔物被安裝在所述IC晶片的所述第一主表面上。
10.根據權利要求1所述的封裝，還包括多個第二電互聯器，所述多個第二電互聯器將所述太陽能電池電耦合於所述襯底的所述第一主表面或所述IC晶片的所述第一主表面中的一個。
11.根據權利要求10所述的封裝，其中所述第二電互聯器包括接合線。
12.根據權利要求1所述的封裝，其中所述太陽能電池的所述第一主表面的表面面積大於所述IC晶片的所述第一主表面的表面面積。
13.根據權利要求1所述的封裝，還包括多個焊料球，所述多個焊料球被安裝到所述襯底的所述第二主表面。
14.一種自供電集成電路IC封裝，包括: 襯底，所述襯底具有相對的第一主表面和第二主表面； 集成電路IC晶片，所述集成電路IC晶片具有相對的第一主表面和第二主表面，所述IC晶片的所述第二主表面被安裝在所述襯底的所述第一主表面上，並且電連接到所述襯底的所述第一主表面； 太陽能電池，所述太陽能電池具有相對的第一主表面和第二主表面，所述太陽能電池的所述第一主表面的至少一部分被配置成從外部源接收光，其中所述太陽能電池將所接收的光的能量轉換成電能，其中所述太陽能電池的所述第二主表面面向所述IC晶片的所述第一主表面布置，以及所述太陽能電池被電連接到所述IC晶片，以向其提供所生成的電能；以及 模製化合物，所述模製化合物密封所述襯底的所述第一主表面的至少一部分、所述IC晶片以及所述太陽能電池。
15.根據權利要求14所述的封裝，還包括第一組多個焊料球，所述第一組多個焊料球用於將所述太陽能電池附著到並且電連接到所述襯底的所述第一主表面，從而將所述太陽能電池電連接到所述IC晶片。
16.根據權利要求14所述的封裝，還包括第一組多個接合線，所述第一組多個接合線用於將所述IC晶片電連接到所述襯底。
17.根據權利要求16所述的封裝，還包括間隔物，所述間隔物位於所述IC晶片的所述第一主表面和所述太陽能電池的所述第二主表面之間，其中所述太陽能電池通過所述間隔物被安裝在所述IC晶片的所述第一主表面上。
18.根據權利要求14所述封裝，其中所述模製化合物至少對於所接收的光波長是透明的或透射的，以及所述太陽能電池的所述第一主表面被所述模製化合物密封。
19.一種製作自供電電路封裝的方法，所述方法包括: 將集成電路IC晶片安裝在襯底的第一主表面上，所述集成電路IC晶片具有相對的第一主表面和第二主表面； 使用至少一個第一電互連器，將所述IC晶片電耦合於所述襯底的所述第一主表面； 將太陽能電池電連接到所述IC晶片，所述太陽能電池具有相對的第一主表面和第二主表面，所述太陽能電池的所述第一主表面的至少一部分被配置成從外部源接收光，所述太陽能電池被配置成將所接收的光的能量轉換成被提供給所述IC晶片的電能，並且其中所述太陽能電池的所述第二主表面面向所述IC晶片的所述第一主表面布置；以及 在模製化合物內，密封所述IC晶片、所述至少一個第一電互連器、所述襯底的所述第一主表面的至少一部分、以及所述太陽能電池的至少一部分。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括:利用密封劑至少層壓所述太陽能電池的所述第一主表面的所述光接收部分，所述密封劑至少對於所接收的光波長是透明的或透射的。
【文檔編號】H01L27/142GK103985720SQ201410050324
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2013年2月13日
【發明者】劉德明, 盧威耀, 羅文耀, 熊正德 申請人:飛思卡爾半導體公司