CN103907229A - 用于具有集成的储能器的电路的载体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于具有集成的储能器的电路的载体,其中载体(10)包括至少一个具有内表面(20、56)的腔(18、47),其中腔(18、47)由载体(10)的基层(12、14、46、48、50)至少部分地围绕,还包括至少一种在至少一种腔(18、47)中邻接内表面(20、56)地设置的传导离子的材料(42、42’、58),还包括至少一个接触至少一种传导离子的材料(42、42’、58)且与载体(10)的电路(15)的至少一个第一部分(31)导电连接的第一电极(22、52),并且还包括至少一个接触至少一种传导离子的材料(42、42’、58)且与载体(10)的电路(15)的至少一个第二部分(33)导电连接的第二电极(24、54)。

Description

用于具有集成的储能器的电路的载体
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求所属类型的用于具有集成的储能器的电路的载体和用于制造其的方法。
背景技术
由于与时俱进地配备移动设备,并且电子移动和能量自足系统的应用的发展,储能显得越来越重要。同时,结构尺寸和成本降低也愈发引起关注。能量的储存大多基于化学基础以原电池(一次电池)或蓄电池(二次电池)的形式实现,并且被作为电能交付给相应的结构元件。其中通过原电池或蓄电池的能量的储存和交付以化学形式实现且基于氧化还原反应。与此相比,在电容即电容器中,能量以静电势能(通过静电场的偶极子的形成)的形式储存。
对于小的结构尺寸最常见的应用是纽扣电池。其中指的是作为具有扁圆构型的、大小和形状近似于衣服纽扣的一次电池或二次电池的电化学单元。
此外,根据电极材料还分为氧化银、氧化汞和锂电池,以及析气碱性锌锰电池(Zink-Luft-Alkali-Manganzellen)。若把纽扣电池设计为蓄电池,那么大多指的是镍镉蓄电池或镍-金属氢化物蓄电池。和其他的、例如能量自足的传感系统的结构元件相比,纽扣电池显然相对比较大。根据期望的电容,典型的机构尺寸是直径在5和20mm之间,且厚度在2和5.4mm之间。
为了原电池和蓄电池的结构尺寸的进一步减小,尤其在微系统的应用中,存有用于实现薄层电池的行为。其中电池层(电极、隔离器、电解质)具有几微米的典型厚度并且此外被直接敷设在微系统(MEMS)芯片或电子芯片上。然而薄层电池由于较小的材料厚度而还包含相对低的电容或者说充电量。
从US 7,624,499 B2中已知一种柔性的电路载体,其中把原电池设置在绝缘的层之间。其中指的是一种封闭的、特殊成形并且封装的原电池,该原电池具有连接触头,连接触头通过贯穿接触而从外面接触。
发明内容
本发明的任务在于以原电池和/或蓄电池为形式的化学储能器的结构尺寸的进一步减小和构型优化,以用于在实现充足的充电量的情况下提升针对尤其微系统内或具有微系统的模块内的应用的集成密度。
发明优点
相对于此,具有独立权利要求特征的根据本发明的载体和根据本发明的方法具有的优点是,通过基层中传统的电池壳或单元壳的取消,任意造型的容积能够用传导离子的材料填充且作为储能器被使用。一方面,由此把功能和集成密度显著提高并且因此把成本和结构尺寸明显降低。据此把未使用的基体面的份额最小化并且把作为储能器的基体体积的利用因数相比以前的对称成型的电池(组)显著提高。另一方面,取消了分离的原电池或蓄电池的接触,由此能够实现较短的传导路径和接触面上较小的过渡电阻。
在本发明的意义上,电路保持导电的导体路线、贯通触头或者说贯通接触结构例如以导电的金属化结构为形式、和/或接线面或者说接线路径,其被用于结构元件例如微机械的传感器、电子构件和/或其它电路载体的接触。
在本发明的意义上,把储能器理解为一种实现了以例如源自化学氧化还原反应中的化学能为形式的电能的存储装置。在此尤其是一次电池(原电池)或二次电池(蓄电池)。
此外在本发明的意义上把腔理解为既能被设计为封闭的也能设计为敞开的空心室。
此外在本发明的意义上把传导离子的材料理解为电解质,该电解质至少部分地以离子形式呈现并且它的电或离子的传导性和载荷传输通过离子的定向运动引起。其中指的是酸、碱或者盐,其中它们能够以液体、凝胶或固体的形式呈现。
此外在本发明的意义上把各电极和传导离子的材料之间的接触理解为一种实现在电极和传导离子的材料即电解质之间的离子传递的连接。
通过在从属权利要求中举出的措施,在独立权利要求中给出的载体或方法的有利的改型和改善是可能的。
有利的是,电路的第一部分具有至少一个第一接线面并且\或者电路的第二部分具有第二接线面,其中至少一个接线面被设置在载体的外表面上。换而言之,即把接线面设在形成载体外表面的靠外的基层上以实现电结构元件的简单且直接在电路并因此在集成的储能器上的接触。
此外有利的是,腔具有至少一个伸展到载体外表面的、用于把传导离子的材料带入腔中的能封闭的第一开口。其中开口的封闭件可例如设计为被喷塑的合成材料、粘接的由金属或合成材料形成的盖和/或例如由金属形成的被敷设的盖膜。该措施实现了电解质在电路板制造、电路制造或甚至其他的加载传导离子的材料的处理步骤例如构件装配之后才把热的胶体硬化或焊料填充进腔中。此外填充步骤在电路板的长时间储存后也能进行。相应于此在电解质选择时的自由度提高了,因为例如不必进行在260oC的焊接温度上的设计。此外,当电解质在电路板的储存和运输时间期间还未被包含在腔中而是在较晚的时刻才被填充或放入时,电解质经受较小的由于温度和潮湿的老化效应。
此外,腔具有至少一个伸展到载体外表面的、用于规定腔中负压的能封闭的第二开口是有利的。该措施简化且加速了将电解质带入到腔中。此外有利的是,把第一开口和/或第二开口通过至少一个自封闭的封闭机构来封闭。通过该措施也能把封闭机构在把电解质带入到腔中之前安置在载体上,由此更加简化了制造方法。电解质的带入于是能以非常简单的方式例如通过自封闭的密封件通穿来实现。
此外有利的是,把第一电极至少部分地设置在至少一个腔的内表面上且把第二电极至少部分地设置在至少一个腔的内表面上。该措施的优点是,电极在机械方面不必或者说仅仅有限地“自身”形状固定地构造,因为通过基层赋予了形状强度和稳定性。据此能把电极设计为液体、层、薄膜和/或纤维。在层设计方案中能把电极设计为沉积的、增长的、压印的和/或刮抹的层并且设计为全表面的、多孔的和/或海绵状的。有利的是,在此电极能被至少部分设计为导电的金属化结构的形式并因此在电路载体制造过程中与电路一起被带入,由此把制造过程显著地简化。此外合适的是,电极在其几何伸展范围中如此匹配于腔的几何形状,亦即在金属化或制造过程中电极如此与腔的几何形状匹配,从而在腔的内表面和电极之间不会有空隙在连接界面的区域中形成。
此外,电极可以分别作为单个材料或材料对出现。其中每个电极的材料或至少一种材料组分能够不仅作为氧化剂而且作为还原剂起作用,并因此不仅吸收而且释放离子或电子。因此在储能器设计即原电池或蓄电池设计时获得另外的自由度。此外通过该措施能够把电极作为电路载体的周布线层(Umverdrahtungsschichten)的组成部分连续地实现,这使得它的分离的接触不必要。这最终引起减小的成本和提高的可靠性。
此外有利的是,第一电极设计为阴极且尤其包括被覆设的铝,其中覆层具有含锂的过渡金属氧化物,并且第二电极设计为阳极且尤其包括被覆设的铜,其中该覆层具有石墨。含锂的过渡氧化物能够例如是氧化钴锂(LiCoO2)、氧化锰锂(LiMn2O4)或者磷酸铁锂(LiFePO4)。这些含锂的过渡金属氧化物在其额定电压上不同,其中尽可能高的如氧化锰锂的额定电压在能量上有利地起作用。
此外有利的是设置至少一个用于把传导离子的材料相对于环境隔离的保护元件,其中把保护元件设计为载体的外表面的部分的金属化结构、载体内部的全表面的金属层、金属化的槽、腔的内表面的金属化结构、金属盖、涂覆漆和/或阻焊膜。由此能以非常简单和成本适宜的方式和方法保护传导离子的材料抵抗潮湿。其中可把载体外表面全部或部分地金属化。此外在装配和接触侧上能为也额外地保护所装配的结构元件的金属盖设计环绕的接触位置(焊环)。作为可选的方案或累加的方案,金属化结构也能在电路载体内部通过全表面金属层和环绕的金属化的槽实现或者与电极分离地设置在腔内。但此外潮湿保护也能通过电路载体的安装地点实现。这通过本发明以有利的方式是可能的,因为这在规设置口时允许在完成了电路载体制造和例如在安装地点的装配、焊接和组装之后才将电解质本身填充。因此能阻止电解质与潮湿环境的提早接触。
此外有利的是,把至少一个保护元件设计为电信号的导体。通过该措施能把电接头的数目并因此把制造成本和制造费用进一步减少。
此外有利的是,把至少一种传导离子的材料设计为凝胶状的。在本发明的意义上把凝胶状的离子导体理解为一种加入到聚合物中的液态的离子导体。凝胶状的传导离子的材料于是能够例如通过分散或喷射来被带入到腔中。凝胶状的离子导体的优点在于化学储能器的较易封装。逸出的危险明显低于液态离子导体的情况。
此外有利的是,至少一种传导离子的材料被构造为液态的,而且在腔中设置隔离器用于将电极在空间上和/或在电方面分离。其中把隔离器用传导离子的材料浸润且具有把两个电极在空间上和/或在电方面在两个半个腔中分离的任务。然而隔离器必须对于引起所储存的化学能到电能的转变的离子而言是可通过的。对于隔离器主要应用微孔的合成材料以及出自玻璃纤维或聚乙烯的面砖作为材料。此外,根据隔离器类型的不同即根据隔离器的流体的通透性的不同有意义的是,可以分别设置用于半腔的开口,以便在隔离器的两侧确保离子导体即传导离子的材料的足够的填充。与固体离子导体相比,液态的离子导体的优点在于较低的运行温度(例如室温)。
此外有利的是,设置第二基层且在两个基层中间压紧地设置隔离器。该设计提供的优点是,用于固定隔离器的独立的方法步骤是不必要的,而是能把隔离器在制造载体时即在借助于所谓的Prepreg即未硬化的热固的合成材料垫压紧基层时集成和固定。
此外有利的是,设置至少一个第二腔,其中第一腔的至少一个电极和第二腔的至少一个电极互相电连接。该设计的显著的优点是,能把多个“储存器单元”在载体中串联或并联,以便提高储能器的储存容量。其中电极对的接线能经由电路载体的固定结构例如导体路线和贯穿接触结构或者变化地经由在电路载体的外表面上的连接触头通过例如引线连接或倒装触点在要装配的结构元件上灵活进行。在后一种的情况中把所有的电极独立引向电路板外侧,从而电路板用户能在装配时自己进行接线,由此产生对于用户和供应商的不仅技术上的而且经济上的特性的优点。其中腔的填充能经由指向电路载体上表面或者说外表面的共同的开口或者在例如设置了不同的传导离子的材料时经由分开的、配属于各个腔的开口进行。
此外有利的是,在制造载体时设置部分围绕腔的第二基层,在真空下将基层压紧,这样在腔中形成负压,且把传导离子的材料借助于封闭机构的穿过而带入到腔中,其中把封闭机构设计为自封闭的。通过该措施能把传导离子的材料以非常简单的方式带入到腔中,而其中分离的装置或者说分离的驱动器是不必要的。 
不言而喻,前述的和后面将解释的特征不仅能在给出的组合中而且能在其他组合中或者在单独情形下应用,而不离开本发明的范围。
附图说明
下面根据几个选出的实施例结合附图进一步描述和阐释本发明。其中:
图1示出根据本发明的载体在没有传导离子的材料的情况下的第一实施例;
图2示出根据图1的具有传导离子的材料的载体;
图3示出根据本发明的载体的第二实施例,具有设置在上侧面上的接线面;
图4示出具有两个并联的储能单元的另一个实施例;
图5示出具有两个串联的储能单元的另一个实施例;
图6示出具有三维结构的腔的另一个实施例;
图7示出具有液态的传导离子的材料的另一个实施例;
图8示出根据本发明的载体的俯视图;
图9示出具有在根据本发明的载体上的MEMS传感器和衡量电子器件的能量自足系统。
具体实施方式
在图1中展示的根据本发明的载体的第一个实施例在整体上用附图标记10表示。载体10设计为电路板且具有第一基层12以及第二基层14。这两个基层12、14设计为热固的、由玻璃纤维例如嵌在环氧树脂中的玻璃纤维穿过的层。环氧树脂层首先致力于电路板稳定性且作为电路15的载体。环氧树脂芯的标准厚度是50到710微米。此外载体10具有设置在第一基层12和第二基层14之间的半固化层(Prepregschicht)16。其中半固化层16设计为热固的合成材料基体且致力于两个基层12、14的接合。典型的半固化厚度在50到180微米。
此外,载体10具有腔18。腔18设置在第一基层12或半固化层16和第二基层14之间且具有内表面20。在腔18的内表面20上设置第一电极22以及与其相对的第二电极24。其中这两个电极22、24设计为金属化的层,即导电的金属化结构。其中有利地把该金属化结构在载体10制造时和电路15一起带入。其中在电极22、24和腔18的内表面20之间的连接界面分别设计为无间隙的。
此外,载体10具有第一接线面26。第一接线面26设置在载体10的第一外表面28上且通过第一贯穿接触结构30和第一电极22连接。其中第一接线面26和第一贯穿接触结构30形成电路15的第一部分31。此外第二接线面32设置在载体10的第二外表面34上。第二接线面32通过第二贯穿接触结构36和第二电极24连接。其中第二接线面32和第二贯穿接触结构36形成电路15的第二部分33。此外把伸展到腔18的开口40设置在载体10的第一外表面28上。
图2展示具有传导离子的材料42或电解质42的图1实施例。其中传导离子的材料42与腔18的内表面20邻接地设置且接触第一电极22和第二电极24。其中把该接触如此设计,从而在两个电极12、14之间实现离子传输,由此形成第一储能单元41。此外如图2中所示,开口40致力于把传导离子的材料42带入到腔18中。为了阻止传导离子的材料42从腔18中泄漏或逸出,载体10此外具有封闭开口40的封闭机构44。其中封闭机构44设计为盖子44。盖子44在载体10的第一外表面28上设置在开口40上。当然完全可设想的是,设置塑造的合成材料或者被敷设的例如由金属形成的盖膜作为封闭机构44。
为了保护传导离子的材料42免于潮湿,此外可以设置保护元件45。在该实施例中把保护元件45设计为用于隔离电接线面26、32的覆漆层45且设置在第一外表面28和第二外表面34上。其中覆漆层45除了覆盖这两个接线面26、32和封闭机构44外还覆盖全部的第一和第二外表面28、34,从而除了作为在相应选取和设定漆料时电绝缘的功能以外还能保证有效的防湿。
在图3中展示的根据本发明的载体10的另一个实施例具有额外的第三基层46。其中腔18被所有三个基层12、14、46围绕。此外,与图1和2中展示的实施例不同,第二接线面32设置在第一外表面28上,即在载体10的上侧面上,从而现在这两个接线面26、32被设置在同一外表面28上并且能以非常简单的方式被结构元件(未展示)所接触。其中,将第二接线面32和第二电极24连接的第二贯穿接触结构36通过第一和第二基层12、14走向。
图4和5展示了两个其他的实施例,其中根据本发明的载体10具有第二腔47。第一腔18类似于图3中的实施例设置在第一基层12、第二基层14和第三基层46之间。第二腔47设置在第三基层46、第四基层48和第五基层50之间。此外载体10具有另外的第一电极52和另外的第二电极54。其中第一电极52和第二电极54设置在第二腔47的第二内表面56上。
此外,在第二腔47中邻接第二内表面56设置传导离子的第二材料58。传导离子的第二材料58如此接触第二腔47的第一电极52和第二电极54,从而在这两个电极52、54之间实现离子传输,由此形成第二储能单元57。
在图4中,第一腔18的第一电极22即第一储能单元41和第二腔47的第一电极52即第二储能单元57与电路15的第一部分31导电地连接。在此,第一储能单元41的第一电极22和第二储能单元57的第一电极52通过第一贯穿接触结构30与第一接线面26连接,以实现电气的或电子的构件和/或其他电路载体的接触。与此类似,第一储能单元41的第二电极24和第二储能单元57的第二电极54与电路15的第二部分33导电地连接。在此,第一储能单元41的第二电极24和第二储能单元57的第二电极54又通过第二贯穿接触结构36与第二接线面36连接,以同样实现电气的或电子的构件和/或其他电路载体的接触。
通过该接线实现了第一储能单元41和第二储能单元57的并联。该并联在所示实施例中是通过固定的电路载体接线实现的。当然完全可以设想的是,电极对22、24、52、54的接线作为通过电路载体的固定构造即通过导体电路和贯穿接触结构30、36的替代方案也变化地经由载体10的外表面28、34上的接线面26、32通过例如在将要装配的结构元件上的引线连接或倒装触点而灵活地进行。那么,在后一种情况下所有的电极对22、24、52、54与载体10的外表面28、34分开地引导。
与前述的实施例类似,图5中的载体10同样具有两个储能单元41、57,其中第一储能单元41和第二储能单元57串联。该串联通过以下方式实现,即,第一储能单元41的第一电极24和第二储能单元57的第一电极52借助于第三贯穿接触结构62导电地互相连接。此外第一储能单元41的第一电极22与第一接线面26且第二储能单元57的第二电极54与第二接线面32连接,以实现从外部接触结构元件。
图6中展示了根据本发明的载体10的另一个设计。展示的电路载体10的特点在于,第一基层12和第三基层46在腔18的区域中具有多个凸起64。上面设置了两个电极22、24的凸起64引起内表面20的表面积增大且由此实现电极22、24的最大化表面,由此显著提高充电量。不言而喻,对于技术人员可设想引起表面积增大的结构化的基层12、46的多种结构和形状。其中结构化能通过对基层12、46的激光处理、铣削或冲压在总装前进行。电极12、14的金属化结构能有利地通过膜的敷设、初始层的起吹(Anblasen)、按压、金属化以及接下来的涂镀处理来进行,正如气对于贯穿接触结构已经熟知的那样。
图7展示具有液态的传导离子的材料42’的载体10。在此对于液态的电解质来说设置了必要的、在第二基层14和第三基层46之间设置的隔离器66。隔离器66设置在液态的传导离子的材料42’中且具有这样的目的,即,把两个电极22、24在空间上和/或在电方面分离。但是隔离器66必须对于引起所储存的化学能到电能的转化的离子来说是可透过的。在展示的实施例中只设置了通过封闭机构44密封的、用于带入液态的传导离子的材料42’的开口40。视方式而异,即根据隔离器66的流体通过性的不同,能够有意义的是,设置从载体10的第二外表面34伸展到腔18的第二开口(未展示),以保证在隔离器66的两侧充足地填充了液态的传导离子的材料42’。
如从图8中展示的根据本发明的载体10的俯视图中可看出的那样,腔18、47(通过虚线展示)能几乎采用任意形状且用传导离子的材料42、42’、58填充,以形成储能器。由此,未使用的基体容积显著减少或者说作为储能器的基体容积的使用因数显著提高。在多个腔18、47的情形下,也能把它们相对简单地在多个平面内相叠地、也可偏置地亦或重叠地或者在一个平面内并靠地设置并且以简单的方式和方法相互联接。由此如在图4和5中展示的那样可能的是,并联和/或串联地连接多个储能器41、57,以得到期望的或最大化的容量。
最后在图9中展示了具有设置在根据本发明的载体10上的MEMS传感器68和衡量电子器件70的能量自足的系统。其中MEMS传感器68的接触通过键合引线72实现。为了保护传导离子的材料42免于潮湿,总系统此外具有金属层74、环绕的金属化的槽76以及金属盖78。金属层74设置在第三基层46和第四基层48之间且与金属化的槽76湿密封地连接。金属化的槽76同样集成在基体面12、14、46、48中、环状地围绕腔18走向。金属盖78设置在载体10的第一外表面28上且同样湿密封地与金属化的环76连接。通过保护元件45、74、76、78由此产生湿密封的系统,该系统不仅把传导离子的材料42而且把MEMS传感器68和衡量电子器件70有效地保护以免于潮湿。此外通过三个金属的保护元件74、76、78实现用于电子器件的EMV保护。向外的通讯于是能例如通过无线系统如蓝牙来进行。

Claims (16)

1.用于具有集成的储能器的电路的载体,其中载体(10)包括至少一个具有内表面(20、56)的腔(18、47),其中腔(18、47)至少部分地由载体(10)的基层(12、14、46、48、50)围绕,还包括至少一种在至少一个腔(18、47)中邻接内表面(20、56)地设置的传导离子的材料(42、42’、58),还包括至少一个接触至少一种传导离子的材料(42、42’、58)且与载体(10)的电路(15)的至少一个第一部分(31)导电连接的第一电极(22、52),并且还包括至少一个接触至少一种传导离子的材料(42、42’、58)且与载体(10)的电路(15)的至少一个第二部分(33)导电连接的第二电极(24、54)。
2.按权利要求1的载体,其特征在于,电路(15)的第一部分(31)具有至少一个第一接线面(26)并且/或者电路(15)的第二部分(33)具有第二接线面(32),其中至少一个接线面(26、32)被设置在载体(10)的外表面(28、34)上。
3.按权利要求1或2的载体,其特征在于,腔(18、47)具有至少一个伸展到载体(10)的外表面(28、34)的、用于把传导离子的材料(42、42’、58)带入到腔(18、47)中的能封闭的第一开口(40)。
4.按权利要求3的载体,其特征在于,腔(18、47)具有至少一个伸展到载体(10)的外表面(28、34)的、用于规定腔(18、47)中的负压的能封闭的第二开口。
5.按权利要求3或4的载体,其特征在于,第一开口(40)和/或第二开口通过至少一个自封闭的封闭机构(44)封闭。
6.按权利要求1到5中任一项的载体,其特征在于,第一电极(22、52)至少部分地设置在至少一个腔(18、47)的内表面(20、56)上且第二电极(24、54)至少部分地设置在至少一个腔(18、47)的内表面(20、56)上。
7.按权利要求1到6中任一项的载体,其特征在于,第一电极(22、52)设计为阴极且尤其包括覆设的铝,其中该覆层具有含锂的过渡金属氧化物,并且第二电极(24、54)设计为阳极且尤其包括覆设的铜,其中该覆层具有石墨。
8.按权利要求1到7中任一项的载体,其特征在于,设置了至少一个保护元件(45、74、76、78)以用于将传导离子的材料(42、42’、58)相对于环境湿隔绝,其中保护元件(45、74、76、78)设计为载体(10)的外表面(28、34)的部分的金属化结构、载体(10)内部的全表面的金属层(74)、金属化的槽(76)、腔(18、47)的内表面(20、56)的金属化结构、金属盖(78)、涂覆漆(45)和/或阻焊膜。
9.按权利要求8的载体,其特征在于,至少一个保护元件(45、74、76、78)设计为电信号的导体。
10.按权利要求1到9中任一项的载体,其特征在于,至少一种传导离子的材料(42、42’、58)构成为凝胶状的。
11.按权利要求1到9中任一项的载体,其特征在于,至少一种传导离子的材料(42、42’、58)构成为液态的且为了将电极(22、24、52、54)在空间上和/或在电方面分离而在腔(18、47)中设置了隔离器(66)。
12.按权利要求11的载体,其特征在于,设置了至少一种另外的基层(14、46、48、50)且隔离器(66)被压紧地设置在两个基层(12、14、46、48、50)之间。
13.按权利要求1到12中任一项的载体,其特征在于,设置了至少一个第二腔(47),其中第一腔(18)的至少一个电极(22、24)和第二腔(47)的至少一个电极(52、54)彼此电连接。
14.用于制造用于具有集成的储能器的电路的载体的方法,具有下面的方法步骤:
- 设置至少一个腔(18、47),其中腔(18、47)由载体(10)的基层(12、14、46、48、50)至少部分地围绕,
- 将至少一种传导离子的材料(42、42’、58)带入到至少一个腔(18、47)中,
- 设置至少一个接触至少一种传导离子的材料(42、42’、58)且与载体(10)的电路(15)的至少一个第一部分(26、32)导电连接的第一电极(22、52),且
-设置至少一个接触至少一种传导离子的材料(42、42’、58)且与载体(10)的电路(15)的至少一个第二部分(32、36)导电连接的第二电极(24、54)。
15.按权利要求14的用于制造载体的方法,其特征在于
- 在腔(18、47)上设置至少一个伸展到载体(10)的外表面(28、34)的第一开口(40)以用于把传导离子的材料(42、42’、58)带入到腔(18、47)中,且
- 通过封闭机构(44)封闭开口(40)。
16.按权利要求15的用于制造载体的方法,其特征在于
- 设置部分地围绕腔(18、47)的另外的基层(14、46、48、50),
- 在真空下压紧基层(12,14、46、48、50),从而在腔(18、47)中形成负压,且
- 借助于封闭机构(44)的穿过来把传导离子的材料(42、42’、58)带入到腔(18、47)中,其中封闭机构(44)设计为自封闭的。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9560765B2 (en) 2013-12-06 2017-01-31 Infineon Technologies Dresden Gmbh Electronic device, a method for manufacturing an electronic device, and a method for operating an electronic device
US9263357B2 (en) 2013-12-06 2016-02-16 Infineon Technologies Dresden Gmbh Carrier with hollow chamber and support structure therein
US9613878B2 (en) 2013-12-06 2017-04-04 Infineon Technologies Dresden Gmbh Carrier and a method for processing a carrier
DE102013226646A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Robert Bosch Gmbh Elektronisches Bauelement und Herstellungsverfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements
US10581109B2 (en) 2017-03-30 2020-03-03 International Business Machines Corporation Fabrication method of all solid-state thin-film battery
US10903672B2 (en) 2017-03-30 2021-01-26 International Business Machines Corporation Charge method for solid-state lithium-based thin-film battery
US10944128B2 (en) 2017-03-30 2021-03-09 International Business Machines Corporation Anode structure for solid-state lithium-based thin-film battery
US10622680B2 (en) 2017-04-06 2020-04-14 International Business Machines Corporation High charge rate, large capacity, solid-state battery

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5660942A (en) * 1996-05-29 1997-08-26 Kothari; Kishor Leak-proof rechargeable lead-acid battery cell
US20030152815A1 (en) * 1998-03-10 2003-08-14 Lafollette Rodney M. Microscopic batteries for MEMS systems
US20070139001A1 (en) * 2003-10-06 2007-06-21 Robert Hahn Battery, especially a microbattery, and the production thereof using wafer-level technology
US20070275300A1 (en) * 2006-05-24 2007-11-29 Commissariat A L'energie Atomique Integrated microcomponent combining energy recovery and storage functions
US20080138701A1 (en) * 2006-12-08 2008-06-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery-integrated semiconductor module and method for producing the same
EP2081245A1 (en) * 2008-01-17 2009-07-22 Harris Corporation Three-dimensional liquid crystal polymer multilayer circuit board including battery and related methods
CN101689679A (zh) * 2007-04-02 2010-03-31 皇家飞利浦电子股份有限公司 电化学能量源及配置有该电化学能量源的电子装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230115A (en) * 1962-11-16 1966-01-18 Tamminen Pentti Juuse Printed battery and method of making the same
US7624499B2 (en) 2004-02-26 2009-12-01 Hei, Inc. Flexible circuit having an integrally formed battery
DE102008058025B4 (de) * 2008-11-19 2011-01-13 Continental Automotive Gmbh Schaltungsträger

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5660942A (en) * 1996-05-29 1997-08-26 Kothari; Kishor Leak-proof rechargeable lead-acid battery cell
US20030152815A1 (en) * 1998-03-10 2003-08-14 Lafollette Rodney M. Microscopic batteries for MEMS systems
US20070139001A1 (en) * 2003-10-06 2007-06-21 Robert Hahn Battery, especially a microbattery, and the production thereof using wafer-level technology
US20070275300A1 (en) * 2006-05-24 2007-11-29 Commissariat A L'energie Atomique Integrated microcomponent combining energy recovery and storage functions
US20080138701A1 (en) * 2006-12-08 2008-06-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery-integrated semiconductor module and method for producing the same
CN101689679A (zh) * 2007-04-02 2010-03-31 皇家飞利浦电子股份有限公司 电化学能量源及配置有该电化学能量源的电子装置
EP2081245A1 (en) * 2008-01-17 2009-07-22 Harris Corporation Three-dimensional liquid crystal polymer multilayer circuit board including battery and related methods

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