在三維表面上的薄化且柔性的半導(dǎo)體元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了形成一種裝置的方法，在所述裝置上，將柔性組件元件附接到三維表面上。在某些方面，本發(fā)明包括：將柔性半導(dǎo)體器件結(jié)合到具有電觸頭的三維表面上。在某些方面，可將形成的器件結(jié)合到眼科裝置中。
【專利說(shuō)明】在三維表面上的薄化且柔性的半導(dǎo)體元件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本發(fā)明要求2012年7月24日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)61/674，887的權(quán)益。
【背景技術(shù)】
[0003]1.摶術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明描述了用于形成包括位于電互連部上的柔性半導(dǎo)體元件的裝置的方法。更具體地，所述柔性半導(dǎo)體元件可變形或彎曲，以便附接至三維成形的區(qū)域。本文所述的方法可用于例如通電眼科裝置的領(lǐng)域。
_5] 2.相關(guān)領(lǐng)域的討論
[0006]傳統(tǒng)上，諸如接觸鏡片、眼內(nèi)透鏡或淚點(diǎn)塞等眼科裝置包括具有矯正、美容或治療特性的生物相容性裝置。例如，接觸鏡片可提供以下功能中的一種或多種:視力矯正功能、美容增強(qiáng)作用以及治療效果。每種功能由透鏡的物理特性提供。將折射特性結(jié)合到透鏡中的設(shè)計(jì)可提供視力矯正功能。摻入透鏡中的顏料可提供美容增強(qiáng)作用。摻入透鏡中的活性劑可提供治療功能。無(wú)需使透鏡處于通電狀態(tài)就能實(shí)現(xiàn)這些物理特性。
[0007]最近，有理論表明，可將有源組件結(jié)合到接觸鏡片中。一些組件可包括半導(dǎo)體器件。一些例子已經(jīng)示出了在置于動(dòng)物眼睛上的接觸鏡片中嵌入的半導(dǎo)體器件。還已經(jīng)描述了如何以眾多方式在透鏡結(jié)構(gòu)本身內(nèi)使有源組件通電和激活。由透鏡結(jié)構(gòu)限定的空間的拓?fù)鋵W(xué)和大小創(chuàng)造用于限定不同功能的新的且挑戰(zhàn)性的環(huán)境。在許多實(shí)施例中，重要的是，提供可靠的、緊湊的且節(jié)省成本的裝置來(lái)將組件結(jié)合到眼科裝置內(nèi)。在某些實(shí)施例中，可能有利的是，包括薄化且柔性的組件。因此，為了改進(jìn)眼科裝置的生產(chǎn)并且為了將電子組件結(jié)合到非平面應(yīng)用中的一般進(jìn)步，設(shè)計(jì)了新穎的方法和形狀因數(shù)解決方案，其可以實(shí)現(xiàn)一些組件的薄化和柔性。重要的是， 注意到這些改進(jìn)還可以用于非眼科應(yīng)用中。還期望的是，產(chǎn)生解決了與三維襯底上的電子組件有關(guān)的眼科和非眼科需求的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的薄化且柔性的半導(dǎo)體元件克服了與如上所簡(jiǎn)要描述的現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的缺點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明描述了與薄化的柔性組件的應(yīng)用有關(guān)的方法和裝置。在某些示例性實(shí)施例中，可以將所得的裝置結(jié)合到具有附加功能的通電眼科透鏡中。例如，可以將薄化的柔性組件包括在這樣的通電眼科透鏡中:其包括能夠以離散的方式改變透鏡的光學(xué)特性的可變光學(xué)部分。此外，本發(fā)明教導(dǎo)了將薄化且柔性的半導(dǎo)體器件和元件結(jié)合到限定空間的結(jié)構(gòu)和/或功能結(jié)構(gòu)中的方法。在某些示例性實(shí)施例中，可以存在在本發(fā)明的范圍內(nèi)的非半導(dǎo)體元件。例如，在某些示例性實(shí)施例中，可能期望包括薄的柔性的具有通孔的二氧化硅片作為元件。
[0010]在某些示例性實(shí)施例中，這些結(jié)構(gòu)將具有這樣的區(qū)域:在所述區(qū)域中是非平面的并因此具有三維形狀。在這些實(shí)施例中，所述區(qū)域可在復(fù)雜表面上具有沉積的冶金學(xué)觸頭和電路由部件。薄化且柔性的半導(dǎo)體組件可被施加到冶金學(xué)觸頭、電路由部件上、以及復(fù)雜表面上。為了附接該柔性元件，所述裝置有時(shí)可能需要從它們的正常備用狀態(tài)彎曲或變形，以便適形于復(fù)雜表面。
[0011]取決于裝置的期望特征，其中的限定空間的結(jié)構(gòu)和區(qū)域可存在許多不同的設(shè)計(jì)。所述不同的設(shè)計(jì)可在所述區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜三維表面，這有時(shí)可能要求一些或所有裝置組件的柔性。例如，在設(shè)計(jì)成圍繞眼科裝置組件放置的圓柱形設(shè)計(jì)中，柔性表面可圍繞眼科裝置組件的徑向路徑的至少一部分彎曲。當(dāng)平坦表面圍繞徑向路徑回轉(zhuǎn)以形成圓柱形形狀時(shí)，可以在與徑向路徑垂直的方向限定圓柱形設(shè)計(jì)的軸線。
[0012]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容所描述的方法和例子，眾多可用于將薄化且柔性的半導(dǎo)體元件定位在不同的三維表面內(nèi)部或表面上的方法和設(shè)計(jì)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。在本發(fā)明的某些方面，所述方法和設(shè)計(jì)可提供裝置本身的附加的或改進(jìn)的功能，即設(shè)計(jì)部件。在某些尤其是涉及眼科透鏡的示例性實(shí)施例中，用于防止半導(dǎo)體元件的意外光散射和適應(yīng)裝置的空間需求的設(shè)計(jì)例子包括圍繞組件(例如，可變光學(xué)組件)定位的圓柱形設(shè)計(jì)，其軸線指向這樣的方向:當(dāng)光束穿過(guò)眼科裝置的至少某些部分前進(jìn)并進(jìn)入眼中時(shí)，所述光束可呈現(xiàn)的方向。這可以被稱作光路的軸線。
[0013]其它類(lèi)型的裝置特征可能決定可附接柔性組件的表面區(qū)域。在某些示例性實(shí)施例中，所述表面區(qū)域可包括圓錐形或錐形的設(shè)計(jì)。圓柱形設(shè)計(jì)部件與錐形部件共有一些相似性；然而，它們的差異在于，在錐形部件中，彎曲的半導(dǎo)體的頂部徑向路徑和底徑向路徑的尺寸可能是不同的。這通過(guò)簡(jiǎn)單的截錐(其中一端的半徑小于另一端的半徑)部件來(lái)理解。薄化的半導(dǎo)體器件可以彎曲成圓錐；然而，不同于圓柱形設(shè)計(jì)類(lèi)型的部件，要將柔性元件彎曲成圓錐的起始形狀不是直線的-即它不具有直線周?chē)鷤?cè)邊。相反，它具有彎曲的或曲線的側(cè)邊。
[0014]在眼科裝置中使用的不同類(lèi)型的部件(其可能描述可連接柔性元件的表面區(qū)域)可以源自被稱作片狀垂懸區(qū)(Flap)形狀。片狀垂懸區(qū)是可以沿著眼科裝置的一般表面形狀部署的區(qū)域。片狀垂懸區(qū)可以是平坦的或非平坦的。就非平坦的片狀垂懸區(qū)而言，片狀垂懸區(qū)的表面拓?fù)鋵W(xué)可以在多個(gè)方向變化；然而，一種典型情況具有在眼科裝置的徑向方向上和在與徑向方向向外垂直的方向上的變化。可以將柔性元件部署在這些片狀垂懸區(qū)的表面上并以多種方式互連，所述方式包括通過(guò)使用形成于片狀垂懸區(qū)部件的更大表面上的互連部。在本發(fā)明的相關(guān)方面，可以將不同的片狀垂懸區(qū)設(shè)計(jì)用于眼科裝置中以增加眼睛的氧暴露。
[0015]本公開(kāi)內(nèi)容可以在不同類(lèi)型的裝置(其中柔性可能是有利的并且通常存在空間限制)中實(shí)現(xiàn)眾多優(yōu)點(diǎn)。一種類(lèi)型的裝置包括具有構(gòu)建在其表面和內(nèi)部的集成電路的半導(dǎo)體器件。存在眾多的半導(dǎo)體器件，包括由不同形式的硅(包括晶體硅、多晶硅和非晶硅)連同其它半導(dǎo)體(諸如砷化硅、砷化鍺和砷化鎵)制成的那些。同樣，可以由襯底形成復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)，其中半導(dǎo)體層是顯著薄的，并且以將其放在絕緣體層上面的方式制造。薄化形式的這種在絕緣體層上面的半導(dǎo)體層可以產(chǎn)生顯著薄的且相對(duì)透明的特征，其中與半導(dǎo)體本身或半導(dǎo)體在絕緣體上型裝置的光相互作用性質(zhì)對(duì)于裝置性能可能具有附加的重要性。例如，在某些示例性實(shí)施例中，對(duì)于裝置性能的附加重要性可以包括構(gòu)造對(duì)于光相互作用信號(hào)而言有用的裝置的能力。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(如在附圖中示出的)的下述更具體的描述，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
[0017]圖1A和IB示出了可以用于某些眼科裝置中的示例性三維襯底。
[0018]圖2A和2B示出了用于半導(dǎo)體和在絕緣體襯底上的半導(dǎo)體的薄化的示例性方面。
[0019]圖3A和3B示出了結(jié)合到眼科裝置中的示例性片狀垂懸區(qū)結(jié)構(gòu)。
[0020]圖4A和4B示出了位于眼科裝置的結(jié)構(gòu)上的示例性的垂直設(shè)計(jì)部件。
[0021]圖5A和5B示出了位于眼科裝置的結(jié)構(gòu)上的示例性的錐形設(shè)計(jì)部件。
[0022]圖6示出了位于眼科裝置的結(jié)構(gòu)上的示例性徑向溝設(shè)計(jì)部件。
[0023]圖7示出了具有透明半導(dǎo)體元件的示例性實(shí)現(xiàn)的眼科裝置的光學(xué)區(qū)域。
[0024]圖8A-8D示出了片狀垂懸區(qū)設(shè)計(jì)、垂直設(shè)計(jì)、徑向設(shè)計(jì)、溝設(shè)計(jì)和錐形設(shè)計(jì)靜止彎曲外貌的示例性表示。
[0025]圖9A-9D示 出了不同設(shè)計(jì)類(lèi)型的示例性互連方面。
[0026]圖10A-10C示出了示例性的電路和電路元件可靠性及其設(shè)計(jì)方面。
[0027]圖11A-11C示出了示例性的電路互連可靠性及其設(shè)計(jì)方面。
[0028]圖12A-12C示出了結(jié)合到眼睛插入裝置中的示例性螺旋結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明涉及對(duì)于位于三維表面上的薄且柔性的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用而言有用的方法和裝置。在下述部分中，將給出本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)示例性描述。優(yōu)選的和可替代的實(shí)施例的描述僅僅是示例性實(shí)施例，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，變化、改進(jìn)和改變可以是顯而易見(jiàn)的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所述示例性實(shí)施例不限制基礎(chǔ)發(fā)明的范圍。
[0030]詞匯表
[0031]在與本發(fā)明有關(guān)的本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，可以使用以下定義所適用的各個(gè)術(shù)語(yǔ):
[0032]本文中使用的并且有時(shí)被稱作“圓柱形”的“圓柱體形狀”是指這樣的通常平坦表面柔性組件:其圍繞徑向路徑的至少一部分彎曲，使得在橫截面中，圓形、環(huán)形、橢圓形或卵形可以形成直線圓柱形的至少一部分。在某些圓柱形中，可以由與徑向路徑垂直的方向限定圓柱形設(shè)計(jì)的軸線。
[0033]本文中使用的“通電”是指能夠供給電流或能夠在其內(nèi)部存有電能的狀態(tài)。
[0034]本文中使用的“能量”是指讓物理系統(tǒng)做功的能力。在本發(fā)明范圍內(nèi)的許多應(yīng)用可涉及能夠在做功過(guò)程中執(zhí)行電作用的能力。
[0035]本文中使用的“能源”是指能夠通電或使邏輯或電器件處于通電狀態(tài)的裝置或?qū)印?br> [0036]本文中使用的“能量采集器”是指能夠從環(huán)境中提取能量并將其轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
[0037]本文中使用的“功能化”是指使得層或裝置能夠執(zhí)行功能，包括例如，通電、激活或控制。
[0038]本文中使用的“片狀垂懸區(qū)”是指可以附接柔性組件的表面區(qū)域。在不同的示例性實(shí)施例中，片狀垂懸區(qū)可以是平坦的或非平坦的。在非平坦的片狀垂懸區(qū)的情況下，片狀垂懸區(qū)的表面拓?fù)鋵W(xué)可以在多個(gè)方向變化；但是，一種典型情況具有在眼科裝置的徑向方向上和在與徑向方向向外垂直的方向上的變化。可以將柔性元件部署在這些片狀垂懸區(qū)的表面上并以多種方式互連，所述方式包括通過(guò)使用形成于片狀垂懸區(qū)部件的更大表面上的互連部。例如，在通電的眼科裝置的不同設(shè)計(jì)中，可以使用片狀垂懸區(qū)來(lái)給眼科裝置可停靠的眼睛表面提供改善的氧暴露。
[0039]本文中使用的“柔性的”表示物體的下述能力:其從具有第一種三維形狀的狀態(tài)在空間上變形或彎曲成為具有第二種不同三維形狀的狀態(tài)，其中所述變形的物體在變形過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生肉眼可見(jiàn)的斷裂。
[0040]本文中使用的且有時(shí)被稱作“眼科裝置”的“透鏡”是指位于眼睛內(nèi)或眼睛表面上的任何眼科裝置。這些裝置可提供光學(xué)矯正或可以是美容性的。例如，術(shù)語(yǔ)透鏡可以表示接觸鏡片、眼內(nèi)透鏡、覆蓋鏡片、眼部插入物、光學(xué)插入物或其它類(lèi)似的裝置，其用于矯正或改進(jìn)視力，或用于在美容方面方面增強(qiáng)眼睛生理學(xué)(如虹膜顏色)而不會(huì)影響視力。在某些示例性實(shí)施例中，本發(fā)明的優(yōu)選透鏡為通電的通常較軟的接觸鏡片，其由有機(jī)硅彈性體或水凝膠(包括但不限于有機(jī)硅水凝膠和氟水凝膠)制成。
[0041]本文中使用的“形成 透鏡的混合物”或“反應(yīng)性混合物”或“RMM” (反應(yīng)性單體混合物)是指可被固化并交聯(lián)或可被交聯(lián)而形成眼科透鏡的單體或預(yù)聚物材料。各種實(shí)施例可包括透鏡形成混合物，所述透鏡形成混合物含有一種或多種添加劑，例如紫外線隔離劑、著色劑、光引發(fā)劑或催化劑以及眼科透鏡(例如接觸鏡片或眼內(nèi)透鏡)可能需要的其它添加劑。
[0042]“形成透鏡的表面”是指用于模制透鏡的表面。在某些示例性實(shí)施例中，任何此類(lèi)表面可以具有光學(xué)質(zhì)量表面光潔度，這指示，它足夠光滑，并且成型使得透鏡表面在光學(xué)上是可接受的，所述透鏡表面通過(guò)與模塑表面接觸的透鏡形成材料的聚合而成型。此外，在某些示例性實(shí)施例中，形成透鏡的表面可以具有給透鏡表面賦予期望的光學(xué)特性所必需的幾何形狀，包括球形、非球形以及柱形度數(shù)、波前像差矯正、角膜形貌學(xué)校正等，以及它們的任何組合。
[0043]本文中使用的“鋰離子電池”是指這樣的電化學(xué)電池:鋰離子穿過(guò)所述電池移動(dòng)而產(chǎn)生電能。這種通常被稱為電池的電化學(xué)電池可按其典型方式進(jìn)行重通電或再充電。
[0044]本文中使用的“襯底插入物”是指能夠支持在眼科透鏡內(nèi)的能源的可變形的或剛性的襯底。在某些示例性實(shí)施例中，所述襯底插入物也支持一個(gè)或多個(gè)組件。
[0045]本文中使用的“模具”是指可以用于從未固化的制劑形成透鏡的剛性或半剛性物體。一些優(yōu)選的模具包括構(gòu)成前曲面模具部分和后曲面模具部分的兩個(gè)模具部分。
[0046]本文中使用的“光學(xué)區(qū)”是指這樣的眼科透鏡區(qū)域:眼科透鏡佩戴者可以透過(guò)該區(qū)域進(jìn)行觀看。
[0047]本文中使用的“功率”是指每單位時(shí)間內(nèi)所做的功或所傳遞的能量。
[0048]本文中使用的且也被稱作“可重通電的”的“可再充電的”是指恢復(fù)到具有更大做功能力的狀態(tài)的能力。在本發(fā)明范圍內(nèi)的許多用途可與能夠在一定的恢復(fù)時(shí)間段內(nèi)使電流以一定速率流動(dòng)的恢復(fù)能力相關(guān)。
[0049]本文中使用的且也被稱作“再充電”的“重通電”是指恢復(fù)到具有更大的做功能力的狀態(tài)。在本發(fā)明范圍內(nèi)的許多用途可與能夠使裝置在一定的恢復(fù)時(shí)間段內(nèi)使電流以一定速率流動(dòng)的恢復(fù)能力相關(guān)。
[0050]本文中使用的“從模具釋放”是指，透鏡與模具完全分離，或者只是松散地附接，使得它可通過(guò)輕輕攪動(dòng)移除或用拭子推離。[0051]本文中使用的“堆疊的”是指，將至少2個(gè)組件層放置成彼此靠近，使得所述層之一的一個(gè)表面的至少一部分接觸第二層的第一表面。在某些示例性實(shí)施例中，可以將膜(不論用于粘附還是其它功能)安設(shè)在通過(guò)所述膜彼此接觸的2個(gè)層之間。
[0052]本文中使用的且有時(shí)被稱作“SIC-裝置”的“堆疊的集成組件裝置”是指這樣的堆疊技術(shù)的產(chǎn)品:所述技術(shù)借助于將每個(gè)層的至少一部分彼此堆疊，可以將襯底(其可含有電器件和機(jī)電器件)的薄層裝配成工作集成裝置。所述層可包含不同類(lèi)型、材料、形狀和大小的組件裝置。此外，所述層可以由不同的裝置生產(chǎn)技術(shù)來(lái)制備，以配合和呈現(xiàn)不同的外形(根據(jù)需要)。
[0053]本文中使用的“三維表面”是指表面在其范圍的某些部分中在宏觀水平不是平面的性質(zhì)。例如，球體或人眼的表面是三維表面，因?yàn)樵谶@樣的表面上的點(diǎn)通常不處于單個(gè)平面中。典型的電子電路板的表面可以是非三維表面的表面，因?yàn)檫@樣的電路板通常在性質(zhì)上是平面的；盡管在微觀水平它們并非完全平面的。
0054]具有集成的半導(dǎo)體器件的三維裝置
[0055]通過(guò)將薄且柔性的半導(dǎo)體片結(jié)合到需要特定三維形狀的組件和裝置中，可以產(chǎn)生眾多新穎的裝置。在一類(lèi)這樣的裝置的一個(gè)例子中，考慮到可結(jié)合到電活性組件的眼科裝置。
[0056]參考圖1A和1B，描繪了示例性眼科裝置的示例性三維襯底100。可以將不同的眼科裝置實(shí)施例形成于示例性三維襯底上，且可以功能化以包括活動(dòng)調(diào)焦元件。所述活動(dòng)調(diào)焦器件可以在利用能量的同時(shí)起作用，所述能量可儲(chǔ)存在一個(gè)或多個(gè)通電元件中。在三維襯底上的跡線可以用于提供形成通電元件的良好基礎(chǔ)，在其上面固定、連接或支持半導(dǎo)體。半導(dǎo)體器件可以充分薄化，以具有某種彎曲或以其它方式變形的能力，以便以更共形的方式安裝到三維表面上。另外，將描述示例性三維系統(tǒng)、方法、儀器和與這些概念有關(guān)的形成的示例性裝置的一般方面。
[0057]在圖1的示例性眼科裝置中，三維襯底可以包括光學(xué)活性的區(qū)域110。如果所述裝置是調(diào)焦元件，區(qū)域110可以代表插入裝置的前表面，所述插入裝置包括調(diào)焦元件，光穿過(guò)所述調(diào)焦元件進(jìn)入用戶的眼中。在該區(qū)域之外，通常可以存在眼科裝置的周?chē)鷧^(qū)域，其未在光學(xué)相關(guān)路徑中。因此，可能適當(dāng)?shù)氖牵瑢⑴c活動(dòng)調(diào)焦功能有關(guān)的組件放在這樣的周?chē)鷧^(qū)域中。在某些示例性實(shí)施例中，這些組件可以由薄且柔性的半導(dǎo)體形成。另外，所述組件可以通過(guò)金屬或其它傳導(dǎo)性的跡線彼此電連接。還可以使用跡線來(lái)提供支撐件，用于將通電元件結(jié)合到眼科裝置中。
[0058]在某些示例性實(shí)施例中，所述通電元件可以是電池。例如，所述電池可以是固態(tài)電池，或者可供選擇地，它可以是濕電池。在這些例子的任一個(gè)中，最少可存在至少兩條導(dǎo)電的跡線，以提供在電池的陽(yáng)極和電池的陰極之間的電流流動(dòng)。所述電池可以給裝置中的其它有源元件提供電勢(shì)和電流，以實(shí)現(xiàn)它們的通電。在圖1的示例性裝置中，一個(gè)電池連接可以限定在電跡線150的區(qū)域。為了舉例目的，電跡線150可以是陽(yáng)極連接，并代表通電元件與集成的半導(dǎo)體器件的(-)勢(shì)連接。可以包括另一個(gè)電池或通電元件連接160。再次，為了舉例目的，這樣的連接可以代表陰極連接。該連接160也可以代表通電元件與結(jié)合的裝置的⑴勢(shì)連接。
[0059]在100處可以觀察到，電跡線可以分別連接至零件150和160以及零件140和170。可以觀察到，跡線140和170 二者可以是分離的跡線，它們可以位于鄰近跡線的附近。140的鄰近跡線可以 是130，170的鄰近跡線可以是180。當(dāng)在這些跡線上生產(chǎn)電池元件時(shí)，鄰近跡線130和180可以代表相反的電池化學(xué)或電極類(lèi)型。因而，跡線130可以連接至這樣的化學(xué)層:其可以作為跡線之間的電池的陰極起作用。
[0060]跡線130和180可以通過(guò)區(qū)域120彼此連接。在某些示例性實(shí)施例中，區(qū)域120可以未被化學(xué)層覆蓋，或被化學(xué)層部分地覆蓋。因此，它可以作為電互連來(lái)起作用。顯而易見(jiàn)，在該例子中，可存在2對(duì)被構(gòu)造為電池的電單元，并且布局和設(shè)計(jì)的性質(zhì)以串聯(lián)方式連接這些電池。因此，在連接150和160兩邊的總電性能可以視作2個(gè)電池的組合。
[0061]在190處，可描繪該區(qū)域的沿著虛線的橫截面。在100的低級(jí)表示中，描繪了與薄半導(dǎo)體的討論有關(guān)的許多部件。在本示例性實(shí)施例中，在160處，描繪了上述的2個(gè)通電連接之一，并且存在于150處的通電連接可以在通電連接160后面的部位之外。在該圖上，將芯片形式的半導(dǎo)體表示為191。為了例證目的，所述半導(dǎo)體可以使用焊接球或傳導(dǎo)性的環(huán)氧樹(shù)脂連接與半導(dǎo)體包裝件上的傳導(dǎo)性元件連接。在半導(dǎo)體包裝件內(nèi)可安置半導(dǎo)體芯片，或者所述半導(dǎo)體芯片可以是裸管芯。可以使用倒裝晶片管芯連接。就示例性眼科裝置的目的而言，這類(lèi)裝置可以較好地起作用；但是，在其它應(yīng)用中，可能存在這樣的包裝的厚半導(dǎo)體芯片所需要的附加厚度和區(qū)域尺寸。薄化的半導(dǎo)體與三維襯底的直接連接，可能允許使用更小的裝置厚度、結(jié)合更多的半導(dǎo)體器件和與薄形狀因數(shù)及薄化的未包裝的半導(dǎo)體的柔性性質(zhì)有關(guān)的其它改進(jìn)。盡管薄化的半導(dǎo)體片可以形成為與芯片191的類(lèi)型類(lèi)似的形狀，當(dāng)考慮薄半導(dǎo)體的柔性性質(zhì)時(shí)，許多其它類(lèi)型的形狀和尺寸可以是實(shí)用的。
[0062]作為參考，在192處可存在這樣的眼科裝置區(qū)域:其中在100的頂段中描繪的前光學(xué)片可以與后光學(xué)片連接。在192處，描繪的具有區(qū)域192的后光學(xué)片部分是前光學(xué)片與后光學(xué)片的組合，其拓?fù)鋵W(xué)可以提供一個(gè)或幾個(gè)部件來(lái)密封兩個(gè)光學(xué)片之間的組件。在該產(chǎn)生密封的區(qū)域中的部件集合被稱作膠槽。如在下面的部分中進(jìn)一步討論的，在薄化的半導(dǎo)體器件可以結(jié)合到其它三維結(jié)構(gòu)中的其它示例性實(shí)施例中，膠槽區(qū)域也可以是有關(guān)的。
[0063]半導(dǎo)體元件的薄化
[0064]現(xiàn)在參考圖2，在200處，描繪了可以用于本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例的將半導(dǎo)體器件薄化的方法的一般性質(zhì)。在210處，描繪了具有完整厚度的襯底的一部分的表示，所述襯底已經(jīng)通過(guò)半導(dǎo)體生產(chǎn)線進(jìn)行了加工。通常，這樣的襯底(未按比例顯示)可以是500-900微米厚，取決于本領(lǐng)域已知的許多因素。襯底210可以是整體的或“本體”半導(dǎo)體型襯底。作為一個(gè)例子，襯底210的大部分厚度可以由高純的摻雜過(guò)的晶體硅組成，其中僅襯底的薄表面具有在其上面的器件和互連。
[0065]由于多種原因，在工業(yè)中的一項(xiàng)通用標(biāo)準(zhǔn)是，在襯底上使用該器件之前，將加工過(guò)的晶片薄化。在220處，在薄化之后，襯底可呈現(xiàn)的厚度為起始厚度的分?jǐn)?shù)。這可導(dǎo)致非常薄的襯底。因此，在由層235和230構(gòu)成的“放大的”橫截面表示中可以發(fā)現(xiàn)薄化的材料。實(shí)現(xiàn)非常薄的產(chǎn)品結(jié)果(其中產(chǎn)品的末端厚度可以薄至30微米厚或甚至更小)的方法是目前可得到的，且是現(xiàn)有技術(shù)已知的。在這樣的薄化產(chǎn)物的一個(gè)例子中，2層可以代表一個(gè)非常薄的本體半導(dǎo)體層230和一個(gè)由半導(dǎo)體器件的金屬化或互連235構(gòu)成的層。
[0066]參考圖2B，做出了類(lèi)似的薄化方法描述，但是針對(duì)使用硅在絕緣體上類(lèi)型的襯底的情況。在由層250、251和252形成的襯底中，表示了半導(dǎo)體在絕緣體上型襯底。如本領(lǐng)域已知的，存在許多類(lèi)型的可能的半導(dǎo)體在絕緣體上型襯底。一個(gè)例子可以包括，非常純的晶體硅的本體層250，在該層上面安置絕緣體區(qū)域，諸如二氧化硅251。在絕緣體區(qū)域251上可以安置另一個(gè)半導(dǎo)體層252，后者例如可以包含幾百埃厚的硅層。這種層組合會(huì)提供半導(dǎo)體(硅)在絕緣體(二氧化硅)上型襯底的一個(gè)例子。 [0067]由于半導(dǎo)體(硅)頂層可以非常薄，可以使用多種方法來(lái)將整個(gè)襯底作為整體進(jìn)行薄化。在一個(gè)例子中，可以在磨操作中將后硅層250磨掉，達(dá)到它的殘余厚度被標(biāo)稱為零厚度的地方。在實(shí)踐中，這樣的磨操作可能具有固有的不均勻性，可能存在背側(cè)上有殘余硅的區(qū)域。因此，可以使用附加的加工(例如，通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕)來(lái)選擇性地除去硅，并且不除去二氧化硅。在該加工后，剩余的襯底260可以是非常薄的器件層272與絕緣體層271 (它是層251的剩余部分)的組合。在薄氧化物層上可存在薄半導(dǎo)體層272 (在描述薄化之前，以前的252)。在該層上可存在半導(dǎo)體器件的金屬化或互連層275。
[0068]當(dāng)如在具有層230和235或具有層271、272和275的裝置中所示將裝置薄化時(shí)，可產(chǎn)生許多性能。在本文中首要討論的是，薄襯底可呈現(xiàn)一定程度的柔性，這是完整厚度襯底通常不具有的。在某些限制內(nèi)，薄襯底可以變形以適形于其它三維襯底，在所述其它三維襯底上面可以固定所述薄襯底。在變形過(guò)程中，所述器件可能發(fā)生一些附加的缺陷，除了其它方面以外，所述缺陷可能隨彎曲程度和電路設(shè)計(jì)的性質(zhì)而變化。在某些示例性實(shí)施例中，在應(yīng)用所需的變形程度會(huì)導(dǎo)致任何微小的、但是可容許的缺陷增加的情況下，可以結(jié)合不同的設(shè)計(jì)部件以進(jìn)行補(bǔ)償。
[0069]薄襯底的另一個(gè)重要方面是，光(甚至在可見(jiàn)光譜中)可與薄化的襯底相互作用的程度。甚至在薄化后的襯底半導(dǎo)體厚度仍然足以吸收入射光輻射的情況(層230可能如此)下，這樣的層可具有顯著水平的來(lái)自這種吸收的光電流，其可能需要設(shè)計(jì)改變或其它動(dòng)作來(lái)掩蔽薄層免于與光的相互作用。在一個(gè)非限制性例子中，通過(guò)使用一些構(gòu)造在三維襯底上的互連部件(例如，圖1中的部件170可能如此)，可能屏蔽該設(shè)計(jì)的至少某些部分。
[0070]回去參考圖2B，層272 (它是安置在絕緣體層271上的薄半導(dǎo)體層)可透過(guò)入射光。此外，大部分的入射光可能穿過(guò)絕緣體層271和半導(dǎo)體層272而前進(jìn)。如果使用專門(mén)的冶金學(xué)(例如，從氧化銦錫或其它“透明金屬”形成)，可能建立這樣的薄電子層:其可以是柔性的，并使用半導(dǎo)體在絕緣體上型襯底，其中所述半導(dǎo)體層是非常薄的且透明的。另外，使用這類(lèi)薄且透明的裝置，可能將電子層連接在這樣的眼科裝置部分中:光在該部分可穿過(guò)眼科裝置并進(jìn)入眼中。
[0071]當(dāng)半導(dǎo)體器件變薄時(shí)，它們可以變成柔性的。該柔性是在本文的一些發(fā)明點(diǎn)中討論的因素。盡管如此，對(duì)于彎曲裝置可能存在一些限制，或者可供選擇地，當(dāng)彎曲它們時(shí)，在所述裝置中可能發(fā)生一些附加的缺陷模式。因此，盡管已經(jīng)提及并且將在以后的部分中提及對(duì)裝置半導(dǎo)體的彎曲的一些描述，但是在存在高彎曲程度的情況下，彎曲片的背托在所述裝置向相對(duì)剛性片的穩(wěn)定化(在它已經(jīng)彎曲成三維結(jié)構(gòu)以后)中可能是重要的。
[0072]在涉及彎曲薄化的半導(dǎo)體元件使得它與三維表面特征匹配的任一個(gè)不同示例性實(shí)施例中，可能需要附著彎曲的裝置以將彎曲構(gòu)型鎖定就位。在某些示例性實(shí)施例中，使用互連技術(shù)可以連接裝置。例如，可以使用焊接球來(lái)將柔性半導(dǎo)體元件上的觸頭附著至可位于三維表面上的匹配接觸部件。在某些情況下，這些接觸點(diǎn)可提供電功能，在其它情況下，它們可以為了提供用于附接柔性元件的裝置而存在，并且在其它情況下，它們可以提供兩種功能。在連接接觸部件以后，可以在所得的結(jié)構(gòu)的底部涂布粘合材料。在底涂中，可以使粘合劑流入柔性元件和三維襯底之間的空隙中。在某些示例性實(shí)施例中，在柔性元件表面及其在三維襯底上的對(duì)應(yīng)表面部件之間不進(jìn)行柔性元件和裝置中的電互連之間的互連的情況下，用粘合劑使柔性襯底附著于三維表面可以是附連所述元件的方式。眾多連接和粘合技術(shù)可以用于附連和穩(wěn)定柔性的薄化的半導(dǎo)體片。
[0073]眼科Ξ維裝置與柔性元件的關(guān)聯(lián)
[0074]現(xiàn)在參考圖3A和3B，在300處，描繪了用于眼科裝置中的第二種三維裝置。在302處，描繪了這樣的材料，其可以優(yōu)選地包含可用于形成眼科裝置的水凝膠聚合物。可以將包括電活性光學(xué)區(qū)域303的插入物包含在聚合的水凝膠材料302中。可以用互連裝置301包圍在電活性光學(xué)插入物的邊緣周?chē)Ｔ谝恍├又校龌ミB裝置可以完全包圍在插入物周?chē)蛘咴谄渌又校龌ミB裝置可以包圍在插入物的一部分周?chē)Ｋ龌ミB裝置可以是三維成形的聚合片，在其上面可以已經(jīng)沉積或以其它方式形成互連。當(dāng)形成片301時(shí)，可以用可被描述為片狀垂懸區(qū)304的部件形成。在圖3B的橫截面中也可以在306處觀察到片狀垂懸區(qū)304，在圖3B中，成形的圓柱形設(shè)計(jì)305包圍具有電活性裝置307的插入物。
[0075]片狀垂懸區(qū)和沉積的互連可以形成良好表面，在該表面上附著和連接柔性薄半導(dǎo)體器件。如描述的，柔性半導(dǎo)體器件341可以是相對(duì)較大的器件，其可以連接在片狀垂懸區(qū)部件之一上。可替代地，在某些示例性實(shí)施例中，可以將半導(dǎo)體器件的眾多薄條連接在片狀垂懸區(qū)型部件上，如321和322所示。在每個(gè)這樣的情況下，由于片狀垂懸區(qū)和電子裝置二者的柔性，電子裝置可以彎曲成三維形狀。可能有益的是，考慮這樣的彎曲發(fā)生在二維上，例如，既在從眼科裝置的中心向外輻射的方向上徑向地，也在與徑向方向垂直的方向上。由于片狀垂懸區(qū)部件在它們之間具有顯著的空間，這樣的支撐件和組件設(shè)計(jì)的另一個(gè)特征可以是，所述眼科透鏡可包括由 氧可透過(guò)的水凝膠材料制成的其大部分主體，這可以為眼睛提供氧透過(guò)益處。
[0076]參考圖4A和4B，在400處，描繪了薄且柔性的元件的不同示例類(lèi)型的固定路線圖。在這些示例性描繪中，薄且柔性的元件可以沿著眼科透鏡插入物的某些部分以徑向方式連接。也就是說(shuō)，當(dāng)柔性半導(dǎo)體的長(zhǎng)度足以從起點(diǎn)達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，柔性半導(dǎo)體可以包圍在環(huán)形部件的周?chē)霏h(huán)形部件形成例如管狀部件。在410處，橫截面表示描繪了柔性薄半導(dǎo)體的一部分，所述柔性薄半導(dǎo)體包圍在前光學(xué)片(參見(jiàn)參考零件100)的膠槽(參見(jiàn)參考零件192)的三維表面部件周?chē)遗c其附連。在另一個(gè)類(lèi)似的示例性實(shí)施例中，在440處，柔性半導(dǎo)體可以包圍在更外緣450周?chē)纱私柚谠黾拥闹睆胶鸵虼嗽黾拥闹荛L(zhǎng)而允許接近更多的區(qū)域。
[0077]當(dāng)以這樣的管樣方式包圍半導(dǎo)體片時(shí)，可以將半導(dǎo)體的彎曲表征為沿著一維發(fā)生。圖4A和4B的描繪可以描述為以圓柱狀特征取向，其中半導(dǎo)體呈垂直取向。在處于該垂直取向的柔性半導(dǎo)體的表面上的點(diǎn)的任何局部區(qū)域，所述表面將在垂直方向“顯得”平坦，但是在正交方向，所述表面是彎曲的。彎曲程度隨半導(dǎo)體可以固定的表面的曲率半徑而變化，并且因此，半導(dǎo)體在420處可以比在450處更“彎曲”或屈曲或應(yīng)變。在微觀水平，在半導(dǎo)體本身和裝置的其它對(duì)應(yīng)元件(例如，如金屬互連)中可存在不對(duì)稱的應(yīng)力。
[0078]現(xiàn)在參考圖5A和5B，在500處，描繪了另一種類(lèi)型的彎曲固定的半導(dǎo)體。在橫截面510中的520所示的取向和在橫截面540中的550所示的取向，柔性半導(dǎo)體可以排列成錐形排列。但是，用于形成圓錐的起始硅片可以是曲線的，而不是直線的。半導(dǎo)體層的彎曲程度可以與上述的徑向彎曲的半導(dǎo)體器件的彎曲程度類(lèi)似。但是，由于所述片在施用它們之前是彎曲的形狀，在微觀水平彎曲的性質(zhì)將是不同的，并且在某些示例性實(shí)施例中，可能提供缺陷水平優(yōu)點(diǎn)。
[0079]柔性的薄化電子裝置的錐形布局可能具有其它物理屬性優(yōu)點(diǎn)。在容納薄化的半導(dǎo)體器件的三維物體的某些示例性實(shí)施例中，三維物體(包括支撐件和連接的裝置)的總厚度可以是重要的。在片狀垂懸區(qū)-型實(shí)施例中，連接的電子裝置給襯底片狀垂懸區(qū)添加的高度可以是最小的，在某些實(shí)現(xiàn)中，該最小厚度添加可以接近于電子裝置的厚度。在片狀垂懸區(qū)實(shí)現(xiàn)中，對(duì)半導(dǎo)體器件片的尺寸參數(shù)的限制可能不是嚴(yán)格的。另一方面，就圓柱形柔性半導(dǎo)體而言，實(shí)際上可能具有這樣的一個(gè)實(shí)施例，其中不存在向眼科裝置的凈厚度添加，因?yàn)檠b置厚度和互連的效果可以徑向分布。但是，在包括徑向片實(shí)現(xiàn)的某些示例性實(shí)施例中，薄化的半導(dǎo)體器件的最大寬度(任意選擇為在所述垂直維的尺寸)可能受到顯著限制:小于50微米。一個(gè)錐形實(shí)施例可以具有在所述2個(gè)實(shí)施例之間的這些類(lèi)型的特征。可能存在向眼科裝置添加的一些高度，因?yàn)榛趫A錐截面角，一些厚度不會(huì)徑向分布。可替代地，通過(guò)圓錐截面角的相同效應(yīng)，半導(dǎo)體器件的寬度也可以寬于純徑向?qū)崿F(xiàn)或圓柱形狀型實(shí)現(xiàn)。
[0080]現(xiàn)在參考圖6，在600處，取向(其已經(jīng)成為相同發(fā)明實(shí)體的現(xiàn)有技術(shù)的堆疊集成裝置的一個(gè)例子)可以與在三維的連接的半導(dǎo)體器件背景中的評(píng)論有關(guān)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員從本公開(kāi)內(nèi)容顯而易見(jiàn)，迄今已經(jīng)討論的所有示例性實(shí)施例與堆疊的裝置實(shí)現(xiàn)具有關(guān)聯(lián)，但是為了易于描述，已經(jīng)使用具有單層的實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明的本質(zhì)。盡管如此，就堆疊的裝置的這些描述和實(shí)現(xiàn)所符合的技術(shù)而言，對(duì)所述技術(shù)沒(méi)有限制。
[0081]回去參考圖6，在610處，可存在插入部分，其可代表活動(dòng)的眼科裝置，該裝置可由薄且柔性的半導(dǎo)體器件控制，并由`眼科裝置內(nèi)的通電元件通電。在600處圖解的實(shí)現(xiàn)類(lèi)型也可以被稱作本公開(kāi)內(nèi)容的溝型實(shí)現(xiàn)。在某些這樣的實(shí)施例中，將有源元件和薄半導(dǎo)體器件包圍在介質(zhì)插入物620中。在660處，表示了薄化且柔性的半導(dǎo)體器件。在這些實(shí)施例類(lèi)型中，半導(dǎo)體可以呈大致平坦的或平面的取向，因?yàn)樗梢愿浇拥窖劭蒲b置中的接近平面的表面上。該裝置越薄，可以向總眼科裝置添加的高度就越小。但是，為了對(duì)眼科裝置的最小影響，在該環(huán)形半導(dǎo)體區(qū)域的情況下，寬度可能受限。在某些示例性實(shí)施例中，可能使片達(dá)到0.25mm的寬度，并且仍然不會(huì)顯著增加總眼科裝置的尺寸。重要的是，注意到，在替代實(shí)施例中，堆疊的管芯方案可包括具有遞增的和/或遞減的直徑的錐形結(jié)構(gòu)。但是，像圓錐型實(shí)現(xiàn)一樣，在安裝進(jìn)眼科裝置之前必須裁剪或切割的粗硅片是曲線的而不是直線的，這在半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)中更常見(jiàn)。不同于以前討論的實(shí)現(xiàn)，由于半導(dǎo)體的彎曲不會(huì)發(fā)生在這些類(lèi)型的實(shí)施例中，在襯底中可存在更少的應(yīng)力誘導(dǎo)的效應(yīng)。
[0082]在下表中給出了不同類(lèi)型的實(shí)現(xiàn)的一些典型方面的一些參考估測(cè)和代表。這些數(shù)字是代表性的，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明技術(shù)的范圍。但是，考慮到某些參數(shù)，它們可能表現(xiàn)出在實(shí)施例類(lèi)型和有關(guān)優(yōu)點(diǎn)之間的差異。[0083]表1-在三維表面上的薄的柔性元件的不同實(shí)現(xiàn)類(lèi)型的對(duì)比
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)電子裝置的方法，包括以下步驟: 形成具有至少表面區(qū)域的第一襯底，其中所述表面區(qū)域不是平面的； 將電觸頭附接到所述表面區(qū)域上；以及 將包含柔性半導(dǎo)體的電子元件附接到所述電觸頭，其中所述柔性半導(dǎo)體彎曲以適形于所述非平面的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述電子裝置放入眼科裝置內(nèi)的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述表面區(qū)域包括彎曲表面，所述彎曲表面形成用于圓柱形電子元件的至少一部分的支撐件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述圓柱形電子元件取向?yàn)槠鋸较蜉S線沿著所述眼科裝置的光路的軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中執(zhí)行所述電子裝置的設(shè)計(jì)以包括至少一個(gè)冗余元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述半導(dǎo)體包括晶體硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述半導(dǎo)體包括多晶硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述半導(dǎo)體包括非晶硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述表面區(qū)域包括彎曲表面，其中其形成用于錐形電子元件的至少一部分的支撐件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述錐形通常取向?yàn)槠鋸较蜉S線沿著所述眼科裝置的光路的軸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中執(zhí)行所述電子裝置的設(shè)計(jì)以包括至少一個(gè)冗余元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述表面區(qū)域包括彎曲表面，其中其形成包含非平坦的片狀垂懸區(qū)形狀的至少一部分的支撐件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述片狀垂懸區(qū)形狀利用表面定向，所述表面的表面法線在所述眼科裝置的光路的方向上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中執(zhí)行所述電子裝置的設(shè)計(jì)以包括至少一個(gè)冗余元件。
15.一種眼科裝置，包括: 具有至少表面區(qū)域的襯底，其中所述表面區(qū)域的至少一部分在其范圍內(nèi)不是平面的； 電觸頭，所述電觸頭形成于所述表面區(qū)域上；和 至少第一電子元件，所述至少第一電子元件包括附接到所述電觸頭的柔性半導(dǎo)體器件，其中所述柔性半導(dǎo)體適形于所述非平面的表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的眼科裝置，其中所述第一表面區(qū)域包括彎曲表面，其中其形成圓柱形的至少一部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的眼科裝置，其中所述第一表面區(qū)域包括彎曲表面，其中其形成錐形的至少一部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的眼科裝置，其中所述第一表面區(qū)域包括彎曲表面，其中其形成非平坦的片狀垂懸區(qū)形狀的至少一部分。
19.一種眼科裝置，包括:聚合的眼科裝置，所述聚合的眼科裝置包封并形成水凝膠層； 具有至少表面區(qū)域的襯底，其中所述表面區(qū)域的一部分在其范圍內(nèi)是平面的并且形成平坦的片狀垂懸區(qū)形狀； 電觸頭，所述電觸頭形成于所述第一表面區(qū)域上；和 電子元件，所述電子元件包括附接到所述電觸頭的柔性半導(dǎo)體器件，其中所述柔性半導(dǎo)體適形于所述非平面的表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的眼科裝置，還包括電活性光學(xué)組件。
21.—種生產(chǎn)電子裝置的方法，包括以下步驟: 形成具有至少一個(gè)表面區(qū)域的第一襯底，其中所述表面區(qū)域在其范圍內(nèi)是平面的并且形成平坦的片狀垂懸區(qū)形狀； 將電觸頭附接到所述表面區(qū)域上；以及 將包含薄的柔性半導(dǎo)體的電子元件附接到所述電觸頭。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述薄的柔性半導(dǎo)體包括絕緣體層上的半導(dǎo)體層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述`的裝置，其中所述柔性半導(dǎo)體包括絕緣體層上的半導(dǎo)體層。
【文檔編號(hào)】A61F9/00GK103565580SQ201310313926
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月24日
【發(fā)明者】R.B.普格, J.D.里亞爾, D.B.奧特斯, A.托納, F.A.弗里特斯 申請(qǐng)人:莊臣及莊臣視力保護(hù)公司