CN110870127B - 堆叠式电池结构 - Google Patents

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Abstract

公开了一种与电池结构有关的技术。制备基础衬底和具有支撑衬底的电池层。电池层包括形成在支撑衬底上的保护层，形成在该保护层上的薄膜电池元件以及覆盖该薄膜电池元件的绝缘体。将电池层放置在基础衬底上，并使支撑衬底的底部朝上。然后至少部分地通过蚀刻从电池层去除支撑衬底，并且通过保护层保护薄膜电池元件。还公开了包括基础衬底和两个或更多个电池层的堆叠式电池结构。

Description

堆叠式电池结构
技术领域
本发明总体上涉及电池技术，更具体地，涉及一种堆叠式电池结构及其制造方法。本发明还涉及一种制造堆叠结构的方法。
背景技术
最近，因其占地面积小并且安全，固体薄膜电池(STFB)作为用于物联网(IoT)设备的有前途的可充电电池引起了人们的关注。但是，通常，STFB没有足够的能量容量。由于阴极厚度的限制而限制了STFB的容量，并且已知STFB的增厚在技术上是困难的，因此堆叠(或3维包装)是使用STFB扩大电池容量的解决方案之一。然而，在其上制造STFB的衬底的厚度成为实现大容量电池的瓶颈。
在半导体器件制造工艺领域中，晶片背面研磨，其作为通过机械研磨来减小晶片厚度的工艺，被称为晶片变薄的最通用技术。然而，在应用晶片背面研磨工艺以制造堆叠膜电池结构时存在若干缺点。这样的缺点包括可以通过机械研磨来变薄的衬底厚度的限制。即使晶片可以变薄至75至50微米，其厚度仍比STFB的厚度厚几倍，而STFB的厚度可以小于或等于十微米(
Figure BDA0002363846100000011
微米)。
已经提出了包括第一薄膜电池和第二薄膜电池的层压薄膜电池，其中正极集电器和负极集电器形成在第一表面上，并且第一薄膜电池和第二薄膜电池被层压在其中，这种类型使得各个第一表面彼此面对(美国专利号9,634,334)。然而，在其上制造薄膜电池的衬底的厚度仍然是实现大容量电池的瓶颈。
还提出了包括多层锂电化学电池的单片集成的薄膜固态锂电池装置(美国专利申请US2012/0058380)。然而，由于通过物理气相沉积技术顺序地制造锂电化学电池的多层，因此在集成的薄膜固态锂电池装置中可用于正极的材料受到限制。诸如LiCoO2的阴极材料需要无法使用的高温退火工艺，因为从其他部件的耐热性的视角来看，这使得顺序堆叠变得困难。
因此，需要一种新颖的电池结构，该电池结构能够在保持其容量的同时使电池结构的总厚度变薄。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种用于制造堆叠式电池结构的方法。该方法包括制备基础衬底。该方法还包括制备形成在支撑衬底上的电池层，其中该电池层包括形成在支撑衬底上的保护层，形成在该保护层上的薄膜电池元件以及覆盖该薄膜电池元件的绝缘体。该方法还包括将电池层放置在基础衬底上，并使支撑衬底的底部朝上。该方法还包括至少部分地通过蚀刻从电池层去除支撑衬底，并且通过保护层保护薄膜电池元件。
通过根据本发明的实施例的方法制造的堆叠式电池结构可以具有更薄的总厚度，同时保持堆叠式电池结构的容量和生产成本，其较低时由于在其上形成有薄膜电池的支撑衬底可以变薄或者通过蚀刻而去除，并且保护薄膜电池元件。
在优选的实施例中，该方法还包括交替地重复：堆叠形成在另一支撑衬底的另一个电池层，该另一支撑衬底的底部朝上，并且通过蚀刻至少部分地从该另一电池层移除该另一支撑衬底，直到堆叠期望数量的电池层。附加电池层包括保护层、薄膜电池元件和绝缘体。从而，可以在保持电池结构的总厚度的同时增大堆叠的电池结构的容量。由于通过堆叠一层电池层而增加的厚度较小，因此在一定的厚度内可以增加堆叠的电池层的数量。
在其他优选实施例中，去除支撑衬底包括湿蚀刻支撑衬底直到到达保护层。由于可以通过成本有效的湿法蚀刻完全去除支撑衬底，而不会损坏保护层后面的薄膜电池元件，因此可以在抑制由于衬底变薄而导致的制造成本增加的同时，尽可能减小总厚度。
在另外的优选实施例中，支撑衬底由玻璃材料制成，湿法蚀刻可以包括使用缓冲氢氟酸(BHF)溶液的蚀刻，保护层用作对BHF溶液蚀刻停止层，并且基础衬底由对BHF溶液具有抵抗力的材料制成。因此，可以增加去除支撑衬底的产量，并且可以不需要用于保护基础衬底的工具或材料。
在进一步的优选实施例中，提供基础衬底，其上形成有基础电池层，该基础电池层包括在基础衬底上形成的薄膜电池元件和覆盖在基础衬底上形成的薄膜电池元件的绝缘体。在将电池层放置在基础衬底上时，将电池层放置在基础电池层的绝缘体上。这使得制造工艺更有效。
在其他优选的实施例中，各电池层中的薄膜电池元件具有集电器和与该集电器接触的电池单元。该方法还包括在电池层中形成通孔，以延伸穿过至少一层到该至少一层之下的层，其中通过蚀刻去除直到该层的支撑衬底。该方法还包括在通孔洞中填充导电材料或在通孔洞的内表面上沉积导电材料以形成电连接到电池层中的至少一个集电器的导电路径。由于可以共同制造延伸至少两个电池层的通孔，因此可以简化导电路径的制造工艺。
在其他优选实施例中，形成通孔洞的步骤包括通过激光加工在电池层中钻通至少一个保护层和至少一个绝缘体并且保留集电器。因此可以减少导电路径的制造成本。
在其他优选实施例中，通孔洞具有多个部分，并且多个部分具有至少一个水平尺寸，该水平尺寸在基础衬底上的堆叠的电池层中从底部到顶部扩大并且相对于基础衬底的水平面彼此重叠。导电路径与不同电池层中的多个集电器的具有触点，其中每个触点在多个集电器中的每个的表面处获得。因此，可以改善导电路径与集电器之间的触点的可靠性。
根据本发明的其他实施例，提供了一种堆叠式电池结构，其包括基础衬底和在基础衬底上的两个或更多个电池层。每个电池层包括保护层、在保护层上形成的薄膜电池元件、覆盖薄膜电池元件的绝缘体。在堆叠式电池结构中，电池层相对于基础衬底以倒置的方式堆叠，使得每个绝缘体在基础衬底侧，每个保护层在与基础衬底侧和粘结到电池层的下一层的电池层的上一层绝缘体相反的一侧。
根据本发明的实施例的堆叠式电池结构在保持其容量的同时可以具有更薄的总厚度，或者在保持电池结构的总厚度的同时可以具有大的容量。由于通过堆叠一层电池层而增加的厚度较小，因此在一定的厚度内可以增加堆叠的电池层的数量。
在其他优选实施例中，电池层中的上一层的绝缘体具有结合到电池层中的下一层的保护层的表面。在另一优选实施例中，在上一层的绝缘体和下一层的保护层之间没有刚性材料。这使得可以减小总厚度。
根据本发明的进一步的其他实施例，提供了一种包括电子部件和堆叠式电池结构的电子设备。堆叠式电池结构包括：基础衬底；在基础衬底上的两个或更多个电池层；以及用于将堆叠式电池结构与电子部件连接的布线层。每个电池层包括保护层。每个电池层还包括形成在保护层上的薄膜电池元件，该薄膜电池元件用于通过布线层向电子部件供电。每个电池层还包括覆盖薄膜电池元件的绝缘体。在电子设备中，电池层相对于基础衬底以倒置的方式堆叠，使得每个绝缘体在基础衬底侧，每个保护层在与基础衬底侧和粘结到电池层的下一层的电池层的上一层的绝缘体相反的一侧。
根据本发明的另一实施例的电子设备可以具有大容量的电池，同时保持较小的电池占地面积。
根据本发明的其他实施例，提供了一种堆叠式电池结构。通过将具有支撑衬底的电池层放置在基础衬底上且支撑衬底的底部朝上来制造堆叠式电池结构，其中电池层包括形成在支撑衬底上的保护层、形成在保护层上的薄膜电池元件、覆盖薄膜电池元件的绝缘体。通过进一步至少部分地通过蚀刻从电池层去除支撑衬底同时通过保护层保护薄膜电池元件来制造堆叠式电池结构。
根据本发明的实施例的堆叠式电池结构可以在保持其容量的同时具有更薄的总厚度，这是因为可以在保护薄膜电池元件的同时使形成有薄膜电池元件的支撑衬底变薄或去除。
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于制造堆叠结构的方法。该方法包括制备基础衬底。该方法包括制备具有支撑衬底的器件元件层，该支撑衬底包括形成在支撑衬底上的保护层，形成在该保护层上的器件元件以及覆盖该器件元件的粘合材料。该方法包括将器件元件层放置在基础衬底上，并使支撑衬底的底部朝上。该方法还包括从支撑衬底的底部蚀刻支撑衬底直至到达器件元件层的保护层。
根据本发明实施例的堆叠结构可以具有更薄的总厚度，同时保持堆叠结构中的堆叠器件层数，因为在保护器件元件的同时去除了形成有器件的支撑衬底。
通过本发明的技术实现了附加的特征和优点。在此详细描述本发明的其他实施例和方面，并且将其视为所要求保护的发明的一部分。
附图说明
在说明书结论处的权利要求中特别指出并明确要求保护被视为本发明的主题。通过以下结合附图的具体实施例，本发明的前述和其他特征和优点将变得显而易见。注意，附图中元件和层的尺寸和相对位置不必按比例绘制。这些元件或层中的一些会被任意放大和放置，以提高绘图的清晰度。
图1示出了根据本发明示例性实施例的堆叠式电池结构的截面图；
图2A、2B、2C、2D和2E示出了根据本发明示例性实施例的在堆叠式电池结构的制造过程的第一三分之一部分中的每个步骤处获得的结构的截面图；
图3A、3B和3C示出了根据本发明示例性实施例的在堆叠式电池结构的制造过程的中间三分之一部分中的每个步骤处获得的结构的截面图；
图4A、4B和4C示出了根据本发明的示例性实施例的在堆叠式电池结构的制造过程的最后三分之一部分中的每个步骤处获得的结构的截面图；
图5示出了根据本发明示例性实施例的堆叠式电池结构中的连接的集电器的示意图；
图6A、6B、6C、6D、6E和6F示出了根据本发明示例性实施例的用于制造具有阶梯状形状的通孔的工艺；
图7A和7B示出了根据本发明其他实施例的堆叠式电池结构的截面图；
图8A和8B描绘了根据本发明的一个或多个示例性实施例的包括堆叠式电池结构的电子设备；
图9A和9B描述了根据本发明示例性实施例的在采用和不采用新颖的支撑衬底去除工艺的情况下的堆叠式电池结构之间的比较。
具体实施方式
现在，将使用特定的实施例来描述本发明，并且下文中描述的实施例应理解为仅是示例性的，而无意图于限制本发明的范围。
根据本发明的一个或多个实施例涉及一种堆叠式电池结构，一种用于制造堆叠式电池结构的方法，通过该方法制造的堆叠式电池结构，包括堆叠式电池结构的电子设备，其中可以以体积高效的方式实现大电池容量。
在下文中，参考图1，将描述根据本发明示例性实施例的堆叠式电池结构。
图1示出了堆叠式电池结构100的示意图。图1示出了堆叠式电池结构100的截面图。如图1所示，堆叠式电池结构100包括基础衬底102；以及堆叠在基础衬底102上的多个电池层110、140，每个电池层包括至少一个薄膜电池元件；在堆叠的电池层110、140中形成一对通孔172、174；在叠层电池层110、140的顶部上形成布线层180。
在所描述的实施例中，在基础衬底102上的堆叠的电池层可以包括向上的基础电池层110，其薄膜电池元件朝上；以及两个或更多个向下的电池层140，其薄膜电池元件朝下。在图1所示的堆叠式电池结构100中，有一个向上的基础电池层110和堆叠在向上的基础电池层110上的两个向下的电池层140A，140B。
向上的基础电池层110可以在基础衬底102上形成。向上的基础电池层110可以包括在基础衬底102上形成的薄膜电池元件120和覆盖薄膜电池元件120的绝缘体132。向下的电池层140可以设置在向上的基础电池层110的绝缘体132上。
每个向下的电池层140包括保护层144、形成在保护层144上的薄膜电池元件150和覆盖薄膜电池元件150的绝缘体162。
注意，薄膜电池元件150在向下的电池层140中的方向与向上的基本电池层110的方向相反。每个向下的电池层140以相对于基础衬底102倒置的方式设置在其下方的电池层(110或140)中，使得每个绝缘体162在基础衬底102的一侧上，并且每个保护层144在与基础衬底侧相反的一侧上。将向下的电池层140堆叠，使得电池层中的上一层(例如162B)的绝缘体结合到电池层中的下一层(例如140A)，而电池的最下层的绝缘体(例如，图1的162A)结合到向上的基础电池层110。
基础衬底102可以由诸如硅、氧化铝陶瓷、玻璃、云母等的刚性材料中的任何一种制成，仅举几个例子。然而，由于薄膜电池元件120的制造过程可以包括对于阴极材料的加热过程，因此，基础衬底102优选地由能够承受对阴极材料的加热过程的耐热材料制成。
保护层144可以由化学抗性材料制成，该材料可以用作抗湿蚀刻的蚀刻停止层，其可以在堆叠式电池结构100的制造过程中执行。该制造过程将在后面描述。在特定实施例中，保护层144由可用作使用缓冲氢氟酸(BHF)溶液进行抗湿蚀刻的化学惰性材料制成。保护层144还可以防止水分或液体侵入薄膜电池元件150的成分，例如电解质。考虑到薄膜电池元件150的制造工艺，在其上制造薄膜电池元件150的保护层144优选地由耐热材料制成，该耐热材料能够承受对正极材料的加热过程。考虑到通孔172、174的制造过程，通过其制造通孔的保护层144优选地由具有相对较低的抗干蚀刻性的可被激光处理的材料制成。这样的材料包括但不限于氮化硅SiN(例如，Si3N4)。然而，在其他实施例中，也可以使用诸如多晶硅的其他无机材料，只要该材料不干扰通孔的制造并且具有蚀刻和耐热性即可。保护层144的材料实际上可以通过包括气相沉积技术在内的任何标准方法来沉积。保护层144的厚度可以在约0.1至约1.0μm的范围内。
绝缘体132、162可以由诸如树脂的粘合材料制成，该粘合材料具有例如可以在150至250摄氏度范围内的特定固化温度。可以通过激光钻孔的任何可激光加工的粘合树脂可以用作绝缘体132、162的材料。这种树脂可以包括BCB(苯并环丁烯)树脂等，仅举几个例子。
向上的基础电池层110和最下面的向下电池层140A可以通过电池层110、140A的绝缘体132、162A结合。下部和上部向下电池层(例如140A，140B)可以由设置在其间的上部绝缘体(例如162B)结合。
通过固化，向上的基础电池层110的绝缘体132和最下面的向下电池层140A的绝缘体162A可以一体地固定在一起。上部电池层的绝缘体(例如162B)可以具有与下部电池层的保护层(例如144A)结合的表面。在图1所示的最终的堆叠式电池结构100中，在上部电池层的绝缘体(例如162B)和下部电池层的的保护层(例如144A)之间没有插入刚性材料。
向下电池层140中的每个薄膜电池元件150可包括阴极集电器(CCC)152、连接到阴极集电器152的阴极154、具有到阴极154的界面的电解质156、具有与电解质156的界面的阳极158、连接到阳极158的阳极集电器(ACC)160。阴极154、电解质156和阳极158构成与集电器152、160接触的电池单元。向上基础电池层110中的薄膜电池元件120可以具有与向下电池层170中的薄膜电池元件150相同或相似的结构，并且还可以包括阴极集电器122、阳极集电器130以及与该集电器接触的电池单元122、130，其可包含阴极124、电解质126和阳极128。
阴极集电器122、152A、152B和阳极集电器130、160A、160B可以由金属(例如，Cu、Pt、Al、Au等)和其他导电材料(例如，石墨、碳纳米管等)中的任何一种制成，只要其足以满足阴极124、154和阳极128、158各自的材料即可。阴极集电器122和阳极集电器130可以形成在基础衬底102上。阴极集电器152A、152B和阳极集电器160A、160B可以形成在相应的保护层144A、144B上。
注意，如果保护层144由导电材料制成，则可以在集电器152，160和保护层144之间插入另外的非导电层。还应注意，如果基础衬底102由导电材料制成，则在集电器122、130和基础衬底102之间可以存在附加的非导电层。
阴极124、154可以由晶体或纳米晶体的锂插层化合物制成，例如LiCoO2，LiMn2O4，仅举几个例子。阴极124、154的材料实际上可以通过包括气相沉积技术(例如溅射)在内的任何标准手段来沉积，并且可以将通过低温沉积获得的膜在预定的退火温度(通常在摄氏500-700度的范围内)下退火来获得完全结晶的相。可替代地，可以通过包括气相沉积技术在内的几乎任何标准手段来沉积阴极124、154的材料，并且在预定的沉积温度下加热衬底。可以将其他未退火的阴极材料(例如纳米晶体LixMn2-xO4)排除在阴极材料的候选项之外。
电解质126、156可以是诸如陶瓷电解质的固体电解质中的任何一种，该陶瓷电解质包括基于氧化锂的电解质(例如，氮氧化锂磷(LiPON)、氧化镧镧钛(LLTO)等)、基于硫化锂的电解质、以及其他基于磷酸锂的电解质，例如硼磷酸锂(LiBP)。电解质126、156实际上可以通过包括诸如溅射的气相沉积技术的任何标准手段来沉积。在图1所示的实施例中，电解质126、156可以沉积在阴极124、154上，以完全覆盖阴极124、154的表面和边缘。
阳极128、158可以由硅和熔点高于绝缘体132、162的固化温度的材料中的任何一种制成。具体地，阳极128、158可以是无锂的阳极，其中阳极通过在初始充电时在电解质126、156与阳极集电器130、160之间的界面上电镀金属锂或锂化形成阳极。替代地，阳极130、160可以是锂离子阳极，诸如氮氧化硅锡(SiTON)、锌和氮化锡。通过采用上述阳极材料，阳极130可以承受使绝缘体132、162固化的温度。然而，在其他实施例中，熔点为180摄氏度的金属锂可以不排除在阳极材料的候选范围之外，因为只要阳极材料能够承受用于固化绝缘体132、162的固化温度即可。
在优选的实施例中，每个膜电池元件120、150可以被制造为全固态薄膜电池，更具体地，全固态锂离子薄膜电池。在特定实施例中，薄膜电池元件120、150的总厚度可以小于或等于大约十微米(例如
Figure BDA0002363846100000091
)。
可以在堆叠的电池层110、140内形成通孔172、174，以在外部设备与堆叠的电池层110、140中的薄膜电池元件120、150之间提供导电路径。注意在该实施例中，通孔172、174可以延伸穿过至少一个电池层(图1中的140B、140A)，到达至少一个电池层(图1中的110)下面的一层，该层包括一个或多个保护层(图1中的144A、144B)和一个或多个绝缘体(图1中的162B、162A、132)。
可以在通孔洞中形成每个通孔172(或174)，该通孔洞穿过堆叠的电池层110、140中的至少一个而开口。通孔洞可以共同地穿过一个或多个电池层110、140而形成。通过填充导电材料(例如焊膏)或在其内表面上沉积导电材料(例如金属)以形成通孔172、174，使通孔洞172、1744导电。
每个通孔172(或174)电连接到堆叠的电池层110、140中的集电器122、152(或130、160)中的至少一个。在一个或多个实施例中，每个通孔与在不同电池层中的多个集电器具有触点，其中在多个集电器中的每个集电器的表面处获得每个触点。
在图1所示的实施例中，通孔172可以在阴极集电器(例如122、152A，152B)的各个表面处具有触点。通孔174可以在阳极集电器(例如130、160A，160B)的各个表面处具有触点。
注意，根据图1，似乎通孔172(或174)与向下的电池层140A，140B的集电器152A、152B(160A、160B)不接触。然而，通孔172(或174)分别在不同的横截面处与集电器152A、152B(或160A、160B)接触。集电器152、160在不同截面处的轮廓在图1中由虚线表示。
建立在堆叠的电池层110、140的顶部上的布线层180可以具有将通孔172、174与外部端子连接的导电元件(布线图案)，该外部端子可以连接至诸如CPU(中央处理单元)、存储器等的外部设备。布线层180还可以由作为用于布线层的绝缘体的树脂制成。该树脂可以是BCB(苯并环丁烯)树脂、聚酰亚胺和其他聚合物中的任何一种。
堆叠式电池结构100的结构可能不限于图1所示的特定实施例。尽管在图1中未示出，但是在堆叠式电池结构100中可能会有一个附加层。例如，在绝缘体132、162的树脂沉积之前，薄膜电池元件120、150可以被其他保护性涂层覆盖。
此外，在堆叠式电池结构100中的薄膜电池元件120、150的布局可能不限于图1所示的特定实施例，其中所有薄膜电池元件120、150通过通孔172、174并行连接。
在其他实施例中，可以采用通过使用通孔和/或诸如布线层180之类的表面布线层将至少两个薄膜电池元件120、150串联连接的布局。串联连接薄膜电池元件120、150可以增加堆叠式电池结构100的端子电压，并且保持堆叠式电池结构的小占地面积。由于可以通过串联连接元件来使用到目前为止由于其较低的电位差而尚未实际使用的电极材料，因此可以拓宽电极材料的设计选择范围。而且，在其他方面，可以通过具有适当的串联连接的堆叠式电池结构100获得多个端子电压。
在特定实施例中，在通过相应的通孔结构将每个电气路径从每个集电器到堆叠的顶部布线之后，不仅可以通过通孔而且可以通过诸如布线层180的其他表面布线层来实现多层之间的互连。可以通过包括顶层到底层的所有层来打开通孔，或者可以通过终止在中间层的集电器的通孔洞来贯穿部分层来打开通孔。即使打开通孔穿过从顶部到底部所有层，也可能不需要通孔与所有集电器连接。
在下文中，参考一系列的图2A-2E、图3A-3C和图4A-4C，将描述根据本发明示例性实施例的用于制造堆叠式电池结构100的工艺。
图2A-2E、图3A-3C和图4A-4C示出了在堆叠式电池结构100的制造过程的每个步骤中获得的结构的截面图。
如图2A所示，制造过程可包括制备其上制造有薄膜电池元件120的基础衬底102的步骤。在特定实施例中，通过该步骤制备的基础衬底102由体硅制成，该体硅具有对BHF溶液和热的抵抗性。包括阴极集电器122、阴极124、电解质126、阳极128和阳极集电器130的薄膜电池元件120可以实际上通过下面关于图1示例性描述的对于用于向下电池层140的薄膜电池元件150的任何标准工艺在基础衬底102上制造。
如图2B所示，制造过程还可以包括以下步骤：在薄膜电池元件120和基础衬底102上形成绝缘体132，以获得在基础衬底102上形成的基础电池层110。在实施例中，该步骤可以包括在薄膜电池元件120上沉积绝缘材料的子步骤。以及随后的如下面关于向下电池层140示例性地描述的通过适当的方法使绝缘材料变平以获得平坦的上表面132a的子步骤。
如图2C所示，制造过程可以进一步包括制备在其上形成有保护层144的支撑衬底142的步骤。在其上制造薄膜电池元件150的支撑衬底142最好由耐热材料制成，该材料可以承受阴极154的加热工艺。在特定实施例中，通过该步骤制备的支撑衬底142由玻璃材料制成，其在BHF溶液中具有较高的蚀刻速率，并且具有耐热性。保护层144可以由耐化学腐蚀的材料制成，该材料可以用作抵抗使用BHF溶液的湿法刻蚀的刻蚀停止剂。在特定实施例中，保护层144由氮化硅SiN(例如，Si3N4)制成，其在BHF溶液中具有低蚀刻速率并且还具有耐热性。可以通过包括气相沉积技术的几乎任何标准手段在玻璃衬底上形成保护层144，气相沉积技术，例如RF磁控管溅射、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)，仅举几个例子。
如图2D所示，制造过程可以包括以下步骤：在具有中间插入保护层144的支撑衬底142上制造薄膜电池元件150。膜电池元件150可以通过使用任何常规工艺在支撑衬底上制造。例如，可以通过一系列的气相沉积工艺来制造薄膜电池元件150。
制造薄膜电池元件150的示例性工艺可以包括(a)在保护层144上沉积阳极和阴极集电器152、160的步骤；(b)在低温下在正极集电器152上沉积正极154的步骤；(c)在预定的退火温度下(例如在500-700摄氏度的范围内)对阴极154进行退火以获得完全结晶相的步骤；(d)沉积电解质156并完全覆盖阴极154的步骤；(e)在电解质156和阳极集电器160上沉积阳极158的步骤。在另一个实施方案中，该方法可以包括(f)代替步骤(b)和(c)，在预定的沉积温度下在阴极集电器152上沉积阴极154，并且加热支撑衬底142的步骤。
如图2C所示，制造过程还可以包括以下步骤：在薄膜电池元件150和保护层144上方形成绝缘体162，以获得在支撑衬底142上形成的电池层140，并且具有插入其间的保护层144。
在特定实施例中，形成绝缘体162的步骤可以包括在膜电池元件150上方沉积绝缘材料的子步骤；然后通过压紧绝缘材料，飞切绝缘材料或化学和机械抛光绝缘材料来使绝缘材料变平以获得平坦的顶表面162a的后续子步骤。备选地，可以基于旋涂玻璃技术来完成平坦化的子步骤，其中，将保持有沉积在其上的绝缘材料的支撑衬底142高速旋转，以将隔离材料均匀地分布在保护层144的顶表面上。
通过将图2C-2E系列中描述的步骤重复预定次数，可以分别制备期望数量的形成在各个支撑衬底142上的电池层140。注意，可以并行或串行地重复在图2C-2E的系列中描述的步骤，并且可以在图2A-2B的系列中描述的步骤之后或之前执行。
如图3A所示，制造过程可以包括以下步骤：将具有支撑衬底142A的电池层140A放置在基础衬底102上，并使支撑衬底142A的底部朝上。在所描述的实施例中，由于在基础衬底102上形成有基础衬底电池层110，所以电池层140以倒置的方式设置在基础衬底电池层110的绝缘体132上，使得绝缘体162在基础衬底102和保护层144(和支撑基础衬底142A)的侧面，其中薄膜电池元件150A在其上制造，位于与基础衬底侧相反的一侧。
如图3B所示，制造过程可以包括以下步骤：通过蚀刻从电池层140A去除支撑衬底142A，并且通过保护层144A保护薄膜电池元件150A。蚀刻可以是化学蚀刻。在所描述的实施例中，可以通过湿法蚀刻支撑衬底142直到到达保护层144(如图3B所示)而从电池层140完全去除支撑衬底142，并且保持接本结构不变。当支撑衬底142由玻璃材料制成并且基础衬底102由硅材料制成时，可以使用利用BHF溶液的湿法蚀刻，因为它对二氧化硅SiO2的选择性比硅高。保护层144用作抵抗BHF湿蚀刻的蚀刻停止层。
如果基础衬底102由对BHF具有抵抗力的材料例如硅制成，则在湿法蚀刻期间不需要保护基础衬底102的背面。因此，可以不需要用于保护基础衬底102的专用工具或材料。然而，在其他实施例中，不排除不具有抗BHF的材料作为基础衬底102的材料，只要基础衬底102的背面可以通过任何已知的工具例如晶片卡盘或耐化学性材料(例如氮化硅)来保护即可，氮化硅可以在湿法蚀刻过程中提供背面保护。
注意，在图3B中，支撑衬底142被示为从电池层140完全去除。然而，也可以考虑其中通过蚀刻部分地从电池层140A去除支撑衬底142的替代实施例。
如图3C所示，制造过程可以包括以下步骤：重复地堆叠附加电池层(例如140B)，直到堆叠期望数量的电池层140。重复堆叠附加电池层140的步骤可以包括交替执行将附加电池层140与其他支撑衬底142堆叠的子步骤和从附加电池层140移除支撑衬底142的子步骤。对于每次重复循环，将具有支撑衬底142的附加电池层140堆叠，使支撑衬底142的底部朝上。然后，以与参考图3B所述相同的方式通过蚀刻至少部分地从附加电池层140去除支撑衬底142。
在特定实施例中，在堆叠期望数量的电池层140之后，通过使绝缘体132、162A、162B经受固化温度，使在每次堆叠的电池层140之后可以被部分地固化的绝缘体132、162A、162B完全固化。通过完全固化绝缘体132、162A、162B，堆叠的电池层110、140A、140B中的上层和下层中的每个牢固地彼此固定。
如图4A所示，制造过程可包括在堆叠的电池层110、140A、140B中形成通孔洞170a、170b的步骤。当已经通过蚀刻去除了向下直到至少一层的支撑衬底142时，通孔洞170a、170b可以延伸穿过该层至其下层。在图4A中，已经通过蚀刻去除了直到电池层140A的支撑衬底142B、142A，并且通孔洞170a、170b延伸穿过两个电池层140B、140A到达其下层110。通孔洞170a、170可以在堆叠的电池层中形成，垂直于或倾斜于基础衬底102。
如果将可激光加工的绝缘体材料用于绝缘体132、162A、162B，则通孔洞170a、170b可以通过激光处理在堆叠的电池层中的绝缘体162B、162A、132和保护层144B、144A中直接钻孔而形成，并且留下集电器122、130、152、160。该孔的尺寸可以为几十微米(例如，直径/宽度为50μm)。
如图4B所示，制造过程可以包括将导电材料填充在通孔洞170a、170b中，以形成作为导电路径的通孔172、174的步骤。导电材料的填充实际上可以通过诸如焊膏填充的任何标准手段来执行。在所描述的实施例中，每个通孔172(或174)电连接到堆叠的电池层中的各个集电器122、152A、152B(或130、160A、160B)。在替代实施例中，制造过程可以包括在通孔洞170a，170b的内表面上沉积导电材料而不是填充导电材料的步骤。
通过执行一系列图4A-4B中描述的步骤，可以在堆叠的电池层110、140内形成导电路径，每个导电路径被连接到各自的集电器。制造导电路径的工艺将在后面更详细地描述。
如图4C所示，制造工艺可包括在电池层110、140A、140B的顶部上构建布线层180的步骤。布线层180可以具有将通孔172、174与外部端子连接的导电元件，该外部端子用于连接到诸如CPU或存储器的外部设备。可以在导电元件上方形成树脂作为绝缘体。
尽管前面的描述集中于单个堆叠式电池结构100，但是制造过程不仅可以在芯片或封装级上进行，而且可以在晶片或面板级上进行。在特定实施例中，基础衬底102和支撑衬底142可以具有晶片或面板形式，并且基础衬底102和支撑衬底142可以包括在其上形成的多个薄膜电池元件120、150。在结合多个电池层110、140之后，可以以晶片或面板的形式的多个电池层110、140可以被切成多个芯片，每个芯片具有与图1所示的堆叠式电池结构100等同的结构。
根据图2A-2E、图3A-3C和图4A-4C所示的示例性实施例，由于制备堆叠的每个电池层110、140具有已经单独制造在其上的薄膜电池元件120、150，与顺序地制造电化学电池的多层的顺序堆叠相比，堆叠的电池结构100的其他部件将不会由于阴极124、154的加热工艺而受到损坏，在顺序堆叠中先前形成的其他部件，例如下层的阳极，应承受后来要为上层形成的阴极的加热工艺。换句话说，阴极124、154的材料可以转变成结晶相而不会损坏其他组分。
由于堆叠之后最可能的热处理可以是绝缘体132、162和布线层180的固化，因此在整个制造过程中，只要堆叠式电池结构100的组件能够承受固化温度，其他组件就不会受到损坏。
参照一系列的图5和图6A-6E，将描述根据本发明示例性实施例的用于制造具有阶梯形状结构的通孔的工艺。
图5示出了堆叠式电池结构100中通过通孔172连接的集电器122、152的示意图。在图5中，在堆叠之前，在阴极集电器122、152A、152B(如图5中的虚线圆圈P所示)周围的一部分，有堆叠电池结构100的横截面图200、三个电池层110、140A、140B的俯视图210、220、230。图5中的箭头和标签描绘了横截面视图200和俯视图210、220、230之间的关系。横截面视图200对应于图5的俯视图210、220、230中由“X”表示的横截面。注意，图5中的虚线指示了未出现在横截面视图200的横截面中的电流收集器152、160的轮廓。
在图5中，分别就在堆叠步骤之后，就在通孔形成步骤之后和在填充步骤之后，具有堆叠的电池层的另外的俯视图240、250、260。图6A-6E示出了用于制造具有阶梯形状结构的通孔172的工艺。图6A-6E中所示的横截面图对应于图5中由虚线圆P表示的部分的放大图以及由“V”表示的横截面。
如在第一层(即，基础电池层110)的俯视图210中所示，基础衬底102、阴极集电器122(在俯视图210中由虚线矩形指示)、以及绝缘体132是分层的。如俯视图220、230中所示，对于第二层和第三层(即，电池层140A、140B)中的每一层都有分层的绝缘体162，阴极集电器152(也由俯视图220、230中的虚线矩形指示)和保护层144。注意，正极集电器122、152A、152B的位置(可能与薄膜电池元件120、150A、150B的整个结构一起)沿基础衬底102的水平面中的方向移动。
图5中的俯视图240示出了就在堆叠期望数量的电池层110、140的堆叠步骤之后的堆叠的电池层110、140A、140B的顶表面。图6A描绘了紧接在堆叠步骤之后堆叠式电池层110、140A、140B的横截面图。如图5的俯视图240所示，可以看到就在堆叠步骤之后的第三电池层140B的保护层144B的顶表面。
图5中的俯视图250示出了就在通孔洞形成步骤之后的堆叠式电池层110、140A的顶表面。图6B描绘了就在通孔洞形成步骤之后的堆叠式电池层110、140A、140B的截面图。通过从顶部到底部钻出保护层144B、144A和绝缘体162B、162A、132，通孔170a被制造为穿过堆叠的电池层110、140A、140B。注意，集电器152B、152A、122可以用作用于激光钻孔的阻止器，因此，集电器152B、152A、122将在其经过激光处理过程之后，保持基本结构不变。
如图6B所示，在堆叠的电池层110、140A，140B中，通孔洞170a可以具有从底部到顶部扩大的至少一个相应的水平尺寸，并且每个部分可以在基础衬底的水平面中彼此重叠。如图5的俯视图250所示，在通孔洞形成步骤之后，当相对于基础衬底102的法线方向观察时，可以通过通孔170a看到所有阴极集电器122、152A、152B的表面。
图6C-6E以结构的横截面图示出了在制造通孔洞170a之后的通孔制造工艺。图6F以结构的横截面图示出了在制造通孔洞170a之后的通孔制造的替代工艺。
如图6C所示，通孔洞170a的内表面可以涂覆有绝缘材料(例如，聚合物)176。绝缘材料的涂覆可以通过例如气相沉积聚合之类的任何标准的方式进行。
然后，如图6D所示，可以通过标准各向异性蚀刻回蚀沉积在阴极集电器122、152A，154B上的绝缘材料176的一部分，以暴露阴极集电器122、152A、152B的表面。此时，通孔洞170a可具有多个部分，每个部分具有暴露阴极集电器(例如，阴极集电器152A、152B)的平台或暴露阴极集电器(例如，阴极集电器122)的内部底表面。
如图6E所示，将导电材料填充到洞170a中以形成通孔172。图5中的俯视图260显示了刚好在填充步骤之后堆叠的电池层110、140A的顶表面。如俯视图260中所示，在填充步骤之后，当从相对于基础衬底102的法线方向观察时，可以看到在第三电池层140B的保护层144B的顶表面处暴露的通孔172的顶端，并且所有阴极集电器122、152A，152B均被导电材料覆盖。或者，可以将导电材料沉积在通孔170a的内表面上以形成通孔172，如图6F所示。
注意，如果不存在暴露在通孔洞170a的内表面而不是集电器152、122的导电材料，则可以省略涂覆通孔洞170a的内表面的步骤和回蚀绝缘材料176的部分的步骤。在特定的实施例中，其中保护层144由绝缘材料例如氮化硅制成，并且通过蚀刻完全去除了支撑衬底142，或者支撑衬底142由例如玻璃的绝缘材料制成，当仍然部分存在支撑衬底142时，可以省略涂覆步骤和回蚀步骤。
图6E和6F所示的这种阶梯状结构将使堆叠式电池结构100在堆叠式电池结构100中的过孔172与集电器122、152A，152B之间具有可靠的触点。
在下文中，参考图7A和7B，将描述根据本发明的一个或多个示例性实施例的堆叠式电池结构的变型。
在前述实施例中，出于说明的目的，在堆叠式电池结构100中存在三个电池层110、140A，140B。然而，堆叠式电池结构100中的电池层110、140的数量可以不限于上述特定实施例。在一个或多个其他实施例中，可以堆叠两个或三个以上的电池层110、140以形成堆叠的电池结构100。
图7A示出了具有向上的基础电池层210和八个向下的电池层
Figure BDA0002363846100000181
Figure BDA0002363846100000182
的堆叠式电池结构200，在基础衬底202上总共九个电池层堆叠，每个电池层具有薄膜电池元件220、250。
此外，在上述实施例中，将向下的电池层140描述为在基础衬底102上形成，并且基础衬底电池层110插入它们之间。然而，在其他实施例中，向下的电池层140可以直接在基础衬底102上形成，而无需在其之间插入基础电池层110。
图7B示出了堆叠的电池结构300，该堆叠的电池结构300具有堆叠在基础衬底302上的九个向下的电池层
Figure BDA0002363846100000191
每个电池层具有薄膜电池元件350。
仅需要执行八次堆叠步骤以制造堆叠式电池结构200，而需要执行九次以制造堆叠式电池结构300，因此具有基础电池层210的堆叠式电池结构200比堆叠式电池结构300更有利。
在下文中，参考图8A和8B，将描述根据本发明的一个或多个示例性实施例的包括堆叠式电池结构100的电子设备的示意图。电子设备可以用于物联网(IoT)设备。
图8A描绘了用于包括堆叠式电池结构100的电子设备的系统级封装结构的示意图。如图8A所示，堆叠式电池结构100可以安装在布线衬底190上，诸如处理器、存储器、传感器之类的一个或者更多个外部电子部件192A，192B被安装在布线衬底190上。
图8B描绘了用于包括堆叠式电池结构200的电子设备的系统级封装结构的示意图。如图8B所示，堆叠式电池结构100用作中介层或衬底，其上安装有一个或多个电子部件172A、172B。在该实施例中，堆叠式电池结构100在堆叠式电池层110、140A、140B的顶表面上具有布线层180，用于将堆叠式电池结构100与安装在堆叠式电池结构100上的一个或多个电子部件连接。系统级封装结构对于进一步小型化可能是有利的。
由于电子设备的电源具有较小的占地面积，因此可以使电子设备的整体尺寸小型化。
根据本发明的一个或多个实施例，可以在保持电池结构的容量的同时使电池结构的总厚度变薄，或者，可以在保持电池结构的总厚度的同时，增大电池结构的容量。
参照图9A和9B，描述了根据本发明示例性实施例的在采用和不采用新颖的支撑衬底去除工艺的情况下的堆叠式电池结构之间的比较。
图9A和图9B示出了具有三个电池层的堆叠式电池结构，该三个电池层不具有以及具有中间衬底。图9A所示的堆叠式电池结构具有一个基础电池层110和两个电池层140A、140B，其中，在制造工艺中用于支撑薄膜电池元件150A，150B的支撑衬底142A，142B已经被新颖的支撑衬底去除工艺完全消除。另一方面，图9B所示的堆叠式电池结构500也具有一个基础电池层510和两个电池层540A、540B，其中在其中形成有薄膜电池元件550A、550B的衬底542A、542B仍存在于最终结构500中。
如上所述，即使可以通过标准的背面研磨工艺将衬底542A、542B变薄至75至50um，衬底542A、542B的厚度仍比薄膜电池元件520、550A、550B的厚度厚几倍，薄膜电池元件520、550A、550B的厚度可以小于或等于大约十微米
Figure BDA0002363846100000201
如图9B所示，在堆叠的电池结构500中存在交替的绝缘体562和衬底542。因此，在堆叠之前需要去除绝缘体562，这可以使用通过光刻的预图案化工艺来在绝缘体562中制孔。此外，在堆叠之后，需要各向异性干法蚀刻工艺来对衬底542进行钻孔，该衬底可以是硅。预图案化工艺和各向异性干蚀刻工艺都是昂贵的工艺。因此，钻通孔洞的成本增加。
与具有图9B所示的中间衬底542的电池结构相反，根据本发明的一个或多个实施例的堆叠式电池结构100在保持其容量的同时可以具有更薄的总厚度。因为在其上形成薄膜电池元件150的支撑衬底142能够变薄，或优选被消除同时由保护层144保护薄膜电池元件150。换言之，堆叠的电池结构在保持电池结构的总厚度的同时可以具有大容量。由于通过堆叠一个单元的电池层而要增加的厚度较小，因此可以在一定厚度和一定体积内增加堆叠的电池层的数量。因此，可以说它是体积有效的。
在前述实施例中，已经描述了具有多个薄膜电池元件的堆叠结构。然而，根据本发明的一个或多个实施例不限于具有多个薄膜电池元件的堆叠结构，还涉及一种用于制造堆叠结构的方法，其中具有多个器件的高度集成的器件结构，该结构是除了电池以外，可以通过新颖的方式来实现的。
这里使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、步骤、层、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、层、元件，组件和/或其组中的一个。
如果有的话，下面的权利要求中的所有装置或步骤加上功能元件的对应结构、材料、动作和等同物，旨在包括如特别要求保护的用于与其他要求保护的元件组合地执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了本发明的一个或多个方面的描述，但并不旨在穷举或将本发明限于所公开的形式。
在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择本文使用的术语是为了最好地解释实施例的原理，对市场上发现的技术的实际应用或技术上的改进，或者使本领域的其他普通技术人员能够理解本文公开的实施例。

Claims (21)

1.一种用于制造堆叠式电池结构的方法，所述方法包括：
制备基础衬底；
形成与支撑衬底的整个第一表面直接接触的电池层，该电池层具有厚度，厚度中包括保护层，直接接触保护层的薄膜电池元件以及覆盖所述薄膜电池元件的绝缘体；
放置所述电池层，并使所述绝缘体朝下覆盖基础衬底；以及
完全去除所述支撑衬底，包括湿法蚀刻支撑衬底直到保护层，使得保护层的第一表面暴露，并且通过所述保护层保护所述薄膜电池元件和基础衬底；
所述方法还包括：直到堆叠期望数量的电池层为止，交替地重复：
堆叠另一个电池层，形成在另一个支撑衬底上，所述另一个支撑衬底的底部朝上，所述另一个电池层包括保护层、薄膜电池元件和绝缘体；以及
至少部分地通过蚀刻从所述另一个电池层去除所述另一个支撑衬底。
2.如权利要求1所述的方法，其中，每个电池层中的所述薄膜电池元件包括集电器和与所述集电器接触的电池单元，所述方法还包括：
在堆叠在所述基础衬底上的所述电池层中形成通孔洞，以贯穿至少一层延伸到该至少一层之下的一层；以及
在所述通孔洞中填充导电材料或在所述通孔洞的内表面上沉积导电材料以形成电连接至所述电池层中的至少一个集电器的导电路径。
3.如权利要求2所述的方法，其中形成所述通孔洞包括：
通过激光加工在所述电池层中钻通至少一层保护层和至少一个绝缘体并且保留所述集电器。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述通孔洞具有多个部分，并且所述多个部分具有至少一个水平尺寸，所述水平尺寸在所述电池层中从底部到顶部扩大并且相对于所述基础衬底在水平面内彼此重叠，所述导电路径与不同电池层中的多个集电器具有触点，每个触点在所述多个集电器中的每个的表面处获得。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括：
在所述电池层的顶部上构建布线层，所述布线层包括将所述导电路径与外部端子连接的导电图案。
6.如权利要求1所述的方法，其中，去除所述支撑衬底包括：
湿法蚀刻所述支撑衬底直到到达所述保护层。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述支撑衬底由玻璃材料制成，所述湿法蚀刻包括使用缓冲的氢氟酸溶液进行蚀刻，所述保护层用作对所述缓冲的氢氟酸溶液的蚀刻停止层，并且所述基础衬底由对所述缓冲的氢氟酸溶液具有抵抗力的材料制成。
8.如权利要求1所述的方法，其中，提供所述基础衬底，其上形成有基础电池层，所述基础电池层包括在所述基础衬底上形成的薄膜电池元件和覆盖在所述基础衬底上形成的薄膜电池元件的绝缘体，在将所述电池层放置在所述基础衬底上时，将所述电池层放置在所述基础电池层的所述绝缘体上。
9.一种堆叠式电池结构，包括：
基础衬底；以及
基础电池层，包括在基础衬底表面上的基础薄膜电池元件和位于基础衬底上并覆盖基础薄膜电池元件的基础绝缘体；
两个或多个电池层，在所述基础衬底上，每个电池层包括：
保护层；
薄膜电池元件，在所述保护层上形成；以及
绝缘体，位于保护层上并覆盖所述薄膜电池元件；
其中，每个薄膜电池元件设置在两个或更多电池层共用的导电通孔对之间，以及，
其中所述基础绝缘体和所述两个或更多个电池层中的第一层的绝缘体设置在所述基础薄膜电池元件与所述两个或更多个电池层中的第一层的所述薄膜电池元件之间并且将所述薄膜电池元件隔开，其中第一电池层的绝缘体的表面的绝缘体邻接基础绝缘体，并且两个或更多个电池层中的第二层的绝缘体设置在两个或更多个电池层中的第二层的薄膜电池元件与第一层的保护层之间并将它们隔开。
10.如权利要求9所述的堆叠式电池结构，其中，在基础电池层上的所述两个或更多个电池层的第二电池层的绝缘体和第一电池层的保护层之间没有刚性材料。
11.如权利要求9所述的堆叠式电池结构，其中，每个电池层的所述薄膜电池元件包括集电器和与所述集电器接触的电池单元，所述堆叠式电池结构还包括：
穿过所述电池层中的至少一层形成的一个或多个导电路径，每个导电路径电连接到所述电池层中的至少一个集电器。
12.如权利要求11所述的堆叠式电池结构，其中，一个导电路径包括具有与不同电池层中的多个集电器的触点的通孔，每个触点在所述多个集电器的每个的表面处获得。
13.如权利要求12所述的堆叠式电池结构，其中，所述通孔具有多个部分，并且所述多个部分具有在所述电池层中从底部到顶部扩大的、并且相对于所述基础衬底在水平面中彼此重叠的至少一个水平尺寸。
14.如权利要求11所述的堆叠式电池结构，其中，所述堆叠式电池结构还包括：
布线层，在两个或更多个电池层的顶部上构建，该布线层包括将一个导电路径与外部端子连接的导电图案。
15.如权利要求9所述的堆叠式电池结构，其中，所述保护层由可用作防止使用缓冲氢氟酸溶液进行湿法蚀刻的停止剂的材料制成。
16.如权利要求9所述的堆叠式电池结构，其中，所述保护层由氮化硅制成。
17.如权利要求9所述的堆叠式电池结构，其中，每个电池层通过以下方式提供：
制备形成在支撑衬底上的层结构，该层结构包括所述保护层，所述薄膜电池元件和所述绝缘体，所述保护层形成在所述支撑衬底上；
堆叠所述层结构，使所述支撑衬底的底部朝上；以及
至少部分地通过蚀刻从所述层结构中去除所述支撑衬底，并且通过所述保护层保护所述薄膜电池元件。
18.一种电子设备，包括电子部件和堆叠式电池结构，所述堆叠式电池结构包括：
基础衬底；
基础电池层，包括在基础衬底表面上的基础薄膜电池元件和位于基础衬底上并覆盖基础薄膜电池元件的基础绝缘体；
两个或更多个电池层，在所述基础衬底上；以及
布线层，用于将所述堆叠式电池结构与电子部件连接；
其中每个电池层包括：
保护层；
薄膜电池元件，在保护层上形成，该薄膜电池元件用于通过所述布线层向电子部件供电；以及
绝缘体，位于保护层上并覆盖所述薄膜电池元件；
其中，每个薄膜电池元件设置在两个或更多电池层共用的导电通孔对之间，以及，
其中所述基础绝缘体和所述两个或更多个电池层中的第一层的绝缘体设置在所述基础薄膜电池元件与所述两个或更多个电池层中的第一层的所述薄膜电池元件之间并且将所述薄膜电池元件隔开，其中第一电池层的绝缘体的表面的绝缘体邻接基础绝缘体，并且两个或更多个电池层中的第二层的绝缘体设置在两个或更多个电池层中的第二层的薄膜电池元件与第一层的保护层之间并将它们隔开。
19.如权利要求18所述的电子设备，其中，所述堆叠式电池结构被安装在布线衬底上，所述布线层被提供为所述布线衬底的一部分，并且所述电子部件被安装在所述布线衬底上。
20.一种堆叠式电池结构的制造方法，包括：
将形成在支撑衬底上的电池层放置在基础衬底上，并使支撑衬底的底部朝上，所述电池层具有厚度，厚度中包括保护层，直接接触保护层的薄膜电池元件以及覆盖所述薄膜电池元件的绝缘体；以及
完全去除所述支撑衬底，包括湿法蚀刻支撑衬底直到保护层，使得保护层的第一表面暴露，并且通过所述保护层保护所述薄膜电池元件；
所述方法还包括：直到堆叠期望数量的电池层为止，交替地重复：
堆叠另一个电池层，形成在另一个支撑衬底上，所述另一个支撑衬底的底部朝上，所述另一个电池层包括保护层、薄膜电池元件和绝缘体；以及
至少部分地通过蚀刻从所述另一个电池层去除所述另一个支撑衬底。
21.一种制造堆叠结构的方法，该方法包括：
制备基础衬底；
形成与支撑衬底的整个第一表面直接接触的电池层，所述电池层具有厚度，厚度中包括保护层，直接接触保护层上的电池元件以及覆盖所述电池元件的粘合材料；
放置电池层，并使绝缘层朝下覆盖基础衬底；以及
完全去除所述支撑衬底，包括湿蚀刻支撑衬底直到到达所述电池层的所述保护层；所述方法还包括：直到堆叠重复期望数量的器件元件层为止，交替重复：
堆叠形成在另一支撑衬底上的另一器件元件层，使另一支撑衬底的底部朝上；以及
通过蚀刻从所述另一器件元件层去除所述另一支撑衬底。
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