太阳能供电的ic芯片的制作方法
【专利摘要】公开了一种太阳能供电的IC芯片。自供电集成电路(IC)封装包括衬底和集成电路(IC)芯片。所述IC芯片被安装在所述衬底的表面。电互连器将所述IC芯片耦合于所述衬底。提供了具有相对第一主表面和第二主表面的太阳能电池。所述太阳能电池的所述第一主表面的至少一部分被配置成从外部源接收光。所述太阳能电池将接收的光的能量转换成电能。所述太阳能电池被放置在所述IC上并且通过所述衬底电连接到所述衬底以给所述IC提供生成的电能。透明的模制化合物密封所述衬底的表面、所述IC、所述电互连器以及所述太阳能电池。
【专利说明】太阳能供电的IC芯片
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路封装和制作使用集成太阳能电池自供电的集成电路封装的方法。
【背景技术】
[0002]随着晶片技术的进步，集成电路(IC)芯片的尺寸和供电需求被降低。例如，球栅阵列(BGA)封装被广泛应用于移动设备，因为它们是非常小的并且具有低供电需求。然而，提供给IC芯片的供电传统上来自于外部电源，例如电池。因此，IC芯片的放置必须始终仔细考虑，以便IC芯片可以被充分访问，以用于耦合于外部电源。这使得IC芯片在例如衣服、鞋子、脚踏车、人体等等方面的嵌入很困难。
[0003]同时，太阳能电池的效率不断改进。特别地，在优化条件下，所需要长生供电的太阳能电池的光接收表面面积减小了。已发现，与IC芯片的大小在相同量级的太阳能电池的尺寸可以足够具有效，以满足这种IC芯片在低供电环境下的供电需求。
[0004]因此希望提供具有集成的太阳能电池的IC芯片封装来降低或消除IC芯片依赖于外部电源的需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]本发明通过举例的方式说明并没具有被附图所限制，在附图中类似的参考符号表示相同的元素。附图中的元素说明是为了简便以及清晰，不一定按比例绘制。注意，某些垂直尺寸相对于某些水平尺寸被夸张。
[0006]在附图中:
[0007]图1是根据本发明的第一实施例的集成电路封装的剖面侧视图；
[0008]图2是根据本发明的第二实施例的集成电路封装的剖面侧视图；
[0009]图3是根据本发明的第三实施例的集成电路封装的剖面侧视图；
[0010]图4是太阳能电池晶片和层压在其上的密封剂的底层平面图；
[0011]图5是图4的带具有焊料球的晶片的底层平面图；
[0012]图6是在由此分离单个太阳能电池之前的图5晶片的底层平面图；
[0013]图7是根据本发明的实施例的显示了将太阳能电池附着于衬底的步骤的剖面侧视图；以及
[0014]图8是附着的太阳能电池、IC芯片和图7的衬底的剖面侧视图，其中带具有密封了其中部分的模制化合物。
【具体实施方式】
[0015]参照附图，其中相同的参考符号被用于指定附图中的相同组件，图1中所示的是根据本发明的自供电集成电路封装10的第一实施例。自供电封装10包括具有相对第一主表面和第二主表面12a、12b的衬底12。衬底12优选地由基于聚合物的材料，例如玻璃纤维、聚酰亚胺等等形成，虽然其它类型的材料也可以被使用。以铜迹线等等形式的多个电导体(未显不)优选地形成于衬底12的第一和/或第二主表面12a、12b上。然而，电导体也可以被嵌入或部分嵌入到衬底12中。
[0016]衬底12也可以被涂覆有保护层(未显示)，例如聚合物漆状层，其可以被用于给电导体提供永久的保护涂层。
[0017]衬底12优选地是BGA、载带BGA (TBGA)、模制阵列处理阵列(mold arrayprocess-BGA) (MAPBGA)、塑料BGA(PBGA)类型等等。因此，多个焊料球14可以位于衬底12的第二主表面12b上，以提供用于封装10和印刷电路板(PCB)或其它器件(未显示)之间的电信号的路径，其中封装10通过焊料球14电耦合于所述其它器件。
[0018]IC芯片16被安装在衬底12与焊料球14阵列相对的第一主表面12a上。IC芯片优选地由半导体管芯形成，所述半导体管芯由半导体材料或材料的组合(例如砷化镓、硅锗、绝缘体上硅(SOI)、硅、单晶硅等等、以及上面的组合)制成。IC芯片16可能包括各种类型的电路，正如本领域已知的，例如芯片上系统(SOC)、微处理器或微控制器、或专用集成电路(ASIC)。因此，本发明并不现定于IC芯片16的类型。IC芯片16包括第一主表面16a和相对的第二主表面16b。在图1中所不的配置中，IC芯片16的第二主表面16b被附着于衬底12的第一主表面12a。附着优选地由环氧树脂或类似的粘合剂制成，虽然其它附着方法，例如焊接安装、熔融、机械或其它紧固件等等也可以被使用。
[0019]至少一个,并且优选多个电互连器18被提供，以将IC芯片16电I禹合于衬底12的第一主表面12a上的电导体。电互连器18优选地以金线的形式，经由引线接合处理而附着于衬底12的相应第一主表面12a、16a和IC芯片16。其它类似的导电材料或技术可以用于引线。
[0020]然而，其它电互连器18也可以被使用，例如焊料球、导电焊盘，晶片通孔等等，这些可以存在于IC芯片16的第二主表面16b，并且可以允许将IC芯片物理安装在衬底12上，以用作电连接。
[0021]太阳能电池20也被提供作为封装10的一部分。太阳能电池20优选地包括相对的第一主表面和第二主表面20a、20b。太阳能电池20的第一主表面20a的至少一部分被配置成接收从外部光源22发射的光，其中外部光源可以例如是太阳、人造灯等等。正如通常已知的，太阳能电池20被配置成将接收的光的能量转换成电能，所述电能被传送，在这种情况下是被直接或经由衬底12，给IC芯片16。太阳能电池20被布置成使得太阳能电池20的第二主表面20b面向IC芯片16的第一主表面16a布置。
[0022]所述的太阳能电池20可以是传统的，并且由单晶硅、多晶硅或无定形硅、或适当掺杂以进行具有效光吸收和后续分离以及电荷载流子导电的其它类似半导体材料或材料组合形成。阳能电池20还可能包括表面导电迹线、防反射涂层、金属接触焊盘以及传统上已知的其它功能部件。
[0023]在图1中所示的第一实施例中，太阳能电池20被安装在衬底12的第一主表面12a，其中焊料球24被放置在太阳能电池20的第二主表面20b上。焊料球24被连接到太阳能电池20的第二主表面20b上的焊料焊盘26 (即，“后”侧接触)，其形成了用于从太阳能电池20供给所生成的电能的电接触。因此，在第一实施例中，太阳能电池20到衬底12的物理安装和电连接通过焊料球24发生。虽然在图1中未显示，但是间隔物可以位于IC芯片16的第一主表面16a和太阳能电池20b的第二主表面之间，以防止太阳能电池16(或衬底12)弯曲或翘曲，使得太阳能电池将接触并可能损坏接合线18。
[0024]在图1中所示的第一实施例中，利用密封剂28来层压至少太阳能电池20的第一主表面20a的光接收部分，其中密封剂至少对所接收的光波长是透明的(透射的)。例如，密封剂28可以是透明(clear)的聚合物，例如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)等等。密封剂28优选地包括层压的玻璃。密封剂28保护太阳能电池20的第一主表面20a免受损害，其中该损害可能损害了太阳能电池20的光接收部分。虽然密封剂28被描述为层压的，但是也可以使用涂覆保护性聚合物或其它合适的材料，例如旋涂玻璃(SOG)、沉积等等的其它已知技术。
[0025]正如传统上已知的，封装10还包括模制化合物30，所述模制化合物30放置在衬底12的第一主表面12a上并且密封IC芯片16和电互连器18。模制化合物30可以由陶瓷材料、聚合材料等等制成。模制化合物30还密封放置在衬底12上的太阳能电池20的至少一部分。在图1中所示的第一实施例中，太阳能电池20的第一主表面20a没有被模制化合物30密封，并因此通过其是暴露的。由于模制化合物30常常对由太阳能电池20使用以产生供电的光波长是不透明的，因此，这种配置允许太阳能电池20的第一主表面20a暴露于来自外部源22的光。由于存在密封剂28,太阳能电池20的第一主表面20a被保护，并且为了此目的，不需要模制化合物30。
[0026]图2显示了根据本发明的实施例的封装110的第二实施例。第二实施例类似于上述的第一实施例。除了 100系列符号已被用于第二实施例，类似的符号已被用于相似元件。因此，省略了第二实施例的完整描述，而只描述了差异。
[0027]在第二实施例中，太阳能电池120被物理地安装在IC芯片116，而不是衬底112。间隔物140被放置在太阳能电池120的第二主表面120b和IC芯片116的第一主表面116a之间。间隔物140优选地是由非导电性聚合物或陶瓷材料等等制成。间隔物140也优选地使用环氧树脂或类似的非导电粘合剂等等固定地附着于相应表面120b、116a。
[0028]到太阳能电池120的电连接是通过使用耦合于衬底112和太阳能电池120的电互联器142进行的。特别在图2中，互联器142以电源线的形式被连接到太阳能电池120的第一主表面120a上的端子(未显示)(即，“前”侧接触)，以及衬底112的第一主表面112a上的对应电导体(未显示)，其中电源线可以由金或其它合适的导电材料制成。当然，互连器142可以f禹合于在任一主表面120a、120b上的端子,或I禹合于符合本发明概念的太阳能电池120的另一表面上的端子。
[0029]在图2中所示的第二实施例中，模制化合物130优选地至少对于由太阳能电池120从外部源122所接收的光波长是透明的或透射的。因此，在第一实施例中的密封剂28不是太阳能电池120的第一主表面120a所需的，并且整个太阳能电池120可以因此被密封在放置在衬底112的第一主表面112a上的模制化合物130内。
[0030]图3显示了根据本发明的实施例的封装210的第三实施例。第三实施例类似于上述的第二实施例。除了 200系列符号已被用于第三实施例，类似的符号已被用于相似元件。因此，省略了第三实施例的完整描述，而只描述了差异。
[0031]就像在第二实施例中，太阳能电池220被物理地安装在IC芯片216。然而，在图3所示的实施例中，在太阳能电池220的第二主表面220b和IC芯片216的第一主表面216a之间的安装是直接的，其中借助于插入在两个表面220b、216a之间的非导电环氧树脂或类似粘合剂。这种配置类似于是典型的“堆叠”管芯结构，并允许较低的轮廓封装210。
[0032]此外，在第三实施例中，到太阳能电池220的电连接是直接由IC芯片216进行的。特别地，在图3电源线的情况下，电互连器242在一端耦合于太阳能电池的第一主表面220a以及在另一端直接稱合于IC芯片216的第一主表面216a上的对应电源端子(未显不)。和以前一样，太阳能电池220的端子接触可以位于任何方便的表面220a、220b上。
[0033]在第三实施例中，模制化合物230优选地与第二实施例的模制化合物130相同。
[0034]正如可以从图1-图3中所示的三个示例实施例看到的，太阳能电池20、120、220的第一主表面20a、120a、220a的表面面积可以大于或小于IC芯片16、116、216的第一主表面16a、116a、216a的表面面积。表面面积大小的相对差异是由于IC芯片16、116、216的功能、太阳能电池20、120、220的效率和光需求、IC芯片16、116、216的供电需求、用于安装太阳能电池20、120、220的技术以及其它考虑因素。太阳能电池20、120、220优选地具有标准的邮票尺寸。
[0035]具有了根据本发明的实施例的封装10、110、210，IC芯片16、116、216的供电需求可以至少部分地由包含在封装10、110、210内的太阳能电池20、120、220所输出的供电来满足。因此，即使不是消除，也可以减少到外部电源的连接。
[0036]现在参照图4-图8，描述了根据本发明的第一实施例的用于制作封装10的一种示例方法。在图4中，提供太阳能电池晶片60，其上形成有多个单独的太阳能电池20。密封剂28的一个或多个片材优选地被层压到太阳能电池晶片60的第一主表面(未显不)。
[0037]焊料焊盘(未显示)位于太阳能电池晶片60的第二主表面60b上，并且在图5中，每个太阳能电池20的焊料球24自动或手动地被放置在相应焊盘上。在传统的回流处理之后，焊料球24被适当接合到太阳能电池20，并且太阳能电池20准备好被单一化切割(singulation)。
[0038]参照图6，太阳能电池晶片60优选地安装在传统分割带62，其中晶片60的第二主表面60b面向朝外。单独的太阳能电池20然后优选地通过使用锯(未显示)与晶片60分开，以沿着虚线单一化切割线64切断太阳能电池20。然而，也可以使用其它单一化切割方法，例如冲压单一化切割等等。在所示的实施例中，被切断的太阳能电池20每个包括四个焊料球24。
[0039]参照图7，单一化切割的太阳能电池20准备好用于安装到衬底12，IC芯片16已经附着到衬底12并且通过电互连器18与衬底12电耦合。IC芯片16到衬底12的附着和耦合可能发生在太阳能电池20形成之前、之后或同时。在该实施例中，太阳能电池20的焊料球24被放置在衬底12的第一主表面12a上的对应焊料焊盘开口(未显示)上，并且执行传统的回流过程。这使得太阳能电池20与衬底12电连接，因而与IC芯片16电连接。
[0040]参照图8，模制化合物30以传统的方式被涂覆，并且被模制以填充IC芯片16和太阳能电池20之间的体积，以及完全密封IC芯片16、电互连器16以及一部分太阳能电池
20。在该实施例中，执行模制，以保留太阳能电池20的第一主表面20a，或者至少是它的完成之后暴露的光接收部分。一旦模制化合物30被设置，如图1所示，可以通过使用传统技术将焊料球14附着于衬底12的第二主表面来完成封装10。
[0041]显然，所述方法的某些步骤可以被改变和/或移除以形成封装的其它实施例。例如，在模制化合物对光波长是透明的地方，太阳能电池晶片的层压步骤可以被省略。
[0042]同样，电连接太阳能电池的步骤可能涉及引线接合以实现在图2和图3中的实施例中所示的配置，而不是焊料球附着和回流处理。因此，将焊料球附着于太阳能电池可以被省略。
[0043]其中，正如在图2和图3中，间隔物140或环氧附着被利用，这些步骤在涂覆模制化合物之前被涂覆。
[0044]在前面的说明中，参照本发明实施例的特定例子已对本发明进行了描述。然而，很明显各种修改和变化可以在不脱离附属权利要求中所陈述的本发明的宽范围精神及范围的情况下被做出。
[0045]本领域所属技术人员将认识到上述描述的操作之间的界限只是说明性的。多个操作可以组合成单一的操作，单一的操作可以分布在附加操作中，并且操作可以至少在时间上部分重叠被执行。而且，替代实施例可能包括特定操作的多个实例，并且操作的顺序在各种其它实施例中会改变。
[0046]在描述和权利要求中的术语“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”等等，
如果具有的话，是用于描述性的目的并且不一定用于描述永久性的相对位置。应了解术语的这种用法在适当的情况下是可以互换的以便本发明所描述的实施例例如，能够在其它方向而不是本发明所说明的或在其它方面进行操作。
[0047]在权利要求中，词语“包括”或“含具有”不排除其它元件或权利要求中列出的步骤的存在。此外，本发明所用的“a”或“an”被定义为一个或多个。并且，在权利要求中所用词语如“至少一个”以及“一个或多个”不应该被解释以暗示通过不定冠词“a”或“an”引入的其它权利要求元素限定任何其它特定权利要求。所述特定权利要求包括这些所介绍的对发明的权利元素，所述权利元素不仅仅包括这样的元素。即使当同一权利要求中包括介绍性短语“或多个”或“至少一个”以及不定冠词，例如“a”或“an”。使用定冠词也是如此。除非另具有说明，使用术语如“第一”以及“第二”是用于任意区分这些术语描述的元素的。因此，这些术语不一定表示时间或这些元素的其它优先次序。某些措施在相互不同的权利要求中被列举的事实并不表示这些措施的组合不能被用于获取优势。
【权利要求】
1.一种自供电集成电路IC封装，包括: 衬底，所述衬底具有相对的第一主表面和第二主表面； 集成电路IC芯片，所述集成电路IC芯片具有相对的第一主表面和第二主表面，所述IC芯片的所述第二主表面被安装在所述衬底的所述第一主表面上； 至少一个第一电互连器，所述至少一个第一电互连器将所述IC芯片耦合于所述衬底； 太阳能电池，所述太阳能电池具有相对的第一主表面和第二主表面的，所述太阳能电池的所述第一主表面的至少一部分被配置成从外部源接收光，所述太阳能电池被配置成将所接收的光的能量转换成电能，所述太阳能电池被电连接到所述IC芯片，以向其提供所生成的电能；以及 模制化合物，所述模制化合物被放置在所述衬底的所述第一主表面上，并且密封所述IC芯片、所述至少一个第一电互连器以及至少一部分所述太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的封装，还包括密封剂，所述密封剂被至少层压在所述太阳能电池的所述第一主表面的光接收部分上，其中所述密封剂至少对于所接收的光波长是透明的或透射的。
3.根据权利要求2所述的封装，其中所述太阳能电池的所述第一主表面的所述层压部分也与玻璃一起层压。
4.根据权利要求2所述的封装，其中所述太阳能电池的所述第一主表面的至少所述层压部分通过所述模制化合物而暴露。
5.根据权利要求1所述的封装，其中所述模制化合物至少对于所接收的光波长是透明的或透射的，以及所述太阳能电池的所述第一主表面被所述模制化合物密封。
6.根据权利要求1所述的封装，其中所述太阳能电池在所述IC芯片的所述第一主表面上方延伸，并且通过焊料球被安装和电连接到所述衬底的所述第一主表面。
7.根据权利要求1所述的封装，其中所述IC芯片通过粘合剂被附着于所述衬底。
8.根据权利要求7所述的封装，其中所述至少一个第一电互联器包括多个接合线。
9.根据权利要求1所述的封装，还包括间隔物，所述间隔物位于所述IC芯片的所述第一主表面和所述太阳能电池的所述第二主表面之间，其中所述太阳能电池通过所述间隔物被安装在所述IC芯片的所述第一主表面上。
10.根据权利要求1所述的封装，还包括多个第二电互联器，所述多个第二电互联器将所述太阳能电池电耦合于所述衬底的所述第一主表面或所述IC芯片的所述第一主表面中的一个。
11.根据权利要求10所述的封装，其中所述第二电互联器包括接合线。
12.根据权利要求1所述的封装，其中所述太阳能电池的所述第一主表面的表面面积大于所述IC芯片的所述第一主表面的表面面积。
13.根据权利要求1所述的封装，还包括多个焊料球，所述多个焊料球被安装到所述衬底的所述第二主表面。
14.一种自供电集成电路IC封装，包括: 衬底，所述衬底具有相对的第一主表面和第二主表面； 集成电路IC芯片，所述集成电路IC芯片具有相对的第一主表面和第二主表面，所述IC芯片的所述第二主表面被安装在所述衬底的所述第一主表面上，并且电连接到所述衬底的所述第一主表面； 太阳能电池，所述太阳能电池具有相对的第一主表面和第二主表面，所述太阳能电池的所述第一主表面的至少一部分被配置成从外部源接收光，其中所述太阳能电池将所接收的光的能量转换成电能，其中所述太阳能电池的所述第二主表面面向所述IC芯片的所述第一主表面布置，以及所述太阳能电池被电连接到所述IC芯片，以向其提供所生成的电能；以及 模制化合物，所述模制化合物密封所述衬底的所述第一主表面的至少一部分、所述IC芯片以及所述太阳能电池。
15.根据权利要求14所述的封装，还包括第一组多个焊料球，所述第一组多个焊料球用于将所述太阳能电池附着到并且电连接到所述衬底的所述第一主表面，从而将所述太阳能电池电连接到所述IC芯片。
16.根据权利要求14所述的封装，还包括第一组多个接合线，所述第一组多个接合线用于将所述IC芯片电连接到所述衬底。
17.根据权利要求16所述的封装，还包括间隔物，所述间隔物位于所述IC芯片的所述第一主表面和所述太阳能电池的所述第二主表面之间，其中所述太阳能电池通过所述间隔物被安装在所述IC芯片的所述第一主表面上。
18.根据权利要求14所述封装，其中所述模制化合物至少对于所接收的光波长是透明的或透射的，以及所述太阳能电池的所述第一主表面被所述模制化合物密封。
19.一种制作自供电电路封装的方法，所述方法包括: 将集成电路IC芯片安装在衬底的第一主表面上，所述集成电路IC芯片具有相对的第一主表面和第二主表面； 使用至少一个第一电互连器，将所述IC芯片电耦合于所述衬底的所述第一主表面； 将太阳能电池电连接到所述IC芯片，所述太阳能电池具有相对的第一主表面和第二主表面，所述太阳能电池的所述第一主表面的至少一部分被配置成从外部源接收光，所述太阳能电池被配置成将所接收的光的能量转换成被提供给所述IC芯片的电能，并且其中所述太阳能电池的所述第二主表面面向所述IC芯片的所述第一主表面布置；以及 在模制化合物内，密封所述IC芯片、所述至少一个第一电互连器、所述衬底的所述第一主表面的至少一部分、以及所述太阳能电池的至少一部分。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括:利用密封剂至少层压所述太阳能电池的所述第一主表面的所述光接收部分，所述密封剂至少对于所接收的光波长是透明的或透射的。
【文档编号】H01L27/142GK103985720SQ201410050324
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2013年2月13日
【发明者】刘德明, 卢威耀, 罗文耀, 熊正德 申请人:飞思卡尔半导体公司