JP5378011B2 - 少なくとも２つの超小型電子チップのアセンブリを作製する方法および装置 - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも２つの超小型電子チップ（microelectronic chips）のアセンブリを作製する方法および装置に関する。
現在、超小型電子チップを別の超小型電子チップに機械的および電気的に接続する多くの技術が存在する。従来の技術は、別の超小型電子チップが基板の上に形成され、切断により分解された段階で、チップ間の機械的に強固な接続を作製するものである。保護コーティングが形成される前に、チップは強固な支持材に固定され、電気的に接続される。強固な支持材に接続することからなるこの第１の手法は、チップの接続が非常に複雑なときに従来から用いられている。しかしながら、この手法は、強固な機械的な支持材を用いるという大きな欠点があり、この欠点は特に、柔軟な構造体への集積に適さないということである。
特許文献１に開示されている第２の手法は、１組のファイバまたはスレッド部材（thread elements）上にチップを集積してデバイスを形成するものである。このファイバ中にチップを集積することはコーティングによって実現される。他方のチップは、コーティングされること、またはファイバそのものに集積されることも可能な導電性フィラメントを用いて、一方のチップに接続される。しかしながら、特許文献１には、異なるチップ間で導電性材料のフィラメントの固定とファイバのコーティングをどうやって行うのかについては開示されていない。
ＷＯ−Ａ−０２／０８４６１７
本発明の目的は、高い生産率で超小型電子チップのアセンブリを作製する方法を提供することである。
本発明によれば、上記課題は添付の特許請求の範囲、特に以下の事実により解決される。この事実とは、複数のチップがウエハ上に形成され、各チップは側面によって結合された２つの平行な主面を有し、少なくとも１つの側面は少なくとも１つの溝を有し、本方法は以下の一連のステップを備える。
・前記ウエハをフレキシブルフィルムに貼り付けるステップと、
・前記チップを切断するステップと、
・前記溝にアクセス可能とするために、少なくとも１つのチップの少なくとも１つの溝の近くのフレキシブルフィルムを変形するステップと、
・挿入エリアに配置された前記チップの前記溝にスレッド部材を埋め込むステップと、
・除去エリアのフレキシブルフィルムからチップを除去するステップ。
本発明の発展例によると、入力エリアの下流側（downline side）に位置するフィルムの変形は、入口または出口で前記溝の近くの前記フレキシブルフィルムを傾けることにより実現される
フィルムの変形は、少なくとも入力エリアのフィルムが伸びるよう引っ張ることによって圧力を加えることにより実現されてもよい。
また本発明は、少なくとも２つの超小型電子チップのアセンブリを作製する装置にも関連している。すなわち、前記チップはウエハ上に形成され、各チップは側面によって結合された２つの平行な主面を有し、少なくとも１つの側面は少なくとも１つの溝を有し、本装置は、
・ウエハをフレキシブルフィルムに貼り付ける手段と、
・チップを切断する手段と、
・前記溝にアクセス可能とするために、少なくとも１つのチップの少なくとも１つの溝の近くのフレキシブルフィルムを変形する手段と、
・挿入エリアに配置された前記チップの前記溝にスレッド部材を埋め込む手段と、
・除去エリアのフレキシブルフィルムからチップを除去する手段と、を備える。
他の利点および特徴は、本発明の特有な実施形態についての以下の説明により、さらに明らかにされる。本発明の特有な実施形態は、例示であって本発明を限定するものではなく、添付図面を用いて示される。
本発明によるデイジーチェーンを形成するのに使用可能なチップの２つの択一的な実施形態を示す図。 本発明によるデイジーチェーンを形成するのに使用可能なチップの２つの択一的な実施形態を示す図。 本発明によるデイジーチェーンを形成するのに使用可能なチップの２つの択一的な実施形態を示す図。 本発明によるデイジーチェーンを形成するのに使用可能なチップの２つの択一的な実施形態を示す図。 本発明によるデイジーチェーンを形成するのに使用可能なチップの２つの択一的な実施形態を示す図。 本発明によるデイジーチェーンを形成するのに使用可能なチップの２つの択一的な実施形態を示す図。 本発明によるチップのデイジーチェーンを形成する別の工程を示す図。 本発明によるチップのデイジーチェーンを形成する別の工程を示す図。 アセンブリ方法の第１の実施形態の他の変形例を示す図。 アセンブリ方法の第１の実施形態の他の変形例を示す図。 アセンブリ方法の第１の実施形態の他の変形例を示す図。 アセンブリ方法の第２の実施形態の２つの変形例を示す図。 アセンブリ方法の第２の実施形態の２つの変形例を示す図。
本発明では、２００６年８月２９日に出願されたフランス特許出願ｎ°０６０７５８８に基づく優先権を主張した国際特許出願ＰＣＴ／ＦＲ２００７／００１０３４に記載されたタイプの超小型電子チップを用いる。これらのチップはデイジーチェーン形のアセンブリを構成するために用いられる。図１に示すように、超小型電子チップは少なくとも１つの超小型電子部品４を備えている。超小型電子チップは、チップの境界を形成する側面２によって接続される２つの平行な主面１ａ，１ｂを備えている。側面２の数は様々であり、主面１ａ，１ｂの輪郭の形状に依存する。側面のうち少なくとも１つは少なくとも１つの溝３を備えており、好ましくは、溝３は主面１ａ，１ｂと平行である。この溝はスレッド状の部材を挿入できるような寸法である。
図２に示すように、チップ７は２つの向かい合う側面にそれぞれ形成された２つの溝３を備えていてもよい。それぞれの溝はスレッド状の部材を挿入可能である。
図１および図２に示すチップは、スペーサ５によって結合された２つの超小型電子部品４を組み合わせた形態でもよいし、または、１つの超小型電子部品４と対向基板（counterplate）を組み合わせた形態であってもよい。スペーサの幅はチップの幅より小さく、スペーサ５の脇に１つの溝３（図１）または２つの溝２（図２）を形成できる。
それぞれのチップのそれぞれの溝は傾斜していてもよく、スレッド部材の軸は、一旦スレッド部材が溝に埋め込まれると、主面に対してほぼ平行に配置される。
スレッド部材の埋め込みは力ずくで行われて、部材は所定の位置に機械的に保持される。または、スレッド部材の埋め込みは簡単な挿入によって行われ、その後、スレッド部材を溝に挿着することにより固定が行われてもよい。
図３および図４に示すチップの別の実施形態によると、チップ７の溝はスレッド部材１７が挿入されるとき、可撓性を持たせて変形可能としてもよい。この場合、可撓性の変形が元に戻ることにより、溝はスレッド部材１７を締め付け、スレッド部材１７はチップの溝３に埋め込まれる。好ましくは、溝３はスレッド部材の挿入を容易にするために長手方向の２つの端に凸部１８を備えており、スレッド部材がずれないようにしている。
好ましくは、スレッド部材はスレッドベアリング針９によってチップ７の溝に挿入される。スレッドベアリング針９は、スレッド部材１７を溝に導き、および／または、スレッド部材１７に圧力を加えて溝３へ挿入させる。スレッド部材の埋め込みには所定の空間が必要であり、スレッド部材を挿入するためのスレッドベアリング針または他の装置を通過させるのに十分な大きさの溝にアクセスできるようにする必要がある。
スレッド部材は、はんだ付け、挿着、ポリマーの堆積によってチップ７の溝に埋め込まれてもよい。チップ７の上面図に対応する図５に示す例では、スレッド部材はスレッドベアリング針９によって溝３に挿入され、注入器１９はスレッド部材１７を溝に密封するために、接着剤若しくはポリマーを溝に堆積する。
チップの溝は導電性で、チップに電源を供給することができてもよいし、スレッド部材自身が導電性であり、スレッド部材と溝とが電気的に接触しているときは、チップの溝はデータバスとしての役割を果たしてもよい。例示のために、図６では、溝３の少なくとも一部または全体に亘って延在される少なくとも１つの電気接続パッド２０（つまり突起物）を有する溝を備えたチップを図示している。これにより、スレッド部材１７はパッド２０と電気的に接続されうる。
パッドとスレッド部材との接続を最適化するために、スレッド部材は電気分解されるか、または、導電性の接着剤またはポリマーで密封されていてもよい。
別の実施形態（不図示）では、スレッド部材の一部が溝に挿入され、２つの隣接するチップのみを接続し、別のチップとの接続は別のスレッド部材によって行われても良い。
図７に示すように、上述した超小型電子チップ７はシリコンウエハ６上に並んで形成される。チップのデイジーチェーンを形成するために、上述した少なくとも２つの超小型電子チップのアセンブリを製造する方法は、図７〜図１３に示すように、以下の一連の工程を備える。すなわち、
・チップ７が形成されたシリコンウエハ６がフレキシブルフィルム８の上に取り付けられる。フィルムには、チップがウエハ上に形成される前に取り付けられてもよいし、または、チップが形成された後に取り付けられてもよい。
・チップは、好ましくは、初めはウエハ６の上にマトリクス状に形成されており、切断される。しかし、チップが貼り付けられたフレキシブルフィルム８によって、チップは他のチップに機械的に取り付けられたままである。この切断は、例えば切断器（sawing）やプラズマエッチング等、どのような好適な手法を用いて行われてもよい。
・少なくとも１つのチップの少なくとも１つの溝３の近くのフレキシブルフィルム８が変形して、溝３にアクセス可能となる。
・挿入エリア１２に配置された前記チップの前記溝３に、少なくとも１つのスレッド部材１７を埋め込む。
・除去エリア１３のフレキシブルフィルム８からチップを除去する（つまり、チップを取り外す）。
最後の３つの工程は、デイジーチェーンが所望の長さになるまで繰り返されてもよい。
発展例では、挿入および除去エリアは同一である。
フレキシブルフィルムはポリマーのフィルムであってもよい。
図９〜図１１に示す１つの実施形態によると、変形とは挿入エリア１２のレベルでフレキシブルフィルムを傾けて、溝にアクセスできるようにすることである。入力エリア１０より下流側のフレキシブルフィルムの変形は、溝の近くのフレキシブルフィルム８を傾けることにより行われる。
図９に示す別の実施形態では、各チップは矢印Ｆ１で示すフレキシブルフィルム８の移動方向の下流側に配置された溝３を備えている。スレッド部材が２つの隣接した溝に挿入できるように、溝３のレベルでフレキシブルフィルムが傾くことで変形が生じ、挿入エリア１２からの出口におけるフレキシブルフィルムの傾きによって第１のチップが振れ、それによって、挿入エリア１２に置かれた第２のチップ７の溝と自由にアクセス可能になる。挿入エリア１２からの出口においてフィルム８の傾きによって形成された折れ部に位置する挿入エリア１２のレベルで、スレッド部材１７は溝３に挿入される。一旦スレッド部材１７が挿入されると、フレキシブルフィルム８は前進し、挿入エリア１２に位置するチップは除去エリアへ移動し、次のチップを挿入エリア１２に移動すること等を行う。図９に示す特有な本実施形態では、挿入エリア１２からの出口において、フィルム８はチップの移動方向に対して、９０度より若干大きい角度を形成する。
図１０に示す別の実施形態では、各チップは、フレキシブルフィルムの移動方向（矢印Ｆ１で示す）の上流側（upline side）に溝を備えている。本実施形態では、挿入エリア１２は入力エリア１０に対して傾いている。フレキシブルフィルムは挿入エリア１２の入口で傾く。その結果、スレッド部材が挿入されることになるチップ７は、挿入エリアに向かって振れて、溝３を開放し、スレッド部材１７の挿入が可能になる。そして、フレキシブルフィルム８は前進して次のチップを挿入エリア１２に移動させ、スレッド部材が挿入されたチップは、新しいチップが挿入エリア１２に移動してくる前に、除去エリア（不図示）へ移動されるか、または、挿入エリア１２の段階で取り外される。
図１１に示す別の実施形態では、各チップは２つの向かい合う側面に２つの溝を備えている。フレキシブルフィルム８の移動方向の上流側に１つの溝が、下流側に２つめの溝がある。本実施形態では、挿入エリア１２は入力エリア１０に対して傾いている。その結果、２つのスレッド部材が挿入されることになるチップ７は、挿入エリア１２で振れて、２つの溝３を開放し、スレッド部材を２つの溝に挿入することが可能になる。そして、フレキシブルフィルム８は挿入エリア１２への入口で傾く。チップが挿入エリア１２に運ばれる前に、好ましくは前のチップは、チップの移動方向の下流側に設けられた溝を自由にするよう取り外される。チップは挿入エリア１２で取り外されてもよい（この場合、挿入エリア１２と除去エリアとは同一である）。次のチップが、チップの移動方向の下流側に設けられた溝を自由にするために挿入エリア１２に到達したとき、挿入エリア１２に位置するチップは、下流側にある除去エリアへ移動されてもよい。
チップのアセンブリ速度を向上するために、本実施形態は、単一チップだけでなくチップ列にも適用可能である。ここで、各チップ列はあるエリアから他のエリアへ次々に移動する。チップ列の使用は、全ての実施形態に適用可能である。
図１２および図１３に示す第２の実施形態では、引っ張ってフレキシブルフィルム８にストレスを加えることにより、フレキシブルフィルム８の変形はなされる。その結果、少なくともフレキシブルフィルム８は入力エリア１０で引き伸ばされる。フレキシブルフィルム８が入力エリア１０を通過するときに、一旦フレキシブルフィルム８が引き伸ばされると（図７の矢印の方向）、挿入エリア１２のレベルにある２つの隣接するチップの間隔は十分であり、スレッド部材および／またはスレッドベアリング針９が通過できる。このように、変形エリアは、チップの挿入エリア１２から入力エリア１０までに対応している。
フレキシブルフィルム８は、所定の温度下では数十パーセント引き伸ばすことができるポリマーのフィルムであってもよい。ポリマーのフィルムは引っ張られてストレスを加えられ、および／または、引き伸ばしが可能な温度まで加熱される。チップが切断された後、このようなフィルムはチップ間に数ミリメートルの間隔を空けることができる。例えば、ストレスを加えられたフィルムは加熱プレート１１まで移動され、好ましくは８０度〜１５０度の間の温度において、所定の温度で加えられたストレスにより、チップは溝のレベルにおいて他のチップから間隔を空けることができる。この間隔は、少なくとも１つのスレッドベアリング針９がスレッド部材１７を溝へ挿入することを手助けする際に、溝にアクセスしやすくする。
図１２に示すように、ウエハに貼り付けられたフレキシブルフィルム８は、切断された複数のチップ７を載置しており、このフレキシブルフィルム８は、作製チェーンを構成する少なくとも２つの異なるエリアを連続的に通過する。これにより、デイジーチェーンの作製効率の速度向上が可能となる。このようにフレキシブルフィルムは、初めに加熱プレート１１を備える入力エリア１０に移動される。このプレート１１は、必要なら、フィルム８を引き伸ばし可能な温度まで加熱し、チップ間の間隔を作る。フィルムが入力エリア１０に移動するにつれて、この間隔が大きくなる（例えば、ＡからＡ’）。そして、フィルム８は溝へスレッド１７が挿入される挿入エリア１２へ移動され、最終的には、除去エリア（不図示）へ移動されデイジーチェーンを形成しているチップ７は取り除かれる。除去エリアは挿入エリアと同じでよい。
図１３に示す別の実施形態では、挿入エリア１２はベアリング面１４を備えている。引き伸ばしがスレッドベアリング針９を通過させるのに十分でない場合、スレッドベアリング針９の通過を容易するために、この面１４は加熱プレート１１と同じ面ではないことが望ましい。加熱プレート１１と面１４によって形成される各面の交差部分は、凹角を形成する。この角度は厳密に１８０度より大きく、かつ、厳密に３６０度より小さいことが好ましい。この構成により、スレッドベアリング針９の移動およびスレッド１７の各チップの溝への挿入が容易になる。
この第２の実施形態およびその変形例によると、基本の工程のそれぞれにおいて同時に１つのチップを加えるのではなく、チップ列を加えることで、デイジーチェーンの作製速度を向上できる。このために、ウエハは、実質的に互いに平行な複数のチップ列を備え、各チップ列は次々に入力エリア１０から挿入エリア１２へ、そして除去エリア１３へと通過する。除去エリア１３でチップを取り外すためには、デイジーチェーンを簡単に引っ張れば十分である。
別の実施形態に適用可能な発展例によると、各チップ７または各チップ列の除去は、除去エリア１３（図１３）において器具１５を用いることでより良くなる。器具１５は、チップ７またはチップ列とフィルム８との接触面を減らすことができる。この器具１５は、各チップの中心エリアに圧力を加える刃または先が尖った形であり、一方、フィルム移動手段によりフィルム８は移動する。例示のために図１３では、フィルム８が押厚するローラ１６は除去エリア１３からの出口に配置されて、器具１５はフィルムに貼り付けられたチップの面を減らすことで、容易にチップを除去できる。
フィルム移動手段は、引っ張ることでフィルムにストレスを加えることができるが、図１３に示す第２の実施形態の認識によると、引っ張る力は入力エリア１０、挿入エリア１２および除去エリア１３において実質的には一定である。フィルムが加熱プレート１１上を通過するとき、または、フィルムが単に引っ張る力によって引き伸ばされるとき、この引っ張る力により、間隔ＡそしてＡ’が入力エリア１０で得られる。
取り除かれた後、デイジーチェーンの自由な部分（free part）は、スレッドとチップとの接続を強化するために例えば電気分解を行ったり、または、接着剤やポリマー等を用いたコーティングを行う等の種々の処理動作が可能な経路に導くことができる。
チップを接続してデイジーチェーンを形成する各スレッド部材１７の直径は数マイクロメータであり、好ましくは１０μｍ〜３００μｍで、チップの溝の直径と適合している。スレッド部材１７は金属で、好ましくは、Ａｇ，Ａｕ等の種属の少なくとも一つの金属導体で形成される。また、好ましくは、スレッド部材は、少なくとも１つが導電性のいくつかのスレッド部材から形成される繊維（strand）であってもよい。チップの溝は電気的な接続端子やデータバス等としての役割も果たし得る。
さらに、一旦チップがデイジーチェーン型に組み立てられた後、可能な接続部の数を増やすため、または、機械的強度を向上するため、チップは接続エリアをチップの上面および／または下面に設けてもよい。
スレッド部材は機械的強度に関与するポリマーからなる絶縁性のスレッドでもよいし、導電性の材料でコーティングされた織物繊維でもよい。
スレッド部材は空洞でもよく、好ましくは、液状またはガス状の流体がスレッドの内径によって形成されたチャネルを流れることができる。チャネルを流れる流体は、例えば、デイジーチェーンを形成するチップを冷却することができる。冷却システムを用いることで、より高周波数で動作する複雑なチップをデイジーチェーンに集積することができる。
特に上述した方法によって得られた超小型電子チップのデイジーチェーンは、正確に共通な機能または特定の機能を実行する複数のチップを繊維製品に結びつけることができる。チップはＲＦＩＤ型でもよく、チップを接続する金属のスレッドは、特に電源を供給するアンテナとしての役割を果たすことができる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。特に、異なる基板に由来する異なる種類のチップを接続しても良い。
製造装置は、ウエハ上に作製された少なくとも２つの超小型電子チップのアセンブリの製造を可能にする。各チップ７は側面２によって結合された２つの平行な主面１ａ，１ｂを有する。側面２のうち少なくとも１つは少なくとも１つの溝３を有し、装置は、
・ウエハ６をフレキシブルフィルム８に貼り付ける手段と、
・チップ７を切断する手段と、
・溝をアクセス可能とするために、少なくとも１つのチップの少なくとも１つの溝の近くのフレキシブルフィルムを変形させる手段と、
・前記チップの前記溝３にスレッド部材１７を挿入する手段と、
・除去エリアのフレキシブルフィルムからチップを除去する手段と、
を備え、前記スレッド部材はチップに埋め込まれている。

Claims (12)

  1. 少なくとも２つの超小型電子チップのアセンブリを作製する方法であって、
    前記チップはウエハ（６）上に形成され、各チップ（７）は側面（２）によって結合された２つの平行な主面（１ａ，１ｂ）を有し、少なくとも１つの前記側面（２）は少なくとも１つの溝（３）を有し、
    前記ウエハ（６）をフレキシブルフィルム（８）に貼り付けるステップと、
    前記チップ（７）を切断するステップと、
    前記溝（３）にアクセス可能とするために、少なくとも１つのチップの少なくとも１つの溝の近くの前記フレキシブルフィルムを変形するステップと、
    挿入エリア（１２）に配置された前記チップの前記溝（３）にスレッド部材（１７）を埋め込むステップと、
    除去エリア（１３）の前記フレキシブルフィルムから前記チップを除去するステップと、を備えることを特徴とする方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    入力エリア（１０）の下流側に位置する前記フレキシブルフィルム（８）の変形は、前記溝の近くの前記フレキシブルフィルムを傾けることによりなされることを特徴とする方法。
  3. 請求項２に記載の方法であって、
    前記フィルム（８）は前記挿入エリア（１２）への入口で傾けられることを特徴とする方法。
  4. 請求項２または３に記載の方法であって、
    前記フレキシブルフィルム（８）は前記挿入エリア（１２）からの出口で傾けられることを特徴とする方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、
    前記フィルム（８）の変形は、引っ張って圧力を加え、少なくとも入力エリア（１０）の前記フィルム（８）を引き伸ばすことによりなされることを特徴とする方法。
  6. 請求項５に記載の方法であって、
    前記入力エリア（１０）は加熱プレート（１１）に備えられていることを特徴とする方法。
  7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の方法であって、
    前記挿入エリア（１２）と前記除去エリア（１３）とは同一であることを特徴とする方法。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の方法であって、
    前記フレキシブルフィルムはポリマーのフィルムであることを特徴とする方法。
  9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の方法であって、
    各チップ（７）は、それぞれ２つの向かい合う側面（２）に形成された２つの溝（３）を備え、
    ２つの近接するチップは２つのスレッドによって接続され、
    前記スレッドはスレッドベアリング針（９）によって溝（３）に挿入されることを特徴とする方法。
  10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の方法であって、
    ウエハは複数のチップ列によって形成され、各列は１つのエリアから他のエリアまで連続して通過することを特徴とする方法。
  11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法であって、
    前記除去エリア（１３）は刃または少なくとも先が尖った形の除去器具（１５）を備えることを特徴とする方法。
  12. 少なくとも２つの超小型電子チップのアセンブリを作製する装置であって、
    前記チップはウエハ（６）上に形成され、各チップ（７）は側面（２）によって結合された２つの平行な主面（１ａ，１ｂ）を有し、少なくとも１つの前記側面（２）は少なくとも１つの溝（３）を有し、
    前記ウエハ（６）をフレキシブルフィルム（８）に貼り付ける手段と、
    前記チップ（７）を切断する手段と、
    前記溝にアクセス可能とするために、少なくとも１つのチップの少なくとも１つの溝の近くの前記フレキシブルフィルムを変形する手段と、
    挿入エリア（１２）に配置された前記チップの前記溝（３）にスレッド部材（１７）を埋め込む手段と、
    除去エリアの前記フレキシブルフィルムから前記チップを除去する手段と、を備えることを特徴とする装置。
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