CN107431079B - 自由边缘半导体芯片弯曲 - Google Patents

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Abstract

用于制造具有弯曲表面的半导体芯片的技术可以包括：将基本上平面的半导体芯片放置在凹模的凹入表面中，使得半导体芯片的角部或边缘不被约束，或者是半导体芯片与凹模物理接触的仅有部分；以及通过在半导体芯片上朝向凹入表面的底部施加力，弯曲基本上平面的半导体芯片以形成凹形半导体芯片。在弯曲期间，半导体芯片的角部或边缘相对于凹部表面移动或滑动。

Description

自由边缘半导体芯片弯曲
背景技术
许多设备(例如，仅举几个示例，相机、望远镜、双筒望远镜、办公设备和科学仪器)中通常使用光学系统。光学系统的性能在一定程度上取决于系统的每个元件的设计以及系统的整体设计，系统的整体设计阐明元件之间的光学相互作用。
发明内容
本公开描述了用于将诸如光子传感器的半导体芯片弯曲和成形的技术和架构。具体地，在制造光子传感器之后，可以将由诸如硅或氮化镓之类的平面的、比较脆的材料制成的光子传感器成形，使得光子传感器的光敏表面被弯曲成具有球面、非球面或其他形状。
为了形成弯曲的半导体芯片，可以将半导体芯片放置在凹模中，使得半导体芯片的边缘或角部不被刚性约束。在一些实现中，边缘或角部可以是半导体芯片与凹模接触的仅有部分。当半导体芯片弯曲成凹模的形状时，边缘或角部能够在凹模的表面上移动或滑动。与半导体芯片的边缘或角部被固定或约束在一个位置中的情况相比，允许边缘或角部在弯曲期间在凹模的表面上移动或滑动可以导致半导体芯片中的张力显著更小。
提供本发明内容来以简化的形式介绍在下面的具体实施方式中将进一步描述的概念的选择。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。例如，术语“技术”可以指可用于执行如上述上下文和整个文档所允许的技术(一个或多个)的制造设备、控制系统(一个或多个)、方法(一个或多个)、计算机可读指令、模块(一个或多个)、算法、或硬件逻辑(例如，现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD))。
附图说明
参考附图来阐述具体实施方式。在附图中，附图标记的最左边的数字表示附图标记首次出现的图。在不同图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项或特征。
图1是示例光子传感器芯片的俯视图。
图2是示例光子传感器芯片的截面图。
图3是凹模中的示例矩形半导体芯片的俯视图。
图4是凹模中的示例圆形半导体芯片的俯视图。
图5示出了示例光子传感器芯片的示意图。
图6包括凹模中的示例半导体芯片的截面图。
图7是与凹模的表面接触的示例半导体芯片的边缘或角部的特写视图。
图8包括凹模中示例半导体芯片和弹性薄膜的截面图。
图9-图11是在包括凹模的弯曲夹具中的示例半导体芯片和弹性薄膜的截面图。
图12和图13是示例半导体芯片的截面图。
图14是示例弯曲的光子传感器芯片和衬底的截面图。
图15是包括弯曲的光子传感器芯片和衬底的示例光学系统的截面图。
图16是示出用于弯曲半导体芯片的示例处理的流程图。
具体实施方式
通常，光学系统可以包括透镜、反射镜和/或一个或多个光感测器件(例如，电荷耦合器件(CCD)或可将光能转换成电信号的其他器件)。多个CCD可以被配置在衬底上制成的阵列(例如，像素化阵列)中，衬底例如可以是硅、锗或其他半导体材料。在衬底上制造的诸如CCD、CCD阵列或以任何数量配置的一个或多个其他光感测实体的光敏器件在本文中被称为“光子传感器芯片”。该名称可以指不必被配置为感测图像，而是感测任何电磁信号(可见或不可见))的光传感器。
光子传感器芯片可以被弯曲，使得光子传感器芯片的光敏表面具有弯曲形状，与平面光子传感器芯片相比，这可以提供给光学系统的设计许多优势。特别地，与平面光子传感器芯片相比，当光学系统包括弯曲的光子传感器芯片时，包括透镜和/或反射镜的光学系统可以具有更少的设计约束或改进的性能特性。例如，一些设计约束可以包括透镜数量、用于彩色和/或空间像差的可接受的容限等。具有球面、非球面或其他表面的光子传感器芯片可以导致高性能的光学系统，其产生跨越光子传感器芯片的表面的相对均匀的光强度和空间频率响应。
这里，半导体芯片可以包括光子传感器芯片、包括微电路的衬底或未处理的衬底。半导体芯片可以包括多个材料中的任何一种，例如，砷化铟镓、锗、硅、硫化铅、砷化铟、碲镉汞和硅化铂等。在一些示例中，用于将平面半导体芯片(例如，裸片)弯曲成弯曲 (例如，球面)模的处理允许芯片的边缘或角部能够在模的表面上滑动。这与将半导体芯片的边缘或角部限制为刚性固定以使得边缘或角部在弯曲期间不能移动的弯曲处理相反。当半导体芯片在施加的力下弯曲时，半导体芯片存储机械能，导致在弯曲处理期间会使半导体芯片破裂的应力。与边缘或角部被完全约束(例如，固定边缘)的情况相比，通过允许半导体芯片的边缘或角部能够在模的表面上滑动，这样所存储的应力被减小，这允许更大的挠度(例如，更大的弯曲)。在固定边缘的情况下，形成负载会引起半导体芯片中的膜张力、减少弯曲挠度、并且增加半导体芯片的给定挠度或曲率半径的整体内部应力状态。例如，由于边缘支撑件之间的张力承载负载，25微米厚的裸片可以变得难以变形超过约50-75微米的中心挠度。相反，允许裸片的边缘或角落能够滑动可以导致大于约150 微米的中心挠度。
在各种示例中，诸如光子传感器芯片的半导体芯片可以在这样的处理中被弯曲，该处理包括：将半导体芯片放置在凹模的凹入表面上，使得半导体芯片的角部或边缘是半导体芯片与凹入表面物理接触的仅有部分。本文中，“凹模”可以包括不凹的部分。换言之，凹模可以包括不凹但是具有多个其他形状的任一形状的部分(例如，凹模的一部分可以是凸的或平的，而另一部分是凹的)。在半导体芯片是矩形且凹入面具有圆形或椭圆形截面的情况下，半导体芯片的角部是半导体芯片与凹入表面物理接触的仅有部分。在半导体芯片是圆形且凹入表面具有圆形截面的情况下，半导体芯片的边缘(例如，周边)是半导体芯片与凹入表面物理接触的仅有部分。换言之，如下所述，圆形半导体芯片的面积悬置在凹模的凹入表面上方，而圆形半导体芯片的周边搁置在凹入表面上。在下文中，为了清楚起见，无论半导体芯片是矩形、圆形，椭圆形或其他形状，“边缘”均用于表示半导体芯片的一个边缘、多个边缘或角部。
在各种其他示例中，半导体芯片可以在这样的处理中被弯曲，该处理包括：将半导体芯片放置在模的凹入表面上，使得半导体芯片的角部或边缘不被刚性约束(例如，未被夹持或保持就位)，并且随着施加到半导体芯片的力使半导体芯片弯曲而自由移动。在一些情况下，半导体芯片的面积的周边部分(不需要包括角部或边缘) 可以在模的表面上滑动，同时中心部分(例如，包括半导体芯片的有源区域)被至少部分地推动进入模的凹入表面中。在此期间，不被刚性约束的半导体芯片的角部或边缘可以在许多方向上移动。例如，随着半导体芯片的中心部分被向下推动，角部或边缘可以向上旋转，远离模的表面和/或朝向包括凹入表面的模的部分向内移动。
半导体芯片的边缘不被刚性约束，并且在凹模的凹入表面上基本上自由地向内滑动。在弯曲半导体芯片的处理期间，边缘可以向内滑动，同时半导体芯片被向下推入凹入表面中。例如，可以通过在半导体芯片上施加朝向凹模的底部的力来执行对半导体芯片的弯曲，以形成凹形半导体芯片。该力可以基本上均匀地跨半导体芯片的面积被施加。例如，跨面积施加的力可以具有一些变化，但是具有基本的均匀性，使得力均匀性足以将半导体芯片从基本上平面变形为期望的曲率。当施加这样的力时，半导体芯片弯曲并且半导体芯片的中心向下移位。可以通过允许半导体芯片的边缘在凹模的凹入表面上向内滑动来减小实现一定程度的中心位移所需的张力的一部分。如上所述，这种滑动发生是因为边缘未被物理约束来保持其位置。如下面更详细地描述的，半导体芯片的边缘和凹模的凹入表面之间存在可以在弯曲半导体芯片的处理期间变化的适当量的摩擦力。该摩擦力提供了对弯曲处理期间张力水平的控制，并且增加了半导体芯片的弹性稳定性，从而防止由面内压缩力所引起的半导体芯片(例如，包括相对较薄的硅)的平面外屈曲。如果芯片超过其破坏应变，则不受控制的平面外屈曲可以导致半导体芯片中的褶皱和随后的灾难性故障。
在各种示例中，结合到模(用于将光子传感器芯片成形)的弯曲光子传感器芯片的组合可以包括可以随后并入到光学系统中的独立光学器件。例如，制造者可以制造包括结合到衬底的弯曲光子传感器芯片的组合的光学器件。制造者可以向生产光学系统的另一制造者提供这样的光学器件。光学器件可以被并入到这种光学系统中。
参考图1-图16进一步描述各种示例。
示例环境
图1是示例光子传感器芯片100的俯视图。本文所描述的技术和装置的示例可以应用于半导体芯片，并且不限于弯曲光子传感器芯片。然而，为了示例的目的，下面描述的示例和实施涉及光子传感器芯片。应当注意，可以使用示例技术和实施来对若干其他类型的半导体芯片中的任何一个进行成形或弯曲。
光子传感器芯片100包括其上构建有光敏部分104的半导体衬底102。可以是CCD阵列的光敏部分104例如包括一个或多个光敏元件106。每个这样的光敏元件106例如可以对应于部分地由光敏部分104所产生的图像的像素。光敏部分104可以被称为能够将光能转换成电能或电信号的“有源区域”。除非另有说明，否则术语“光”是指光谱的任何部分中的电磁能。因此，例如，光或光能包括电磁光谱的可见光、红外(IR)光、近红外(NIR)光和紫外线(UV) 部分。
无源区域108可以至少部分地围绕光敏部分104。无源区域108 (其可以不具有(或基本上不具有)光敏元件)可以包括用于操作光敏部分104的各种电路元件、导电迹线等。例如，如果光敏部分 104是CCD阵列，则无源区域108可以包括用于控制CCD元件的行和列的电路。光敏部分104和无源区域108中的每一个可以占据光子传感器芯片100的面积的任何部分。光敏部分104可以例如是具有或者具有任何纵横比(例如，宽度比高度)的矩形(或其他形状)。光子传感器芯片100的宽度110或长度112可以在约5毫米至约35 毫米的范围内，但是所要求保护的主题在这方面不受限制。在特定示例实现中，从光敏部分104的边缘到半导体衬底102的角部边缘的距离114-118可以在宽度110或长度112的约1％至约50％的范围内。如下所述，模表面120的一部分被示出为表示平面光子传感器芯片100的角部122可以被放置在模表面上，而光子传感器芯片的其他部分不与模表面接触。
半导体衬底102可以包括任何数量的元件，包括这些元件的组合，其中任何一个元件可以包括添加的杂质(例如，掺杂剂)。例如，半导体衬底102可以是硅或锗。在一些示例中，光子传感器芯片100的厚度可以在约5至10微米至约50微米的范围内。
平面的或弯曲的光子传感器芯片100可以被并入到光学系统中，该光学系统以特定方式向光子传感器芯片100提供光。例如，在一些实现中，透镜系统可被配置为具有与光子传感器芯片100的位置重合的焦平面。在特定实现中，透镜系统可以被配置为具有与光学传感器芯片100的弯曲版本的弯曲表面重合的焦表面。在其他实现中，透镜系统可以被配置为具有与光子传感器芯片100的焦距一致的焦距。光学系统的光学元件(例如，透镜和/或反射镜)可以至少部分地确定焦平面和焦距的位置。特别地，可以至少部分地基于光敏部分104的特定细节(例如，光敏部分104的尺寸、光敏部分104 的分辨率以及光敏部分104相对于光学系统的其余部分的定位)来设计向光敏部分104提供光的光学系统的部分。光学系统的性能至少部分地取决于光学系统的每个光学元件的设计以及光学系统的总体设计，光学系统的总体设计阐述了光学元件之间的光学相互作用。例如，一个透镜的光输出可以是随后透镜的光输入。通常，光学元件的质量及其相对于彼此的布置随着分辨率(例如，诸如对应于像素的CCD元件的感光元件106的密度)的增加而增加。例如，这种质量可以至少部分地基于单独的光学元件的参数，包括但不限于结构和光学像差、光传输或反射、光均匀性、定位等。
图2是示例光子传感器芯片200的截面图。光子传感器芯片200 可以与图1所示的光子传感器芯片100相同或类似。光子传感器芯片200包括半导体衬底202，衬底202上构建有源区域204。在一些实现中，衬底202可以具有从约5至10微米直至约50微米范围内的厚度206。
有源区域204包括一个或多个光敏元件，例如，图1所示的106。无源区域208可以至少部分地围绕有源区域204。无源区域208(可以不具有光敏元件)可以包括用于操作有源区域204的各种电路元件、导电迹线等。有源区域204和无源区域208中的每一个可以占据光子传感器芯片200的面积的任何部分。光子传感器芯片200可以被定位或布置为在有源区域204的至少一部分上接收光210。如下所述，模表面212的一部分被图示为表示平面光子传感器芯片200 的角部214可以被放置在模表面上，而光子传感器芯片的其他部分不与模表面接触。
图3和图4示出了放置在凹模的凹入表面上的诸如光子传感器芯片的半导体芯片的示例。本文所描述的实例涉及凹模，凹模具有可以具有球面、抛物线、非球面或具有一个或多个拐点的复合形状的形状，仅列举一些示例。图3是凹模302中的矩形半导体芯片300的俯视图，并且图4是根据各种示例的凹模402中圆形半导体芯片 400的俯视图。例如，凹模302和凹模402可以彼此相同或相似，而半导体芯片300和400的形状不同。
在图3中，凹模302包括凹入表面304，凹入表面304具有朝向凹入表面304的底部向下倾斜的表面(如图3中的箭头所示)。至少部分地由于在椭球或球形表面(例如，凹入表面304)中的平面矩形(例如，半导体芯片300)的几何形状，半导体芯片300的角部 306是半导体芯片300与凹入表面304的表面接触的仅有部分。
在图4中，凹模402包括凹入表面404，凹入表面404具有朝向凹入表面404的底部向下倾斜的表面(如图4中的箭头所示)。至少部分地由于在椭圆或球形表面(例如，凹入表面404)中的平面圆形(例如，半导体芯片400)的几何形状，作为半导体芯片400的周边的边缘406是半导体芯片400与凹入表面404的表面接触的仅有部分。
图5示出了以截面图示的示例光子传感器芯片502的示意表示 500。为了清楚起见，图6-图13通过示意表示500示出了诸如502 的光子传感器芯片。换言之，可以包括有源区域504和无源区域506 的光子传感器芯片502在图6-图13中被示出为粗线或曲线。还应注意，示意表示500可以表示若干类型的半导体芯片中的任何一个，并且不限于表示光子传感器芯片。
图6包括在凹模604的凹入表面602中的示例半导体芯片600 的截面图。例如，凹模604可以分别与图3和图4所示的凹模302 或402相同或相似。在阶段I中，半导体芯片600是平面的。半导体芯片600的边缘在接触区域608处与表面606接触。半导体芯片600 的剩余部分悬置在表面606上方。
在阶段II中，净力610被施加到半导体芯片600以便弯曲半导体芯片600。可以使用若干技术(其中一些在下面详细描述)中的任何技术来施加力610。半导体芯片600的边缘在接触区域608处保持与表面606接触，而半导体芯片600随着施加力610弯曲。
在阶段III中，净力610继续被施加到半导体芯片600，并且半导体芯片被进一步弯曲，直到其形状与凹模的表面606基本相同。半导体芯片600的边缘在接触区域608处保持与表面606接触，而半导体芯片600随着施加力610弯曲。当半导体芯片弯曲(例如，从阶段I到阶段iii)时，接触区域移动并增加面积。换言之，随着半导体芯片向下弯曲，其边缘沿表面606向下滑动，同时半导体芯片的越来越多的部分与表面606接触(因为半导体芯片越来越符合表面606的形状)。在具有圆形或椭圆形截面的凹模中的矩形半导体芯片的情况下，仅矩形半导体芯片的角部与表面606接触，直到弯曲的某一阶段，之后半导体芯片的所有边缘(角部之间)与表面 606接触。这是因为半导体芯片越来越符合表面606的形状。半导体芯片600的边缘的移动由位移612表示，位移612将阶段I中的边缘位置与阶段III中的边缘位置进行比较。
在一些实现中，粘合剂614可以位于半导体芯片600和表面606 之间，以保持半导体芯片600的弯曲形状，使得力610可以被中断。
区域616由虚线椭圆表示。该区域的特写细节如下所述。
图7是图6中引入的半导体芯片600的边缘或角部的区域616 的特写视图。根据若干示例，半导体芯片600的边缘或角部700与凹模604的表面606接触。如上所述，边缘700沿表面606向内和/ 或向下(如箭头702所示)滑动，而所施加的力使半导体芯片600 向下弯曲。所施加的力通过表面606导致半导体芯片600上的反作用力(未示出)，反作用力进而产生法向力704。部分地由半导体芯片600和表面606之间的摩擦系数导致的摩擦力706与法向力704 成比例。摩擦力706与边缘或角部700的滑动方向相反(例如，由箭头702表示)相切地作用。在一些实现中，伴随着增加的弯曲，半导体芯片600的越来越多的部分与表面606接触，并且摩擦力706 增加。
图8包括根据各种示例的半导体芯片800和凹模806的凹入表面804上的弹性薄膜802的截面图。例如，凹模806可以与图6所示的凹模604相同或类似。在图8中附加弹性薄膜802的情况下，图8的示例的至少一些细节与图6的那些细节相似或相同。如下面详细说明的，弹性薄膜802可以用于(i)在半导体芯片800上创建基本上均匀的压力，(ii)提供用于调节半导体芯片800和凹入表面 804的表面808之间的摩擦水平的技术，(iii)在弯曲期间为半导体芯片提供物理稳定性，以抵抗半导体芯片褶皱或弯曲的任何趋势，以及(iv)充当包含升高的压力(例如，如下所述，通过在相邻区域中创建真空，可以出现这样的升高的压力)的膜。弹性薄膜802可以包括若干类型的材料中的任一个，例如，双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET)、聚四氟乙稀和聚酰亚胺薄膜，仅举一些示例。在定性上，用于弹性薄膜802的候选材料可以是基本上弹性的，而不是过度强韧或过度弹性的，如果与某些特定粘合剂接触则不会粘合到半导体芯片，并且能够在升高的温度(可能在热固化处理中发生)下保持其性能。
在阶段I中，半导体芯片800是平面的。半导体芯片800的边缘在接触区域810处与表面808接触。半导体芯片800的剩余部分被悬置在表面808上方。弹性薄膜802可以部分地位于凹入表面804 外部且在凹模806的周边812上。在该配置中，弹性薄膜802可以充当膜，以包含大于弹性薄膜802和半导体芯片800之下的压力的弹性薄膜802上方的压力。在阶段II中示出了这种情况，其中弹性薄膜802上方的体积814中的压力大于弹性薄膜802和半导体芯片 800下方的体积816中的压力。这种压力差导致净压力和力818，净压力和力818将半导体芯片800推动并弯曲到凹模806的凹入表面 804中。在一些示例中，为了创建压力差，体积814可以包括环境压力，而体积816是至少部分真空。在各种实现中，例如，压力释放端口(未示出)可以被用于去除体积814和816中的升高的和/或减小的压力状态。
例如，可以包括热固性环氧树脂的粘合剂820可以被放置在表面808的至少一部分上。在一些实现中，贯穿阶段I和阶段II所示的挠曲和弯曲处理，半导体芯片800不接触粘合剂820，直到阶段III，当半导体芯片具有与凹模806的表面808基本相同的形状时。在此之后，半导体芯片800和表面808之间的空间足够小并且窄，使得粘合剂820可以依靠毛细作用沿该空间引流(例如，至少部分地由于粘合剂的毛细管作用)并且基本上覆盖半导体芯片800下方的表面808。基本上均匀的经引流的粘合剂820可以具有例如在约0.5微米至约1.0微米范围内的厚度。在一些实现中，半导体芯片800和/ 或表面808的表面可以具有特定的粗糙度或纹理，以在这些表面上达到期望量的粘合剂820的润湿度。
在粘合剂820与半导体芯片800和表面808两者接触之后，可以提高粘合剂(以及相邻的半导体芯片800和表面808)的温度来使粘合剂固化。可以维持体积814和816之间的压力差，直到粘合剂被固化。此时，半导体芯片800被粘附到模806的表面808。备选地，如果模包括基本上透明的材料，则可以使用诸如UV粘合剂的光固化粘合剂来粘附半导体芯片。
图9-图11示出了根据一些示例的对诸如光子传感器芯片100的半导体传感器芯片进行弯曲或成形的示例处理的各个部分。可以由任何实体手动地(例如，由人)、自动地(例如，通过机器)或其组合来执行这样的处理。例如可以是制造商、组装商、制造者或创建者的这样的实体在本文中被称为“制造者”。这样的处理可以包括批次处理，其中可以同时成形多个(例如，数十个、数百个或数千个)半导体传感器芯片。
图9是根据各种示例的包括凹模表面904的弯曲夹具中的半导体芯片900和弹性薄膜902的截面图。例如，凹模表面904可以与凹模806的表面808相同或类似，并且弹性薄膜902可以与图8所示的弹性薄膜802相同或类似。为了示例清楚，在图9中示出了半导体芯片900和薄膜902之间的细长间隙，但实际上并不存在这样的间隙。换言之，薄膜902和半导体芯片900彼此接触。
弯曲夹具可以包括上部部分906和下部部分908，下部部分包括凹模表面904。上部部分906和下部部分908被配置为在对半导体芯片900进行弯曲的处理期间接合在一起，并且可以通过销(未示出) 彼此机械地对准，销至少部分地控制由图9中的箭头所指示的垂直运动。以这种方式，例如，上部部分906的接口表面910和下部部分908的接口表面912可以接合(例如，夹持)在一起，形成体积 914。在一些示例中，在弯曲处理之后，在粘附到半导体芯片之后，下部部分908可以从弯曲夹具移除，以成为经成形(经弯曲)的半导体芯片的永久部分。
如下所述，当上部部分906和下部部分908被接合时，体积914 可被加压以具有大于周围区域的压力。
当弯曲夹具的上部部分906和下部部分908被分离，制造者可以将粘合剂放置在凹模表面904的至少一部分上，并将半导体芯片 900放置在由凹模表面904形成的凹部中。在半导体芯片为矩形的情况下，半导体芯片的角部是半导体芯片与凹模表面904物理接触的仅有部分。在半导体芯片为圆形的情况下，半导体芯片的边缘(例如，周边)是半导体芯片与凹模表面904物理接触的仅有部分。因此，半导体芯片900被悬置在凹模的凹入表面上方并基本上覆盖凹模的凹入表面，而半导体芯片的角部或边缘(一个或多个)被搁置在凹入表面上。此外，半导体芯片的角部或边缘(一个或多个)在凹模表面904上自由滑动。
制造者可以将弹性薄膜902放置在半导体芯片900上，以覆盖半导体芯片和接口表面912的至少一部分。弹性薄膜902的放置在弹性薄膜902(和半导体芯片900)与基本上闭合的凹模表面904之间创建体积。当弯曲夹具的上部部分906和下部部分908接合时，接口表面910和接口表面912夹持到弹性薄膜902的边缘区域918 上，导致流体密封(例如，用于流体、液体或气体)。
在一些示例中，弯曲夹具的下部部分908可以包括从下部部分 908可移除的凹模部分920。垂直虚线表示示例的接口表面，其中凹模部分920可以从下部部分908移除。在这种情况下，如下所述，通过在弯曲处理之后将半导体芯片和凹模部分粘合在一起，凹模部分920可以成为经成形的半导体芯片900的永久部分。
在图10中，制造者可以将弯曲夹具的上部部分906和下部部分 908接合在一起，紧紧地夹持弹性薄膜902的边缘区域918，并且形成密封件1002。因此，体积914和916可以被彼此独立地备加压(或被减压以形成至少部分真空)。制造者可以调节体积914和/或916 的压力，使得体积914的压力大于体积916的压力。这种压力差条件导致在薄膜902上(以及进而在半导体芯片900上)的基本上均匀的力1004。力1004将半导体芯片900向下弯曲到凹模中。(在各种实现中，例如，可以使用一个或多个压力释放端口(未示出)来去除体积914和916中的升高和/或减小的压力状态)。
在图11中，制造者保持导致力1004的压力差。因此，当力1004 继续被施加到半导体芯片900时，半导体芯片被弯曲，直到其形状与凹模表面904基本相同。半导体芯片的边缘900保持与凹模表面 904接触，而半导体芯片900在施加力1004时弯曲。当半导体芯片弯曲时，凹模表面904与半导体芯片900的边缘之间的接触区域移动并增加面积。换言之，随着半导体芯片向下弯曲，其边缘沿表面 904向下滑动，同时半导体芯片的渐增的部分与表面904接触(因为半导体芯片越来越符合表面904的形状)。随着半导体芯片被弯曲到凹模中，这种渐增的接触面积导致渐增的摩擦力。
在一些示例中，力1004将薄膜902推动抵靠在半导体芯片900，以将半导体芯片900挤压在薄膜902和表面904之间。除了半导体芯片900和表面904之间的摩擦力之外，薄膜902和半导体芯片900 之间的摩擦系数也导致摩擦力。当半导体芯片900在力1004的作用下弯曲时，半导体芯片存储机械能，导致可以在弯曲处理期间使半导体芯片断裂的应力。例如，在弯曲的半导体芯片的顶点处的张力可能最大。此外，弯曲可以导致径向和周向的压缩。张力和压缩对应于至少部分地确定半导体芯片是否断裂的应力。此外，这种应力的量和分布至少部分地由力1004在半导体芯片上、跨越半导体芯片的面积、以及在半导体芯片的边缘处施加的摩擦力来确定。至少部分地取决于半导体芯片的形状和特性、凹模的形状、以及半导体芯片的弯曲速率，可能需要特定范围的摩擦力来显著地减少或最小化在弯曲期间半导体芯片断裂的可能性。例如，这种特定范围的摩擦力可以在弯曲处理期间提供期望量的物理稳定性。缺乏物理稳定性可以例如导致半导体芯片的不期望的褶皱或屈曲。(矩形半导体芯片在被推入圆形模中时可能具有褶皱的倾向)。因此，制造者可以通过设计或选择用于薄膜902的特定材料(或通过向薄膜902施加表面处理)来先验地调整摩擦力的量。
在一些实现中，体积914中的升高的压力(相对于体积916的压力)推动薄膜902在半导体芯片900的边缘或角部处紧紧地抵靠表面904。薄膜902符合半导体芯片900的边缘或角部，从而形成“边缘一致”1100，其可以在弯曲处理期间为半导体芯片900提供位置稳定性。随着弯曲处理越来越多地使半导体芯片900弯曲，当边缘或角部在表面904上向下滑动时，边缘一致1100跟随半导体芯片的边缘或角部。
在一些实现中，力1004可以由不均匀的力的类型来代替，通过使用具有不均匀密度或弹性的成型工具(例如，印模)按压在芯片上而跨越半导体芯片900的面积施加不均匀的力。例如，可以通过具有特定形状、并且包括具有特定柔量/刚度的材料的成型工具来施加半导体芯片900上的压力，使得压力以有利地逐渐并受控的方式被施加在半导体芯片的面积之上。应用这种成型工具可以允许半导体芯片900经受与形成-成型处理对应的位移。具有比表面904的曲率半径更大的曲率半径的成型工具可以被推动到半导体芯片900上。成型工具的中心部分可以比成型工具的边缘更加柔软(例如，弹性)。当成型工具被推动抵靠(例如，被降低)到半导体芯片上时，这可能允许施加到半导体芯片900的相对较慢的压力累积。
图12和图13是根据各种示例的弯曲光子传感器芯片的截面图。在图12中，弯曲光子传感器芯片1202的光敏部分1200具有球面或非球面形状。这样的形状没有拐点。光敏部分1200是凹的。另一方面，如图13所示，弯曲光子传感器芯片1302的光敏部分1300具有包括一个或多个拐点的复杂形状。光敏部分1300的部分可以包括球面或非球面形状。这种复杂的形状在若干光学系统中可能是有用的。弯曲处理(例如，上述的弯曲处理)可以用于产生简单或复杂的形状(例如，光子传感器芯片1202和1302的形状)。
图14是根据各种示例的弯曲光子传感器芯片1400和衬底1402 的截面图。例如，在上述弯曲处理之后，光子传感器芯片1400可以与半导体芯片900相同或类似。在一些实现中，衬底1402可以与凹模部分920相同或类似，其从图9-图11所示的弯曲夹具的下部部分908移除。在其他实现中，衬底1402可以与弯曲夹具的下部部分908 相同或类似。
结合到衬底的弯曲光子传感器芯片的组合可以包括独立光学器件，该独立光学器件可以随后被并入到光学系统中。关于光子传感器芯片1400，示出了这种光学系统的光轴1404。光子传感器芯片 1400的焦距可以是光子传感器芯片1400被并入光学系统中的重要因素，该焦距至少部分地基于光子传感器芯片1400的弯曲形状。当光子传感器芯片1400的形状基本上是球面时，光子传感器芯片1400 的焦距可以至少近似等于光子传感器芯片1400的曲率半径R的倒数。如果光子传感器芯片1400具有非球面形状，则光子传感器芯片1400的曲率半径随者距离光轴1404的距离而变化。并入光子传感器芯片1400的光学系统可以被设计为适应这样的可变的曲率半径。
图15是根据各种示例的包括弯曲光子传感器模块1502和透镜组件1504的光学系统1500的截面图。特别地，光子传感器模块1502 包括弯曲的光子传感器芯片1506和衬底1508。弯曲的光子传感器芯片1506包括光敏部分1510。弯曲的光子传感器芯片1506和衬底1508 可以分别与图9所示的弯曲的半导体芯片900和下部部分908类似或相同。在一些实现中，衬底1508可以是足够刚性的，以保持弯曲的光子传感器芯片1506的弯曲形状。
弯曲的光子传感器芯片1506(或光敏部分1510)可以具有产生焦距的形状。当将光子传感器模块1502放置在光学系统1500中时，可以考虑这样的焦距。特别地，透镜组件1504可被设计为接收光 1512、在光上进行光学操作、并产生将图像聚焦到弯曲光子传感器芯片1506上的光输出1514，弯曲光子传感器芯片1506可以距离透镜组件1504距离1516。距离1516可以至少近似等于弯曲光子传感器芯片1506的焦距。在一些实现中，弯曲光子传感器芯片1506的焦距的倒数至少近似等于弯曲光子传感器芯片1506的曲率半径。透镜组件1504和光子传感器模块1502可以沿光轴1518对准。
图16是示出根据一些示例的用于对半导体芯片进行弯曲的处理 1600的流程图。例如，这种半导体芯片可以与图9所示的光子传感器芯片900相同或类似。处理1600可以与图9-图11所描述的处理的至少一部分类似或相同，并且可以由制造者执行。制造者可以提供在处理1600中使用的凹模(例如，或至少部分凹)。这种模可以包括凹入表面以及凹入表面的底部。例如，在模为球面且凹入表面具有半球形状的情况下，凹入表面的底部为半球的顶点。
在框1602处，制造者可以将基本上平面的半导体芯片放置在模的凹入表面中，使得半导体芯片的边缘基本上不受约束，并且在一些实现中，半导体芯片的边缘是半导体芯片与模物理接触的仅有部分。例如，在半导体芯片为矩形并且凹入表面具有圆形或椭圆形截面的情况下，半导体芯片的角部是半导体芯片与模物理接触的仅有部分。在半导体芯片为圆形并且凹入表面具有圆形截面的情况下，半导体芯片的边缘(例如，周边)是半导体芯片与模物理接触的仅有部分。在一些实现中，半导体芯片包括光子传感器芯片。
在框1604处，制造者可以通过在半导体芯片上、朝向凹入表面的底部施加力而使基本平面的半导体芯片弯曲形成凹形半导体芯片。在一些实现中，半导体芯片上的力基本均匀地施加在半导体芯片的面积上。在这种弯曲期间，半导体芯片的边缘相对于凹入表面移动或滑动。
示例项目
A.一种方法，包括：将基本平面的半导体芯片放置在模的凹入表面上，使得半导体芯片的角部或边缘基本上不被约束；以及通过在半导体芯片上、朝向凹入表面的底部施加力而使基本上平面的半导体芯片弯曲来形成凹形半导体芯片，其中在弯曲期间，半导体芯片的基本上不被约束的角部或边缘相对于凹入表面移动。
B.如段落A所记载的方法，还包括：在弯曲之前，放置弹性薄膜，以覆盖(i)基本上平面的半导体芯片以及(ii)模的凹入表面，其中弹性薄膜是基本上不渗透液体的。
C.如段落B所记载的方法，其中弯曲基本上平面的半导体芯片还包括：将弹性薄膜上方的体积的气体压力设定为大于弹性薄膜和基本上平面的半导体芯片下方的体积的气体压力。
D.如段落B所记载的方法，其中弹性薄膜包括双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET)。
E.如段落A所记载的方法，还包括：在弯曲基本上平面的半导体芯片之前，将粘合剂放置在凹入表面的底部上，其中半导体芯片不与粘合剂接触，直到半导体芯片具有的形状基本上对应于模的凹入表面的形状。
F.如段落A所记载的方法，其中半导体芯片包括光子传感器芯片。
G.如段落A所记载的方法，其中半导体芯片上的力在半导体芯片的面积上基本均匀。
H.如段落A所记载的方法，其中基本上平面的半导体芯片为矩形，并且模的凹入表面具有圆形或椭圆形截面。
I.如段落A所记载的方法，其中将基本平面的半导体芯片放置在模的凹入表面上还包括将基本平面的半导体芯片放置在模的凹入表面上，使得半导体芯片的角部或边缘是半导体芯片与模物理接触的仅有部分。
J.一种方法，包括：将弹性薄膜布置为与基本上平面的半导体芯片相邻；将弹性薄膜和基本上平面的半导体芯片放置在弯曲夹具中，以(i)在弹性薄膜和基本上平面的半导体芯片下方创建第一体积，以及(ii)在弹性薄膜和基本上平面的半导体芯片上方创建第二体积，其中第一体积包括凹表面；以及调节第一体积和/或第二体积的压力，使得第二体积的压力大于所述第一体积的压力，使得(i) 弹性薄膜和基本上平面的半导体芯片朝向凹表面弯曲，以产生弯曲的半导体芯片，以及(ii)弯曲的半导体芯片的边缘或角部相对于凹表面移动。
K.如段落J所记载的方法，其中弯曲的半导体芯片的边缘或角部抵抗摩擦力在凹表面的表面上滑动，摩擦力至少部分地基于由弹性薄膜施加在半导体芯片上的法向力。
L.如段落K所记载的方法，其中摩擦力还至少部分地基于第二体积的压力和第一体积的压力之间的差。
M.如段落K所记载的方法，其中随着弯曲的半导体芯片的较大部分接触凹表面的表面，摩擦力增加。
N.如段落J所记载的方法，还包括：将粘合剂放置在第一体积中，其中粘合剂包括不结合到弹性薄膜的材料。
O.如段落N所记载的方法，还包括：将粘合剂固化，以将弯曲半导体芯片结合到凹表面；以及从弯曲夹具移除结合到凹表面的弯曲半导体芯片。
P.一种组件，包括：在半导体芯片上的弹性薄膜，其中：
弹性薄膜和半导体芯片被布置在夹具中，以(i)在弹性薄膜和半导体芯片下方创建第一体积，并(ii)在弹性薄膜和半导体芯片之上创建第二体积，第一体积包括基本上凹的表面，半导体芯片的边缘或角部(i)是半导体芯片与基本上凹的表面接触的仅有部分，并且(ii)与基本上凹的表面可滑动接触，并且第二体积被配置为具有大于第一体积的压力的压力，使得响应于第二体积的压力大于第一体积的压力，弹性薄膜和半导体芯片朝向基本上凹的表面折曲。
Q.如段落P所记载的组件，其中半导体芯片的边缘或角部利用预定的摩擦力可滑动地定位在基本上凹的表面和弹性薄膜之间。
R.如段落P所记载的组件，其中弹性薄膜包括压力袋装薄膜。
S.如段落P所记载的组件，其中半导体芯片包括光子传感器芯片。
T.如段落P所记载的组件，其中半导体芯片是矩形的，并且第一体积具有圆形或椭圆形截面。
结论
虽然已经以结构特征和/或方法动作特有的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题不一定限于所描述的具体特征或动作。相反，具体特征和步骤被公开为实现权利要求的示例形式。
上述所有方法和处理可以通过由一个或多个通用计算机或处理器执行的软件代码模块来实现并完全自动化。代码模块可以被存储在任何类型的计算机可读介质、计算机存储介质或其他计算机存储设备中。一些方法或所有方法可以备选地体现在专用计算机硬件(例如，量子计算机或量子退火炉)中。
除非另有特别说明，否则诸如除了其他之外的“可以”或“可能”的条件语言在上下文中被理解以表示某些示例包括(而其他示例不包括)某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在以任何方式暗示某些特征、元素和/或步骤对于一个或多个示例是必需的、或者一个或多个示例必然包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定的逻辑、在任何具体示例中是否包括某些特征、元素和/或步骤或将在任何具体示例中执行某些特征、元素和/或步骤。
除非另有说明，否则诸如短语“X、Y或Z中的至少一个”的连接语言应被理解为表示项、术语等可以是X、Y或Z、或其组合。
在本文中所描述的和/或附图中所描绘的流程图中的任何例程描述、元件或块应当被理解为潜在地表示包括用于实现例程中的特定逻辑功能或元素的一个或多个可执行指令的模块、段或代码部分。备选实现被包括在本文所描述的示例的范围内，其中元素或功能可以被删除、或者以与所示出或所讨论的顺序不同的顺序(包括基本上同步或以相反的顺序，如本领域技术人员所理解的，这取决于所涉及的功能)来执行。
应当强调，可以对上述示例进行许多变化和修改，其中的元素将被理解为在其他可接受的示例之中。所有这些修改和变化旨在被包括在本公开的范围内并由所附权利要求保护。

Claims (15)

1.一种弯曲半导体芯片的方法，包括：
将平面的半导体芯片直接放置在模的凹入表面上，使得所述半导体芯片的角部或边缘接触所述模，并且不被约束；
在将平面的半导体芯片直接放置在模的凹入表面上之后，将非接合的弹性薄膜放置在(i)所述平面的半导体芯片和(ii)所述模的所述凹入表面的顶上，使得所述非接合的弹性薄膜接触所述模，其中所述非接合的弹性薄膜是不渗透液体的；以及
在放置所述非接合的弹性薄膜之后，通过在所述半导体芯片上、朝向所述凹入表面的底部施加力，弯曲所述平面的半导体芯片，以形成凹形半导体芯片，其中在所述弯曲期间，所述半导体芯片的不被约束的角部或边缘相对于所述凹入表面移动。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述非接合的弹性薄膜延伸到所述平面的半导体芯片的角部或边缘之外。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述平面的半导体芯片弯曲还包括：
将所述非接合的弹性薄膜上方的体积的气体压力设定为大于所述非接合的弹性薄膜和所述平面的半导体芯片下方的体积的气体压力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述非接合的弹性薄膜包括双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET)。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在将所述平面的半导体芯片弯曲之前，将粘合剂放置在所述凹入表面的所述底部上，其中所述半导体芯片不与所述粘合剂接触，直到所述半导体芯片具有的形状与所述模的所述凹入表面的形状对应。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体芯片包括光子传感器芯片。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述半导体芯片的所述力跨半导体芯片的表面是均匀的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述平面的半导体芯片是矩形的，并且所述模的所述凹入表面具有圆形或椭圆形的截面。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述平面的半导体芯片放置在所述模的所述凹入表面上还包括：将所述平面的半导体芯片放置在所述模的所述凹入表面上，使得所述半导体芯片的角部或边缘是所述半导体芯片与所述模物理接触的仅有部分。
10.一种弯曲半导体芯片的方法，包括：
将非接合的弹性薄膜布置为与平面的半导体芯片相邻；
将所述非接合的弹性薄膜和所述平面的半导体芯片直接放置在弯曲夹具中的凹入表面上，使得所述非接合的弹性薄膜接触所述弯曲夹具，并且(i)在所述非接合的弹性薄膜和所述平面的半导体芯片下方创建第一区域，并且(ii)在所述非接合的弹性薄膜和所述平面的半导体芯片上方创建第二区域，其中所述第一区域包括凹表面；以及
调节所述第一区域和/或所述第二区域的压力，以便所述第二区域的压力大于所述第一区域的压力，使得(i)所述非接合的弹性薄膜和所述平面的半导体芯片朝向所述凹表面弯曲，以产生曲面的半导体芯片，并且(ii)半导体芯片的边缘或角部相对于所述凹表面移动。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述半导体芯片的所述边缘或所述角部抵抗摩擦力在所述凹表面上滑动，所述摩擦力至少部分地基于由所述非接合的弹性薄膜施加在弯曲的半导体芯片上的法向力。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述摩擦力还至少部分地基于所述第二区域的所述压力和所述第一区域的所述压力之间的差。
13.根据权利要求11所述的方法，其中当所述半导体芯片的较大部分接触所述凹表面时，所述摩擦力增加。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：
将粘合剂放置在所述第一区域中，其中所述粘合剂包括不结合到所述非接合的弹性薄膜的材料。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
将所述粘合剂固化，以将所述曲面的半导体芯片结合到所述凹表面；以及
从所述弯曲夹具移除与所述凹表面结合的所述曲面的半导体芯片。
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