搭載二次電池的電路芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及搭載二次電池的電路芯片的結(jié)構(gòu)及其制造方法，在該電路芯片中用在硅基板等上裝配的電路一體地形成二次電池。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)開發(fā)并且實踐地使用如能夠充電并保持在其中的電力的二次電池(鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鋰離子二次電池等)。最近，能夠被形成薄膜的全固態(tài)二次電池由于其安全性和封裝空間中的減少，吸引了注意并且被漸進地應(yīng)用于較小的設(shè)備。
[0003]在非專利文獻I中，二次電池被搭載在一個小型裝置中，該小型設(shè)備測量作為眼的病癥的青光眼等誘因的眼壓。為了測量在眼睛中所插入的該小型設(shè)備壓力，搭載了可以縮小尺寸的薄膜鋰離子電池。圖18是非專利文獻I中所公開的1PM(眼壓監(jiān)視器)。該1PM是要被插入到眼球中的微尺寸的設(shè)備，并且薄膜鋰離子二次電池被用作一體式電源。薄膜鋰離子二次電池102被搭載在壓力傳感器100的頂部，并且用于控制的微處理器、諸如存儲元件等的電路部104被進一步地搭載。通過物理地疊加各個分立組件來制作壓力傳感器10、薄膜鋰離子二次電池102以及電路部。
[0004]在非專利文獻2中，如圖19所示，已經(jīng)開發(fā)了用于醫(yī)療領(lǐng)域中的環(huán)境監(jiān)測和生物監(jiān)測的緊湊的傳感器，并且該緊湊的傳感器不需要充電或者電池變化。已經(jīng)傳統(tǒng)地公布了通過抑制電力消耗來用于長時間操作的傳感器單元，但是并不能隨著整個傳感器而縮小尺寸，因為小尺寸電池在電力容量方面不充足，并且因此電池的尺寸成為了障礙。因此，節(jié)電技術(shù)已經(jīng)被引進到微處理器和傳感器的控制中，并且通過將太陽能電池和在其中內(nèi)置的鋰離子電池做薄已經(jīng)將他們縮小尺寸，從而開發(fā)用于長時間操作的緊湊的傳感器單元。傳感器單元的外觀具有3.5毫米(mm) X 2.5毫米X1.0毫米的尺寸以及8.75立方毫米(mm3)的體積。在頂部，提供四塊太陽能電池芯124并且具有2平方毫米(mm2)的總面積。在該太陽能電池芯134下，存儲了 32位微處理器132、存儲器以及薄膜鋰離子二次電池130。薄膜鋰離子二次電池的體積極其小，例如2.9立方毫米。
[0005]通過將多個芯片裝配到硅晶片上并且將他們切割為各個芯片，來制作嵌入在緊湊傳感器中的薄膜鋰離子二次電池120。實際上該芯片被附加到磁帶(tape)或者被封裝以用于封裝，并且通過封裝設(shè)備被封裝并焊接到電路板上?？梢詫⒁呀?jīng)被制作到上述芯片中的二次電池作為一個組件處理。
[0006]專利文獻I公開了在其中通過將固態(tài)薄膜二次電池形成在基板上來單片地嵌入固態(tài)薄膜二次電池的半導(dǎo)體設(shè)備，以及在其中將電子元件和固態(tài)薄膜二次電池被單片地配置在電路中的半導(dǎo)體設(shè)備。固態(tài)薄膜二次電池是全固態(tài)鋰離子二次電池，并且通過形成固態(tài)薄膜二次電池，來被單片地嵌入到基板上，該固態(tài)薄膜二次電池使用由半導(dǎo)體基板的表面改質(zhì)所形成的多孔膜作為陽極活性材料。
[0007]如圖20所示，在半導(dǎo)體基板所嵌入的單片二次電池上的IC/LSI芯片116中，通過內(nèi)部連接件112-1、112-2，單片形成的固態(tài)薄膜二次電池連接到IC/LSI部。在IC/LSI芯片116的基板上，將用于向存儲電路部114提供電力的單片固態(tài)薄膜二次電池組110-1與用于主要向邏輯電路部113提供電力的單片固態(tài)薄膜二次電池組110-2 —起集成在電路組中?？梢酝ㄟ^多個各自的內(nèi)部連接件將他們二者電連接。他們也可以被外部連接，然而在這種情況下，認為單片方法的優(yōu)勢被極大地損失了。
[0008]專利文獻2還公開了半導(dǎo)體元件基板，在該基板上搭載全固態(tài)鋰離子二次電池作為固態(tài)電池。
[0009]專利文獻3公開了搭載電池式集成電路設(shè)備，在該設(shè)備中將半導(dǎo)體芯片搭載在固態(tài)電池上。固態(tài)電池具有充電元件和充電元件外部的保護膜，該充電元件包括陰極、陽極和固態(tài)電介質(zhì)材料，其中該保護膜被配置在多層結(jié)構(gòu)中并且其至少一層具有正電位。使用保護膜能夠防止執(zhí)行充電和放電時離子擴散到集成電路中，以便于抑制半導(dǎo)體設(shè)備的故障和特性劣化并且從而將半導(dǎo)體設(shè)備放入到封裝，以便于可以提供具有減少的封裝面積的搭載電池式集成電路設(shè)備。
[0010]如圖21所示，將銀漿施加到用于搭載電池所裝配的引線框120上，并且固態(tài)電池122被以200°C加熱并且被放置。在其上施加液體環(huán)氧樹脂，并且放置半導(dǎo)體芯片124。半導(dǎo)體芯片和引線框、以及固態(tài)電池122和引線框128被焊接，并且通過具有100微米(μπι)直徑的絕緣包覆金線被布線，并且環(huán)氧樹脂126用于密封他們。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻1:日本特開專利公報N0.2004-281593
[0014]專利文獻2:日本特開專利公報N0.2004-320011
[0015]專利文獻3:日本特開專利公報N0.2007-026982
[0016]非專利文獻
[0017]非專利文獻1:Gregory Chen, Hassan Ghaed, Razi_uI Haque, Michaelffieckowski,Yejoongj Kimj Gyouho Kimj David Fick,Daeyeon Kim，MingooSeok，Kensall Wise,David Blaauwj Dennis Sylvester A Cubic-Mi 11imeterEnergy-Autonomous Wireless, Intraocular Pressure Monitor ISSCC 2011/SESS10N 17/B1MEDICAL&DISPLAYS/17.6
[0018]非專利文獻2:Chen，G.，et al.，Mi 11 imeter-Scale Nearly Perpetual SensorSystem with Stacked Battery and Solar Cells,IEEE Internat1nal Solid-StateCircuits Conference Digest of Technical Papers，pp.288-289，(2010)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0020]如上所述，已經(jīng)做出關(guān)于將固態(tài)薄膜二次電池搭載到半導(dǎo)體基板上的技術(shù)的各種建議，并大致被分為一個結(jié)構(gòu)，其中的固態(tài)薄膜二次電池被單獨裝配作為電路芯片并且被物理地搭載在半導(dǎo)體基板上并與半導(dǎo)體基板集成，以及一個結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中在一個半導(dǎo)體基板上提供用于固態(tài)薄膜二次電池的裝配區(qū)域，并且在其中裝配固態(tài)薄膜二次電池。
[0021 ] 固態(tài)薄膜二次電池比作為傳統(tǒng)二次電池的鎳鎘蓄電池和鉛酸電池更薄并且更小，并且因此可以實現(xiàn)二次電池的顯著的空間節(jié)省。進一步地，可以將固態(tài)薄膜二次電池做成例如微電池的極其小的電池。相應(yīng)地，可以僅通過整體搭載固態(tài)薄膜二次電池作為電路芯片來實現(xiàn)具有二次電池的小型設(shè)備或半導(dǎo)體基板。也可以將二次電池直接形成在電路上。
[0022]然而，如最近幾年由蜂窩電話所表現(xiàn)出的，減少電子設(shè)備的尺寸和重量的技術(shù)顯著地進步。因此，要被搭載到他們上的固態(tài)薄膜二次電池本身需要被進一步縮小尺寸。
[0023]為了解決該問題，增加二次電池本身的每單位體積的容量是非常有效的。
[0024]下面應(yīng)用到制作方法。S卩，半導(dǎo)體集成電路元件被稱作IC(集成電路)芯片或集成電路芯片，并且多個半導(dǎo)體集成電路元件通常被同時形成在硅晶片上并通過劃切切割成單獨的芯片。然而，還未發(fā)現(xiàn)用于將多個半導(dǎo)體基板與固態(tài)薄膜二次電池同時裝配在硅晶片上的制造方法的任何現(xiàn)有技術(shù)。
[0025]進一步地，需要運用在電路芯片上無影響的處理以便直接地將固態(tài)薄膜二次電池搭載在電路芯片上，但是在很多情況下傳統(tǒng)的固態(tài)薄膜二次電池的裝配需要處于高溫的處理或者壓力下的處理。然而，這些方法不適用于根據(jù)如將固態(tài)薄膜二次電池直接地搭載到電路芯片上的方法的處理，因為電路芯片被損壞了。
[0026]考慮到上述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供關(guān)于在其中集成地形成固態(tài)薄膜二次電池的電路芯片的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0027]解決問題的手段
[0028]本發(fā)明的搭載二次電池的電路芯片是與電路一體形成的搭載二次電池的電路芯片，其中二次電池形成在面向電路的區(qū)域中。該電路至少具有由邏輯電路、傳感器或MEMS(微機電系統(tǒng))所組成的組件，并且是用諸如存儲器元件或CPU(中央處理器)的功能元件形成電路，它們中的每一個由電子電路組成邏輯電路，或者通過將機械組件、傳感器以及致動器中的任何一個增加到電子電路所制作的MEMS所組成邏輯電路。在電路的芯片基板上不存在特定限定，并且只要可以在其上形成有源元件，就可以使用除硅基板之外的諸如SiC基板、玻璃基板的任何基板。
[0029]本發(fā)明的另一搭載二次電池的電路芯片是其中電路和二次電池被一體構(gòu)成的搭載二次電池的電路芯片，并且不需要用于裝配二次電池的其他基板，并且因此關(guān)于半導(dǎo)體集成電路芯片的厚度(幾百微米)僅增加幾微米。進一步地，根據(jù)平面結(jié)構(gòu)，僅增加用于控制二次電池的操作的幾個電路，結(jié)果是搭載二次電池的電路芯片的外部尺寸即使對于在其上在裝配二次電池也很少增加。
[0030]至于要被搭載的二次電池，堆疊具有多層布線的電路的最上部作為二次電池，或者二次電池形成在電路的后表面。進一步地，二次電池形成在具有多層布線的電路的最上部并且二次電池也可以形成在電路的后表面，或者二次電池可以僅形成在電路的后表面。
[0031]二次電池的上電極和/或下電極經(jīng)由電路的布線層和通孔連接于電路內(nèi)部的電源層布線。進一步地，二次電池還可以連接于被布置以在封裝處向另一電組件供應(yīng)電力的板。
[0032]電路提供有控制二次電池的電路，并且二次電池的電極經(jīng)由布線和通孔連接到那里。
[0033]二次電池可以是多個被分隔開的二次電池，或者可以堆疊多個二次電池。
[0034]二次電池直接地裝配在已經(jīng)被鈍化(表面保護)的電路表面上。進一步地，電路的多層布線的最上面的布線層的至少一部分