CN105403602A - 光学可图案化玻璃微电化学电池及方法 - Google Patents

光学可图案化玻璃微电化学电池及方法 Download PDF

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Abstract

本申请描述了包括光学可图案化玻璃衬底、集成有穿透玻璃的通孔的两个或更多个嵌入电极、以及可透气性的膜盖的微电化学电池、微电化学气体传感器以及微电化学电池的制造方法。在一个实施方式中，微电化学电池包括光学可图案化玻璃衬底；形成在该光学可图案化玻璃衬底中的至少一个凹槽；形成在该光学可图案化玻璃衬底中的多个穿透玻璃的通孔，布置在该至少一个凹槽中的至少一种电解质；布置在该至少一种电解质上面的芯吸层；以及盖组件。

Description

光学可图案化玻璃微电化学电池及方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C§119(e)要求2014年6月2日申请的、标题为“光学可图案化玻璃微电化学电池及方法”的美国临时专利申请序列号62/006299的权益。美国临时专利申请序列号62/006299通过引用将其整体包含在本文中。
背景技术
电化学电池是能够从化学反应获得电能或通过引入电能而促进化学反应的装置。电化学电池是电化学传感器的集成元件，其利用电极来产生与目标气体的量相关的电流，允许目标气体浓度测量。电化学传感器可以结合到诸如一氧化碳检测器的测量环境污染物质的装置中，还可以用于测量呼气酒精。因为电化学传感器要求非常小的运行电力，所以电化学传感器已经广泛使用在测量毒气的个人安全装置中。电化学电池还可以用于制造电池。
发明内容
本申请描述了包括光学可图案化(photopatternable)玻璃衬底、与穿透玻璃的通孔整体集成的两个或更多个嵌入电极、以及可透气性的膜盖微电化学电池、微电化学气体传感器以及该微电化学电池的制造方法。在一个实施方式中，应用根据本公开的示例技术的微电化学电池包括具有第一侧面和第二侧面的基本上平坦的光学可图案化玻璃衬底；形成在该光学可图案化玻璃衬底的该第一侧面中的至少一个凹槽；形成在该光学可图案化玻璃衬底的该第一侧面中的该凹槽中的多个电极，其中该光学可图案化玻璃衬底、该至少一个凹槽以及该多个电极形成电池主体；形成在该光学可图案化玻璃衬底中的多个穿透玻璃的通孔，该穿透玻璃的通孔从该光学可图案化玻璃的该第一侧面延伸到该光学可图案化玻璃的该第二侧面，其中该多个穿透玻璃的通孔形成从该多个电极到该光学可图案化玻璃的该第二侧面的电连接；布置在该至少一个凹槽中的至少一种电解质；布置在该至少一种电解质上面的芯吸层(wickinglayer)；以及布置在该电池主体上和该至少一个凹槽上面的盖组件，该盖组件包括具有孔的盖衬底，和布置在该孔和该至少一个凹槽之间的多孔膜。在某些实施方式中，印刷电路板或连接器可以与该微电化学电池耦合以形成微电化学气体传感器。在某些实施例中，微电化学气体传感器包括微电化学电池和用于将电极偏置(biasingelectrodes)和测量电流的集成电路。在实施方式中，使用根据本公开的示例技术的用于制造微电化学电池的一个方法包括组装在电池印刷电路板的第一侧面上的电池主体以及在电池印刷电路板的第二侧面上的集成电路器件和连接器组件；将至少一种电解质分配进该电池主体中；以及将盖组件放置在该电池主体上。
所提供的“发明内容”部分以简化形式介绍概念的选择，这些概念进一步将在随后的“详细说明”中进行描述。该“发明内容”部分并不旨在确认所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护主题的范围。
附图说明
“详细说明”部分参考附图来描述。在说明书和附图中的不同实例中使用的相同的附图标记可以指示类似或等同零件。
图1A是说明根据本公开的示例实施方式的包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底和可透气性膜盖的微电化学电池的实施例的横截面侧视图。
图1B是说明根据本公开的示例实施方式的包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底、可透气性膜盖和集成电路的电化学气体传感器的实施例的横截面侧视图。
图1C是说明根据本公开的示例实施方式的包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底和可透气性膜盖的微电化学电池的实施例的横截面侧视图。
图1D是说明根据本公开的示例实施方式的包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底和可透气性膜盖的微电化学电池的实施例的横截面侧视图。
图1E是说明根据本公开的示例实施方式的包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底和可透气性膜盖的微电化学电池的实施例的横截面侧视图。
图1F是说明根据本公开的示例实施方式的包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底和可透气性膜盖的微电化学电池的实施例的立体图。
图1G是说明根据本公开的示例实施方式的包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底和可透气性膜盖的微电化学电池的实施例的平面图。
图2是说明用于制造包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底和可透气性膜盖诸如图1A到1G中说明的微电化学电池的微电化学电池的示例方法的流程图。
图3A是说明根据图2中示出的方法制造诸如图1A到1G中显示的微电化学电池的微电化学电池的的局部横截面侧视图。
图3B是说明根据图2中示出的方法制造诸如图1A到1G中显示的微电化学电池的微电化学电池的局部横截面侧视图。
图3C是说明根据图2中示出的方法制造诸如图1A到1G中显示的微电化学电池的微电化学电池的局部横截面侧视图。
图4是说明用于制造包括具有穿透玻璃的通孔的光学可图案化玻璃衬底和可透气性膜盖的诸如图1A到1G中所示的微电化学电池的微电化学电池的示例方法的流程图。
详细说明
综述
电化学电池是能够从化学反应获得电能或通过引入电能而促进化学反应的装置。电化学电池是电化学传感器的集成元件，电化学传感器利用电极来产生与目标气体的量相关的电流，允许目标气体浓度的测量。电化学传感器可以结合到诸如一氧化碳检测器的测量环境污染物质的装置中，并且还可以用于测量呼气酒精。因为电化学传感器运行要求的电力非常小，电化学传感器已经广泛使用在测量毒气的个人安全装置中。电化学电池还可以用于制造电池。
尽管电化学传感器符合用于感测气体的敏感性和电力的标准，但是困难在于生产足够小的适用于移动应用而且仍然保持空气质量监控所需要的期望的稳健性、寿命和敏感性的传感器。特别地，缩小电化学传感器的挑战包括维持电极表面积(响应性)、防止在以高浓度下分析物扩散至对电极、和在长期时间维持干燥气候中的液位。此外，对于高容量移动应用，诸如晶圆级或平板级工艺的并行工艺也是期望的。进一步，当塑料作为电化学电池的衬底时，通过电池壁和接合点减小侧壁厚度和最小化排气作用的能力受到限制。
因此，本申请描述了包括光学可图案化玻璃衬底、与穿透玻璃的通孔整体集成(monolithicallyintegrated)的两个或更多个嵌入电极、以及可透气性的膜盖的微电化学电池、微电化学气体传感器以及该微电化学电池的制造方法。在一个实施方式中，使用根据本公开的示例技术的微电化学电池包括具有第一侧面和第二侧面的基本上平坦的光学可图案化玻璃衬底；形成在该光学可图案化玻璃衬底的该第一侧面中的至少一个凹槽；形成在该光学可图案化玻璃衬底的该第一侧面中的该凹槽中的多个电极，其中该光学可图案化玻璃衬底、该至少一个凹槽以及该多个电极形成电池主体；形成在该光学可图案化玻璃衬底中的多个穿透玻璃的通孔，该穿透玻璃的通孔从该光学可图案化玻璃的该第一侧面延伸到该光学可图案化玻璃的该第二侧面，其中该多个穿透玻璃的通孔形成从该多个电极到该光学可图案化玻璃的该第二侧面的电连接；布置在该至少一个凹槽中的至少一种电解质；布置在该至少一种电解质上面的芯吸层；以及布置在该电池主体上和覆盖该至少一个凹槽上面的盖组件，该盖组件包括具有孔的盖衬底、和布置在该孔和该至少一个凹槽之间的多孔膜。在某些实施方式中，印刷电路板或连接器可以与该微电化学电池耦合以形成微电化学气体传感器。在某些实施例中，微电化学气体传感器包括微电化学电池和用于将电极偏置和测量电流的集成电路。在实施方式中，使用根据本公开的示例技术用于制造微电化学电池的一个方法包括组装在电池印刷电路板的第一侧面上的电池主体以及在电池印刷电路板的第二侧面上的集成电路器件和连接器组件；将至少一种电解质分配进该电池主体中；以及将盖组件放置在该电池主体上。
所公开的微电化学电池和电化学传感器因为玻璃凹槽/储槽中的增加了储槽表面积和电极的感应面积的蚀刻的波纹或粗糙度而提供了更好的耐久性和敏感性。此外，微电化学电池可以小至足以在移动装置中使用。进一步，电化学电池通过使用可透气性低的光学可图案化玻璃衬底还可以提供减小的排气作用和更薄的侧壁构造。归因于减少的尺寸、平版印刷特征限定、和单片构造(monolithicconstruction)的增强弹力，电化学电池可接受经由晶圆级或平板级工艺制造。电化学传感器可通过将各种电化学电池集成在公共衬底中以提供宽的感应光谱。
具体实施方式
图1A图解了根据本公开的示例实施方式的微电化学电池100。正如图1A到1G中所示，微电化学电池100和电池主体117可包括光学可图案化玻璃衬底101、至少一个工作电极102、至少一个参考电极103、对电极104、至少一个穿透玻璃的通孔105、和盖组件125。电池主体117可包括已被蚀刻以形成至少一个凹槽101A的光学可图案化玻璃衬底101、包括至少一个穿透玻璃通孔105、和/或包括至少一个电极102、103、104。
在实施方式中，光学可图案化玻璃衬底101可包括光学可图案化或可曝光限定(photodefinable)的玻璃。光学可图案化或可曝光限定的玻璃可包括感光剂，允许通过曝光于紫外(UV)光并且在曝光于该UV光之后的后续烘烤和对所形成的陶瓷的蚀刻来形成独特各向异性3D特征。可曝光限定的玻璃的一个示例包括铝硅酸盐基玻璃。在一个实施例中，光学可图案化玻璃衬底101包括玻璃衬底是光学透明的、化学惰性的和热稳定性的(例如不高于大约450℃)可曝光限定的玻璃。光学可图案化玻璃衬底101可包括具有比陶瓷态更高的热膨胀系数的玻璃衬底。在特定实施例中，光学可图案化玻璃衬底101暴露于UV光，烘烤并转化成陶瓷，并且用蚀刻剂(例如HF等)蚀刻以去除陶瓷的至少一部分。在曝光和蚀刻处理期间，可以形成不同特征，诸如光学可图案化玻璃衬底101中的凹槽101A、孔(例如用于形成穿透玻璃的通孔105)、和/或空腔。在实施方式中，光学可图案化玻璃衬底101的不同部分和/或区域可以转化成陶瓷并可以被蚀刻、再蚀刻或未蚀刻的。在实施例中，光学可图案化玻璃衬底101可被转化成陶瓷态并保持未蚀刻，例如形成光隔离元件。由蚀刻形成的形貌可以用其它不透明的和/或诸如电极的传导材料填充。例如，可以通过使用传导材料(例如铜)填充光学可图案化玻璃衬底101中蚀刻的孔来形成传导性穿透玻璃的通孔105。
如图1A到1G中所示，光学可图案化玻璃衬底101可包括形成在该光学可图案化玻璃衬底101的第一侧面中的至少一个凹槽101A。在实施方式中，如上所述，凹槽101A可以通过对光学可图案化玻璃衬底101进行平版印刷限定、曝光和退火该以生成可蚀刻的陶瓷区域来形成。在某些实施方式中，凹槽101A可包括连续的容积构造(例如在其它横截面中)。凹槽101A可以配置为用于包含电解质107和任选存在空气的容积的电解质储槽。在实施方式中，电解质107可以是固体、胶体或液体。
电池主体117和微电化学电池100可包括至少一个电极，例如工作电极102、参考电极103和/或对电极104。电极可包括用于与电路(例如电化学电路)的非金属部分(例如电解质107、空气等)接触的电导体。在某些实施方式中，工作电极102、参考电极103、和/或对电极104可包括导电材料(例如金、铂等)。图案化的玻璃衬底101的某些特定实施例可仅包括对电极104而无参考电极103。
在某些实施方式中，电极102、103、104可以使用平版印刷工艺形成，例如使用掩膜金属沉积。平版印刷沉积使用晶圆级或平板级工艺提供几百纳米薄并且可允许更小的微电化学电池100尺寸的电极的沉积，而同时减小贵金属消耗。尽管这些方法可以被用于制造电极102、103、104，但与由胶体油墨或分散体形成的电极相比，平版印刷限定电极可减小元件变化。
在实施方式中，凹槽101A可包括表面波纹或蛇形沟槽以提供更多电极感应表面积，并通过更好地将参考电极103和对电极104与盖组件125中的孔108隔离而允许增加的动态范围。特别地，对电极103或参考电极104接近于气体入口(例如孔108)可允许未反应的分析物扩散到对电极103和/或参考电极104，其分别减小了电池电化学电流和/或修正电池电动势。凹槽101A中的额外的表面粗糙度可提供更大的电极表面积。
在某些实施方式中，窗口掩膜沉积(shadowmaskdeposition)技术可被用于在储槽(例如凹槽101A)的第二侧面(例如凹槽101A的开口的底部或侧面远端)隔离电极。通过使用微米或纳米模板覆盖并精确地限定目标表面，窗口掩膜沉积允许材料的选择性沉积。在某些实施例中，模板可以由光学可图案化玻璃形成。材料进而可以通过窗口掩膜被选择性地沉积。在某些实施方式中，窗口掩膜技术可被用于隔离在光学可图案化玻璃衬底的第一侧面上的电极。
在某些实施方式中，微电化学电池100可包括介于电极102、103、104的金属和光学可图案化玻璃衬底101之间的粘接促进材料。粘接促进材料的某些示例可包括铝和/或薄膜。
光学可图案化玻璃衬底101、凹槽101A中的波纹和单片集成(monolithicintegration)的组合可提供尺寸减小到小于2mm或甚至小于1mm的厚度和小于1cm×1cm或甚至小于5mm×5mm的区域尺寸的微电化学电池100。在一个特定实施例中，微电化学电池100可测量为大约3.4mm×3.4mm×1.2mm。在凹槽101A的形成期间形成的类似玻璃或陶瓷的坚固材料的薄侧壁允许电解质107有用的大内部容积，其可有助于改进微电化学电池100的寿命，特别是在干燥气候中。
进一步，微电化学电池100和光学可图案化玻璃衬底101可包括至少一个穿透玻璃的通孔105，如图1A到1G中所示。穿透玻璃的通孔可包括穿透光学可图案化玻璃衬底101的垂直孔和/或电连接。在实施方式中，穿透玻璃的通孔105可从光学可图案化玻璃衬底101的第一侧面(例如具有凹槽101A的侧面)延伸到光学可图案化玻璃衬底101的第二侧面(例如凹槽101A的远端侧面)。在其它实施方式中，穿透玻璃的通孔105可被布置在光学可图案化玻璃衬底101的侧壁中。穿透玻璃的通孔105可形成从工作电极102、参考电极103和/或对电极104到布置在光学可图案化玻璃衬底101的第二侧面上的连接器组件120和/或集成电路器件115的电连接。在实施方式中，穿透玻璃的通孔105可以用例如铜的导电材料通过前侧或后侧填充而金属化。在某些实施例中，穿透玻璃的通孔105可被布置在凹槽中和/或邻近于凹槽放置并且通过顶部金属化而连接。在某些实施方式中，穿透玻璃的通孔105可以通过一系列蚀刻(serialethes)到曝光过的和硬化的光学可图案化玻璃衬底101而形成。在其它实施方式中，穿透玻璃的通孔105可以被激光钻孔。
如图1A到1G中所图解的，微电化学电池100可包括盖组件125。在实施方式中，盖组件125进一步包括盖子106、形成在盖子106中的孔108和多孔膜113。盖子106包括基本上不渗透区域，并且孔108包括可透气性区域。在某些实施方式中，盖组件125可以由聚合物和/或可曝光限定玻璃形成。此外，盖组件125的可透气区域可包括多孔膜113，其可包括可透气性材料(例如聚四氟乙烯(PTFE-特氟隆)，其可额外地包括铂基催化剂，诸如氧化铂)或离子传导膜(例如全氟磺酸，磺化四氟乙烯基含氟聚合物-共聚物)。盖组件125和盖子106可包括小孔108，气体分析物穿过小孔进入微电化学电池100。在实施例中，多孔膜113可被邻近于孔108设置。
如图1A到1G中所图解的，使用粘合剂109，盖组件125可被放置在和/接合到电池主体117和光学可图案化玻璃衬底101的第一侧面上。在某些实施例中，使用具有低挥发性有机化合物含量的粘合剂109，因为粘合剂的排气作用可导致电化学电池中随时间变化的背景电流，其可能影响校准精度。在某些特定实施方式中，并且如图1C中所示，盖组件125和光学可图案化玻璃衬底101和电池主体117之间的电连接可包括导电环氧树脂110。在某些实施例中，盖组件125可包括布置在盖子106上并且覆盖孔108的印刷的化学过滤剂111。，印刷的化学过滤剂111例如可包括碳过滤剂，为了稳定，其具有分子筛和聚合物粘合剂或用诸如硅烷化的其它化学固定方法固定。在特定示例中，过滤剂111可包括木炭。在某些实施例中，将盖组件125接附到光学可图案化玻璃可以在电解质107填充到凹槽101A中之后执行。在其它实施例中，盖组件125可包括在多孔膜113和/或盖子106中的用于用电解质107填充凹槽101A的孔。在这些实施例中，多孔膜113和/或盖子106中的孔可以被随后密封。
在某些实施例中，盖组件125可包括至少一个工作电极102。在这些实施例中，工作电极102可被设置在介于盖子106和/或多孔膜113与穿透玻璃的通孔105之间。在特定示例中，工作电极102可以使用胶体油墨和/或分散液而以油墨印刷(inkprinted)到盖组件125上去。此外，工作电极102可以被平版印刷限定。在实施方式中，如图1A中所示，到顶部工作电极102的电连接可以使用设置在光学可图案化玻璃101的端子或剖面(postorsection)上的穿透玻璃的通孔105制造。在某些实施例中，工作电极102可以被分成多个工作电极(multipleworkingelectrodes)，其可以保持在相对于参考电极103的不同电势上。多个工作电极可以分别用于检测多个目标分析物(例如乙醇、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧等)。
在某些实施例中，盖组件125包括介于工作电极102和凹槽101A之间的多孔材料芯吸层112。通过允许气体和水二者流通，芯吸层112可提供用于工作电极102的三相边界，其导致工作电极102的良好敏感性。在特定示例中，芯吸层112可包括亲水和疏水性质。在某些实施例中，至少一个工作电极可被设置在光学可图案化玻璃衬底101的至少一部分上。
图1B图解了根据本公开的示例实施方式的电化学气体传感器114。电化学气体传感器114可包括微电化学电池100、集成电路器件115、连接器组件120和/或印刷电路板122。在某些实施例中，微电化学电池100可包括用于形成电化学气体传感器114的玻璃覆晶基板构造(chip-on-glassconfiguration)。在特定实施例中，光学可图案化玻璃衬底101可包括包含配置成与集成电路器件115耦合的电连接(例如穿透玻璃的通孔105)的额外凹槽116，但是没有电解质107。在这个实施例中，集成电路器件115设置在凹槽101A中。在另一个实施例中，集成电路器件115可以设置在电池印刷电路板115上。集成电路器件115的某些示例可包括处理器(例如专用集成电路(ASIC，applicationspecificintegratedcircuit))或另一个无源器件(例如电阻器、电容器)。
在实施方式中，电化学气体传感器114可包括耦合到微电化学电池100和/或光学可图案化玻璃衬底101的第二侧面的电池印刷电路板118和/或连接器组件120。电池印刷电路板118可包括配置成机械地和/或电性地支撑电化学电池100、集成电路器件115和/或连接器组件120的衬底。连接器组件120可包括电学-机械器件，其作为使用机械组件的接口用于连接电路。连接器组件120的一个示例可包括配置成与各自相应的插座或插头耦合的插头和/或插座。
在某些实施例中，顶部和底部再分布层可将设置在光学可图案化玻璃101的第一侧面上的电极连接到设置在第二侧面上的集成电路器件115(例如专用集成电路器件)。在实施方式中，集成电路器件115可被用于电极102、103、104偏置和测量电流。集成电路器件115可以配置偏置、增益校正、和/或电流零位校正。此外，集成电路器件115可提供双极偏置和电流感应。在实施例中，集成电路器件115可测量电池阵列(例如凹槽101A中的电解质107)，例如在不同偏压下的类似电池阵列的并联测量。进一步，集成电路器件115可提供参考电压给参考电极103，供应电流给公共对电极104，和/或独立地偏置多个工作电极102并测量其电化学电流信号。在某些实施例中，集成电路器件115可检测电池阻抗是否太高或在预定阈值之上。在某些特定实施例中，集成电路器件115和/或电池印刷电路板118可包括温度传感器。在图1D中示出的一个特定实施例中，电化学气体传感器114包括配置成准独立地检测多个分析物(例如CO、NO2、SO2和O3或这些化合物的子集)的单片电化学电池的阵列。
图1E图解了根据本公开的示例实施方式的微电化学电池100。这个微电化学电池100包括在光学可图案化玻璃衬底101上的至少一个工作电极102。在图1E中描绘的实施例中，盖组件125可不包括工作电极。当工作电极102设置在光学可图案化玻璃衬底101上而不是盖组件125上时，盖组件125和光学可图案化玻璃衬底101之间的导电连接的需求可以省略。
图1E还图解了可被金属化(例如通过有角度的金属沉积)以增加电极102、103、104的表面积的光学可图案化玻璃衬底101中的凹槽101A的侧壁区域101B。在特定实施例中，凹槽101A可以被连接到与图1E中示出的横截面不同的平面中，并且电解质107可形成连续的容积。图1F图解了根据图1E中图解的示例实施方式的微电化学电池100的示例性立体图。图1G图解了根据图1E和1F中图解的示例实施方式的微电化学电池100的顶部平视图。正如图1F中所示，侧面穿透玻璃的通孔105可以在某些实施方式中使用。在某些实施方式中，穿透玻璃的通孔105可以埋在凹槽的底部处的电极下面。埋藏的穿透玻璃的通孔105的构造相对于位于在凹槽101A的邻近(例如在侧面)的穿透玻璃的通孔105可用于节省空间。
微电化学电池100的某些实施例可包括挥发性的有机化合物吸收剂。在特定实施例中，多孔碳膜可以在最终的微电化学电池100组装之前层压到盖组件125上。多孔碳膜可包括具有孔的顶部阻挡层，该孔产生气体分子穿过碳膜的弯曲路径以到达微电化学电池100的多孔膜113的开口从而最小化挥发性有机化合物横向灵敏度。多孔碳膜还可以包括用于感应挥发性有机化合物的微电化学电池100上的大孔和/或孔隙。
在实施方式中，微电化学电池100和/或电化学传感器114可以耦合到汽车和/或电子器件124和/或印刷电路板122。此外，微电化学电池100可被用作蓄电池组电池和/或燃料电池(abatteryand/orafuelcell)。在某些实施方式中，微电化学电池100和/电化学传感器114和/或器件124可包括环境保护，诸如防水层123。
示例方法
图2图解了使用技术来制造诸如图1A中示出的微电化学电池100和图1B中示出的电化学气体传感器114的微电化学电池和电化学气体传感器的示例方法200。图3A到3C图解了示例微电化学电池(诸如图1A到1G中示出的微电化学电池100)的剖面300。
如图2中所示，电池主体、集成电路器件、连接器组件、和电池(第一)印刷电路板被组装(框202)。在实施方式中，组装电池主体117可包括使用曝光(photoexposure)、退火以及蚀刻可曝光限定玻璃101用于形成至少一个凹槽101A和穿透玻璃的通孔105。当光学可图案化玻璃衬底101的曝光过的部分被暴露于光并且烘烤和/或退火时，在退火之后玻璃转化成可蚀刻的不透明陶瓷。可曝光限定玻璃101的陶瓷区域进而可使用诸如氢氟酸(HF)的合适蚀刻剂进行蚀刻。可预期的是，其它蚀刻剂可用于蚀刻可曝光限定玻璃101的陶瓷部分(一个或多个)。
在实施方式中，凹槽101A、穿透玻璃的通孔105、和其它空腔可以通过使用例如比用于蚀刻玻璃较少浓缩的氢氟酸(HF)溶液对暴露的光学可图案化玻璃衬底101的陶瓷区域的一系列蚀刻来形成。这确保了仅仅陶瓷部分被蚀刻而剩余的玻璃部分相对是未蚀刻的。在某些实施方式中，盲蚀刻可被用于形成光学可图案化玻璃衬底101中的穿透玻璃的通孔105和凹槽101A。在实施方式中，例如可以通过使用抗蚀刻蓝带或光致抗蚀剂选择性地掩蔽不被蚀刻的区域而获得穿透玻璃的通孔105和/或凹槽101A的不同深度。此外，曝光、退火、和/或蚀刻步骤可以执行多次来获得期望的凹槽101A和穿透玻璃的通孔105构造。
在实施方式中，可用种子层(seedlayer)沉积和电镀填充穿透玻璃的通孔。在实施方式中，可使用背面种子层沉积和电镀。在其它实施方式中，可使用正面种子层沉积和电镀，继之以背面蚀刻和/或背面研磨和抛光以暴露电镀的种子穿透玻璃的通孔105和背面电镀。在某些实施方式中，侧面穿透玻璃的通孔105可被形成为中空的。
组装电池主体117可包括形成凹槽101A中的电极。在实施方式中，电极可以使用沉积方法和/或窗口掩膜法形成和/或限定以防止凹槽101A侧壁上的金属化。沉积方法的某些示例可包括物理气相沉积(例如溅射)、电镀、和/或化学气相沉积。
进一步，组装集成电路器件115可包括将电池主体117、集成电路器件115、和/或连接器组件120耦合到电池印刷电路板118。在实施方式中，将电池主体117、集成电路器件115、和/或连接器组件120耦合到电池印刷电路板118可包括使用粘合剂和/或焊接连接。在特定实施例中，电池主体117可使用诸如环氧树脂和/或胶的粘合剂109耦合到电池印刷电路板118。集成电路器件115和连接器组件120可通过形成焊料球阵列并回流该焊料球阵列而被耦合到电池印刷电路板118。在某些实施方式中，在将电解质107分配到微电化学电池100之前回流焊料球阵列以避免暴露电解质107而过热，其可能破坏电解质107。
接下来，电解质分配到电池主体(框204)中。在实施方式中，电解质107可被分配到电池主体117中和通过蚀刻光学可图案化玻璃衬底101形成的凹槽101A中。在某些实施方式中，分配电解质包括在将盖组件125放置在电池主体117上之前分配电解质107。在其它实施方式中，分配电解质107可包括在放置盖组件125之后通过使用盖组件125和/或盖子106中的可密封的孔和/或开口分配电解质107。在特定实施例中，在将集成电路器件115和/或连接器组件120耦合到电池印刷电路板118之后执行分配电解质107。这个特定实施例确保被分配的电解质107没有暴露而过热。
进而，盖组件被放置在电池主体上(框206)。在实施方式中，放置盖组件125可包括使用诸如抓取和放置技术的自动工艺用临界凝胶粘合剂109将盖组件125粘贴到电池主体117。在实施例中，框202中的组装元件、框204中的分配电解质107、和/或框206中的放置盖组件125，可以在晶圆级或平板(panel)级上执行。
结论
尽管主题已用特定于结构部件和/或工艺步骤的语言进行了描述，应当理解附加的权利要求书中限定的主题不必须受限于上面描述的特定结构或行为。相反地，上面描述的特定结构和行为被以实施权利要求书的示例形式公开。

Claims (20)

1.一种微电化学电池，包括：
具有第一侧面和第二侧面的基本上平坦的光学可图案化玻璃衬底；
形成在所述光学可图案化玻璃衬底的所述第一侧面中的至少一个凹槽，其中所述玻璃衬底和所述凹槽形成电池主体；
形成在所述光学可图案化玻璃衬底中的多个穿透玻璃的通孔，所述穿透玻璃的通孔从所述光学可图案化玻璃的所述第一侧面延伸到所述光学可图案化玻璃的所述第二侧面；
电连接到至少一个穿透玻璃的通孔的多个电极，其中所述至少一个穿透玻璃的通孔形成从所述多个电极到所述光学可图案化玻璃的所述第二侧面的电连接；
设置在所述至少一个凹槽中的至少一种电解质；
设置所述电池主体上并且覆盖所述至少一个凹槽的盖组件，所述盖组件包括具有孔的盖衬底。
2.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中所述光学可图案化玻璃衬底配置成在暴露于光和退火工艺之后能转化成可蚀刻的陶瓷。
3.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中所述多个电极设置在所述玻璃衬底上。
4.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中所述多个电极中的至少一个设置在至少一个凹槽中。
5.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中所述多个电极包括金或铂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中所述多个电极包括对电极和至少一个工作电极，所述至少一个工作电极邻近于所述孔设置。
7.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中所述多个电极包括多个工作电极。
8.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中设置在至少一个凹槽中的所述至少一种电解质包括凝胶电解质。
9.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中所述盖组件包括至少一个电极。
10.根据权利要求1所述的微电化学电池，其中所述盖组件包括设置在所述孔和所述至少一个凹槽之间的多孔膜。
11.根据权利要求1所述的微电化学电池，进一步包括设置在所述电解质和所述电极之间的芯吸层。
12.一种用于制造微电化学电池的方法，包括：
提供玻璃衬底；
曝光所述玻璃衬底；
选择性地蚀刻所述玻璃衬底以形成至少一个凹槽和至少一个穿透玻璃的通孔，由此形成电池主体；
在所述至少一个穿透玻璃的通孔中形成至少一个电连接；
将电解质放置在由所述至少一个凹槽限定的储槽中；
形成接触所述电解质和所述至少一个电连接的至少一个电极；以及
将盖组件放置在所述电池主体上。
13.根据权利要求12所述的制造微电化学电池的方法，其中曝光所述玻璃衬底包括选择性地曝光和烘烤所述玻璃衬底以形成曝光过的玻璃，其中所述曝光过的玻璃转化成陶瓷。
14.根据权利要求12所述的制造微电化学电池的方法，其中形成至少一个电极包括在所述玻璃衬底上形成至少一个电极或在所述玻璃衬底上连接至少一个电极中至少之一。
15.根据权利要求12所述的制造微电化学电池的方法，其中将盖组件放置在所述电池主体上包括放置包括至少一个电极的盖组件。
16.根据权利要求12所述的制造微电化学电池的方法，进一步包括形成配置成桥接至少一个电极和所述电极的离子导体。
17.一种微电化学系统，包括：
专用集成电路；以及
电性耦合到所述专用集成电路的微电化学电池，所述微电化学电池包括
具有第一侧面和第二侧面的基本上平坦的光学可图案化玻璃衬底；
形成在所述光学可图案化玻璃衬底的所述第一侧面中的至少一个凹槽，其中所述玻璃衬底和所述凹槽形成电池主体；
形成在所述光学可图案化玻璃衬底中的多个穿透玻璃的通孔，所述穿透玻璃的通孔从所述光学可图案化玻璃的所述第一侧面延伸到所述光学可图案化玻璃的所述第二侧面；
电连接到至少一个穿透玻璃的通孔的多个电极，其中所述至少一个穿透玻璃的通孔形成从所述多个电极到所述光学可图案化玻璃的所述第二侧面的电连接；
设置在所述至少一个凹槽中的至少一种电解质；
设置所述电池主体上并且覆盖所述至少一个凹槽的盖组件，所述盖组件包括具有孔的盖衬底，以及设置在所述孔和所述至少一个凹槽之间的多孔膜。
18.根据权利要求17所述的制造微电化学系统，其中所述微电化学电池包括配置用于容纳所述专用集成电路的凹槽。
19.根据权利要求17所述的制造微电化学系统，进一步包括连接器组件。
20.根据权利要求17所述的制造微电化学系统，进一步包括在光学可图案化玻璃衬底的所述第二侧面上的电再分布层。
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