CN101802848A - 集成电子器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集成电子器件及其制造方法。所述集成电子器件可以包括一个电子组装件，诸如一个有源RFID组装件，其电联接到一个薄的印刷的柔性电化学电池单元。在一个实施例中，所述电子组装件和所述电化学电池被设在单个衬底上。在一个示例性制造方法中，在印刷机上制造整个电池单元，以将所述电池与所述电子组装件直接集成在一起。

Description

集成电子器件及其制造方法
相关申请的交叉参引
本申请要求享有提交于2007年7月18日的美国临时申请60/950,401号的权益，该美国临时申请以引用方式全部纳入本文。
背景技术
在过去的一两百年里，科学家已经在为各种应用制造碳/锌便携电源。在便携电源的早期，这些电源相对于现今的标准来说非常大型。例如，由Eveready制造的非常流行的″Ignitor Cell″为大约3英寸直径且大约9英寸高，并被用于许多应用——诸如收音机、蜂鸣器、圣诞照明等。这些大型电池单元以及某些较小的版本——诸如著名的Eveready#6(大约2英寸直径×6英寸高)和现今最小的单位电池单元(unit cell)#950(D尺寸)——通常被制成在某些应用中具有超过40伏特电压的电池组(battery pack)。它们与现今用于照明设备、收音机和汽车点火系统的汽车电池相比，尺寸相近甚至更大。在二十世纪中期，随着先进电子器件——诸如晶体管——的出现，对于便携电源的电学要求急剧降低。从而，电池单元的尺寸也可以被减小到包括C、AA和AAA甚至小型纽扣式电池单元(cell)。这种电源减小趋势一直延续到二十一世纪，在此之际，应用(诸如智能标签、智能信用卡、传感器、数据记录器)、新型设备(诸如贺卡和徽章)等如今都要求最大几毫安的电流，而许多应用要求在大约1.5至3.0伏特下小至几毫安的电流。这些应用也要求电源扁平且非常薄，以维持它们的低矮侧面和便携性。
在过去二十五年间，众多科学家和公司尝试了用于制造薄的、扁平的电池单元和电池(battery)的各种方法。其中包括由宝丽来(Polaroid)开发的著名的即显胶片(instant film)电池组。这种电池组被用在每包宝丽来即显胶片中。这允许宝丽来每当用户在照相机中放置一个新的胶卷时就更换一个新的电池。这种具有多层和金属箔层压板包装的高成本电池是例如能够点亮闪光灯泡和驱动发动机的高电压、高电流电池，而不是所需的新型低成本薄电池的现实竞争对手。除宝丽来之外，其他公司也已经尝试开发各种电化学系统中的薄电池。
提交于2005年4月20日的共同未决的美国申请11/110,202号以及提交于2006年3月17日的共同未决的美国申请11/378,520号讨论了扁平电池单元和电池的新的设计和制造方法，这两个美国申请以引用方式纳入本文。
随着对低成本、低容量的扁平薄电池单元的市场需求的增长，生产多用途且量产廉价的、薄的、扁平的可印刷柔性电池单元是有利的。可印刷的、用后即可丢弃的薄电池单元——其适于低功率和高产量的应用——将是有用的，尤其是，若它们提供适宜的电压、足够的容量和低成本的解决方案。常规的低矮侧面电池通常几乎没有这些属性。
此外，近年来，对于各种电子器件——诸如有源(active)RFID标签、带有RFID标签的传感器、传递离子电泳或其他电功能的皮肤贴片(skin patch)——的需求一直在增长。因此，用于允许制造商对想要的电子部件电路的印刷进行集成、同时将部件(component)匹配到电池以为部件供电的方法将是有用的。例如，将电子器件及其电源施加到单个衬底将是有利的。也就是说，电子器件及其电源可以共享单个衬底，以简化制造工艺，从而降低成本、提高效率并增强规模经济。
因此，将电池单元和/或电池的印刷和组装与电子器件(诸如RFID器件、皮肤贴片电极等)的印刷集成到一起，对于如此增强规模经济也将是有用的。此外，制造集成器件的方法将有助于减弱或消除与这些应用相关的电池单元/电池组装昂贵的问题。
发明内容
提供了本发明的多个实施方案，包括但不限于一种电子器件，其包括一个电子设备，该电子设备包括：一个基衬底(base substrate)，其具有一个第一侧和一个第二侧，所述基衬底的第二侧上设有一个天线和/或一个电部件，所述基衬底的第一侧上设有一个电化学电池单元和/或电池——其电连接到(诸如借助通孔)所述基衬底的第二侧上的天线和/或电部件，其中所述电池单元或电池用于向所述电设备提供电能。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造有源RFID器件的方法，所述有源RFID器件包括一个用于产生电流的扁平电化学电池单元。所述方法包括提供一个第一衬底和一个第二衬底的步骤。所述第一和第二衬底至少之一包括多个层，所述第一衬底包括一个第一侧和一个第二侧。在所述第一衬底的第二侧上提供一个有源RFID组装件(assembly)，其包括：一个RFID天线、一个与所述RFID天线联通(incommunication with)的有源RFID元件、以及多个与所述有源RFID元件电联通(in electrical communication with)的电触点。在所述第一衬底的第一侧上提供一个阴极层，在所述第一衬底的第一侧上提供一个阳极层。提供一个电解质层，其包括与所述阴极层接触也与所述阳极层接触的粘性液体(viscous liquid)。在所述第一衬底的第一侧上提供一个框架，以形成一个内部空间，所述内部空间容纳所述电解质，也容纳所述阴极层的至少一大部分和所述阳极层的至少一大部分。将所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点电联接(electrically couple)，并将所述第二衬底连接到所述第一衬底，以基本密封所述容纳了阴极层、阳极层和电解质层的内部空间。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造有源RFID器件的方法，所述有源RFID器件包括一个用于产生电流的扁平电化学电池单元。所述方法包括提供一个第一衬底和一个第二衬底的步骤。所述第一和第二衬底至少之一包括一个具有多个层的网(web)，所述第一衬底包括一个第一侧和一个第二侧。在所述第一衬底的第二侧上提供一个有源RFID组装件，包括以下步骤：(i)在所述第一衬底的第二侧上提供一个有源RFID元件；以及(ii)在所述第一衬底的第二侧上印刷一个RFID天线和多个电触点，以与所述有源RFID元件电接触(inelectrical contact with)。所述RFID天线和所述多个电触点之每一个包括固化的(cured)或干燥的油墨。在所述第一衬底的所述第一侧上印刷一个阴极集电体层(cathode collector layer)。在所述第一衬底的第一侧上印刷一个阴极层(cathode layer)，在所述第一衬底的第一侧上层压(laminate)一个阳极层。提供一个电解质层，其包括与所述阴极层接触也与所述阳极层接触的粘性液体。在所述第一衬底的第一侧上提供一个框架，以形成一个内部空间，所述内部空间容纳所述电解质，也容纳所述阴极层的至少一大部分和所述阳极层的至少一大部分。将所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点电联接，并将所述第二衬底连接到所述第一衬底，以基本密封所述容纳了阴极层、阳极层和电解质层的内部空间。
根据本发明的又一个方面，提供了一种有源RFID器件，其包括一个用于产生电流的扁平电化学电池单元。所述有源RFID器件包括：一个第一衬底，其包括多个层压层(laminated layer)，并限定了一个第一侧和一个第二侧；以及一个第二衬底。所述第一衬底的第二侧上设有一个有源RFID组装件，其包括：一个RFID天线、一个与所述RFID天线联通的有源RFID元件、以及多个与所述有源RFID元件电联通的电触点。所述第一衬底的第一侧上设有一个阴极层，所述第一衬底的第一侧上设有一个阳极层。一个电解质层包括与所述阴极层接触也与所述阳极层接触的粘性液体。一个框架插在所述第一和第二衬底之间，以将所述第一衬底连接并密封到所述第二衬底，以形成一个内部空间，所述内部空间容纳所述电解质，也容纳所述阴极层的至少一大部分和所述阳极层的至少一大部分。所述阳极层和所述阴极层至少之一包括固化的或干燥的油墨。一个电联接器(electrical coupler)组装件在所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点之间提供电联通。
根据本发明的再一个方面，提供了一种制造有源RFID器件的方法，所述有源RFID器件包括一个用于产生电流的扁平电化学电池单元。所述方法包括以下步骤：提供一个第一衬底，其包括一个第一侧和一个第二侧；在所述第一衬底的第二侧上提供一个有源RFID组装件；在所述第一衬底的第一侧上提供一个阴极集电体层；在所述第一衬底的第一侧上提供一个阴极层；以及在所述第一衬底的第一侧上提供一个阳极层。该方法还包括以下步骤：提供一个电解质层，其与所述阴极层接触也与所述阳极层接触；以及穿过所述第一衬底将所述阴极层(经由所述阴极集电体层)、所述阳极层和所述有源RFID组装件电联接。
附图说明
在参照附图阅读下面的说明之后，本发明的前述及其他特征和优点对于本发明所属领域技术人员而言将变得显而易见，在附图中：
图1示出了设在一个示例性第一衬底的第二侧上的一个示例性RFID组装件；
图2示出了位于该第一衬底的第一侧上的一个示例性电源；
图2A示出了该单位电池单元的、沿着图2的线2A-2A取得的横截面视图；
图3示出了设在一个第一衬底网的第二侧上的多个RFID组装件；
图4示出了贮藏在一个示例性卷(roll)上的多个已完成的RFID器件；
图5示出了该第一衬底的局部截面视图；
图6示出了一个示例性间隔器(spacer)的局部截面视图；
图7示出了一个示例性阳极层的局部截面视图；
图8示出了一个示例性间隔器网(spacer web)的顶视图；
图9示出了制造该示例性RFID器件的一种示例性方法的流程图；
图10示出了图9的方法的多个示例性步骤；
图11示出了图9的方法的另多个示例性步骤；
图12示出了图9的方法的再多个示例性步骤；且
图13示出了利用大致连续的网的一个示例性制造过程的示意图。
具体实施方式
通常，本发明是一种电子器件以及制造所述电子器件的方法，该方法通过将电路、天线或皮肤贴片电极与一个或多个电池单元/电池集成在一起来为所述器件供电。在一个实施例中，该方法将一个电子器件及其电源施加到单个衬底。换言之，该电子器件及其电源可以共享单个衬底，以简化制造工艺，从而降低成本、提高效率并增强规模经济(economies of scale)。电路和电池通常被印刷和/或层压在一个连续的柔性衬底网上，且可以形成一个卷或类似物。个体器件可以被从所述卷移去，诸如一次移去一个。例如，所述器件可以被从所述卷切除，并且/或者可以对该柔性衬底卷提供穿孔(perforation)以便于撕下(tear off)。该设备可以包括一个或多个电部件，诸如天线和/或处理器。本发明的这些方面(facet)可以被用在所描述的总体封装(total package)中，并且/或者它们可以被单独地或以任何组合使用。
用在本文中，除非另有明确指出，所有百分比均为重量百分比。而且，用在本文中，当给出诸如″5至25″(或″大约5至25″)的范围时，意味着，对于至少一个实施方案，至少大约5，且分立地和独立地，不大于大约25；除非另有说明，范围不应被严格地理解，而是作为可接受的实例给出。而且在本文中，跟随在列举值或优选值之后的、圆括号中的范围，根据本发明的另外的实施方案指示针对该值的更宽的范围。
本发明涉及薄的、印刷的电化学电池单元和/或包含多个这样的电池单元的电池。每个这样的电池单元通常至少包括：包括第一电化学层的第一电极(例如阴极)，包括第二电化学层的第二电极(例如阳极)，以及与所述电极相互作用以产生电流的电解质。所述第一和第二电极以及电解质通常全都容纳在某结构内，该结构提供了到所述电极的外部电通路(external electrical access)，以用于向某器件提供电流源。
这样的电池单元的一种量产方法包括：将水溶性和/或非水溶性油墨(aqueous and/or non-aqueous solvent ink)和/或其他涂层(coating)以一个图案沉积在一个特定衬底(诸如层压聚合薄膜层)上。该沉积可以借助，例如，将电化学油墨印刷在并且/或者将金属箔(诸如锌箔)层压在一个或多个高速卷筒印刷机(high-speed webprinting press)上，尤其是如果想要的量非常大。如果量相对小，比如仅大约几百万或更少，则相对慢的方法——诸如用平台丝网(flatbed screen)进行卷筒印刷——也可以是适当的。如果量更小，诸如几百或几千，则可以利用例如单张馈送平台印刷机(sheet-fed flatbed printing press)。而且，针对不同的想要的数量，可以使用不同的印刷方法。
在油墨已被印刷且/或固体已被恰当地放置之后，电池单元可以被完成(例如，密封、模切(die cut)、堆叠和/或穿孔，并卷绕成卷，或者堆叠——如果多张被用在印刷机上)。该电池单元制造工艺也可以用于将一个或多个个体电池单元与实际电子应用集成在一起，或集成为包含串联或并联的多个电池单元的电池，或上述二者的结合。稍后将描述这样的器件和相应的工艺，但也设想了许多另外的实施方案。
如上文所讨论，本发明可以被描述为一种印刷的、柔性的、且薄的电化学电池单元。这样的电池单元可以包括，例如，一个下薄膜衬底(lower film substrate)，其可以利用一个具有特定特征的特定聚合物层压板(polymer laminate)，所述特征可能包括，例如，一个高阻潮层(high moisture barrier layer)处于中央，其两侧被聚合物层围绕。此外，可以使外表面之一或二者易于印刷(printreceptive)，以用于根据需要来印刷信息、标识(logo)、指令、指示符、序列号、图形或其他信息或图像。
根据使用的是本发明的哪种构造，衬底的内层(inner ply)也可以具有一个热密封层，其可以被共挤在与阻挡涂层(barrier coating)对立的那一侧上。
另外，至少某些实施方案的电池单元的下衬底层(lowersubstrate layer)的内表面的一部分可以利用被印刷或涂敷或以其他方式施加在所述薄膜衬底的一部分上的阴极集流体(cathode currentcollector)，诸如碳。如果需要，则该集流体的外接触区域(outsidecontact area)也可以印刷有一层相对高导电性的油墨——诸如银、镍或锡——以增加到该应用连接的导电性。然而，如果所述电池应用用于相对低的电流要求，则所述电极之一或二者可以不利用较高导电性的层材料，甚至集流体。
对于至少某些实施方案，水基油墨电化学层(water-based inkelectrochemical layer)被印刷为阴极。这样的阴极层可以包括，例如：二氧化锰(MnO2)、碳、以及聚合物粘结料(binder)。用于该阴极层的其他配方也可以被利用，与或不与这些材料之任一一起。如果使用阴极集电体层——其可以形成或不形成阴极层的一部分，则所述阴极电化学层将被印刷在所述阴极集流体的至少一部分上，所述阴极集流体首先被印刷或以其他方式施加到所述衬底。
在某些实施方案中，邻近该阴极集电体，以大约0.050″的间隔，可以放置一窄条锌箔作为阳极。其他阳极成分也是可能的，诸如包括锌或其他适当材料的油墨层。
在放置阳极之前，在离线(off-line)操作中，干薄膜粘合剂层(dry-film adhesive layer)——可能使用释放衬垫(releaseliner)——可以被施加到所述锌箔。然后所述锌箔可以被层压到基衬底。
可选地，印刷在阳极和阴极之一或二者上方的，是糊浆油墨(starch ink)或类似材料。该糊浆油墨可以充当电解质吸收剂(absorber)，以在电解质水溶液(aqueous electrolyte solution)被添加到该电池单元之后保持所述电极为“湿”。该糊浆油墨也可以包括用于电池单元反应的电解质盐(electrolyte salt)和水。可以使用阳极和阴极上方的纸层来代替印刷的糊浆。
对于某些实施方案，在这两个电极就位之后，无论是否有糊浆层，均可以添加电池单元“图画框架(picture frame)”。这可以使用多种不同方法完成。一种方法是，例如，使用介电油墨来印刷该电池单元图画框架。另一种方法是，利用包括粘合剂层的聚合物片(sheet)或层压聚合物片，其通过压印(stamp)、模切、激光切割(laser cut)或类似方法来形成适当的“口袋(一个或多个内部空间)”以容纳每个单位电池单元的材料。
为了保证将图画框架良好地密封到衬底，以及为了提供对触点直通(contact feed-through)的良好密封(提供从电池单元内部到电池单元外部的电学路径)，可以在衬底上印刷密封或填塞粘合剂(sealing or caulking adhesive)，诸如以与电池单元框架相同的图案，例如在印刷该框架之前或在插入该聚合物片之前。
该密封或填塞材料可以是压敏的和/或热敏的，诸如AchesonColloid的PM040，或者任何其他类型的、促进这两个表面进行密封的材料。
在介电图画框架被印刷并干燥和/或固化之后，可以在该框架顶上印刷热敏密封粘合剂，以允许将上衬底良好地密封到电池单元框架。该电池单元图画框架也可以包括大约0.015″厚(大约0.003″至0.050″的范围)的聚合物薄膜或层压薄膜，其被预先冲压然后校准地层压以匹配上述预印刷的填塞粘合剂层。
对于至少某些实施方案，可以将氯化锌(ZnCl2)，例如浓度范围为18％至45％重量比的，选作电解质。在一个实施例中，大约27％可以是优选的。该电解质可以被添加到，例如，打开的电池单元(opencell)。为了便于在线上处理，该电解质或一种不同的电解质，可以被以被增浓，例如，用大约0.6％重量百分比(约0.05％至1.0％的范围)的CMC来增浓。
也可以使用其他有用的电解质配方，例如：氯化铵(NH4Cl)、氯化锌(ZnCl2)与氯化铵(NH4Cl)的混合物、醋酸锌(Zn(C2H2O2))、溴化锌(ZnBr2)、氟化锌(ZnF2)、酒石酸锌(ZnC4H4O6·H2O)、高氯酸锌(Zn(ClO4)2·6H2O)、氢氧化钾、氢氧化钠、或有机物。
氯化锌可以被选作电解质，其为通常遇到的常规环境条件提供了卓越的电性能。相似地，任何上述替代性电解质可以以例如大约18％至45％的范围内的浓度(重量比)来使用，而对于至少某些其他实施方案使用大约25％至35％的范围。这样的成分也可以在常规环境条件下提供可接受的性能。
氯化锌以外的电极的使用可以在某些不同环境条件下提供改进的电池单元/电池电性能。例如，大约32％重量比的醋酸锌(冰点大约28℃)展现出比大约32％重量比的氯化锌(冰点大约-23℃)更低的冰点。这两种溶液均展现出比大约27％的氯化锌(冰点大约-18℃)更低的冰点。其他醋酸锌溶液，例如大约18至45或大约25至35重量百分比的醋酸锌溶液，也展现出降低的冰点。
使用这样的电解质配方来作为氯化锌的替代品，或者以各种混合物用在电池单元中，可以允许改善低温性能。例如，已发现，大约32％的醋酸锌电解质的使用显著改善了伏打电池单元(voltaic cell)的低温(即，低于大约-20℃)性能。该类型的电化学电池在低温下的性能改进，可以被用在可以用在寒冷环境中的例如电池辅助RFID标签和/或其他临时(便携)电运作器件(诸如智能有源签条(label)和温度标签(tag))的日益增长的业务中。
例如，现今运输的许多产品，诸如食品、药品、血液等，可能要求低温贮藏和运输条件，甚至低温操作。为了保证这样的货物的安全运输，可以用有源RFID标签和/或传感器来跟踪这些物品。这些标签和/或签条可能要求在-20℃或更低——诸如在大约-23℃、大约-27℃、甚至在大约-30℃或更低——的温度下有效运作的电化学电池单元和/或电池。
当使用醋酸锌来实现用于低温应用的改进的低温性能时，在大约31至33重量百分比的范围内的醋酸锌浓度通常是可接受的，尽管也可以利用大约30至34、大约28至36、大约26至38，甚至大约25至40重量百分比的范围。
在至少一个实施方案中，印刷的糊浆层添加水成电解质(aqueouselectrolyte)这种构造可以被替换为，例如，有效地覆盖了每个电极的至少一部分的可印刷粘性液体(其可以包括凝胶或其他粘性材料)。一种这样的可印刷凝胶被公开在公布于2003年9月4日的美国专利公布文本2003/0165744A1中，该文献以引用方式纳入本文。这些粘性配方可以，例如，利用前面讨论过的电解质配方和浓度。
电池单元封装的上衬底可以利用特定的层压聚合薄膜，其具有超出内部电池单元/电池部件、延伸到电池单元框架上的边缘。借助压敏粘合剂(PSA)，并且/或者用先前印刷的热敏密封粘合剂，上层被围绕电池单元框架的边缘而密封，从而将内部部件局限在电池单元框架内。
上述构造可以是湿电池单元构造；然而，使用相似的电池单元构造，本发明也可以被制成蓄电池单元构造(reserve cellconstruction)，该构造的优点是，延长了在施加液体之前的架上生命。所述可印刷的、柔性的氯化锌薄电池单元可以被以环境友好的方式制造。可以利用无需使用有害成分——例如汞或镉——的构造。从而，可以使用常规的废物搬运程序来处置具有该设计的旧的和/或耗竭的电池单元。
可以使用该技术的器件是广泛的。可以利用根据本发明的薄电池单元/电池来运行具有相对低的功率或者具有1到三年(且可能更长)的有限寿命的器件。本发明的电池单元，如上文和下文所解释的那样，常常可以低成本地量产，从而可以被用在例如可丢弃产品中。该低成本允许了先前成本效率不佳的应用。
根据本发明的电化学电池单元/电池可以具有下列优点中的一个或多个：
·相对薄；
·扁平，且具有相对均匀的厚度，其中边缘具有与中心大致相同的厚度；
·柔性；
·许多几何形状均为可能；
·密封的容器；
·简单的构造；
·为高速和大量生产而设计；
·低成本；
·在许多温度下的可靠性能；
·良好的低温性能；
·可丢弃且环境友好；
·这两个电池单元触点被提供在同一表面上；
·易于组装成应用；以及
·能够在制造电子应用的同时在连续工艺中被轻易地集成。
上文是对根据本发明的某些实施方案的各种电池单元构造的总体描述，下文利用附图来描述进一步的细节。也将描述用于电池单元印刷和组装的电池单元及电池生产过程。
一般说来，RFID(射频识别)标签在本领域已是公知的。在一个示例性实施方案中，每个RFID标签可以包括专用于识别它的、唯一的编码。由每个RFID标签提供的示例性信息可以包括，例如：标识符、序列号、零件型号、制造商信息等。
在本文的语境中，RFID标签可以是这样的电路，其被适配为通过其天线接收入射(incoming)射频能量，并运行该电路以调制射频信号，以通过该天线将数据发送出去。RFID标签可以是无源(passive)的，从而它使用入射射频能量来为它自身的电路供电；或者，RFID标签也可以是有源的，从而它被联接到电源，该电源至少部分地为该RFID标签自身的电路供电。然而，有源RFID标签仍可以利用入射射频能量的一部分来为它自身的电路供电。RFID标签也可以含有用于执行附加操作的电路，诸如逻辑电路、存储器、传感器等。RFID标签可以使用现有的或尚待开发的任何可行的RFID技术。
在一个实施例中，诸如在企望相对高速度、高输出的制造中——诸如50线性英尺每分钟或另一个相对高的速度，本发明可以利用多个网。应理解，所述多个网可以是大致连续的，且可以用已知的网制造设备加以利用。第一网可以是相对薄的(诸如大约0.002″至0.010″，优选地大约0.003至0.006″)、包括多层层压结构或单层材料的柔性基衬底。在一个实施例中，所述多层结构可以包括五个层。或者，所述单层材料可以包括各种材料，诸如Kapton或聚酯。第二网可以是相对厚的层压结构，其包括大约0.005至0.030″厚、优选地大约0.010至0.015″厚的PVC或聚酯薄膜。所述第二网在一侧可以具有一层大约1至5mil厚的压敏粘合剂。所述第二网的层压结构被完成之后，它可以被施加到所述第一网。附加地或替代地，所述第二网可以被使用任何类型的机械设备进行图案切割(pattern cut)，以允许形成用于电池单元活性材料(active material)的腔，以及形成用于电池单元/电池触点的可选腔。第三网可以是与所述第一网相同或相似的、相对薄的层压结构。已完成的三网结构(three web structure)可以在任一侧具有一层压敏粘合剂，以允许所述个体器件组装件作为签条而施加。所述电池单元/电池可以属于薄电池单元类型，诸如在提交于2005年4月20日的共同未决的申请11/110,202号中公开的——该文献以引用方式纳入本文，以及在提交于2006年3月17日的共同未决的申请11/378,520号中公开的电池单元——该文献也以引用方式纳入本文。
本文中描述的各种导电性油墨，可以基于许多类型的导电材料，诸如：碳、银、镍、涂有银的铜、铜、氯化银、锌、和/或这些的混合物。例如，在导电性和柔性方面表现出有用性质的一种材料是AchesonColloids(Port Huron，密歇根州)的PM046。此外，许多可能成为印刷电路一部分的天线可以通过以下方法来制造：对层压在聚合物(诸如Kapton衬底)上的铝、铜或相似类型的金属箔进行蚀刻。这可以适用于许多类型(尺寸和频率)的天线，无论它们是蚀刻的还是印刷的。如本文中将讨论的，这对蚀刻箔天线的使用可以是有益的，虽然也设想了其他变体。
现在转到图1，第一衬底1000的第二侧1003可以是电子器件99的基衬底，电子器件99诸如RFID组装件、集成电路、半导体、各种电子部件等。在一个实施例中，电子器件99可以包括一个RFID器件，其具有一个RFID天线与芯片组装件，包括：天线线圈101、使用电源的IC芯片102、和/或有源RFID应用可能需要的许多其他特征和电路103。RFID组装件99也可以包括各种关联电路，诸如时间/温度传感器、存储器等。如本文中将更充分地讨论的，RFID组装件99的各种元件可以被印刷在第一衬底1000上，包括IC芯片102。然而，IC芯片102，甚至RFID组装件99的各种其他部件，可以以各种其他方式提供。例如，可以使用“倒装芯片(flip clip)”结构(即，受控塌落芯片连接)、和/或条带(strap)或插入物(interposer)、或类似结构将IC芯片102联接到第一衬底1000。此外，可以在RFID组装件99的另一个结构(例如天线线圈101)被提供到第一衬底1000之前、期间甚至之后，将IC芯片102提供到第一衬底1000。
RFID组装件99也可以包括负触点106和正触点107，以用于电联接到位于第一衬底1000的第二侧1003上的电源(见图2)。如本文中先前讨论的，所述第一衬底可以是单层Kapton，或优选地是多层(例如五层)层压聚酯结构。电源负触点106以及正触点107可以分别包括多个孔(aperture)，诸如一组通孔104和105(或通道(vias)、电跳线器等)，以与所述电源进行接触，所述电源可以是一个安装在所述基衬底的第二侧上的电池单元和/或电池。为了避免到天线线圈101的触点与触点106及107之间发生短路，可以在天线线圈101(所述触点与所述线圈交叉之处)上方提供——诸如印刷——介电衬(dielectric pad)110。此外，如图2A所示，RFID组装件99可以被以各种方式密封，诸如通过印刷的或层压的顶层4000或类似物。
如本文中描述的，通过串联两个1.5伏特的单位电池单元来获得一个3伏特的电池，尽管通过使用具有不同电压的单位电池单元以及/或者通过将不同数量的电池单元串联或并联到一起可以获得其他电压和/或电流。从而，对于使用更大电压的应用，可以将单位电池单元串联；对于使用更大电流的应用，可以将单位电池单元并联；对于使用二者的应用，可以将串联的多组电池单元进一步并联。从而，可以使用各种单位电池单元和/或电池配置来支持使用不同电压和电流的各种应用。
现在转到图2，其示出了已完成的RFID器件999。应理解，图2类似于图1，但示出了已完成的集成供电电器件(即RFID器件)999的另一侧(即上下颠倒)。换言之，图2示出了第一衬底1000的第一侧1001，第一衬底1000由RFID组装件99和电源90之每一个共享(即共享的衬底)。图2也示出了RFID组装件99的第二衬底3000的顶侧(top side)。第二衬底3000被联接到第一衬底1000，以基本密封一个含有一个或多个电池单元230的内部空间，以形成电池电源90。例如，电池单元230可以包括：负触点232、电池正触点231、电池密封250、和/或各种其他部件。所述集成电子器件也显示出在图1中描述的天线项目(antenna item)(以虚线示出以供参考)，并且是借助填充——诸如用导电性油墨或类似物——通孔104和105的方式将电池触点232和231连接到天线电源触点106和107而完成的。
现在转到图2A，其示出了已完成的RFID器件999的、沿着图2的线2A-2A取得的横截面图。应理解，RFID组装件99可以与电池90共享同一第一衬底1000。例如，如所示，电池90可以位于第一侧1001上，而RFID组装件99可以位于第二侧1003上。已完成的RFID器件999的厚度可以大致被确定为所述各种层和元件的厚度之和。在一个一般性的实施例中，RFID器件999的厚度可以是大约0.030″(大约0.020″至0.040″)，尽管也设想了各种其他厚度。所述厚度可以是大致均匀的，或者可以根据其中含有的各种元件的相对厚度而变化。此外，已完成的RFID器件999可以具有各种几何形状，诸如圆形、三角形、正方形、矩形、其他多边形、随机形状等。第一衬底1000充当用于有源RFID器件999的基衬底。
现在转到图3，第一衬底1000的第二侧1003被示为在其上具有多个RFID组装件99，包括：天线101、芯片102、以及电池触点106和107。如上所述，可以在RFID组装件99的另一个结构(诸如天线线圈101)被提供到第一衬底1000之前、期间甚至之后，将IC芯片102提供到第一衬底1000。在第一衬底1000的第二侧1003上提供第一天线101之后，可以使用各种手段——诸如转杆(turn-bar)装置或类似物——将第一衬底1000翻转或反转，而各种电源部件，如本文中将更详细描述的那样，可以被用功能油墨印刷并且/或者被层压在如图2所示的位置——第一衬底1000的第一侧1001上。
现在转到图4，多个已完成的集成电子器件999被示为一个部分未卷绕的卷400。该未卷绕部分示出了所述集成的3伏特电池/电子器件的第二衬底3000的顶视图。各种其他元件——诸如电池单元203和器件穿孔线252——被示出，从而也可以看到该集成器件的间隔。
现在转到图5，其示出了第一衬底1000的局部截面视图。第一衬底1000可以包括各个层，诸如五个层。例如，第一衬底1000的各个层可以包括三层薄膜和两层紫外线固化聚氨酯(urethane)层压粘合剂1004——其可以相对薄，诸如大约0.2mil厚，在大约0.1至0.5mil的范围内。在一个实施例中，该层压结构可以由威斯康星州Oshkosh的Curwood Inc.(一个Bemis Corporation Company)提供。顶薄膜层1001可以是一个处于电池单元内侧上的可热密封(heat sealable)层，诸如由DuPont提供的(0L系列)，且可以具有约0.00048″(例如，大约0.0002″至0.002″)的示例性厚度。中间薄膜层1002可以是一个高阻潮聚合物层(high moisture barrier polymer layer)，诸如由日本的Toppan提供的GL薄膜。通常，该聚酯薄膜可以在层压结构的内侧上具有一个氧化物或金属化的涂层。根据真空沉积的氧化物或金属的类型和量，该涂层可以具有不同的传潮值(moisturetransmission value)。第三薄膜层1003可以是聚酯层1003，其可以充当结构层。图5中的五层层结构的结构层1003可以是有向聚酯(orientated polyester)(OPET)，并具有大约0.002″(例如大约0.0005″至0.010″)的厚度，其也可借助例如大约0.1mil厚的聚氨酯粘合剂1004而层压到其他层。该“结构层”可以是DuPont的有向聚酯(OPET)薄膜，诸如他们的Melinex品牌。另一种可以使用的材料来自日本的Toyobo Co.Ltd，该材料是基于聚酯的合成纸，其被命名为白微孔有向聚酯(white microvoided orientated polyester)(WMVOPET)。
根据电池单元构造、电池单元应用和/或电池单元环境，衬底具有不同的阻挡性质(barrier property)可以是有利的。由于可用的蒸汽传输率的范围很宽，所以可以根据需要来为每个具体应用和构造选择阻挡层。在某些情况下，例如在所设计的电池具有较高残气率(gassing rate)短生命周期的情况下，使用具有较高传输率的薄膜以允许较大量的气体逃逸从而使电池单元膨胀(cell bulging)最小化，可以是适当的和想要的。另一个实施例是在干热环境——诸如沙漠——中的应用。在这样的情况下，可能需要具有低传输率的阻挡薄膜，以避免电池损失过多的水分。
较厚衬底的使用——通过增加任何或全部聚合物厚度——可以具有一些优点。这些优点可以包括下列之一或二者：
·电池单元在印刷机上处理得更好，因为较厚的衬底对温度较不敏感；以及
·电池单元封装更刚硬且更强韧。
除上述说明之外，外层和内层二者均可以包括一个油墨承印表面(print-receptive surface for the inks)的添加。内层用于功能性油墨(诸如集电体和/或电化学层)，而外层可以用于图形油墨，如果想要。具有密封系统的扁平电池单元结构可以利用一个层压结构，其包括金属化薄膜和/或一个或多个非常薄的金属箔作为阻潮体(moisture barrier)。虽然这样的使用金属层的结构可以比用于上述某些实施方案的构造具有更好的阻潮性质，但其也可以具有一些缺点。这些缺点可以包括下列中的一个或多个：
·具有金属阻挡体(薄金属箔或真空金属化层)的层压结构很可能较昂贵；
·具有金属层的层压结构有造成内部短路的可能；且
·包括金属阻挡体的层压结构可以与应用的电子器件——诸如RFID天线的功能——发生干扰。
图1至4的各种衬底，甚至其他附图的层，可以由聚合物薄膜的众多变体组成，带有或不带有阻挡层(包括金属或其他材料)，并可以利用单层或多层薄膜，诸如聚酯或聚烯烃。聚酯是一种好用的材料，因为它提供了更高的强度——这允许使用更薄的标准薄膜(gaugefilm)，且当在多工段(multi-station)印刷机上使用时通常不易绷坏(stretched)。乙烯、玻璃纸(cellophane)甚至纸也可以被用作该薄膜层，或用作该层压构造中的一层或多层。如果想要非常长的架上生命并且/或者环境条件极端，则该多层层压板可以被修改为，包括一个金属化层(诸如通过铝的真空沉积而获得的层)，来代替氧化物涂层1104。
替代地，非常薄的铝箔可以被层压在该薄膜层结构内，甚至在不同的位置。这样的修改可以将已经很低的水分损失降低到几乎为零。另一方面，如果该应用针对相对短的架上生命和/或短的运行生命，则较昂贵的阻挡层可以被替换为效果稍逊但成本较低且仍允许该电池单元在想要的寿命中有效的阻挡层。
在仅想要极短生命的应用中，电池单元封装可以转而使用低成本聚合物衬底——诸如聚酯或聚烯烃——的薄膜层。可能的是，用层压板上的热密封系统来替代用于将各个衬底联接和/或密封在一起的压敏粘合剂。例如，可以在聚合物薄膜——诸如聚酯——上使用热密封涂层或类似物，诸如非晶(amorphous)聚酯(APET或PETG)、半结晶聚酯(CPET)、聚氯乙烯(PVC)、或聚烯烃聚合物(polyolefinlolymer)等。一种这样的示例性材料是由Dupont制造的OvenableLidding(OL)薄膜，其被命名为他们的OL系列，诸如OL、OL2或OL3。
类似于图5，图6示出了第三衬底1100的局部截面视图，其可以被用作间隔器框架(spacer frame)。第三衬底1100可以由各种材料组成，诸如PVC或PET薄膜1101，其大约0.002″至0.030″厚、优选地大约0.005″至0.015″厚，其夹在(即插在)两层大约0.003″厚(0.001″至0.005″)的压敏粘合剂1102之间；并且第三衬底1100包括释放衬垫1103。附加地或替代地，如所示，第三衬底1100可以被配置以双侧粘合剂，以使得粘合剂层1102位于薄膜层1101的两侧上。
图7示出了示例性阳极组装件1200的局部截面视图，如本文中将更充分地讨论的。阳极组装件1200可以包括各种材料，诸如大约0.0015″至0.005″厚、优选地大约0.002″厚的锌箔1201，其被层压到约0.003″厚(0.001″至0.005″)的压敏粘合剂(PSA)1202；并且阳极组装件1200包括释放衬垫1203。
图8是图6的第三衬底1100的顶视图，且被示为一个网。第三衬底1100可以包括示例性切挖腔(cutout cavity)301和302——其可以分别用于用于单位电池单元501和502的活性材料。第三衬底1100也可以包括其他切挖腔303，诸如用于电池单元和电池触点的303。腔303是可选的，然而为清楚起见，针对该集成电子器件/电池应用的描述，将示出各种接触腔301、302、303。
为了使电池单元/电池的制造工艺更为有效率并且/或者实现更大的规模经济——诸如经由高速度和低成本的生产，可以将所述处理和组装与电子部件(例如，待被所述电池/电池单元供电的)的制造集成在一起。换言之，已完成的电子应用与电源可以被同时制造。一种示例性集成程序(procedure)在图9的流程图中被示出，并在以下段落中被描述。在该示例性程序中，所述集成电子器件经历众多工段，所述众多工段与运行卷到卷设置(roll-to-roll setup)的高速印刷机兼容。
根据可用的印刷机，所述电池单元可以在给定的印刷机上被一通地或多通地(with one pass，or multiple passes)制成。各个附图作为实施例示出了网上待构成一个3伏特电池的两行(row)电池单元；然而，行数仅受限于单位电池单元的尺寸和印刷机可以处理的最大网宽度。因为可以有众多步骤，所以很可能利用长且复杂的付印行为(press)，这些步骤中的某些以及这些材料中的某些可以被修改，并且/或者可以使用一次付印行为的多通或多次付印行为。在最初的讨论完成之后，将示出一些经修改的工艺的概要。此外，可以通过丝网印刷——诸如通过平台丝网甚至旋转丝网工段——来执行所述印刷步骤中的任一或全部。另外，本领域技术人员应意识到，可能难以找到和操作一台具有多于十个工段的印刷机，因此以下对该工艺的讨论可以发生在一次或多次付印行为上、甚至一次付印行为的多通上。
然而，在如图9所示地处理电池单元/电池之前，可能发生或不发生各种可选的操作。例如，所述可选的操作可以包括网的热稳定性和图形印刷(其可以包括标识、触点极性、印刷码、和在网的外表面上添加注册标记)之一或二者。如果这些可选的印刷操作发生在网上，则该网可以被翻转，且功能性油墨被印刷在内表面上，然后该内表面可以变成外层压板(outer laminate)(即外表面)。
本领域技术人员应意识到，许多方法、材料和操作顺序可以被用来完成本发明，且也可以利用更多或更少的、相似或不同的数量的工段。为简明起见，集成工艺800将与有源RFID器件999和/或电力辅助无源RFID标签的制造一起讨论。而且应理解，下面的工艺800也可以被用于各种其他集成电子器件的制造。进一步，为清楚起见，仅有一列(column)器件(使用3伏特电源的RFID组装件99)被描述并示出，因为应理解，这样的说明可以类似地应用到其他列。此外，应理解，下列元件中的任一或全部可以包括本文通篇描述的各种材料、化学成分等中的任一。另外，在图9的工艺800中示出的各个步骤仅是示例性步骤，且应理解，这些步骤可以包括各种其他步骤、替代方案等，如本文中讨论的，其任一或全部可以不同于在图9中示出的那些示例性步骤。
如图9所示，集成工艺800可以开始自：热稳定的第一衬底1000，其上具有多个已完成的或局部完成的RFID组装件99。例如，虽然图3示出了一个具有两列天线101的局部网，但该网的宽度以及其上的天线101的列数可以变化，并且可以取决于印刷机能力以及电子器件及其关联电池单元或电池的宽度。如本文中先前讨论的，可以将带有任一或全部RFID组装件99的第一衬底1000提供到工艺800。附加地或替代地，可以在工艺800的各个不同阶段将RFID组装件99中的任一或全部提供到第一衬底1000。然而，为了本实施例的目的，所述有源RFI D部件——诸如IC芯片102——将被假定为被提供在第一衬底1000的第二侧1003上。
工艺800包括第一步骤802：提供一个电联接器组装件，以在阴极层206(诸如经由阴极集电体201)、阳极层1200和多个电触点234、235之间提供电联通。在一个实施例中，孔或通孔104、105可以延伸穿过第一衬底1000。通孔104、105可以与天线101以及电池触点234、235将处于第一衬底1000上的位置校准。可以为每个触点提供各种数量的通孔104、105，诸如一个至五个孔。针对每个电池触点234、235示出了三个孔104、105。各个孔104、105的数量、位置和/或间隔可以取决于应用和构造材料。孔104、105可以通过几种方法——诸如冲压(punching)、激光切割等——制成。此外，应理解，可以采用孔104、105的各种替代物。例如，通道、电跳线器或类似物也可以与孔104、105一同使用或作为孔104、105的替代物。这样的替代物可以在步骤802中相应地提供。
在通孔104、105以及其校准系统在网中到位之后，下一个步骤804提供了：天线和电路可以被印刷在第一衬底1000的第二侧1003上。一种替代工艺可以开始自：第一衬底1000的第一侧上的一个导电电路，诸如金属丝编织(metallic-flex)电路，从而不再需要印刷天线和电路以及翻转第一衬底1000。示例性金属丝编织电路可以包括铝丝编织或铜丝编织电路、蚀刻铝等。
在天线101被提供在第一衬底1000的第二侧1003上之后，下一个步骤806提供了：然后可以使用各种手段——诸如转杆装置或类似物——将第一衬底1000翻转或反转，而各种电源部件可以被提供在第一衬底1000的第一侧1001上。
在该网被翻转以使得第一衬底1000的第一侧1001可以被处理之后，可以根据下面的在图10至12中示出的示例性工艺来构建所述电池单元/电池。虽然将参照第一衬底1000经历的各种“工段”来讨论下列步骤，但应理解，这些“工段”可能涉及或不涉及离散的工段和/或步骤，且所述“工段”和/或步骤中的任一或全部可以通过一台或多台机器执行，甚至手动地执行。此外，所述“工段”和/或步骤中的任一或全部可以相结合，甚至同时地执行。
转到图10，步骤806提供了，在第一印刷工段1051中，以高导电性碳油墨将阴极集电体201丝网印刷到第一衬底1000的第一侧1001上。在通孔104、105所位于的区域未以碳印刷，从而允许电联接器——诸如银接触油墨——在该工艺的稍后被印刷或层压，以填充通孔104、105。
阴极集电体201可以包括各种材料，诸如高导电性碳油墨(例如PM024)，诸如由密歇根州Port Huron的Acheson Colloids制造的。阴极集电体201可以通过商业手段——诸如丝网印刷——被印刷在下层压板上，例如使用大约61网眼(对于某些实施方案大约20至100网眼)的非常粗疏(coarse)的丝网，以允许大约1mil(分别大约1.2至0.4mil)的干沉积(dry deposit)。从而，具有大约2″×2″尺寸的电池单元将具有大约60欧姆(大约40至100欧姆)的电阻。为了进一步降低该电阻，可以将高导电性触点印刷在正电极的外部触点区域。用在该示例性结构中的材料是由密歇根州Port Huron的Acheson Colloids制造的银填充的导电性油墨(SS479)，其可以被丝网印刷。
其他可用的导电性材料，诸如金、锡、铜、镍、和/或两种或更多种导电性材料混合物，连同其他材料，也可以被用于可接受的实施方案。这些导电性油墨中的任一可以借助例如一种印刷方法来施加，所述印刷方法诸如：旋转丝网(rotary screen)、苯胺印刷(flexography)和凹版印刷(gravure)，以及喷墨印刷技术。另外，所制造的石墨箔和/或包括导线性树脂、金属和石墨中的一种或多种的混合物箔，可以代替印刷油墨阴极集电体而被插入和使用。在仅使用非常低的电流的应用中，可以不利用高导电性正触点，并且/或者如果想要略高的电流，则所述电路触点可以转而被用作高导电性触点。
接下来，在第二工段1052的步骤808中，图7示出的锌箔/PSA层压板的连续条带1200被层压到第一衬底1000的第一侧1001上。可以使用各种材料，诸如由大约0.002″厚的锌箔和大约0.003″厚的PSA薄膜组成的组装件。就在将层压板1200层压到第一衬底1000的第一侧1001之前，可以移除所述释放衬垫。
在一个示例性实施方案中，一个预切割的阳极条带箔——其可以是层压板(且可能的尺寸为，例如，大约1.75″×0.20″×0.002″)——被插到下衬底上、与阴极集电体/阴极组装件相邻——距离该组装件大约0.050″(大约0.010″至0.100″)。在插入之前，所述2mil厚的电池级(battery grade)锌箔可以被以层压到具有释放衬垫的干薄膜粘合剂，诸如俄亥俄州Stow的Morgan Adhesive Co.制造的#2180、IB1190或IB2130。当例如在一个宽的锌卷(例如大约3至12′宽)上完成该层压之后，该层压结构可以被开缝成(slit into)窄卷，其宽度针对大约1平方英寸的阴极电池单元为大约0.200″(大约0.170″至0.230″)。具有其他尺寸阴极的电池单元可以利用针对阳极层压板的不同开缝宽度(slit width)。在另一个构造中，所述层压可以在施加例如锌箔条带之前用衬底上的印刷的粘合剂来完成。而且，在其他实施例中，所述阳极可以通过印刷工艺提供。例如，所述阳极可以被印刷为大约0.20″宽和大约0.002″(大约0.0003至0.005″)厚，尽管也设想了各种其他宽度和厚度。此外，为了使印刷的阳极更具导电性，可以在阳极下方印刷阳极集电体(未示出)，诸如以导电性图案或类似物。
接下来，在第三工段1053的步骤810中，银电池触点202可以被印刷在右手边电池单元501上，而串联连接器棒220被丝网印刷在左手边电池单元502的阴极集电体225的顶部的一部分的上方，并延伸到右手边电池单元501的阳极204的顶部，以将这两个单位电池单元501、502连接成一个3伏特电池，并创建所述3伏特电池的负触点232和正触点231。电池银正触点231可以被用于高漏(high drain)应用。在印刷上述触点之时，电池触点231和232也包括：通过以银印刷油墨填充通孔104、105，来与所述电子应用进行电接触。换言之，所述银油墨可以将阴极层206(诸如经由阴极集电体201)、阳极层1200和多个电触点234、235电联接。为了便于解释和清楚起见，工段#31053在图10中被示出了两次。
接下来，在第四工段1054处的步骤812中，框架密封剂(sealant)203(即阴影区域)——其可以是粘合剂——可以被印刷到单位电池单元501和502二者的周边，以形成“图画框架”。框架密封剂203可以被提供在锌阳极204的顶上、在密封区域中的阴极集电体225的上方，以及沿着顶241、底243、边245以及中心柱(centerpost)249。框架密封剂203可以大致界定内部空间230，该内部空间将限定电池单元501、502的内部容积。
框架密封剂203可以被提供为围绕着所述3伏特电池封装的这两个电池单元的一个框架，如所示，尽管它也可以被提供为分立的元件。虽然被描述为是被印刷的，但框架密封剂203也可以由预冲压聚合物片形成，所述聚合物片诸如：聚氯乙烯、聚酯、或各种其他介电或电中性材料。另外，虽然被示为具有大致矩形的几何形状，但框架密封剂203可以具有各种其他几何形状，以界定电池单元501、502。附加地或替代地，框架密封剂203可以具有粘合剂层，诸如PSA层或类似物。
接下来，在第五工段1055的步骤814中，针对电池单元501和502二者，阴极层206可以被丝网印刷在阴极集电体201的一部分的上方。在一个示例性实施方案中，阴极层206——为清楚起见被阴影化且被示为局部切除——可以被以水基油墨(aqueous based ink)印刷在先前被印刷且干燥的阴极集电体层201的一部分上，所述水基油墨具有湿成分，例如：大约43.4％为电池级二氧化锰(大约20％至60％)、大约14.4％为KS-6石墨(大约2％至25％)、大约29.5％为大约6.5％(大约0.5％至15％)的聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)(PVP)(大约20％至60％)、以及大约9.65％的去离子化水或蒸馏水(大约0.1％至20％)。这样的油墨可以被以大约46网眼(大约10至65网眼)的玻璃纤维丝网来印刷，以允许大约0.1克每平方英寸(大约0.03至0.25克每平方英寸)的标称干燥安放重量(nominal dry lay downweight)。干印刷的量通常是由想要的电池单元容量决定的，例如，当想要更高的容量时使用更多的材料。通过使用该非常规印刷方法——其利用非常粗疏的网眼丝网而不是多次利用较为细密的网眼丝网，可以减少印刷工段的数量，且可以增进电池单元的性能。
在该示例性结构中使用的阴极层(206)材料包括，例如，高纯度电池级的电解(electrolytic)二氧化锰。针对该实施方案的材料微粒尺寸范围是，例如，大约1至100微米，平均尺寸为大约40微米。如果想要该材料更为精细以便向集电体施加，该材料可以被研磨以达到大约1至20微米的微粒尺寸范围，平均为大约4微米，如果想要。可以在该主题构造中与锌阳极结合使用的其他可用的电活性(electro-active)阴极材料有：银的氧化物Ag2O和/或AgO、汞的氧化物HgO、镍的氧化物NiOOH、氧气O2(例如以空气室(cell)的形式)、以及钒的氧化物VO2。可以与不同阳极材料一起使用的阴极材料包括下列一种或多种：Cd与NiOOH，NiOOH与AB2和AB3类型的金属氢化物，以及NiOOH与Fe和FES2。
在一个示例性实施方案的阴极层中使用的粘结料包括一类高分子量粘结料，其超过950,000克/摩尔。一种可以使用的这样的聚合物是聚乙烯吡咯烷酮，大约K 85至95或大约K 120(较高的分子量)。可以使用的其他类材料包括下列一种或多种：聚乙烯醇(polyvinylalcohol)；各类淀粉(starches)和改性淀粉，包括稻米、土豆、玉米和豆类；乙基纤维素和羟基乙基纤维素(hydroxy-ethylcelluloses)；甲基纤维素；聚氧化乙烯(polyethylene oxides)；聚丙烯酰胺(polyacryamides)；以及这些材料的混合物。如果想要，通过在混合处理(blending process)中使用Teflon溶液或Teflon纤维，可以获得另外的粘合剂。
接下来，在第六工段1056的步骤816中，第三衬底网1100可以被层压在第一衬底1000上方，以提供该框架以形成用于电池单元501、502的内部空间。应理解，第三衬底网1100可以与前述框架密封剂203一起使用，或独立于前述框架密封剂203而使用。一般地，第三衬底网1100可以被用作一个间隔器，因为它通常比框架密封剂203厚。第三衬底网1100可以被层压在第一衬底1000上方，而图画框架切挖部301和302可以被层压在电池单元501、502的活性成分(activeingredients)周围。类似地，切挖部303可以针对电池单元和电池触点区域而位于第一衬底1000上。切挖部303可以促进电池单元501、502与其他部件——诸如各种“板外(off-board)”部件——的电联接。然而，在不意欲有“板外”部件之处，第三衬底网1100可以不包括切挖部303。在除去释放衬垫1103之后，第三衬底网1100的粘合剂层1102可以被施加到第一衬底1000的第一侧1001上。进一步，虽然被示为一个网，第三衬底1100也可以被提供为离散的元件，诸如离散的片或类似物。
接下来，在第七工段1057的步骤818，“纸分隔体(paperseparator)”207或另一类型的吸收(soak-up)材料可以被插在阳极和阴极的顶上。替代地，“糊浆油墨”或电解质可以被流到或印刷到所述图画框架内部的阳极和阴极上方。
接下来，在第八工段1058的步骤820，(在图11和12二者中示出)当使用纸分隔体时，电解质——诸如水成ZnCl2电解质210——被添加到纸分隔体207的顶部，该纸分隔体被放置在阴极206和锌204上方。
现在转到图12，在步骤820之余，替代性的第八工段1058′(撇号)示出了当不使用纸分隔体时的一种替代性电解质结构。在所示的实施例中，所述电极可以被以粘性液体(诸如可流动凝胶)形式提供，被添加在每个单位电池单元的内部区域上。由于流动能力，所述电解质通常将蔓延出来(spread out)，以均匀地覆盖阳极和阴极。印刷的电解质1210(例如，使用油墨或可流动凝胶)可以代替上述参引申请的液体电解质和纸分隔体。
接下来，在第九工段1059的步骤822，第二衬底3000作为“顶盖(top cover)”而被添加到框架(即第三衬底1100)的顶部。从而，第二衬底3000大致将电池单元501、502密封。第二衬底3000的密封可以通过间隔器网1100上的一层压敏粘合剂1102，和/或第二衬底3000底侧的一个热密封层——诸如先前参照图6而讨论的双面粘合剂构造——来提供。
接下来，在第十工段1060的步骤824，在施加压力和/或热之后，电池单元501和502被完全围绕它们的周边而密封。该密封形成了电池密封250。由于顶盖3000的剖视图，单位电池单元501、502是可见的。
接下来，在步骤826且在到达第十一工段1061之前，在每个电池单元501和502的密封区域的外边缘上将全部三个衬底1000、1100、3000开缝，从而形成带有3伏特电源的集成电子器件999的卷400。应理解，卷400的数量可以根据各种因素而变化，例如根据网宽度和各个器件的宽度等。
接下来，在第十一工段1061的步骤828，可以沿着在一个电池的尾部边缘和另一个电池触点的顶部边缘之间的线252，将带有3伏特电池的集成电子器件999横向地穿孔。所述穿孔可以促进集成电子器件999从卷400分离。所述缝隙(slit)或穿孔可以用各种方法实现，诸如转模(rotary die)或类似物。
接下来，在最终步骤830(其可以是第十二工段，未示出)，RFID器件999可以被缠绕到卷400上，以用于贮藏、运输等，如图4所示。而且，器件999可以用各种其他方式贮藏。在一个实施例中，代替穿孔的是，器件999可以沿着横向穿孔线(transverse perforationline)彼此完全分离，且器件999可以被作为大致扁平的单位而贮藏。
现在转到图13——图9至12中示出的各种步骤的示例性制造工艺5000的示意图，其被示为利用了大致连续的网5004。如本文中讨论的，衬底1000、1100、3000中的任一或全部可以被提供为大致连续的网——其可以通过“卷盘到卷盘(reel-to-reel)”式制造工艺来处理。例如，通过源工段5002(其可以是源卷(source roll)或类似物)，第一衬底1000可以被提供为大致连续的网5004。然后可以通过使大致连续的网5004经过印刷工段5008来执行各种处理步骤中的某些或全部，诸如下列步骤：提供所述阴极层；提供所述阳极层；以及穿过第一衬底将阴极层、阳极层和有源RFID组装件电联接。虽然仅示出了单个印刷工段5008，但应理解，可以利用多个印刷工段。附加地或替代地，虽然未示出，但工艺5000可以被适配为，在多通中使网5004经过印刷工段5008。最后，大致连续的网5004上的已完成的RFID器件999可以在拾取(take-up)工段5010被收集，该工段可以包括一个收集卷(collection roll)，诸如本文中先前描述的卷400。
制造工艺5000可以包括各种其他阶段、步骤等。例如，在印刷工段5008之前，网5004可以经过RFID工段5006，其中可以提供RFID组装件99。附加地或替代地，也可以在线上提供RFID读取/编码工段(未示出)。此外，所述各个层、衬底等中的任一或全部可以沿着该工艺由补充卷(supplemental roll)来提供。例如，RFID组装件99的一部分可以由第一补充卷5012经由补充网5014来提供。在另一个实施例中，第二或第三衬底1100、3000之任一或二者可以由第二补充卷5016经由另一个补充网5018来提供。虽然被示为处于印刷工段5008的开头附近，但应理解，补充网5014、5018中的任一或全部可以被提供在沿着制造工艺5000的各种位置。附加地或替代地，废弃材料——诸如释放层或类似物——可以从作为废料网5020除去，并被废料卷5022或类似物拾取。也可以包括各种其他预处理和/或后处理工段、步骤等。应理解，所描述的工艺5000的各种工段、卷等可以被以各种顺序利用，甚至可以提供另外的设施(例如，无载辊(idlerroller)、张力辊(tension roller)、转杆、缝隙、或穿孔器(perforator)等)，以促进“卷盘到卷盘(reel-to-reel)”工艺。
可以利用各种其他另外的步骤(未示出)来向已完成的RFID器件999提供另外的结构、特征等。在一个实施例中，器件999的外部分(outer portion)——诸如第二衬底3000“顶盖”——可以通过一种将器件999附接到另一个物体、表面等的方法来提供。例如，第二衬底3000可以包括：压敏粘合剂、另一个粘合剂层、钩环型紧固器(hook-and-loop style fastener)、液体或热熔粘合剂等。在另一个实施例中，器件999的外部分——诸如第二衬底3000“顶盖”——可以设有印刷的标识符甚至一个标签或类似物。
薄的、印刷的柔性电池可以有许多潜在应用，其可以包括下列大致类别中的一个或多个，例如：
1.RFID组装件；
2.广告和宣传；
3.玩具、玩物、书籍、贺卡和游戏；
4.库存跟踪和控制，诸如(智能RFID标签)；
5.安全标签；
6.状况指示器，诸如温度、湿度等；
7.为了给药、伤口护理、止痛和/或化妆目的而应用了离子电泳或者其他电功能的皮肤贴片；以及
8.保健产品，诸如智能尿布、失禁产品等。
虽然上文已经用具体实施例和实施方案描述了本发明，然而本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以使用各种替代方案，并可以用等价物来替换本文中描述的元件和/或步骤。在不脱离本发明的范围的前提下，可以进行修改，以使本发明适配特定情况或特定需要。本发明不限于本文中描述的特定实施方式和实施方案，而是权利要求赋予了它们覆盖所有实施方案的最宽泛解释，无论是字面的还是等价的，公开的还是未公开的。

Claims (28)

1.一种制造有源RFID器件的方法，所述有源RFID器件包括用于产生电流的扁平电化学电池单元，所述方法包括以下步骤：
提供第一衬底和第二衬底，其至少之一包括多个层，所述第一衬底包括第一侧和第二侧；
在所述第一衬底的所述第二侧上提供有源RFID组装件，包括RFID天线、与所述RFID天线联通的有源RFID元件、以及与所述有源RFID元件电联通的多个电触点；
在所述第一衬底的所述第一侧上提供阴极层；
在所述第一衬底的所述第一侧上提供阳极层；
提供电解质层，其包括与所述阴极层接触也与所述阳极层接触的粘性液体；
在所述第一衬底的所述第一侧上提供框架，以形成内部空间，所述内部空间容纳所述电解质，也容纳所述阴极层的至少一大部分和所述阳极层的至少一大部分；
将所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点电联接；以及
将所述第二衬底连接到所述第一衬底，以基本密封所述容纳了所述阴极层、所述阳极层和所述电解质层的内部空间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一衬底和所述第二衬底至少之一包括具有多个层的网。
3.根据权利要求1所述的方法，其中提供有源RFID组装件的步骤还包括：(i)在所述第一衬底的所述第二侧上提供有源RFID元件；以及(ii)将RFID天线和多个电触点印刷在所述第一衬底的所述第二侧上，以与所述有源RFID元件电接触，其中所述RFID天线和所述多个电触点之每一个包括固化的或干燥的油墨。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点电联接的步骤还包括以下步骤：(i)提供多个孔，其延伸穿过所述第一衬底，以与所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点之每一个联通；以及(2)用导电性油墨填充所述多个孔，以在所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点之间提供所述电联通。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述多个孔的所述导电性油墨包括银和铜至少之一。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：将所述框架提供为第三衬底，其包括具有多个层压层的网，其中所述层压层至少之一是压敏粘合剂。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：提供切挖腔，所述切挖腔延伸穿过所述第三衬底，且被定向，以与所述阴极层的一部分以及所述阳极层的一部分联通。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：提供框架密封剂，所述框架密封剂被布置在所述第一衬底上，所述第一衬底大致界定了所述内部空间的周边，且其中所述框架密封剂被插在所述第一衬底和所述框架之间。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：提供多个阴极层和多个阳极层，并将所述多个阴极层和阳极层电连接在一起，以形成电池。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括提供下列之一或二者的步骤：(1)处于所述阴极层和所述第一衬底之间的阴极集电体层；以及(2)处于所述阳极层和所述第一衬底之间的阳极集电体层。
11.一种制造有源RFID器件的方法，所述有源RFID器件包括用于产生电流的扁平电化学电池单元，所述方法包括以下步骤：
提供第一衬底和第二衬底，其至少之一包括具有多个层的网，所述第一衬底包括第一侧和第二侧；
在所述第一衬底的所述第二侧上提供有源RFID组装件，包括以下步骤：(i)在所述第一衬底的所述第二侧上提供有源RFID元件；以及(ii)在所述第一衬底的所述第二侧上印刷RFID天线和多个电触点，以与所述有源RFID元件电接触，其中所述RFID天线和所述多个电触点之每一个包括固化的或干燥的油墨；
在所述第一衬底的所述第一侧上印刷阴极集电体层；
在所述第一衬底的所述第一侧上印刷阴极层；
在所述第一衬底的所述第一侧上层压阳极层；
提供电解质层，其包括与所述阴极层接触也与所述阳极层接触的粘性液体；
在所述第一衬底的所述第一侧上提供框架，以形成内部空间，所述内部空间容纳所述电解质，也容纳所述阴极层的至少一大部分和所述阳极层的至少一大部分；
将所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点电联接；以及
将所述第二衬底连接到所述第一衬底，以基本密封所述容纳了所述阴极层、所述阳极层和所述电解质层的内部空间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点电联接的步骤还包括以下步骤：(i)提供多个孔，其延伸穿过所述第一衬底，以与所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点之每一个联通；以及(2)用导电性油墨填充所述多个孔，以在所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点之间提供所述电联通。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：将所述框架提供为第三衬底，其包括具有多个层压层的网，其中所述层压层至少之一是压敏粘合剂。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：提供切挖腔，所述切挖腔延伸穿过所述第三衬底，且被定向，以与所述阴极层的一部分以及所述阳极层的一部分联通。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：提供多个阴极层和多个阳极层，并将所述多个阴极层和阳极层电连接在一起，以形成电池。
16.一种有源RFID器件，其包括用于产生电流的扁平电化学电池单元，所述有源RFID器件包括：
第一衬底，其包括多个层压层，并限定了第一侧和第二侧；
第二衬底；
有源RFID器件，其设在所述第一衬底的所述第二侧上，包括RFID天线、与所述RFID天线联通的有源RFID元件、以及与所述有源RFID元件电联通的多个电触点；
阴极层，其设在所述第一衬底的所述第一侧上；
阳极层，其设在所述第一衬底的所述第一侧上；
电解质层，其包括与所述阴极层接触也与所述阳极层接触的粘性液体；
框架，其插在所述第一和第二衬底之间，以将所述第一衬底连接并密封到所述第二衬底，以形成内部空间，所述内部空间容纳所述电解质，也容纳所述阴极层的至少一大部分和所述阳极层的至少一大部分，其中所述阳极层和所述阴极层至少之一包括固化的或干燥的油墨；以及
电联接器组装件，其在所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点之间提供电联通。
17.根据权利要求1所述的器件，其中所述电联接组装件包括多个孔，其延伸穿过所述第一衬底，所述多个孔与所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点之每一个联通。
18.根据权利要求17所述的器件，其中所述多个孔之每一个被导电性油墨填充，以在所述阴极层、所述阳极层和所述多个电触点之间提供电联通。
19.根据权利要求18所述的器件，其中所述多个孔的所述导电性油墨包括银和铜至少之一。
20.根据权利要求16所述的器件，其中所述框架是第三衬底，其包括：多个层压层；以及切挖腔，其延伸穿过所述多个层压层，与所述阴极层的一部分以及所述阳极层的一部分联通，其中所述层压层至少之一是压敏粘合剂。
21.根据权利要求16所述的器件，其中所述RFID天线和所述多个电触点至少之一包括固化的或干燥的油墨。
22.根据权利要求16所述的器件，其中所述框架是框架密封剂，其被布置在所述第一衬底上，大致界定了所述内部空间的周边，且其中所述框架密封剂被插在所述第一衬底和所述框架间隔器之间。
23.根据权利要求16所述的器件，其中所述阴极层和所述阳极层中仅之一由干燥的或固化的油墨组成，且其中所述阴极层和所述阳极层之另一由金属条带组成。
24.根据权利要求16所述的器件，还包括多个所述阴极层和所述阳极层，其电连接在一起以形成电池。
25.根据权利要求16所述的器件，其中下列之一或二者：(1)在所述阴极层和所述第一衬底之间设有阴极集电体层；以及(2)在所述阳极层和所述第一衬底之间设有阳极集电体层。
26.一种制造有源RFID器件的方法，所述有源RFID器件包括用于产生电流的扁平电化学电池单元，所述方法包括以下步骤：
提供第一衬底，其包括第一侧和第二侧；
在所述第一衬底的所述第二侧上提供有源RFID组装件；
在所述第一衬底的所述第一侧上提供阴极集电体层；
在所述第一衬底的所述第一侧上提供阴极层；
在所述第一衬底的所述第一侧上提供阳极层；
提供一个电解质层，其与所述阴极层接触也与所述阳极层接触；以及
穿过所述第一衬底将所述阴极层(经由所述阴极集电体层)、所述阳极层和所述有源RFID组装件电联接。
27.根据权利要求26所述的方法，其中由源工段将所述第一衬底提供为大致连续的网，其中通过使所述大致连续的网经过印刷工段来执行以下步骤：提供所述阴极层；提供所述阳极层；以及穿过所述第一衬底将所述阴极层、所述阳极层和所述有源RFID组装件电联接；且其中所述大致连续的网上的已完成的有源RFID器件在拾取工段被收集。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一衬底在所述源工段被提供在源卷上，且其中所述已完成的有源RFID器件在所述拾取工段被收集在收集卷上。
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