与多个光伏电池组合的目标集成电路的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月2日提交的美国临时专利申请号62/302,212的优先权，在此通过引用并入其全部内容。

本公开总体上涉及自供电集成电路，并且特别地，涉及太阳能自供电集成电路。

背景技术：

使用例如超大规模集成(vlsi)工艺设计的集成电路(ic)或芯片通常从诸如电网电力(市电)、电池等外部源吸取电力。然而，电池供电(battery-operated)设备的缺点在于，电化学能量电池通常在不适宜的时间用完电力，因此，电池需要定期充电或更换。因此，存在提供一种行业趋势，即，提供自供电并且几乎不需要用户干预来使ic运行的ic。物联网(iot)是此类设备需求正在增长的领域。

此外，此类自供电(例如，太阳能供电)部件可以有效地用于电源不可用的应用中。因此，自供电部件可以用于各种独立通信单元、用于远程位置的道路标志、浮标、浮体或其他海上应用中。

已经尝试将vlsi芯片连接到一些元件，如光伏电池(pv)，以便它们可以从光伏电池中吸取太阳能。然而，芯片和光伏电池通常单独制造，并且随后使用外部布线、栅极、触点或端子连接在一起。

当前的解决方案可能难以制造，特别是考虑到需要确保光伏元件的光敏部分可以暴露于光。

因此，提供一种克服现有技术缺点的解决方案将是有利的。

技术实现要素：

本公开的几个示例性实施例的概要如下。提供本概要是为了方便读者提供对这些实施例的基本理解，而并不完全限定本公开的广度。该概要不是所有预期实施例的广泛概述，并且既不旨在标识所有实施例的关键或重要元素，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其唯一目的是以简化形式呈现一个或多个实施例的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的前奏。为了方便起见，术语“一些实施例”在这里可以用于指本公开的单个实施例或多个实施例。

本文公开的一些实施例包括一种微芯片结构，所述微芯片结构包括：目标集成电路(tic)，其包括在tic第一表面上的第一位置处的第一电源触点，以及在所述tic第一表面上的第二位置处的第二电源触点；沉积在透明衬底第一表面上的多个光伏(pv)二极管，所述多个pv二极管中的每一个具有耦合到阳极触点的阳极和耦合到阴极触点的阴极，其中所述透明衬底对于所述多个pv二极管所敏感的电磁(em)频率呈现为透明的；以及其中至少所述多个pv二极管中的第一pv二极管的阴极触点接合到所述第一电源触点，且至少所述多个pv二极管中的第二pv二极管的阳极触点接合到第二电源触点。

本文公开的一些实施例包括制备微芯片结构的方法。所述方法包括：在透明衬底的第一表面上形成多个光伏(pv)二极管，所述多个pv二极管中的每一个具有耦合到相应阳极触点的阳极和耦合到相应阴极触点的阴极，其中所述透明衬底对于所述多个pv二极管所敏感的电磁(em)频率呈现为透明的，并且用于接收光线以转换为电的每一pv二极管的表面面向所述透明衬底，使得用于转换为电的光线在穿过透明衬底之后仅能够在所述多个pv二极管处被接收；至少将所述多个pv二极管中的第一pv二极管的阴极触点接合到位于目标集成电路(tic)第一表面上的第一位置处的第一电源触点；以及至少将所述多个pv二极管中的第二pv二极管的阳极触点接合到位于tic第一表面上的第二位置处的第二电源触点。

附图说明

本文所公开的主题会在说明书结束后的权利要求书中特别指出并清楚地声明。结合附图进行以下详细描述，本发明的前述以及其它目标、特征以及优势将变得显而易见。

图1a是根据一实施例的微芯片结构的二维横截面示意图；

图1b是根据一实施例设置的多个pv二极管的示意图；

图2是根据一实施例在衬底上的微芯片结构的二维示意图；

图3是根据一实施例的封闭体(enclosure)中的印刷电路板(pcb)上的微芯片结构的二维示意图；

图4是根据另一实施例的在替代封闭体中的pcb上的微芯片结构的二维示意图；

图5是根据一实施例的用于制备太阳能倒装芯片结构的方法流程图。

具体实施方式

本文公开的实施例仅为本文所呈现的创新性教导的多种可能有利实施的实例。一般而言，在本申请的说明书中做出的陈述未必限制各个要求保护的实施例。此外，一些陈述可能适用于某些发明特征，但不适用其它特征。一般而言，除非另有指明，单数元件可以是以复数形式，反之亦然，这不会失去一般性。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。

作为示例，提供了一种微芯片结构。在一个实施例中，微芯片结构包括耦合到透明衬底的目标集成电路(ic)。衬底包括沉积在其上的多个光伏(pv)二极管。在一个实施例中，微芯片结构是倒装芯片半导体器件。

在示例实施例中，透明衬底对于多个pv二极管所敏感的电磁(em)频率呈现为透明的。这可以是一个或多个em频率区域，例如近紫外、近红外、中红外和远红外。多个pv二极管中的每一个包括阳极和阴极，其中每一阳极耦合到相应的阳极触点，而每一阴极则耦合到相应的阴极触点。阳极和阴极触点位于透明衬底的第一表面上。每一阳极和每一阴极耦合到ic第一表面上的电源触点。在一个实施例中，该耦合可以实现为机械接合和电接合。

图1a是根据一实施例构造的微芯片结构(mcs)100的二维横截面示意图的示例。mcs100包括目标集成电路(tic)130，其在tic的第一表面135上具有多个电源触点，例如电源触点150。在一些实施例中，tic130可包括输入/输出(i/o)触点(在图2中示出)。tic130可用于许多自供电的电部件，如物联网(iot)芯片、无线传感器、无线标签等。无线传感器可用于例如安全应用、农业应用、家庭自动化等。

根据一实施例，mcs100还包括透明衬底100。在一实施例中，在透明衬底110的第一表面115上制备多个光伏(pv)二极管120。在某些实施例中，可以制备单个pv二极管120来代替多个pv二极管120。在一实施例中，透明衬底110对于pv二极管120所敏感的电磁(em)频率呈现为透明的。因此，不同的衬底可对不同的em频率呈现透明。例如，玻璃或硅材料通常相对于可见光是透明的，但是对于红外线是不透明的。

在一些实施例中，可涂覆一材料层(未示出)作为衬底110的一部分或全部，以用作滤波器，以便进一步过滤某些em频率。例如，滤波器过滤对与近紫外、近红外、中红外和远红外频带中的任何一个或多个频率对应的em辐射。pv二极管120可在透明衬底110上一体化制备。例如，可以在透明衬底110上制备玻璃以过滤紫外光，同时允许可见光通过。

在一个实施例中，所述制备可通过如下方式来实现，即，使用化学气相沉积来沉积构成pv二极管120的各个层。在另一实施例中，pv二极管120可与透明衬底110分开制备，然后接合到衬底110。

在某些实施例中，每一pv二极管120的表面面向透明衬底110，使得用于转换的光线在穿过透明衬底110之后被接收。因此，每一pv二极管120的该表面可允许接收待转换为电的光线。透明衬底110可为足够刚性的，以例如将表面基本上保持为平面，而不管衬底的取向如何。该表面可以是例如pv二极管120面对的表面或其相对表面。

现在参考图1b，其为根据一实施例布置在mcs100中的多个pv二极管的示例性且非限制性示意图。每一pv二极管120-1至120-3包括阳极和阴极。每一阳极具有一触点，例如阳极触点140-1至140-3中的其中一个，并且每一阴极具有一阴极触点，例如阴极触点142-1至142-3中的其中一个。至少一个pv二极管(例如第一pv二极管120-1)的至少一个阳极触点140-1和其中一个pv二极管(例如第三pv二极管120-3)的至少一个阴极触点142-3，分别在焊料凸块145-1和145-2处接合到tic130。这被执行以便将透明衬底110的第一表面115的至少一部分布置为面向tic130的第一表面135。

在一些实施例中，第三pv二极管120-3的阴极触点140-3经由连接器146-2与第二pv二极管120-2的阳极触点142-2连接。可经由通过沉积导电材料、通过掺杂衬底以允许导电性等方式制备的连接器146-2来形成连接。容易理解的是，多个pv二极管120-1至120-3的一部分可以串联连接，使得pv二极管i的阳极连接到pv二极管i+1的阴极，而pv二极管i+1的阳极连接到pv二极管i+2的阴极，等等，直到i+n，其中‘n’是等于或大于‘1’的整数，并且‘i’的值是从‘1’到‘n’。

作为非限制性示例，pv二极管120-1的阴极142-1经由连接器146-1连接至pv二极管120-2的阳极140-2。虽然呈现了三个pv二极管，但是应当理解，在不脱离所公开实施例范围的情况下，可使用1到‘n’个此类pv二极管，其中‘n’是等于或大于1的整数值，其根据不同方案的需要来设置和连接。

在某些实施例中，可将pv二极管120-1至120-3连接到开关电路，该开关电路可以将每一pv二极管120连接到负载，或者将该pv二极管120与负载断开。负载可以是例如传感器、能量存储器等。在一些实施例中，在存在多个pv二极管的情况下，开关电路可以将多个pv二极管的子集与多个负载中的一个或多个负载连接或断开。例如，可将10个pv二极管分成两组，每组5个，使得开关电路可将第一组连接至一负载，第二组连接至另一负载，两组均连接一负载，两组均连接至另一负载等等。

在一个实施例中，可通过使用焊料凸块来执行将pv二极管120接合至tic130的电源触点。图2是根据一实施例的衬底上的mcs100的示例性二维示意图。如图2所示，焊料凸块145将阳极触点140连接到电源触点150。这产生倒装芯片结构，并且焊料凸块的使用提供电接合和机械接合。容易理解的是，在不脱离所公开实施例范围的情况下，可使用其它连接方法(例如各向异性粘合剂)来接合触点。

在该实施例中，mcs100(上面参照图1所讨论的)连接到一衬底，如印刷电路板(pcb)160。pcb160具有多个进入触点，例如pcbi/o触点154。每一pcbi/o触点154连接至iici/o触点。在该示例性实施例中，pcbi/o触点154经由焊料凸块155连接到tici/o触点152。容易理解的是，在不脱离所公开实施例范围的情况下，可使用其它连接方法来接合触点。在一些示例性实施例中，pcb160还可连接到能量存储单元或其它tic。衬底可用于将mcs100连接到附加部件，mcs100可与这些附加部件进行通信、向其供电或者与其进行通信并向其供电。在另一示例性实施例中，衬底可以是多芯片模块。

图3是根据一实施例的封闭体中的pcb160上的mcs100的示例性二维示意图。

通常，对于商业用途，微芯片结构将需要封闭体。例如，这可以实现承受户外条件元件。在将pv二极管120连接到tic130之后，mcs100可以填充有填充物170，例如环氧树脂。填充物170形成mcs100的封闭体。通常，对填充物170进行固化并电绝缘。

图4是根据另一实施例的在替代封闭体中的pcb160上的mcs100的示例性二维示意图。在该示例性实施例中，将封闭体构造为封装体(package)180。为此，mcs100连接到衬底165，并且被封装体180封闭。封装体180包围mcs100。封装体180可以是例如环氧树脂、陶瓷等。

在一些实施例中，封装体180可在透明衬底110的第二表面175上方突出，以提供附加的封闭体。透明衬底110的第二表面与透明衬底110的第一表面115相对，使得两表面的法向量彼此背离。

图5为根据一实施例示出用于制备微芯片结构的方法的示例性流程图500。在s510，提供tic。tic包括在tic第一表面上的多个电源触点，例如图1中的电源触点150。

在s520，提供透明衬底，其具有沉积在tic第一表面上的多个pv二极管。透明衬底具有第一表面。每一pv二极管包括阴极触点和阳极触点。pv二极管可例如沉积为薄膜pv二极管。

在s530，将接合材料沉积在tic的多个电源触点中的至少两个上。接合材料可以是焊料凸块，例如图1中的焊料凸块155。在其他实施例中，焊料凸块可以沉积在pv二极管(例如第一pv二极管)的至少一个阴极触点上以及沉积在pv二极管(例如多个pv二极管中的第二pv二极管)的至少一个阳极触点上。容易理解的是，在不脱离本公开范围的情况下，可以使用导电并且能够将电源触点接合到pv二极管的触点的其它材料。

在s540，将tic和透明衬底的位置设置成，使得透明衬底第一表面的至少一部分面向tic第一表面的至少一部分，并且进一步将tic和透明衬底的位置设置成，使得至少两个电源触点中的其中一个面向第一pv二极管的阴极触点，而该至少两个电源触点中的第二个面向第二pv二极管的阳极触点。

在s550，ic和透明衬底彼此接合，例如电接合和机械接合。这被称为倒装芯片结构。例如，当使用焊料凸块时，通常使用热空气回流来释放焊料凸块。倒装芯片结构可以填充有电绝缘材料，例如图1中的填充物170。在倒装芯片结构的情况下，应当包括该填充。在一些实施例中，该结构可以包含在封装体内，例如包含在陶瓷封装体内。

本文详述的所有示例和条件性用语均旨在帮助读者理解所公开实施例的原理和发明人为促进本领域而贡献的概念，并且应当解释为不对此类具体引用的实例和条件做出限制。此外，本文中详述所公开实施例的原理、方面和实施方式以及其具体示例的所有陈述旨在包括其结构和功能等同物。另外，此类等同物旨在包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物，即，开发的执行相同功能的任何元件，而不管结构如何。

应当理解的是，本文中对使用诸如“第一”、“第二”等名称的元件的任何引用一般不限制那些元件的数量或顺序。相反，这些名称在本文中通常用作区分两个或多个元件或一个元件的多个实例的简便方法。因此，对第一元件和第二元件的引用并不意味着该处仅可使用两个元件或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。此外，除非另有说明，一组元件包括一个或多个元件。

如本文所使用的，后面跟着项目列表的短语“至少一个”意味着可以单独地使用任何所列出的项目，或者可以利用所列项目中的两个或更多个的任何组合。例如，如果将系统描述为包括“a、b和c中的至少一个”，则系统可以单独包括a、单独包括b、单独包括c、包括a和b的组合、包括b和c的组合、包括a和c的组合、或包括a、b和c的组合。

尽管本公开实施例已经被相当详细地描述并具有与几个所述实施例相关的一些特殊性，但是这并不意味着它应该被限制到任何此类细节或实施例或任何特定实施例中，而是应当参考所附的权利要求对其进行解释，以便在考虑到现有技术的情况下提供对这些权利要求最广泛的可能的解释，从而有效地涵盖本公开实施例的预期范围。此外，前面的详细描述阐述了所公开实施例能够采用的许多形式中的几种。前面的详细描述旨在被理解为所公开实施例能够采用的选定形式的说明，而不是作为对所公开实施例定义的限制。