相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2016年3月2日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/302,212的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用并入其全部內(nèi)容。

本公開總體上涉及自供電集成電路，并且特別地，涉及太陽能自供電集成電路。

背景技術(shù)：

使用例如超大規(guī)模集成(vlsi)工藝設(shè)計的集成電路(ic)或芯片通常從諸如電網(wǎng)電力(市電)、電池等外部源吸取電力。然而，電池供電(battery-operated)設(shè)備的缺點在于，電化學(xué)能量電池通常在不適宜的時間用完電力，因此，電池需要定期充電或更換。因此，存在提供一種行業(yè)趨勢，即，提供自供電并且?guī)缀醪恍枰脩舾深A(yù)來使ic運行的ic。物聯(lián)網(wǎng)(iot)是此類設(shè)備需求正在增長的領(lǐng)域。

此外，此類自供電(例如，太陽能供電)部件可以有效地用于電源不可用的應(yīng)用中。因此，自供電部件可以用于各種獨立通信單元、用于遠程位置的道路標志、浮標、浮體或其他海上應(yīng)用中。

已經(jīng)嘗試將vlsi芯片連接到一些元件，如光伏電池(pv)，以便它們可以從光伏電池中吸取太陽能。然而，芯片和光伏電池通常單獨制造，并且隨后使用外部布線、柵極、觸點或端子連接在一起。

當前的解決方案可能難以制造，特別是考慮到需要確保光伏元件的光敏部分可以暴露于光。

因此，提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)缺點的解決方案將是有利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的幾個示例性實施例的概要如下。提供本概要是為了方便讀者提供對這些實施例的基本理解，而并不完全限定本公開的廣度。該概要不是所有預(yù)期實施例的廣泛概述，并且既不旨在標識所有實施例的關(guān)鍵或重要元素，也不旨在描繪任何或所有方面的范圍。其唯一目的是以簡化形式呈現(xiàn)一個或多個實施例的一些概念，作為稍后呈現(xiàn)的更詳細描述的前奏。為了方便起見，術(shù)語“一些實施例”在這里可以用于指本公開的單個實施例或多個實施例。

本文公開的一些實施例包括一種微芯片結(jié)構(gòu)，所述微芯片結(jié)構(gòu)包括：目標集成電路(tic)，其包括在tic第一表面上的第一位置處的第一電源觸點，以及在所述tic第一表面上的第二位置處的第二電源觸點；沉積在透明襯底第一表面上的多個光伏(pv)二極管，所述多個pv二極管中的每一個具有耦合到陽極觸點的陽極和耦合到陰極觸點的陰極，其中所述透明襯底對于所述多個pv二極管所敏感的電磁(em)頻率呈現(xiàn)為透明的；以及其中至少所述多個pv二極管中的第一pv二極管的陰極觸點接合到所述第一電源觸點，且至少所述多個pv二極管中的第二pv二極管的陽極觸點接合到第二電源觸點。

本文公開的一些實施例包括制備微芯片結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括：在透明襯底的第一表面上形成多個光伏(pv)二極管，所述多個pv二極管中的每一個具有耦合到相應(yīng)陽極觸點的陽極和耦合到相應(yīng)陰極觸點的陰極，其中所述透明襯底對于所述多個pv二極管所敏感的電磁(em)頻率呈現(xiàn)為透明的，并且用于接收光線以轉(zhuǎn)換為電的每一pv二極管的表面面向所述透明襯底，使得用于轉(zhuǎn)換為電的光線在穿過透明襯底之后僅能夠在所述多個pv二極管處被接收；至少將所述多個pv二極管中的第一pv二極管的陰極觸點接合到位于目標集成電路(tic)第一表面上的第一位置處的第一電源觸點；以及至少將所述多個pv二極管中的第二pv二極管的陽極觸點接合到位于tic第一表面上的第二位置處的第二電源觸點。

附圖說明

本文所公開的主題會在說明書結(jié)束后的權(quán)利要求書中特別指出并清楚地聲明。結(jié)合附圖進行以下詳細描述，本發(fā)明的前述以及其它目標、特征以及優(yōu)勢將變得顯而易見。

圖1a是根據(jù)一實施例的微芯片結(jié)構(gòu)的二維橫截面示意圖；

圖1b是根據(jù)一實施例設(shè)置的多個pv二極管的示意圖；

圖2是根據(jù)一實施例在襯底上的微芯片結(jié)構(gòu)的二維示意圖；

圖3是根據(jù)一實施例的封閉體(enclosure)中的印刷電路板(pcb)上的微芯片結(jié)構(gòu)的二維示意圖；

圖4是根據(jù)另一實施例的在替代封閉體中的pcb上的微芯片結(jié)構(gòu)的二維示意圖；

圖5是根據(jù)一實施例的用于制備太陽能倒裝芯片結(jié)構(gòu)的方法流程圖。

具體實施方式

本文公開的實施例僅為本文所呈現(xiàn)的創(chuàng)新性教導(dǎo)的多種可能有利實施的實例。一般而言，在本申請的說明書中做出的陳述未必限制各個要求保護的實施例。此外，一些陳述可能適用于某些發(fā)明特征，但不適用其它特征。一般而言，除非另有指明，單數(shù)元件可以是以復(fù)數(shù)形式，反之亦然，這不會失去一般性。在附圖中，相同的附圖標記始終表示相同的元件。

作為示例，提供了一種微芯片結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，微芯片結(jié)構(gòu)包括耦合到透明襯底的目標集成電路(ic)。襯底包括沉積在其上的多個光伏(pv)二極管。在一個實施例中，微芯片結(jié)構(gòu)是倒裝芯片半導(dǎo)體器件。

在示例實施例中，透明襯底對于多個pv二極管所敏感的電磁(em)頻率呈現(xiàn)為透明的。這可以是一個或多個em頻率區(qū)域，例如近紫外、近紅外、中紅外和遠紅外。多個pv二極管中的每一個包括陽極和陰極，其中每一陽極耦合到相應(yīng)的陽極觸點，而每一陰極則耦合到相應(yīng)的陰極觸點。陽極和陰極觸點位于透明襯底的第一表面上。每一陽極和每一陰極耦合到ic第一表面上的電源觸點。在一個實施例中，該耦合可以實現(xiàn)為機械接合和電接合。

圖1a是根據(jù)一實施例構(gòu)造的微芯片結(jié)構(gòu)(mcs)100的二維橫截面示意圖的示例。mcs100包括目標集成電路(tic)130，其在tic的第一表面135上具有多個電源觸點，例如電源觸點150。在一些實施例中，tic130可包括輸入/輸出(i/o)觸點(在圖2中示出)。tic130可用于許多自供電的電部件，如物聯(lián)網(wǎng)(iot)芯片、無線傳感器、無線標簽等。無線傳感器可用于例如安全應(yīng)用、農(nóng)業(yè)應(yīng)用、家庭自動化等。

根據(jù)一實施例，mcs100還包括透明襯底100。在一實施例中，在透明襯底110的第一表面115上制備多個光伏(pv)二極管120。在某些實施例中，可以制備單個pv二極管120來代替多個pv二極管120。在一實施例中，透明襯底110對于pv二極管120所敏感的電磁(em)頻率呈現(xiàn)為透明的。因此，不同的襯底可對不同的em頻率呈現(xiàn)透明。例如，玻璃或硅材料通常相對于可見光是透明的，但是對于紅外線是不透明的。

在一些實施例中，可涂覆一材料層(未示出)作為襯底110的一部分或全部，以用作濾波器，以便進一步過濾某些em頻率。例如，濾波器過濾對與近紫外、近紅外、中紅外和遠紅外頻帶中的任何一個或多個頻率對應(yīng)的em輻射。pv二極管120可在透明襯底110上一體化制備。例如，可以在透明襯底110上制備玻璃以過濾紫外光，同時允許可見光通過。

在一個實施例中，所述制備可通過如下方式來實現(xiàn)，即，使用化學(xué)氣相沉積來沉積構(gòu)成pv二極管120的各個層。在另一實施例中，pv二極管120可與透明襯底110分開制備，然后接合到襯底110。

在某些實施例中，每一pv二極管120的表面面向透明襯底110，使得用于轉(zhuǎn)換的光線在穿過透明襯底110之后被接收。因此，每一pv二極管120的該表面可允許接收待轉(zhuǎn)換為電的光線。透明襯底110可為足夠剛性的，以例如將表面基本上保持為平面，而不管襯底的取向如何。該表面可以是例如pv二極管120面對的表面或其相對表面。

現(xiàn)在參考圖1b，其為根據(jù)一實施例布置在mcs100中的多個pv二極管的示例性且非限制性示意圖。每一pv二極管120-1至120-3包括陽極和陰極。每一陽極具有一觸點，例如陽極觸點140-1至140-3中的其中一個，并且每一陰極具有一陰極觸點，例如陰極觸點142-1至142-3中的其中一個。至少一個pv二極管(例如第一pv二極管120-1)的至少一個陽極觸點140-1和其中一個pv二極管(例如第三pv二極管120-3)的至少一個陰極觸點142-3，分別在焊料凸塊145-1和145-2處接合到tic130。這被執(zhí)行以便將透明襯底110的第一表面115的至少一部分布置為面向tic130的第一表面135。

在一些實施例中，第三pv二極管120-3的陰極觸點140-3經(jīng)由連接器146-2與第二pv二極管120-2的陽極觸點142-2連接?？山?jīng)由通過沉積導(dǎo)電材料、通過摻雜襯底以允許導(dǎo)電性等方式制備的連接器146-2來形成連接。容易理解的是，多個pv二極管120-1至120-3的一部分可以串聯(lián)連接，使得pv二極管i的陽極連接到pv二極管i+1的陰極，而pv二極管i+1的陽極連接到pv二極管i+2的陰極，等等，直到i+n，其中‘n’是等于或大于‘1’的整數(shù)，并且‘i’的值是從‘1’到‘n’。

作為非限制性示例，pv二極管120-1的陰極142-1經(jīng)由連接器146-1連接至pv二極管120-2的陽極140-2。雖然呈現(xiàn)了三個pv二極管，但是應(yīng)當理解，在不脫離所公開實施例范圍的情況下，可使用1到‘n’個此類pv二極管，其中‘n’是等于或大于1的整數(shù)值，其根據(jù)不同方案的需要來設(shè)置和連接。

在某些實施例中，可將pv二極管120-1至120-3連接到開關(guān)電路，該開關(guān)電路可以將每一pv二極管120連接到負載，或者將該pv二極管120與負載斷開。負載可以是例如傳感器、能量存儲器等。在一些實施例中，在存在多個pv二極管的情況下，開關(guān)電路可以將多個pv二極管的子集與多個負載中的一個或多個負載連接或斷開。例如，可將10個pv二極管分成兩組，每組5個，使得開關(guān)電路可將第一組連接至一負載，第二組連接至另一負載，兩組均連接一負載，兩組均連接至另一負載等等。

在一個實施例中，可通過使用焊料凸塊來執(zhí)行將pv二極管120接合至tic130的電源觸點。圖2是根據(jù)一實施例的襯底上的mcs100的示例性二維示意圖。如圖2所示，焊料凸塊145將陽極觸點140連接到電源觸點150。這產(chǎn)生倒裝芯片結(jié)構(gòu)，并且焊料凸塊的使用提供電接合和機械接合。容易理解的是，在不脫離所公開實施例范圍的情況下，可使用其它連接方法(例如各向異性粘合劑)來接合觸點。

在該實施例中，mcs100(上面參照圖1所討論的)連接到一襯底，如印刷電路板(pcb)160。pcb160具有多個進入觸點，例如pcbi/o觸點154。每一pcbi/o觸點154連接至iici/o觸點。在該示例性實施例中，pcbi/o觸點154經(jīng)由焊料凸塊155連接到tici/o觸點152。容易理解的是，在不脫離所公開實施例范圍的情況下，可使用其它連接方法來接合觸點。在一些示例性實施例中，pcb160還可連接到能量存儲單元或其它tic。襯底可用于將mcs100連接到附加部件，mcs100可與這些附加部件進行通信、向其供電或者與其進行通信并向其供電。在另一示例性實施例中，襯底可以是多芯片模塊。

圖3是根據(jù)一實施例的封閉體中的pcb160上的mcs100的示例性二維示意圖。

通常，對于商業(yè)用途，微芯片結(jié)構(gòu)將需要封閉體。例如，這可以實現(xiàn)承受戶外條件元件。在將pv二極管120連接到tic130之后，mcs100可以填充有填充物170，例如環(huán)氧樹脂。填充物170形成mcs100的封閉體。通常，對填充物170進行固化并電絕緣。

圖4是根據(jù)另一實施例的在替代封閉體中的pcb160上的mcs100的示例性二維示意圖。在該示例性實施例中，將封閉體構(gòu)造為封裝體(package)180。為此，mcs100連接到襯底165，并且被封裝體180封閉。封裝體180包圍mcs100。封裝體180可以是例如環(huán)氧樹脂、陶瓷等。

在一些實施例中，封裝體180可在透明襯底110的第二表面175上方突出，以提供附加的封閉體。透明襯底110的第二表面與透明襯底110的第一表面115相對，使得兩表面的法向量彼此背離。

圖5為根據(jù)一實施例示出用于制備微芯片結(jié)構(gòu)的方法的示例性流程圖500。在s510，提供tic。tic包括在tic第一表面上的多個電源觸點，例如圖1中的電源觸點150。

在s520，提供透明襯底，其具有沉積在tic第一表面上的多個pv二極管。透明襯底具有第一表面。每一pv二極管包括陰極觸點和陽極觸點。pv二極管可例如沉積為薄膜pv二極管。

在s530，將接合材料沉積在tic的多個電源觸點中的至少兩個上。接合材料可以是焊料凸塊，例如圖1中的焊料凸塊155。在其他實施例中，焊料凸塊可以沉積在pv二極管(例如第一pv二極管)的至少一個陰極觸點上以及沉積在pv二極管(例如多個pv二極管中的第二pv二極管)的至少一個陽極觸點上。容易理解的是，在不脫離本公開范圍的情況下，可以使用導(dǎo)電并且能夠?qū)㈦娫从|點接合到pv二極管的觸點的其它材料。

在s540，將tic和透明襯底的位置設(shè)置成，使得透明襯底第一表面的至少一部分面向tic第一表面的至少一部分，并且進一步將tic和透明襯底的位置設(shè)置成，使得至少兩個電源觸點中的其中一個面向第一pv二極管的陰極觸點，而該至少兩個電源觸點中的第二個面向第二pv二極管的陽極觸點。

在s550，ic和透明襯底彼此接合，例如電接合和機械接合。這被稱為倒裝芯片結(jié)構(gòu)。例如，當使用焊料凸塊時，通常使用熱空氣回流來釋放焊料凸塊。倒裝芯片結(jié)構(gòu)可以填充有電絕緣材料，例如圖1中的填充物170。在倒裝芯片結(jié)構(gòu)的情況下，應(yīng)當包括該填充。在一些實施例中，該結(jié)構(gòu)可以包含在封裝體內(nèi)，例如包含在陶瓷封裝體內(nèi)。

本文詳述的所有示例和條件性用語均旨在幫助讀者理解所公開實施例的原理和發(fā)明人為促進本領(lǐng)域而貢獻的概念，并且應(yīng)當解釋為不對此類具體引用的實例和條件做出限制。此外，本文中詳述所公開實施例的原理、方面和實施方式以及其具體示例的所有陳述旨在包括其結(jié)構(gòu)和功能等同物。另外，此類等同物旨在包括當前已知的等同物以及將來開發(fā)的等同物，即，開發(fā)的執(zhí)行相同功能的任何元件，而不管結(jié)構(gòu)如何。

應(yīng)當理解的是，本文中對使用諸如“第一”、“第二”等名稱的元件的任何引用一般不限制那些元件的數(shù)量或順序。相反，這些名稱在本文中通常用作區(qū)分兩個或多個元件或一個元件的多個實例的簡便方法。因此，對第一元件和第二元件的引用并不意味著該處僅可使用兩個元件或者第一元件必須以某種方式在第二元件之前。此外，除非另有說明，一組元件包括一個或多個元件。

如本文所使用的，后面跟著項目列表的短語“至少一個”意味著可以單獨地使用任何所列出的項目，或者可以利用所列項目中的兩個或更多個的任何組合。例如，如果將系統(tǒng)描述為包括“a、b和c中的至少一個”，則系統(tǒng)可以單獨包括a、單獨包括b、單獨包括c、包括a和b的組合、包括b和c的組合、包括a和c的組合、或包括a、b和c的組合。

盡管本公開實施例已經(jīng)被相當詳細地描述并具有與幾個所述實施例相關(guān)的一些特殊性，但是這并不意味著它應(yīng)該被限制到任何此類細節(jié)或?qū)嵤├蛉魏翁囟▽嵤├?，而是?yīng)當參考所附的權(quán)利要求對其進行解釋，以便在考慮到現(xiàn)有技術(shù)的情況下提供對這些權(quán)利要求最廣泛的可能的解釋，從而有效地涵蓋本公開實施例的預(yù)期范圍。此外，前面的詳細描述闡述了所公開實施例能夠采用的許多形式中的幾種。前面的詳細描述旨在被理解為所公開實施例能夠采用的選定形式的說明，而不是作為對所公開實施例定義的限制。