[发明专利]用于制造包括多个微电子部件的三维器件的组装模具

说明书

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％‑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，组装模具(500)还包括沿着主腔(501)的侧壁定位的间隙(510)，以有利于处理第一基本结构和/或第二基本结构和/或有利于沿着主腔(501)注入成分。

技术领域

本发明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。

本发明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。

本发明还涉及用于制造这样的三维器件的方法。

本发明特别有益之处在于，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，本发明可兼容与外部微电子电路相集成的步骤。

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

为此，本发明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。

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。

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。