[發(fā)明專利]用于制造包括多個(gè)微電子部件的三維器件的組裝模具

在審

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• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112290073A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·貝德賈維;J.布魯恩;S·波利特
• 申請（專利權(quán)）人: 法國原子能源和替代能源委員會
• 主分類號: H01M10/04
• 分類號: H01M10/04;H01M6/46
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務(wù)所 11313
• 代理人: 王珺;林軍

一種用于制造三維器件的可重復(fù)使用的組裝模具(500)，該三維器件包括豎直堆疊的多個(gè)微電子部件(300)，該組裝模具包括主腔(501)，主腔由底部和側(cè)壁形成并且被配置為容納至少兩個(gè)堆疊的基本結(jié)構(gòu)，每個(gè)基本結(jié)構(gòu)包括脆性襯底(200)，該脆性襯底由微電子部件(300)和布置在襯底邊緣上的電觸點(diǎn)(210)覆蓋，組裝模具(500)由可變形材料組成，其能夠經(jīng)受相對于其初始形狀的10％?1000％的非永久變形，優(yōu)選地能夠經(jīng)受相對于其初始形狀的50％?200％的非永久變形，組裝模具(500)還包括沿著主腔(501)的側(cè)壁定位的間隙(510)，以有利于處理第一基本結(jié)構(gòu)和/或第二基本結(jié)構(gòu)和/或有利于沿著主腔(501)注入成分。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及微電子部件，尤其是鋰微電池的豎直組裝、封裝和電互連領(lǐng)域。

本發(fā)明涉及用于制造包括豎直堆疊的多個(gè)微電子部件的三維器件的模具。

本發(fā)明還涉及用于制造這樣的三維器件的方法。

本發(fā)明特別有益之處在于，其提供了一種用于豎直并且精確地組裝布置在超薄襯底上的多個(gè)微電子部件的方法。除了所制成的組件具有良好的電化學(xué)性能之外，還實(shí)現(xiàn)了對微電子部件的完整封裝，同時(shí)還提供了這些電子部件的簡單電互連。此外，本發(fā)明可兼容與外部微電子電路相集成的步驟。

本發(fā)明可應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，尤其是能源和多功能自含式系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，連接對象(或“物聯(lián)網(wǎng)”，也稱為IoT)正蓬勃發(fā)展。有時(shí)需要將這些對象與用于能量回收和儲存的微電子器件相關(guān)聯(lián)。為了能夠與這些連接對象一起使用，這樣的器件必須滿足許多技術(shù)要求，諸如良好的電性能、非常合適的尺寸和減小的總體尺寸。特別地，在微電池的情況下，需要具有良好的電化學(xué)性能和非常大的容量的微電池，即，部件的表面容量與其體積比為高比率。

存在多種手段以便優(yōu)化微電池的電化學(xué)性能：有源層的形狀和尺寸(設(shè)計(jì))、所使用的電極材料的性質(zhì)、制造方法和包裝技術(shù)。

相對于所謂的有源層(比如電極)，可以通過減小所謂的無源層的總體尺寸，尤其是減小封裝層和互聯(lián)層的總體尺寸來實(shí)現(xiàn)微電池的容量的優(yōu)化。

現(xiàn)有技術(shù)的解決方案之一在于堆疊多個(gè)單元部件以便有利地解決這些問題，比如文件US 2017/0111994 A1和US 2009/0136839 A1中所描述的內(nèi)容。單元微電池之間的電互連是通過穿過主襯底的每個(gè)角處所形成的通孔填充導(dǎo)電粘結(jié)劑來實(shí)現(xiàn)的。這些解決方案的主要缺點(diǎn)在于，在部件(角)的末端會產(chǎn)生脆性區(qū)域。對于所謂的超薄襯底(具有小于100μm，甚至小于50μm的厚度)而言，其表面積的尺寸小至毫米，這一缺點(diǎn)則是非常明顯的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于制造三維器件的方法，該三維器件包括豎直堆疊的多個(gè)微電子部件，即便對于超薄襯底，也具有強(qiáng)大的體積容量和良好的機(jī)械強(qiáng)度，用于容易且準(zhǔn)確地堆疊微電子部件并且容易地執(zhí)行這些部件的電互連。

為此，本發(fā)明提供了一種可重復(fù)使用的組裝模具，以制造包括豎直堆疊的多個(gè)微電子部件的三維器件，該組裝模具包括主腔，主腔由底部和側(cè)壁形成并且被配置為容納至少兩個(gè)堆疊的基本結(jié)構(gòu)(即，堆疊的至少第一基本結(jié)構(gòu)和第二基本結(jié)構(gòu))，每個(gè)基本結(jié)構(gòu)均包括脆性襯底，該脆性襯底覆蓋有微電子部件和布置在襯底的邊緣上的電觸點(diǎn)，組裝模具由可變形材料組成，其能夠經(jīng)受相對于其初始形狀的10％-1000％的非永久變形，優(yōu)選地能夠經(jīng)受相對于其初始形狀的50％-200％的非永久變形。

組裝模具還包括沿著側(cè)壁定位的間隙，以有利于處理第一基本結(jié)構(gòu)和/或第二基本結(jié)構(gòu)，和/或有利于沿著腔注入成分(element)。這對于沿著基本結(jié)構(gòu)形成電觸點(diǎn)是特別有利的。

關(guān)于脆性指的是薄或超薄的襯底，即，具有小于100μm并且優(yōu)選小于50μm的厚度的襯底。