用于制造包括多个微电子部件的三维器件的组装模具制造技术

一种用于制造三维器件的可重复使用的组装模具(500)，该三维器件包括竖直堆叠的多个微电子部件(300)，该组装模具包括主腔(501)，主腔由底部和侧壁形成并且被配置为容纳至少两个堆叠的基本结构，每个基本结构包括脆性衬底(200)，该脆性衬底由微电子部件(300)和布置在衬底边缘上的电触点(210)覆盖，组装模具(500)由可变形材料组成，其能够经受相对于其初始形状的10％

【技术实现步骤摘要】
用于制造包括多个微电子部件的三维器件的组装模具


[0001]本专利技术总体上涉及微电子部件，尤其是锂微电池的竖直组装、封装和电互连领域。
[0002]本专利技术涉及用于制造包括竖直堆叠的多个微电子部件的三维器件的模具。
[0003]本专利技术还涉及用于制造这样的三维器件的方法。
[0004]本专利技术特别有益之处在于，其提供了一种用于竖直并且精确地组装布置在超薄衬底上的多个微电子部件的方法。除了所制成的组件具有良好的电化学性能之外，还实现了对微电子部件的完整封装，同时还提供了这些电子部件的简单电互连。此外，本专利技术可兼容与外部微电子电路相集成的步骤。
[0005]本专利技术可应用于许多工业领域，尤其是能源和多功能自含式系统领域。

技术介绍

[0006]近年来，连接对象(或“物联网”，也称为IoT)正蓬勃发展。有时需要将这些对象与用于能量回收和储存的微电子器件相关联。为了能够与这些连接对象一起使用，这样的器件必须满足许多技术要求，诸如良好的电性能、非常合适的尺寸和减小的总体尺寸。特别地，在微电池的情况下，需要具有良好的电化学性能和非常大的容量的微电池，即，部件的表面容量与其体积比为高比率。
[0007]存在多种手段以便优化微电池的电化学性能：有源层的形状和尺寸(设计)、所使用的电极材料的性质、制造方法和包装技术。
[0008]相对于所谓的有源层(比如电极)，可以通过减小所谓的无源层的总体尺寸，尤其是减小封装层和互联层的总体尺寸来实现微电池的容量的优化。
[0009]现有技术的解决方案之一在于堆叠多个单元部件以便有利地解决这些问题，比如文件US 2017/0111994 A1和US 2009/0136839 A1中所描述的内容。单元微电池之间的电互连是通过穿过主衬底的每个角处所形成的通孔填充导电粘结剂来实现的。这些解决方案的主要缺点在于，在部件(角)的末端会产生脆性区域。对于所谓的超薄衬底(具有小于100μm，甚至小于50μm的厚度)而言，其表面积的尺寸小至毫米，这一缺点则是非常明显的。

技术实现思路

[0010]本专利技术的一个目的在于提供一种用于制造三维器件的方法，该三维器件包括竖直堆叠的多个微电子部件，即便对于超薄衬底，也具有强大的体积容量和良好的机械强度，用于容易且准确地堆叠微电子部件并且容易地执行这些部件的电互连。
[0011]为此，本专利技术提供了一种可重复使用的组装模具，以制造包括竖直堆叠的多个微电子部件的三维器件，该组装模具包括主腔，主腔由底部和侧壁形成并且被配置为容纳至少两个堆叠的基本结构(即，堆叠的至少第一基本结构和第二基本结构)，每个基本结构均包括脆性衬底，该脆性衬底覆盖有微电子部件和布置在衬底的边缘上的电触点，组装模具由可变形材料组成，其能够经受相对于其初始形状的10％-1000％的非永久变形，优选地能够经受相对于其初始形状的50％-200％的非永久变形。
[0012]组装模具还包括沿着侧壁定位的间隙，以有利于处理第一基本结构和/或第二基本结构，和/或有利于沿着腔注入成分(element)。这对于沿着基本结构形成电触点是特别有利的。
[0013]关于脆性指的是薄或超薄的衬底，即，具有小于100μm并且优选小于50μm的厚度的衬底。
[0014]组装模具是分隔的支撑件。模具的主腔用于定位和构架待堆叠的基本结构。模具底部具有与基本结构的衬底相同的形状和相同的尺寸，以便能够准确地堆叠基本结构并且竖直对齐它们的电触点。
[0015]利用这样的模具，微电子部件易于彼此堆叠，而不必求助于现有技术的定位和对准技术。
[0016]布置在模具的主腔中的基本结构可以容易地在衬底的边缘上并联或串联电连接，而不必在基本结构的衬底中形成通孔。两个以上的基本结构(例如4至7个基本结构)可以被定位在主腔中。
[0017]模具包括可拉伸材料，能够变形，其有利于定位基本结构和/或移除最终组件。它是可重复使用的。
[0018]有利地，模具由聚合材料组成，优选地是聚硅氧烷。这样的模具制造简单、快捷并且价格低廉。优选地选择聚二甲基硅氧烷(PDMS)。固化后，PDMS材料的聚合物链的柔性和活动性导致优异的弹性以及良好的撕裂强度，允许多次压缩和伸展运动。PDMS组装模具可以具有伸长率为120％且抗拉强度为约7.1Mpa的可变形性。利用该弹性特性有利于脱模步骤。
[0019]有利地，主腔底部具有方形的形状。
[0020]有利地，组装模具包括与主腔流体连通的额外的腔，其形成槽(tank)，特别地用于注入电绝缘胶粘剂。
[0021]本专利技术还涉及一种用于制造三维器件的方法，该三维器件包括竖直堆叠的多个微电子部件，该方法包括以下步骤：
[0022]a)提供第一基本结构和第二基本结构，每个基本结构包括衬底，该衬底具有第一主面和第二主面，衬底的第一主面覆盖有微电子部件和电触点，电触电布置在衬底的边缘上并且电连接至微电子部件，
[0023]b)提供比如先前所定义的组装模具，其包括主腔，主腔由底部和侧壁形成，并且被配置为容纳至少两个基本结构，该组装模具由可变形材料制成，能够经受相对于其初始形状的10％-1000％的非永久变形，优选地，能够经受相对于其初始形状的50％-200％的非永久变形，
[0024]c)将第一基本结构布置在组装模具的主腔内；
[0025]d)在第一基本结构和第二基本结构之间形成电绝缘粘结剂层；
[0026]e)将第二基本结构布置在组装模具的主腔内；
[0027]f)电连接第一基本结构和第二基本结构的电触点；
[0028]由此形成三维器件，其具有良好的机械强度，并且其微电子部件在基本结构的衬底的边缘处被电连接。
[0029]通过实施前述组装模具，该方法从根本上不同于现有技术的方法。与该组装模具相关联的优点与该方法的优点相同。
[0030]有利地，步骤d)、e)和f)按以下顺序执行：e)、d)然后执行f)，或者e)、f)然后执行d)。特别地，如果沿着腔存在两个间隙(一个用于形成电触点，并且一个用于注入绝缘胶粘剂)，那么实施步骤e)、f)和d)是有益的。
[0031]有利地，组装模具包括与主腔流体连通的额外的腔，形成槽，并且电绝缘粘结剂层是通过从该额外的腔在基本结构之间注入电绝缘粘结剂而形成的。
[0032]借助于电绝缘粘结剂将基本结构彼此机械地固定。
[0033]有利地，组装模具包括沿着主腔的侧壁定位、处于基本结构的电触点处的至少一个间隙，并且通过用导电成分填充间隙来执行步骤f)，由此电连接两个基本结构的电触点。
[0034]利用这样的方法，不需要在基本结构的衬底中制造通孔。所有基本结构的电触点例如通过分配导电粘结剂的技术来链接。有利地，基本结构的电互连是沿着基本结构的衬底的侧壁来进行的，而不是像现有技术的方法中的电互连那样穿过基本结构的衬底的侧壁来进行的。
[0035]在两个不同的步骤中执行电互连和机械固定的步骤防止了粘结剂之间在液态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能重复使用的组装模具(500)，其用于制造包括竖直堆叠的多个微电子部件(300)的三维器件，所述组装模具(500)包括由底部和侧壁形成的主腔(501)；所述主腔(501)被构造成至少容纳第一基本结构和第二基本结构，所述第一基本结构和所述第二基本结构被堆叠；每个基本结构包括脆性衬底(200)，所述脆性衬底覆盖有微电子部件(300)并且覆盖有布置在所述衬底(200)的边缘上的电触点(210)；所述组装模具(500)由可变形材料组成，其能够经受相对于其初始形状的10％-1000％的非永久变形，优选地能够经受相对于其初始形状的50％-200％的非永久变形；所述组装模具(500)还包括沿着所述主腔(501)的所述侧壁定位的间隙(510)，以有利于处理所述第一基本结构和/或所述第二基本结构，和/或有利于沿着所述主腔(501)注入成分。2.根据权利要求1所述的组装模具，其中所述组装模具由聚合材料组成，优选地是聚硅氧烷。3.根据前述权利要求中的一项所述的组装模具，其中所述主腔(501)的底部具有方形的形状。4.根据前述权利要求中的一项所述的组装模具，其中所述组装模具(500)包括额外的腔(520)，所述额外的腔(520)形成槽，所述槽与所述主腔(501)流体连通(521)。5.一种用于制造三维器件的方法，包括竖直堆叠的多个微电子部件(300)，所述方法包括以下步骤：a)提供第一基本结构和第二基本结构，每个基本结构包括脆性衬底(200)，所述衬底具有第一主面(201)和第二主面(202)，所述衬底(200)的所述第一主面(201)覆盖有微电子部件(300)并且覆盖有电触点(210)，所述电触点布置在所述衬底(200)的边缘上并且电连接到所述微电子部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：法国原子能源和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：