搭载二次电池的电路芯片及其制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及搭载二次电池的电路芯片的结构及其制造方法，在该电路芯片中用在硅基板等上装配的电路一体地形成二次电池。
【背景技术】
[0002]已经开发并且实践地使用如能够充电并保持在其中的电力的二次电池(铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、锂离子二次电池等)。最近，能够被形成薄膜的全固态二次电池由于其安全性和封装空间中的减少，吸引了注意并且被渐进地应用于较小的设备。
[0003]在非专利文献I中，二次电池被搭载在一个小型装置中，该小型设备测量作为眼的病症的青光眼等诱因的眼压。为了测量在眼睛中所插入的该小型设备压力，搭载了可以缩小尺寸的薄膜锂离子电池。图18是非专利文献I中所公开的1PM(眼压监视器)。该1PM是要被插入到眼球中的微尺寸的设备，并且薄膜锂离子二次电池被用作一体式电源。薄膜锂离子二次电池102被搭载在压力传感器100的顶部，并且用于控制的微处理器、诸如存储元件等的电路部104被进一步地搭载。通过物理地叠加各个分立组件来制作压力传感器10、薄膜锂离子二次电池102以及电路部。
[0004]在非专利文献2中，如图19所示，已经开发了用于医疗领域中的环境监测和生物监测的紧凑的传感器，并且该紧凑的传感器不需要充电或者电池变化。已经传统地公布了通过抑制电力消耗来用于长时间操作的传感器单元，但是并不能随着整个传感器而缩小尺寸，因为小尺寸电池在电力容量方面不充足，并且因此电池的尺寸成为了障碍。因此，节电技术已经被引进到微处理器和传感器的控制中，并且通过将太阳能电池和在其中内置的锂离子电池做薄已经将他们缩小尺寸，从而开发用于长时间操作的紧凑的传感器单元。传感器单元的外观具有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)的体积。在顶部，提供四块太阳能电池芯124并且具有2平方毫米(mm2)的总面积。在该太阳能电池芯134下，存储了 32位微处理器132、存储器以及薄膜锂离子二次电池130。薄膜锂离子二次电池的体积极其小，例如2.9立方毫米。
[0005]通过将多个芯片装配到硅晶片上并且将他们切割为各个芯片，来制作嵌入在紧凑传感器中的薄膜锂离子二次电池120。实际上该芯片被附加到磁带(tape)或者被封装以用于封装，并且通过封装设备被封装并焊接到电路板上。可以将已经被制作到上述芯片中的二次电池作为一个组件处理。
[0006]专利文献I公开了在其中通过将固态薄膜二次电池形成在基板上来单片地嵌入固态薄膜二次电池的半导体设备，以及在其中将电子元件和固态薄膜二次电池被单片地配置在电路中的半导体设备。固态薄膜二次电池是全固态锂离子二次电池，并且通过形成固态薄膜二次电池，来被单片地嵌入到基板上，该固态薄膜二次电池使用由半导体基板的表面改质所形成的多孔膜作为阳极活性材料。
[0007]如图20所示，在半导体基板所嵌入的单片二次电池上的IC/LSI芯片116中，通过内部连接件112-1、112-2，单片形成的固态薄膜二次电池连接到IC/LSI部。在IC/LSI芯片116的基板上，将用于向存储电路部114提供电力的单片固态薄膜二次电池组110-1与用于主要向逻辑电路部113提供电力的单片固态薄膜二次电池组110-2 —起集成在电路组中。可以通过多个各自的内部连接件将他们二者电连接。他们也可以被外部连接，然而在这种情况下，认为单片方法的优势被极大地损失了。
[0008]专利文献2还公开了半导体元件基板，在该基板上搭载全固态锂离子二次电池作为固态电池。
[0009]专利文献3公开了搭载电池式集成电路设备，在该设备中将半导体芯片搭载在固态电池上。固态电池具有充电元件和充电元件外部的保护膜，该充电元件包括阴极、阳极和固态电介质材料，其中该保护膜被配置在多层结构中并且其至少一层具有正电位。使用保护膜能够防止执行充电和放电时离子扩散到集成电路中，以便于抑制半导体设备的故障和特性劣化并且从而将半导体设备放入到封装，以便于可以提供具有减少的封装面积的搭载电池式集成电路设备。
[0010]如图21所示，将银浆施加到用于搭载电池所装配的引线框120上，并且固态电池122被以200°C加热并且被放置。在其上施加液体环氧树脂，并且放置半导体芯片124。半导体芯片和引线框、以及固态电池122和引线框128被焊接，并且通过具有100微米(μπι)直径的绝缘包覆金线被布线，并且环氧树脂126用于密封他们。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开专利公报N0.2004-281593
[0014]专利文献2:日本特开专利公报N0.2004-320011
[0015]专利文献3:日本特开专利公报N0.2007-026982
[0016]非专利文献
[0017]非专利文献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]非专利文献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)
【发明内容】
[0019]本发明要解决的技术问题
[0020]如上所述，已经做出关于将固态薄膜二次电池搭载到半导体基板上的技术的各种建议，并大致被分为一个结构，其中的固态薄膜二次电池被单独装配作为电路芯片并且被物理地搭载在半导体基板上并与半导体基板集成，以及一个结构，在该结构中在一个半导体基板上提供用于固态薄膜二次电池的装配区域，并且在其中装配固态薄膜二次电池。
[0021 ] 固态薄膜二次电池比作为传统二次电池的镍镉蓄电池和铅酸电池更薄并且更小，并且因此可以实现二次电池的显著的空间节省。进一步地，可以将固态薄膜二次电池做成例如微电池的极其小的电池。相应地，可以仅通过整体搭载固态薄膜二次电池作为电路芯片来实现具有二次电池的小型设备或半导体基板。也可以将二次电池直接形成在电路上。
[0022]然而，如最近几年由蜂窝电话所表现出的，减少电子设备的尺寸和重量的技术显著地进步。因此，要被搭载到他们上的固态薄膜二次电池本身需要被进一步缩小尺寸。
[0023]为了解决该问题，增加二次电池本身的每单位体积的容量是非常有效的。
[0024]下面应用到制作方法。S卩，半导体集成电路元件被称作IC(集成电路)芯片或集成电路芯片，并且多个半导体集成电路元件通常被同时形成在硅晶片上并通过划切切割成单独的芯片。然而，还未发现用于将多个半导体基板与固态薄膜二次电池同时装配在硅晶片上的制造方法的任何现有技术。
[0025]进一步地，需要运用在电路芯片上无影响的处理以便直接地将固态薄膜二次电池搭载在电路芯片上，但是在很多情况下传统的固态薄膜二次电池的装配需要处于高温的处理或者压力下的处理。然而，这些方法不适用于根据如将固态薄膜二次电池直接地搭载到电路芯片上的方法的处理，因为电路芯片被损坏了。
[0026]考虑到上述内容，本发明的目的是提供关于在其中集成地形成固态薄膜二次电池的电路芯片的结构及其制造方法。
[0027]解决问题的手段
[0028]本发明的搭载二次电池的电路芯片是与电路一体形成的搭载二次电池的电路芯片，其中二次电池形成在面向电路的区域中。该电路至少具有由逻辑电路、传感器或MEMS(微机电系统)所组成的组件，并且是用诸如存储器元件或CPU(中央处理器)的功能元件形成电路，它们中的每一个由电子电路组成逻辑电路，或者通过将机械组件、传感器以及致动器中的任何一个增加到电子电路所制作的MEMS所组成逻辑电路。在电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诸如SiC基板、玻璃基板的任何基板。
[0029]本发明的另一搭载二次电池的电路芯片是其中电路和二次电池被一体构成的搭载二次电池的电路芯片，并且不需要用于装配二次电池的其他基板，并且因此关于半导体集成电路芯片的厚度(几百微米)仅增加几微米。进一步地，根据平面结构，仅增加用于控制二次电池的操作的几个电路，结果是搭载二次电池的电路芯片的外部尺寸即使对于在其上在装配二次电池也很少增加。
[0030]至于要被搭载的二次电池，堆叠具有多层布线的电路的最上部作为二次电池，或者二次电池形成在电路的后表面。进一步地，二次电池形成在具有多层布线的电路的最上部并且二次电池也可以形成在电路的后表面，或者二次电池可以仅形成在电路的后表面。
[0031]二次电池的上电极和/或下电极经由电路的布线层和通孔连接于电路内部的电源层布线。进一步地，二次电池还可以连接于被布置以在封装处向另一电组件供应电力的板。
[0032]电路提供有控制二次电池的电路，并且二次电池的电极经由布线和通孔连接到那里。
[0033]二次电池可以是多个被分隔开的二次电池，或者可以堆叠多个二次电池。
[0034]二次电池直接地装配在已经被钝化(表面保护)的电路表面上。进一步地，电路的多层布线的最上面的布线层的至少一部分