CN107615557A - 制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置、用于锂沉积工艺的设备、制造薄膜电池的电极的方法和薄膜电池 - Google Patents

制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置、用于锂沉积工艺的设备、制造薄膜电池的电极的方法和薄膜电池 Download PDF

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Abstract

本公开内容提供一种制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置(100)。掩蔽装置(100)包括由金属或金属合金制成的掩模部分(110)、和在掩模部分(110)中的一个或多个开口(120)，其中一个或多个开口(120)经构造以允许沉积材料的颗粒穿过掩模部分(110)，而且其中一个或多个开口(120)中的每个开口的尺寸为至少0.5cm2。

Description

制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置、用于锂沉 积工艺的设备、制造薄膜电池的电极的方法和薄膜电池
技术领域
本公开内容的实施方式涉及制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置、用于锂沉积工艺的设备、锂沉积工艺中用于制造薄膜电池的电极的方法和薄膜电池。尤其，本公开内容的实施方式涉及锂离子电池及涉及用于制造锂离子电池的电极(例如阳极)的掩蔽装置、设备和方法。
背景技术
诸如锂离子电池的薄膜电池被使用于越来越多的应用，例如手机、笔记型电脑及可植入医疗装置。薄膜电池提供对于例如形状因子、循环寿命、功率容量及安全性有益的特性。在沉积工艺(例如锂沉积工艺)中可以使用掩蔽装置来沉积图案化的层，例如薄膜电池的电极层。掩蔽装置可能会被沉积工艺中使用的沉积材料腐蚀。腐蚀会缩短掩蔽装置的寿命，而且掩蔽装置必须定期更换。另外，用于沉积工艺的高温会造成掩蔽装置损坏。此外，沉积工艺中使用的掩蔽装置受制于成本考量。
鉴于以上所述，制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的新掩蔽装置、用于锂沉积工艺的设备、在锂沉积工艺中制造薄膜电池的电极的方法、以及克服至少一些所属技术领域中的问题的薄膜电池是有益的。本公开内容的目的是提供不易被沉积材料腐蚀的掩蔽装置。另外，本公开内容的目的是降低掩蔽装置的制造成本。
发明内容
鉴于以上所述，提供了制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置、用于锂沉积工艺的设备、在锂沉积工艺中制造薄膜电池的电极的方法和薄膜电池。从权利要求书、实施方式、及附图，本公开内容的其他方面、益处、及特征是显而易见的。
依据本公开内容的一个方面，提供了一种制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置。该掩蔽装置包括由金属或金属合金制成的掩模部分和在该掩模部分中的一个或多个开口，其中所述一个或多个开口经构造以允许沉积材料的颗粒穿过该掩模部分，而且其中所述一个或多个开口中的每个开口的尺寸为至少0.5cm2。
依据本公开内容的另一个方面，提供了一种制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置。该掩蔽装置包括由金属或金属合金制成的掩模部分和在该掩模部分中的一个或多个开口，其中所述一个或多个开口经构造以允许沉积材料的颗粒穿过该掩模部分，而且绝缘体被设置在该掩模部分。
依据本公开内容的又另一个方面，提供了一种经构造以用于锂沉积工艺的设备。该设备包括一个或多个沉积源和依据本文所述实施方式的一个或多个掩蔽装置。
依据本公开内容的又一另外方面，提供了一种在锂沉积工艺中用于制造薄膜电池的电极的方法，该方法包括以下步骤：相对于基板定位依据本文所述实施方式的掩蔽装置、以及穿过该掩模部分中的所述一个或多个开口在该基板上沉积锂或锂合金，以形成该薄膜电池的该电极。
依据本公开内容的另外方面，提供了一种薄膜电池。该薄膜电池包括已使用本文所述实施方式的方法沉积的电极。
实施方式还针对用于执行所公开内容方法的设备并包括用于进行每个描述的方法方面的设备零件。这些方法的方面可以以硬件部件的方式、由适当软件程序化的计算机、由上述两者的任意组合、或以任何其他的方式进行。此外，依据本公开内容的实施方式还针对操作所述设备的方法。该方法包括用于执行该设备的每个功能的方法方面。
附图说明
以上简要概述的本公开内容的上述详述特征能够被具体理解的方式、以及本公开内容的更特定描述，可以通过参照实施方式获得。附图与本公开内容的实施方式有关并被描述如下：
图1示出依据本文所述的实施方式在薄膜电池的制造过程中用于锂沉积工艺的掩蔽装置的示意图；
图2示出依据本文所述实施方式的薄膜电池的示意图；
图3A、3B及3C示出依据本文所述的实施方式在薄膜电池的制造过程中的锂沉积工艺中使用的另一掩蔽装置的示意性截面图；
图4示出依据本文所述的另一实施方式在薄膜电池的制造过程中用于锂沉积工艺的又另一个掩蔽装置的示意性截面图；
图5示出依据本文所述的实施方式在锂沉积工艺中用于制造薄膜电池的电极的方法的流程图；和
图6示出依据本文所述的实施方式具有在薄膜电池的制造过程中用于锂沉积工艺的掩蔽装置的沉积设备的示意图。
具体实施方式
现在将详细参照本公开内容的各种实施方式，其中的一个或多个实例被图示在附图中。在附图的以下描述中，相同的附图标号指示相同的部件。一般来说，仅针对个别实施方式的差异进行说明。每个实例都是以解释本公开内容的方式提供，并且无意作为本公开内容的限制。另外，作为一个实施方式的一部分而图示或描述的特征可被用在其他实施方式上或与其他实施方式结合使用，以产生又一另外的实施方式。旨在使实施方式包括这样的修改和变更。
在薄膜电池的大量生产过程中，可以在锂沉积工艺中使用掩蔽装置沉积，例如，用于形成薄膜电池的阳极的图案化电极层。掩蔽装置可能会被沉积工艺中使用的锂腐蚀，而且掩蔽装置的寿命会被缩短。另外，沉积工艺中使用的掩蔽装置受制于成本考量。
本公开内容提供一种具有掩模部分的掩蔽装置，该掩模部分是由金属或金属合金(例如不锈钢)制成。该掩蔽装置能够承受锂和/或沉积工艺中可能使用的高温。该掩蔽装置是可重复使用的。另外，该掩蔽装置可以使用降低的成本制造。此外，例如，相较于陶瓷，该金属或金属合金更不易损坏或破裂。该掩蔽装置可被用于锂沉积工艺，例如用于沉积纯锂的制程和/或用于沉积锂合金或锂复合物的工艺。作为实例，该锂沉积工艺可以是用于沉积Li、LiTi、或LiTiO的工艺。
本文描述的实施方式可被用于在大面积的基板上沉积，例如用于锂电池制造或电致变色窗。作为实例，可以使用该掩蔽装置在每个大面积的基板上形成多个薄膜电池，例如用于制造诸如阳极的电极。依据一些实施方式，大面积的基板可以是对应于约0.67m2基板的GEN 4.5(0.73x 0.92m)、对应于约1.4m2基板的GEN 5(1.1m x 1.3m)、对应于约4.29m2基板的GEN 7.5(1.95m x 2.2m)、对应于约5.7m2基板的GEN 8.5(2.2m x 2.5m)、或甚至对应于约8.7m2基板的GEN 10(2.85m×3.05m)。可以类似地实现甚至更大的代，例如GEN 11和GEN 12及相应的基板面积。
依据一些实现方式，该掩蔽装置经构造以与子载具一起使用。作为实例，可以使用以子载具(例如Din A5、A4、或A3)安装于大载具(例如使用Gen 4.5的沉积窗)上的基板阵列。
本文中使用的术语“基板”应当特别包含不可挠基板，例如玻璃板和金属板。然而，本公开内容并不限于此，并且术语“基板”也可以包含柔性基板，例如卷材或箔。
虽然参照薄膜电池的制造来描述本掩蔽装置的实施方式，但应当理解的是，该掩蔽装置可被用于其他的锂沉积工艺，例如在电致变色窗的制造中。
图1示出依据本文描述的实施方式在制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置100的示意图。图1的上部图示掩蔽装置100的平面图，而图1的下部示出掩蔽装置100沿着线I-I的截面侧视图。掩蔽装置100经构造以在锂沉积工艺期间掩蔽基板(未示出)。
掩蔽装置100包括由金属或金属合金制成的掩模部分110、及在掩模部分110中的一个或多个开口120。一个或多个开口120经构造以允许沉积材料的颗粒穿过掩模部分110。一个或多个开口120的每个开口的尺寸为至少0.5cm2。具有由金属或金属合金制成的掩模部分110的掩蔽装置100可以承受沉积工艺中使用的锂而且是可重复使用的。另外，掩蔽装置100可以使用降低的成本制造。此外，例如，与陶瓷掩模相比时，由金属或金属合金制成的掩模部分110更不易损坏或破裂。
图1图示的一个或多个开口120具有矩形的形状。然而，本公开内容不限于此。一个或多个开口120可以具有任何其他的形状，例如规则或不规则的。一个或多个开口120的形状对应于将被沉积在基板上或基板上方的薄膜电池电极的形状。一个或多个开口120沿着掩模部分110的厚度方向延伸穿过掩模部分110。一个或多个开口120也可被称为“通孔”或“孔”。
依据可与本文所述其他实施方式组合的一些实施方式，一个或多个开口120的每个开口的尺寸在0.5cm2至50cm2的范围中，具体地在0.5cm2至25cm2的范围中，更具体地在0.5cm2至10cm2的范围中。开口的尺寸是由开口的周边或边界界定。作为实例，图1中矩形开口的尺寸是由开口的第一横向长度122和第二横向长度124界定的。在一些实现方式中，一个或多个开口120的每个开口的尺寸为约1cm2(例如1cm x 1cm)或约4cm2(例如2cm x 2cm)。
依据一些实现方式，掩模部分110具有至少0.1mm的厚度112，具体地有至少0.5mm，而且更具体地有至少1mm。作为实例，掩模部分110具有在介于约0.1mm至约10mm的范围中的厚度112，具体地在介于约0.1mm至约2mm的范围中，而且更具体地在介于约0.5mm至约1mm的范围中。作为实例，掩模部分110可以是掩模主体，例如刚性或非柔性的掩模主体。在一些实施方式中，厚度112经选择以使得掩模部分110实质上是刚性或非柔性的。换句话说，厚度112经选择以使得掩模部分110与例如是柔性片或网格(mesh)相比时是非柔性的。实质上刚性或非柔性的掩模部分110可以改善掩蔽装置的稳定性和/或结构完整性。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，掩模部分110的金属或金属合金选自由以下所组成的群组：不锈钢、钼、铁、铬、铝、及上述的任意组合。作为实例，该不锈钢可以包括铁和铬。然而，本公开内容不限于此，而且任何对于被沉积材料(例如锂)腐蚀具有低的或甚至没有易感性的金属或金属合金都可被使用。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，掩蔽装置可以是可连接到基板载具。作为实例，该基板载具可以是在沉积工艺期间经构造以支撑基板的框架或板材。掩蔽装置可被安装于载具以在沉积工艺期间掩蔽基板。掩蔽装置可以被使用螺钉、夹具、诸如磁性夹具的磁性工具、静电工具、及上述的任意组合中的至少一者安装于载具。
图2图示依据本文所述实施方式的薄膜电池200的示意图。该薄膜电池可被用于许多应用，例如手机、笔记型电脑、及可植入医疗装置。
薄膜电池200包括已依据本文描述的实施方式使用掩蔽装置沉积的电极。该电极可以例如是薄膜电池200的阳极260。在一些实现方式中，该掩蔽装置经构造以形成多个薄膜电池的电极。该掩蔽装置可以具有多个开口，其中例如该多个开口中的每个开口可以对应于该多个薄膜电池中的一个薄膜电池的各自电极。作为实例，可以使用用于形成薄膜电池的阳极的掩蔽装置在大面积基板上形成多个薄膜电池。
图2图示基板210，基板210可以例如是玻璃、陶瓷、金属、硅、云母、刚性材料、柔性材料、塑料、聚合物、或上述材料的任意组合。阳极集电器(ACC)220和阴极集电器(CCC)230被沉积在基板210上或上方。包括例如LiCoO2的阴极240被沉积在阴极集电器230上方。包括例如LiPON的电解质250至少被沉积在阴极240的上方。使用依据本文所述实施方式的掩蔽装置沉积阳极260(例如纯锂或锂合金)。阳极260可以使用例如蒸发工艺或溅射工艺形成。作为实例，溅射工艺可以使用DC溅射或脉冲DC溅射进行。可以沉积包装层270来保护薄膜电池200的结构。
应当理解的是，当提及术语“上方”(即一个层在另一层上方)时，应当理解的是，从基板开始，第一层被沉积在基板上方，而且在第一层之后沉积的其他层由此在第一层上方并在基板上方。换句话说，术语“上方”被用来界定层、层堆叠、和/或膜的顺序，其中起点是基板。这与层堆叠是否被颠倒描绘无关。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，使用本公开内容的掩蔽装置沉积的电极(例如阳极260)可以由(纯)锂或锂合金制成。作为实例，锂合金可以包括锂和至少一种选自由锡、诸如硅的半导体、及上述的任意组合所组成的群组的材料。作为实例，Li、LiTi或LiTiO可在锂沉积工艺中进行沉积。电极(例如阳极260)可以具有在0.1至50微米的范围中的厚度、具体地在1至10微米的范围中的厚度，而且更具体地可以具有约6微米的厚度。
图3A图示依据本文描述的实施方式在制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的另一个掩蔽装置300的示意性截面图。箭头表示由沉积源(未示出)提供的沉积材料。沉积材料(例如锂或锂合金)穿过掩蔽装置300并被沉积在基板210上，以形成阳极，例如，薄膜电池的电极。
掩蔽装置包括由金属或金属合金制成的掩模部分110、在掩模部分110中的一个或多个开口120、及被设置在掩模部分110的绝缘体310，其中一个或多个开口120经构造以允许沉积材料的颗粒穿过掩模部分110。将绝缘体310设置在掩模部分110与基板210之间。
绝缘体310在制造工艺期间减少或甚至避免例如薄膜电池或薄膜电池的电极之间的电短路。绝缘体310可以被理解为电绝缘材料。在一些实施方式中，绝缘体310包括陶瓷材料和聚四氟乙烯(Teflon)中的至少一者。作为实例，绝缘体310可以是陶瓷绝缘体。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，掩模部分110具有第一侧114和第二侧116。第一侧114经构造以在锂沉积工艺期间面对基板210，并且第二侧116经构造以在锂沉积工艺期间面对沉积源(未示出)。绝缘体310至少被设置在掩模部分110的第一侧114。第一侧114可以是掩模部分110的第一表面或第一表面区域，并且第二侧116可以是掩模部分110的第二表面或第二表面区域。
在图3A的实例中，依据一些实施方式，绝缘体310只被设置在掩模部分110的第一侧114，而不被设置在掩模部分110的第二侧116。绝缘体310可以覆盖掩模部分110的第一侧114。作为实例，绝缘体310可以覆盖第一侧114(或第一表面或第一表面区域)的至少50％、具体为第一侧114的至少90％、而且更具体为第一侧114的100％。
在一些实现方式中，绝缘体310具有对应于掩模部分110中的一个或多个开口120的一个或多个绝缘体开口320。作为实例，一个或多个绝缘体开口312可以具有的形状和/或尺寸实质上对应于掩模部分110中的一个或多个开口120的形状和/或尺寸。在一些实现方式中，一个或多个绝缘体开口320的每个绝缘体开口具有的尺寸实质上等于掩模部分110中的一个或多个开口120的尺寸。术语“实质上”应包括其中绝缘体开口320与掩模部分110中的开口的尺寸不精确相等(例如由于制造公差)的实施方式。公差可以例如在开口的尺寸正/负10％的范围中。仍然，开口被视为具有实质上相同的尺寸。在一些实施方式中，绝缘体310不会延伸到掩模部分110的一个或多个开口120中。
在其他实施方式中，一个或多个绝缘体开口320的至少一个(而且具体为每个)绝缘体开口可以具有比在掩模部分110中的一个或多个开口120的尺寸更大的尺寸。作为实例，绝缘体310没有被设置在掩模部分110中的一个或多个开口120附近的第一侧114(或第一表面或第一表面区域)部分。绝缘体310不覆盖掩模部分110中的一个或多个开口120附近的第一侧114部分。在仍其他的实施方式中，一个或多个绝缘体开口320的至少一个(而且具体为每个)绝缘体开口具有的尺寸比在掩模部分110中的一个或多个开口120的尺寸更小。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，绝缘体310与掩模部分110分开设置。作为实例，绝缘体310与掩模部分110可以是分开的实体。可使用例如粘着剂和/或机械工具(例如夹具和螺钉中的至少一者)将绝缘体310与掩模部分110固定于彼此。将绝缘体310和掩模部分110设置为分开的实体允许简化掩蔽装置的制造。另外，绝缘体310和掩模部分110可以被单独地更换(例如在损坏的情况下)并降低维护成本。在一些实现方式中，绝缘体310与掩模部分110可以彼此接触。直接接触可以改善绝缘体310免于沉积材料污染的保护。在其他实现方式中，绝缘体310与掩模部分110可以定位在彼此相距一个距离，使得它们不直接接触。绝缘体310与掩模部分110可单独地定位和/或被更换，以便于掩蔽装置的处理。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，绝缘体310包括一个或多个绝缘体单元(未示出)，或者由一个或多个绝缘体单元所组成，例如两个或更多个绝缘体单元。两个或更多个绝缘体单元可以是在彼此的顶部上被堆叠的，且掩模部分被设置在堆叠的顶部上。在一些实施方式中，一个或多个绝缘体单元可以是在绝缘体板材内设置有绝缘体开口的一个或多个绝缘体板材。
可以将掩模部分110(例如不锈钢掩模)放在绝缘体310的顶部上以保护绝缘体310。作为实例，绝缘体310可以是可能会被沉积材料(例如锂)腐蚀的陶瓷掩模。可以将由金属或金属合金制成的掩模部分110放在陶瓷掩模的顶部上以保护陶瓷掩模，同时陶瓷掩模提供在制造工艺期间避免薄膜电池之间电短路的绝缘性掩蔽材料。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，绝缘体310作为涂层被设置在掩模部分110上。作为实例，掩模部分110可以至少部分地用聚四氟乙烯(Teflon)涂布以提供绝缘体310。当绝缘体310作为涂层被设置在掩模部分110上时，可以将掩蔽装置制造成具有减小的厚度。
图3B示出依据本文描述的实施方式在制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的另一个掩蔽装置350的示意性截面图。掩蔽装置350类似于图3A的实例中示出的掩蔽装置300，而且针对图3A给出的描述适用于图3B的实施方式。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，在掩模部分360中的一个或多个开口120可以具有倾斜或去角边缘370。作为实例，一个或多个开口120在掩模部分360的第二侧的边缘部分(即掩模部分360面向沉积源的侧面)可以是倾斜的或去角的。倾斜或去角边缘370可以相对于参考线372倾斜。在一些实现方式中，一个或多个开口120的内侧壁至少部分相对于参考线372倾斜，以提供倾斜或去角边缘370。参考线372可以平行于掩模部分360的厚度方向和一个或多个开口120的轴中的至少一个。在一些实现方式中，参考线372可以实质上垂直于基板210待涂布的表面。换句话说，参考线372可以是垂直的。
在一些实现方式中，一个或多个开口120在平行于参考线372的平面上的截面可以至少部分是V形的。V形是由倾斜或去角边缘370所提供。依据一些实施方式，倾斜或去角边缘370相对于参考线372的角375为至少10度，具体为至少30度，而且更具体为至少45度。角375可以小于90度。
在一些实现方式中，一个或多个绝缘体开口320的每个绝缘体开口具有的尺寸实质上等于或大于一个或多个开口120在掩模部分360面向绝缘体310的侧边的尺寸。作为实例，一个或多个绝缘体开口320的每个绝缘体开口具有的尺寸大于一个或多个开口120在掩模部分360面向绝缘体310的侧边的尺寸。掩模部分360可以与绝缘体开口320至少部分地重叠，同时掩模部分360中的一个或多个开口120具有上述的倾斜或去角边缘370。
倾斜或去角边缘370可以减少或甚至避免由掩模部分360和/或绝缘体310中的开口的内侧壁所引起的遮蔽效果。被沉积在基板210上的材料的厚度均匀性可以得到改善。
图3C图示依据本文描述的实施方式在制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的另一个掩蔽装置380的示意性截面图。掩蔽装置380类似于图3B的实例中示出的掩蔽装置350，而且针对图3B给出的描述适用于图3C的实施方式。
在图3C的实例中，绝缘体390的一个或多个绝缘体开口320具有倾斜或去角边缘382。作为实例，一个或多个绝缘体开口320背向基板210的边缘部分可以是倾斜的或去角的。倾斜或去角边缘382可以相对于参考线372倾斜。在一些实现方式中，一个或多个绝缘体开口320的内侧壁至少部分相对于参考线372倾斜，以提供倾斜或去角边缘382。参考线372可以平行于绝缘体390的厚度方向和一个或多个绝缘体开口320的轴中的至少一个。
在一些实现方式中，一个或多个绝缘体开口320的内侧壁具有倾斜部分(倾斜或去角边缘382)和非倾斜部分387。非倾斜部分387可以被设置在绝缘体390面向基板210的一侧。在绝缘体390的厚度方向上，非倾斜部分387可以小于1mm，具体为小于0.5mm。
依据一些实施方式，在掩模部分360中的一个或多个开口120的内侧壁至少部分相对于参考线372倾斜，如关于图3B描述的，而且绝缘体390的一个或多个绝缘体开口320具有倾斜或去角边缘382。在掩模部分360中的一个或多个开口120和一个或多个绝缘体开口320在平行于参考线372的平面中具有的组合截面可以至少部分是V形的。V形相对于参考线372的角375为至少10度，具体为至少30度，而且更具体为至少45度。角375可以小于90度。
图4示出依据本文描述的另外的实施方式在制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的又另一个掩蔽装置400的示意性截面图。掩模部分410作为涂层被设置在绝缘体310上。该涂层允许改善绝缘体310免于沉积材料污染的保护。另外，掩蔽装置可以被制造成具有减小的厚度。
依据一些实施方式，掩模部分110或涂层具有在介于约10微米至约0.1mm之间的范围中的厚度112，具体地在介于约25微米至约0.1mm之间的范围中，而且更具体地在介于约50微米至约0.1mm之间的范围中。例如，厚度112可以是约50微米。
依据一些可与本文描述的其他实施方式组合的实施方式，绝缘体310具有第一绝缘体侧314和第二绝缘体侧316。第一绝缘体侧314经构造以在锂沉积工艺期间面对基板(未示出)，而第二绝缘体侧316经构造以在锂沉积工艺期间面对沉积源(未示出)。形成掩模部分410的涂层至少被设置在绝缘体310的第二绝缘体侧316。
作为实例，该涂层仅被设置在第二绝缘体侧316，而不被设置在第一绝缘体侧314。该涂层可以至少部分覆盖第二绝缘体侧316。作为实例，该涂层可以覆盖至少90％的第二绝缘体侧316，而且更具体为100％的第二绝缘体侧316。
在一些实现方式中，绝缘体310具有一个或多个绝缘体开口320。一个或多个绝缘体开口320可以具有界定一个或多个绝缘体开口320的侧壁315。由该涂层提供的掩模部分410可以至少部分地延伸到一个或多个绝缘体开口320中。作为实例，侧壁315可以被至少部分地、具体为完全地覆盖涂层。在一些实现方式中，涂层延伸进入一个或多个绝缘体开口320至少10％的绝缘体310厚度，具体为至少50％的绝缘体310厚度，而且更具体为超过100％的绝缘体310厚度。延伸进入一个或多个绝缘体开口320的金属或金属合金涂层可以改善绝缘体310的保护免于沉积材料污染。作为实例，陶瓷掩模(绝缘体310)的腐蚀可以被减少或甚至避免。
依据一些实施方式，一个或多个绝缘体开口320的每个绝缘体开口具有的尺寸(用元件符号324表示)大于在掩模部分410中的一个或多个开口420的尺寸(用元件符号424表示)。作为实例，当涂层(掩模部分410)延伸到一个或多个绝缘体开口320中时，一个或多个绝缘体开口320的尺寸可以大于在掩模部分410中的一个或多个开口420的尺寸。
图5示出依据本文描述的实施方式在锂沉积工艺中用于制造薄膜电池的电极的方法500的流程图。该电极可以是阳极。
方法500包括依据本文描述的实施方式在方块510中相对于基板定位掩蔽装置，以及在方块520中穿过掩模部分中的一个或多个开口在基板上沉积锂或锂合金，以形成薄膜电池的电极。该基板可以是大面积基板，而且可以同时形成多个薄膜电池的多个电极。
在一些实现方式中，使用溅射或热蒸发进行锂沉积工艺。作为实例，可以使用DC溅射或脉冲DC溅射进行溅射工艺。
依据本文描述的实施方式，用于在锂沉积工艺中制造薄膜电池的电极的方法可以由计算机程序、软件、计算机软件产品及相互关联的控制器来进行，这些控制器可以具有CPU、存储器、使用者界面、以及与用于处理大面积基板的设备的相应部件连通的输入和输出工具。
图6示出设备600的示意图，设备600具有制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置620。可以依据本文描述的实施方式构造掩蔽装置620。
依据本公开内容的方面，设备600包括一个或多个沉积源610、以及依据本文所述实施方式的一个或多个掩蔽装置620。掩蔽装置620定位在基板210与一个或多个沉积源610之间。由一个或多个沉积源610提供的沉积材料(例如锂)穿过掩模部分中的一个或多个开口并被沉积在基板210上，以在基板210上形成图案化层。设备600可被设置用于溅射沉积，例如，诸如反应溅射沉积之类。例如，可以使用其他的沉积技术，诸如热蒸发。
可以使用DC溅射在基板210(例如大面积基板)上沉积纯锂或锂合金。在溅射过程中，通过在靶611与电极之间提供电位来对沉积源610的靶611的暴露表面驱出离子。撞击在靶611上的离子逐出靶611的原子，然后使这些原子沉积在基板210上。靶可以是金属靶，而且具体可以是锂靶。该工艺可以在处理氛围中进行。依据一些实施方式，该处理氛围可以包括一种或多种处理气体，该处理气体选自由诸如氩的惰性气体和诸如氧、氮、氢、及氨(NH3)的反应气体、臭氧(O3)、活性气体、以及上述气体的任意组合所组成的群组。
示例性地示出用于在其中沉积层的真空腔室602。也可以将真空腔室602称为“处理室”。如图6所示，可以将另外的真空腔室603设置成相邻于真空腔室602。可以由阀来将真空腔室602与相邻的、另外的真空腔室603分隔，该阀具有阀壳体604和阀单元605。将上面带有基板210和可选的掩蔽装置620的载具630插入真空腔室602之后，如箭头1所指示，可以将阀单元605关闭。载具630可以是在沉积工艺期间经构造以支撑基板210的框架或板材。可以将掩蔽装置620安装于载具630以在沉积工艺期间掩蔽基板210。可以使用螺钉、夹具、及诸如磁性夹具的磁性工具中的至少一个将掩蔽装置620安装于载具630。在其他实施方式中，可以将掩蔽装置620安装在真空腔室602中。换句话说，可以将掩蔽装置620与载具630分开设置。
可以通过产生技术性真空(例如使用连接到真空腔室的真空泵)、和/或通过在真空腔室602中的沉积区域中插入处理气体来单独地控制真空腔室中的氛围。在真空腔室602内设置滚轮640，以输送上面具有基板210的载具630进出真空腔室602。
为了简化起见，图示的沉积源610设置在一个真空腔室602中。沉积源，例如，用于沉积薄膜电池的不同层的沉积源，可以被设置在不同的真空腔室中，例如与真空腔室602相邻的、另外的真空腔室603。通过在不同的真空腔室中设置沉积源或沉积源610的群组，可以在每个沉积区域中提供具有适当处理气体的氛围和/或适当程度的技术性真空。作为实例，可以设置多个具有沉积源的真空腔室，以形成薄膜电池的层，如参照图2所述的。虽然图6的实例中示出两个沉积源，但仍可以设置任何适当数量的沉积源。作为实例，可以在真空腔室602中设置两个或更多个沉积源的阵列。该阵列可以包括三个或更多个、六个或更多个、10个或更多个、或甚至12个或更多个沉积源。
一个或多个沉积源610，例如，可以是可旋转阴极，该可旋转阴极具有待沉积在基板210上的材料的靶611。阴极可以是其中具有磁控管的可旋转阴极。可以进行磁控溅射以用于在基板210上沉积锂或锂合金，例如，用以形成薄膜电池的电极。将沉积源610与在溅射过程中收集电子的阳极612一起连接到直流电源614。依据可与本文描述的其他实施方式结合的又进一步实施方式，一个或多个阴极中的至少一个阴极可以具有其相应的单独直流电源。
本文中使用的“磁控溅射”是指使用磁铁组件(即能够产生磁场的单元)进行的溅射。这种磁铁组件可以由永久磁铁组成。这个永久磁铁可以被设置在可旋转靶内，或以使得自由电子被截留在可旋转靶表面下方产生的生成磁场内的方式耦接到平面靶。还可以将这样的磁铁组件设置成耦接到平面阴极。
依据一些实施方式，基板210在沉积材料的沉积过程中是静态或动态的。依据本文描述的实施方式，可以提供静态沉积工艺，例如用于薄膜电池的处理。应当指出的是，与动态沉积工艺不同的“静态沉积工艺”并不排除具有技术人员可以理解的任何基板移动。静态沉积工艺可以包括，例如，以下中的至少一种：在沉积过程中的静止基板位置；在沉积过程中的振荡基板位置；在沉积过程中基本上固定的平均基板位置；在沉积过程中的抖动基板位置；在沉积过程中的摆动基板位置；阴极设置在一个真空腔室中的沉积工艺，即预先设定的阴极组被设置在真空腔室中；其中真空腔室相对于相邻腔室具有密闭氛围的基板位置，例如在层的沉积过程中通过关闭阀单元来将真空腔室与相邻腔室分隔；或上述的组合。静态沉积工艺可以被理解为具有静止位置的沉积工艺、具有本质上静止位置的沉积工艺、或具有局部的基板静止位置的沉积工艺。有鉴于此，仍然可以将在沉积过程中基板位置在某些情况下可以不是完全没有任何移动的静态沉积工艺与动态沉积工艺区别。
本公开内容提供一种具有由金属或金属合金(例如不锈钢)制成的掩模部分的掩蔽装置。该掩蔽装置可以承受锂及/或沉积工艺中可能使用的高温。该掩蔽装置是可重复使用的。另外，该掩蔽装置可以使用降低的成本制造。此外，金属或金属合金比例如陶瓷更不易损坏或破裂。
虽然前述是针对本公开内容的实施方式，但在不偏离本公开内容的基本范围下可以设计出本公开内容的其他的和进一步的实施方式，而且本公开内容的范围由随附的申请专利范围确定。

Claims (15)

1.一种制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置，包括：
由金属或金属合金制成的掩模部分；和
在所述掩模部分中的一个或多个开口，其中所述一个或多个开口经构造以允许沉积材料的颗粒穿过所述掩模部分，而且其中所述一个或多个开口中的每个开口的尺寸为至少0.5cm2。
2.如权利要求1所述的掩蔽装置，其中所述一个或多个开口中的每个开口的尺寸在0.5cm2至50cm2的范围中。
3.如权利要求1或2所述的掩蔽装置，其中所述掩蔽装置被构造成用于形成多个薄膜电池的电极。
4.如权利要求1至3中任一项所述的掩蔽装置，
进一步包括设置在所述掩模部分处的绝缘体。
5.如权利要求4所述的掩蔽装置，其中所述绝缘体包括陶瓷材料和聚四氟乙烯中的至少一种。
6.如权利要求4或5中任一项所述的掩蔽装置，其中所述掩模部分具有第一侧和第二侧，其中所述第一侧在所述锂沉积工艺期间经构造以面对基板，其中所述第二侧在所述锂沉积工艺期间经构造以面对沉积源，并且其中所述绝缘体至少被设置在所述掩模部分的所述第一侧。
7.如权利要求4至6中任一项所述的掩蔽装置，其中所述绝缘体具有一个或多个绝缘体开口，所述一个或多个绝缘体开口对应所述掩模部分中的所述一个或多个开口。
8.如权利要求7所述的掩蔽装置，其中所述一个或多个绝缘体开口中的每个开口具有的尺寸等于或大于所述掩模部分中的所述一个或多个开口的尺寸。
9.如权利要求4至8中任一项所述的掩蔽装置，其中所述掩模部分和所述绝缘体作为单独的实体而设置。
10.如权利要求4至8中任一项所述的掩蔽装置，其中所述掩模部分作为涂层被设置在所述绝缘体上。
11.如权利要求1至10中任一项所述的掩蔽装置，其中所述掩模部分的所述金属或金属合金是选自由以下所组成的群组：不锈钢、钼、铝、铁、铬、及上述的任意组合。
12.一种被构造成用于锂沉积工艺的设备，包括：
一个或多个沉积源，和
一个或多个如权利要求1至11中任一项所述的掩蔽装置。
13.一种用于在锂沉积工艺中制造薄膜电池的电极的方法，包含以下步骤：
相对于基板定位如权利要求1至11中任一项所述的掩蔽装置；和
穿过所述掩模部分中的所述一个或多个开口，在所述基板上沉积锂或锂合金，以形成所述薄膜电池的所述电极。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述锂沉积工艺是使用溅射或热蒸发进行的。
15.一种薄膜电池，包括使用如权利要求13至14中任一项所述的方法制造的电极。
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