可扩展性制造技术和电路封装设备制造技术

公开了用于生产电子电路、设备和系统的高可扩展性制造方法。在一方面中，制造方法包括：在包含柔性电绝缘材料的基底上的位置处附接电子部件；通过沉积一相态的材料以在电子部件和基底的表面上进行符合，并引起材料改变到固体形式，来形成模板以包覆电子部件；以及通过下述方式来生产电路或电子设备：为在基底中形成开口以暴露电子部件的导电部分，在基底上生成以经选择的布置联接到导电部分中的至少一些的电互连物，以及在基底上的电互连物之上沉积一层电绝缘柔性材料以形成电路的柔性底部，其中所生产的电路或电子设备被包覆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利文件要求于2013年12月19日提交的标题为“用于柔性电子电路的高可扩展性制造技术(HIGHLY SCALABLE FABRICATION TECHNIQUES FOR FLEXIBLE ELECTRONIC CIRCUITS)”的61/918,554号U.S.临时专利申请的优先权利益。前述专利申请的全部内容通过引用合并为本申请的公开内容的一部分。
本专利文件涉及与电子电路制造有关的系统、设备和工艺。
技术介绍
微细加工工艺包括用于以微米级和更小级来生产材料、结构和设备的技术。微细加工工艺通常用于集成电路(IC)制造，也称为半导体设备制造。半导体设备制造工艺用于生成具有存在于日常电气和电子设备中的IC的设备。典型的半导体设备制造包括一连串多步式的光刻的和化学的处理步骤，在该一连串的步骤期间电子电路逐渐生成于由半导体材料制成的晶圆上。
技术实现思路
公开了用于电子电路、设备和系统(包括柔性和/或可拉伸的电子产品)的高可扩展性且有成本效益的制造方法以及封装设备。在一方面中，制造电路或电子设备的方法包括：在包括柔性电绝缘材料的基底上的位置处附接电子部件，其中基底包括与电子部件附接到的表面相对的平坦表面；通过沉积一相态的材料以在电子部件和基底的表面上进行符合，并引起材料改变到固体形式来形成模板以包覆附接到基底的电子部件；以及通过下述方式来生产电路或电子设备：在基底中形成开口以暴露电子部件的导电部分，在基底上以特定布置生成联接到导电部分中的至少一些的电互连物，以及在基底上的电互连物之上沉积一层电绝缘柔性材料以形成电路的柔性底部，其中所生产的电路或电子设备被包覆在模板中。在另一方面中，电子设备封装包括含有柔性电绝缘材料的基底，基底构造为在基底的一侧上粘附一个或多个电子部件并且包括从该侧跨越到基底的内部区域中的开口，其中开口被布置为与一个或多个电子部件的导电触点被设计为放置于其中的位置对齐；以及含有导电材料的互连线，互连线基于设备设计以特定布置放置在基底的开口和内部区域中，以电连接一个或多个电子部件，其中基底被构造为具有小于20μm的厚度。在另一方面中，制造电路或电子设备的方法包括将电子部件放置在模板的第一侧上的腔中，其中模板的腔被构造为具有与电子部件大致相同的几何形状，并且其中该放置会将电子部件包覆在腔中，以使得电子部件的导电部分被暴露且第一侧是平坦的；在包括放置于腔中的电子部件的模板的第一侧上形成包括柔性电绝缘材料的基底以将电子部件附接到基底，其中基底包括与电子部件附接到的表面相对的平坦表面；以及通过下述方式来生产电路或电子设备：在基底中形成开口以暴露电子部件的导电部分，在基底上以特定布置生成联接到导电部分中的至少一些的电互连物，以及在基底上的电互连物之上沉积一层电绝缘柔性材料以形成电路的柔性底部，其中所生产的电路或电子设备被包覆在模板中。在另一方面中，制造电路的方法包括在基底上的经选择的位置处附接电子部件，基底包括柔性电绝缘材料；通过沉积流体形式的铸模材料以在电子部件和基底的表面上进行符合，并允许铸造材料从流体形式改变到固体形式来形成铸模件以包覆附接到基底的电子部件；通过下述方式来形成电路：在基底中形成开口以到电子部件的导电部分，在基底上以经选择的布置在导电部分之间生成电互连物，以及在电互连物和暴露的基底上沉积一层电绝缘柔性材料以形成电路的柔性绝缘底部；以及从铸模件中释放电路。能够以提供下述特征中的一个或多个的特定方式来实施本专利文件中所描述的主题。例如，在一些方面中，所公开的制造方法可实施为将市售的成品电子部件(例如，包括在裸片芯片或薄膜上的电子部件)与柔性和可拉伸的电子产品相集成，用于快速且可扩展的设备开发，例如，诸如用于可穿戴电子设备。例如，所制造的柔性电子电路可用于纹身传感器贴片。所公开的制造方法是高可扩展性的并且能够满足大量订单，例如，诸如数万或更多。可以在开发工具或用于柔性电子产品的快速测试和原型法的技术中利用所公开的技术。同样，例如，所公开的技术可提供用于多个柔性电子产品应用的端到端的快速解决方案，例如，包括在一些“孤立”区域中-200微米的宽度的那些，且少于10微米，满足。在附图、说明书和权利要求中更加详细地描述了这些特征以及其它特征。附图说明图1A至图1D示出制造柔性电子电路和/或设备的示例性方法的说明性示意图。图2示出用于通过在随后的设备加工处理中重新使用示例性牺牲的铸模件作为模具进行的柔性电子产品的大批量生产的示例性处理周期的示图。图3A至图3C示出生产电子电路和/或设备(包括柔性电子产品)的另一示例性制造方法的说明性示图。图4A至图4D示出生产电子电路和/或设备(包括具有减小的覆盖区的柔性电子产品和非柔性电子产品)的另一示例性制造方法的说明性示图。图5示出将使用所公开的技术制造的电子设备与使用常规方法制造的电子设备进行比较的示图。具体实施方式可以以多种方式来执行对包括有源和/或无源电气部件的电子设备的制造。现有的制造方法的一个示例是手动地制造相对简单的电子设备，例如,可包含少量电子部件或零部件的设备。该方法可实现管理设计变动上的较低的成本和较大的灵活性，但其在制造复杂设备设计的能力上显著受限并且对设备生产而言是低效耗时的且无扩展性的。现有的制造方法的另一示例是投资铸造厂，该铸造厂能够接收可靠的、复杂的电路设计，从而之后根据这样的设计来加工并形成工作设备。然而,铸造厂方案对成本而言是昂贵的、对设计变动而言是不灵活的以及在制造之前准备最终设计是耗时的。此外,使用铸造厂方案，在生产晶圆以及由晶圆形成晶片之后，接合晶片输出是不容易的。标准的晶片接合通常采用多个现有的制造工艺中的两种形式中的一种。在一形式中，标准的晶片接合包括通常通过引线键合将晶片部件(即,在晶片上制造的电子电路或微芯片设备)直接附接到电路板，以使得基于晶片的电子部件可与其它电子产品相集成(例如,诸如其它电子电路或设备)。由于接合到板的所需的专用装置和与晶片输出有关的具体参数，因此引线键合可以是对设备制造的速度形成瓶颈的昂贵的、难处理的且耗时的中间工艺。针对柔性的和可拉伸的电子产品的情况，引线键合可能是不适当的或不恰当的，因为它可留下许多暴露的细小的非柔性的引线接头，如果弯曲或拉伸设备，则这些引线接头可容易地被折断。为了缓解该问题,可使用包覆体来保护这些接头，但包覆体明显增大所施加的区域中的基于晶片的微芯片设备的厚度、覆盖区和刚性。在另一形式中，标准的晶片接合包括将部件封装到更易于操作且更易于连接的设备封装中。常规的封装包括方形扁平无引脚(QFN)封装，其中部件被放置在塑料封装中并且引线键合到封装一侧上的金属焊盘，金属焊盘可通过焊接或导电环氧树脂连接到基底，例如印刷电路板(PCB)。设备封装与设备包覆共有许多类似的问题，包括板上的微芯片设备的厚度(例如,由于封装直接附接至板)、覆盖区和刚度上的增大。例如,即使在电子设备使用柔性PCB的情况下(例如,基于晶片的电子部件放置在柔性PCB上)，对封装的或包覆的电子设备的弯曲也可引起接头失效。附加地，柔性PCB不容许拉伸性。因此，难以设计出易于接合、具有足够的功能性且足够小以集成到柔性和可拉伸电子产品中的部件。本专利文件中公开的技术可用于提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造电路或电子设备的方法，包括：在包括柔性电绝缘材料的基底上的位置处附接电子部件，其中所述基底包括与所述电子部件附接到的表面相对的平坦表面；通过沉积一相态的材料以在所述电子部件和所述基底的表面上进行符合，并引起所述材料改变到固体形式，来形成模板以包覆附接到所述基底的所述电子部件；以及通过下述方式来生产所述电路或电子设备：在所述基底中形成开口以暴露所述电子部件的导电部分，在所述基底上以特定布置生成联接到所述导电部分中的至少一些的电互连物，以及在所述基底上的所述电互连物之上沉积一层电绝缘柔性材料以形成所述电路的柔性底部，其中所生产的电路或电子设备被包覆在所述模板中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.19 US 61/918,5541.一种制造电路或电子设备的方法，包括：在包括柔性电绝缘材料的基底上的位置处附接电子部件，其中所述基底包括与所述电子部件附接到的表面相对的平坦表面；通过沉积一相态的材料以在所述电子部件和所述基底的表面上进行符合，并引起所述材料改变到固体形式，来形成模板以包覆附接到所述基底的所述电子部件；以及通过下述方式来生产所述电路或电子设备：在所述基底中形成开口以暴露所述电子部件的导电部分，在所述基底上以特定布置生成联接到所述导电部分中的至少一些的电互连物，以及在所述基底上的所述电互连物之上沉积一层电绝缘柔性材料以形成所述电路的柔性底部，其中所生产的电路或电子设备被包覆在所述模板中。2.如权利要求1中所述的方法，其中所述电子部件包括电路元件、电路或微芯片。3.如权利要求2中所述的方法，其中所述导电部分包括所述电路或所述微芯片的接触衬垫。4.如权利要求2中所述的方法，其中所述微芯片包括裸片微芯片或薄膜微芯片。5.如权利要求2中所述的方法，其中所述电路包括集成电路、薄膜电路、传感器电路、转换器电路、放大器电路、功率变换器电路或光耦合器电路。6.如权利要求2中所述的方法，其中所述电路元件包括二极管、发光二极管(LED)、晶体管、电池或阻抗元件。7.如权利要求1中所述的方法，其中附接的电子部件包括基于所生产的电路或电子设备的设计在预定位置处附接的电子部件。8.如权利要求1中所述的方法，其中所述模板包括平坦底部表面，所述平坦底部表面是与所述电子部件被包覆的表面相对的表面。9.如权利要求1中所述的方法，其中在所述基底上附接所述电子部件包括对所述电子部件定向，以使得所述电子部件的所述导电部分与所述基底接触。10.如权利要求1中所述的方法，进一步包括：将其上附接有所述电子部件的所述基底放置到井中，所述井包括比所述基底的面积大的面积，并且包括等于或大于附接于所述基底上的所述电子部件的结合的高度的高度，其中放置被定向以使得所述基底处于所述井的底部且所述电子部件面向所述井的开口。11.如权利要求10中所述的方法，其中形成所述模板包括向所述相态的所沉积的材料施加具有平坦表面的上部基底以符合表面，从而生产所述模板的固体形式的平坦表面。12.如权利要求11中所述的方法，进一步包括：从所述井中移除对附接到所述基底的所述电子部件进行包覆的所述模板；以及将对所述电子部件进行包覆的所述模板定向放置在平坦表面上，以使得所述基底向上且所述模板与所述平坦表面相接触。13.如权利要求1中所述的方法，其中形成所述模板包括首先沉积所述相态的材料以符合外表面上或井中的表面，以及将附接于所述基底上的所述电子部件浸没到所沉积的材料中，以使得所述材料在所述电子部件的表面上进行符合。14.如权利要求1中所述的方法，其中所述柔性电绝缘材料包括聚酰亚胺、硅基弹性体、苯并环丁烯(BCB)、SU-8或包含添加的导电粒子的弹性体，所述导电粒子包括碳粒子、碳纳米管或硅纳米线。15.如权利要求1中所述的方法，进一步包括：在所述基底上附接所述电子部件之前在所述基底上沉积附加的粘附层。16.如权利要求1中所述的方法，进一步包括：从所述模板中释放所生产的电路或电子设备。17.如权利要求16中所述的方法，进一步包括：将所生产的电路或电子设备集成到印刷电路板。18.如权利要求16中所述的方法，进一步包括：在具有所述电子部件的一侧上在所生产的电路或电子设备之上形成包括电绝缘材料的外部基底。19.如权利要求16中所述的方法，进一步包括：使用释放的模板来制造另一电路或电子设备，其中所述模板包括根据模板形成过程由所述电子部件形成的腔，并且其中制造另一电路或电子设备包括∶将电子部件放置到所述模板的所述腔中；在包括放置于所述腔中的所述电子部件的所述模板的接收表面之上形成包括柔性电绝缘材料的基底，以将所述电子部件附接到所述基底，其中所述基底包括与所述电子部件附接到的表面相对的平坦表面；以及通过以下方式生产所述另一电路或电子设备：在所述基底中形成开口以暴露所述电子部件的导电部分，在所述基底上以特定布置生成联接到所述导电部分中的至少一些的电互连物，以及在所述基底上的所述电互连物之上沉积一层电绝缘柔性材料以形成所述电路的柔性底部，其中所生产的另一电路或电子设备被包覆在所述模板中并且能够从所述模板中释放。20.如权利要求1中所述的方法，进一步包括：将模板-包覆的电路或电子设备集成到印刷电路板。21.如权利要求1中所述的方法，其中生产所述电路或电子设备进一步包括在所述基底上加工电子元件，并且生成附加的电互连物以将所述电子元件与所述电子部件或所述电互连物进行电联接。22.如权利要求21中所述的方法，其中所述电子元件包括二极管、发光二极管(LED)、晶体管、电池、阻抗元件、集成电路、薄膜电路、传感器、转换器、放大器、功率变换器、光耦合器或微芯片。23.一种电子设备封装，包括：包含柔性电绝缘材料的基底，所述基底构造为在所述基底的一侧上粘附一个或多个电子部件并且包括从所述一侧跨越到所述基底的内部区域中的开口，其中所述开口被布置为与一个或多个电子部件的导电触点被设计为放置于其上的位置对齐；以及包含导电材料的互连线，所述互连线基于设备设计以特定布置放置在所述基底的所述开口和所述内部区域中，以电连接所述的一个或多个电子部件，其中所述基底被构造为具有小于20μm的厚度。24.如权利要求23中所述的电子设备封装，其中粘附到所述基底的所述一个或多个电子部件包括电路元件、电路或微芯片。25.如权利要求24中所述的电子设备封装，其中所述电路包括集成电路、薄膜电路、传感器电路、转换器电路、放大器电路、功率变换器电路或光耦合器电路。26.如权利要求24中所述的电子设备封装，其中所述电路元件包括二极管、发光二极管(LED)、晶体管、电池或阻抗元件。27.如权利要求24中所述的电子设备封装，其中所述微芯片包括裸片微芯片或薄膜微芯片。28.如权利要求27中所述的电子设备封装，其中所述基底被构造为在包括所述一侧的平面中具有长度，所述长度比所述裸片微芯片的相应长度大200μm或更少。29.如权利要求23中所述的电子设备封装，其中所述柔性电绝缘材料包括聚酰亚胺、硅基弹性体、苯并环丁烯(BCB)、SU-8或包含添加的导电粒子的弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：托德·普伦蒂斯·科尔曼，金润成，迈克尔·巴捷马，罗伯特·N·韦恩瑞伯，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US