CN114649615A - 微电池器件的气密封装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微电池器件的气密封装。提供了一种制造微电池的方法。该方法包括通过在第一衬底中形成第一金属阳极过孔和第一金属阴极过孔，在第一衬底的底侧上形成第一金属层，在衬底的顶侧上形成第一电池元件，在第一电池元件周围形成包封层，在第一电池元件的不同侧上形成穿过包封层和第一衬底的沟槽，以及在沟槽中形成金属密封层以至少覆盖第一电池元件的多个侧壁表面，来形成微电池器件。金属密封层通过第一金属层和第一金属阴极过孔电连接到电池元件。

Description

微电池器件的气密封装
技术领域
本公开涉及微电池，特别地涉及使用金属密封的微电池的气密密封结构(即，封装)。
背景技术
微电池器件的气密密封可能是期望的，以防止或最小化电池材料泄漏到电池封装外部的可能性。在某些微电池器件中，微电池的密封是使用聚合物材料实现的，这可能不足以获得气密性。此外，用于微电池器件的某些密封结构可包括金属密封层。然而，该金属密封层可能不气密密封微电池器件的所有侧面，这会允许从微电池器件的一个或多个侧面泄漏的路径。此外，某些微电池器件包括在器件的同一侧上的阳极和阴极，这可使多个微电池器件的并联或串联连接复杂化。
发明内容
本公开的一些实施例涉及一种制造微电池器件的方法。在某些实施例中，该方法包括通过在第一衬底中形成第一金属阳极过孔和第一金属阴极过孔，在所述第一衬底的底侧上形成第一金属层，在所述衬底的顶侧上形成第一电池元件，在所述第一电池元件周围形成包封(encapsulation)层，在所述第一电池元件的不同侧上形成穿过所述包封层和所述第一衬底的沟槽，以及在所述沟槽中形成金属密封(sealing)层以至少覆盖所述第一电池元件的多个侧壁表面，来形成微电池器件。所述金属密封层通过所述第一金属层和所述第一金属阴极过孔电连接到所述电池元件。
其它一些实施例涉及一种微电池装置，包括第一微电池器件，所述第一微电池器件包括第一衬底。所述第一衬底包括第一金属阳极过孔和第一金属阴极过孔。所述第一微电池器件还包括形成在所述衬底上的第一电池元件，所述第一电池元件包括第一阴极集流体、第一阳极集流体、第一阴极和第一阳极。所述第一阴极集流体通过所述第一金属阴极过孔电连接到所述第一阴极，其中所述第一阳极集流体通过所述第一金属阳极过孔电连接到所述第一阳极。所述金属密封层至少形成在所述第一电池元件的侧壁表面上，并且所述金属密封层电连接到所述第一阴极。
其它一些实施例涉及一种包括微电池器件的微电池装置。所述微电池器件包括第一衬底，所述第一衬底包括第一金属阳极过孔和第一金属阴极过孔。第一电池元件形成在所述第一衬底上，所述第一电池元件包括第一阴极集流体、第一阳极集流体、第一阴极和第一阳极。所述第一阴极集流体通过所述第一金属阴极过孔电连接到所述第一阴极，并且所述第一阳极集流体通过所述第一阳极过孔电连接到所述第一阳极。第二衬底形成在所述第一电池元件上，并且包括第二金属阳极过孔和第二金属阴极过孔。第二电池元件形成在所述第二衬底上，所述第二电池元件包括第二阴极集流体、第二阳极集流体、第二阴极和第二阳极。所述第二阴极集流体通过所述第二阴极过孔电连接到所述第二阴极，并且所述第二阳极集流体通过所述第二阳极过孔电连接到所述第二阳极。所述微电池器件还包括将所述第一阳极电连接到所述第二阳极的金属互连，以及形成在所述第一电池元件和所述第二电池元件的侧壁表面上的金属密封层。所述金属密封层电连接到所述第一阴极和所述第二阴极。
上述发明内容并非旨在描述本公开的每个示出的实施例或每种实施方式。
附图说明
本申请中包括的附图被并入说明书中并形成说明书的一部分。它们示出了本公开的实施例，并且与说明书一起解释了本公开的原理。附图仅说明某些实施例，而不限制本公开。
图1A是描绘根据实施例的在制造过程的中间阶段的微电池器件的横截面图。
图1B是根据实施例的图1A的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图1C是根据实施例的图1B的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图1D是根据实施例的图1C的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图1E是根据实施例的图1D的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图1F是根据实施例的图1E的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图1G是根据实施例的图1F的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图1H是根据实施例的图1G的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图1I是根据实施例的图1H的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图1J是根据实施例的串联电连接的图1I的微电池器件中的若干微电池器件的横截面图。
图1K是根据实施例的并联电连接的图1I的微电池器件中的若干微电池器件的横截面图。
图2A是描绘根据实施例的在制造过程的中间阶段的多层微电池器件的单层的横截面图。
图2B是根据实施例的包括图2A的单层的多层微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图2C是根据实施例的图2B的微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图2D是根据实施例的图2C的多层微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图2E是根据实施例的图2D的多层微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图2F是根据实施例的图2E的多层微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图2G是根据实施例的串联电连接的图2F的多层微电池器件中的若干微电池器件的横截面图。
图3A是描绘根据实施例的在制造过程的中间阶段的多层微电池器件的第一单层的横截面图。
图3B是根据实施例的图3A的多层微电池器件的第二单层的横截面图。
图3C是根据实施例的图3A和图3B的微电池器件的第一层和第二层的组合在附加制造操作之后的横截面图。
图3D是根据实施例的图3C的多层微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图3E是根据实施例的图3D的多层微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
图3F是根据实施例的图3E的多层微电池器件在附加制造操作之后的横截面图。
应当理解，附图中的元素是为了简单和清楚而示出的。为了简单起见并且为了帮助理解所示实施例，可能没有示出在商业上可行的实施例中可能有用或必要的公知元素。
具体实施方式
本公开描述了包括金属气密密封层的微电池器件和制造微电池器件的方法的实施例。本申请的附图是为了说明的目的而提供的，因此附图可能不是按比例绘制的。
本文参照相关附图描述本公开的各种实施例。在不脱离本公开的范围的情况下，可以设计出替代实施例。注意，在以下描述和附图中的元素之间阐述了各种连接和位置关系(例如，上方、下方、相邻等)。除非另外指明，这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本公开不旨在在这方面进行限制。因此，实体的耦接可以指直接或间接耦接，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接位置关系。作为间接位置关系的一个例子，本说明书中提到在层“B”上方形成层“A”包括这样的情况：其中，一个或多个中间层(例如层“C”)位于层“A”和层“B”之间，只要层“A”和层“B”的相关特性和功能基本上不被中间层改变。
以下限定和缩写用于解释权利要求和说明书。如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列元素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置不一定仅限于那些元素，而是可以包括未明确列出的或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置固有的其他元素。
为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直(vertical)”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词应涉及所描述的结构和方法，如附图中所定向的。术语“覆盖在……上”、“在……顶部上”、“定位在……上”或“定位在……顶部上”表示第一元素(例如第一结构)存在于第二元素(例如第二结构)上，其中中间元素(例如界面结构)可存在于第一元素和第二元素之间。术语“直接接触”是指第一元素(例如第一结构)和第二元素(例如第二结构)在这两个元素的界面处没有任何中间传导层、绝缘层或半导体层的情况下连接。应注意，术语“对……具有选择性”，例如“对第二元素具有选择性的第一元素”意指第一元素可被蚀刻，且第二元素可充当蚀刻停止层。
为了简洁起见，与微电池器件和/或集成电路(IC)制造有关的常规技术可以或可以不在本文中详细描述。此外，本文所述的各种任务和工艺步骤可被并入具有本文未详细描述的额外步骤或功能性的更综合性程序或过程中。特别地，微电池器件和/或IC的制造中的各种步骤是公知的，因此为了简洁起见，许多常规步骤将仅在此简要提及或者将被完全省略而不提供公知的工艺细节。
通常，用于形成微电池器件的各种工艺分为四个一般类别，即，膜沉积、去除/蚀刻/激光铣削、图案化/光刻、注塑成型焊接(IMS)。
沉积是将材料生长、涂覆或以其它方式转移到晶片上的任何工艺。可用的技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电化学沉积(ECD)、分子束外延(MBE)以及最近的原子层沉积(ALD)和旋涂等。另一种沉积技术是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，其是一种使用等离子体内的能量来在晶片表面引发反应的工艺，否则该工艺将需要与常规CVD相关联的更高温度。在PECVD沉积期间的高能离子轰击还可以改善膜的电学和机械特性。
去除/蚀刻是从晶片去除材料的任何工艺。例子包括蚀刻工艺(湿法或干法)、化学机械平面化(CMP)、激光铣削等。去除工艺的一个例子是离子束蚀刻(IBE)。通常，IBE(或铣削)是指干法等离子体蚀刻方法，其利用远程宽束离子/等离子体源，通过物理惰性气体和/或化学反应气体手段来去除衬底材料。与其它干法等离子体刻蚀技术类似，IBE具有诸如刻蚀速率、各向异性、选择性、均匀性、纵横比和最小化衬底损伤的优点。干法去除工艺的另一个例子是反应离子蚀刻(RIE)。通常，RIE使用化学反应等离子体去除沉积在晶片上的材料。利用RIE，等离子体在低压(真空)下通过电磁场产生。来自RIE等离子体的高能量离子攻击晶片表面并与其反应以去除材料。激光铣削或激光束加工(LBM)是一种加工形式，其中激光被引导朝向工件以进行加工。该工艺使用热能从金属或非金属表面去除材料。物体表面上的高频单色光使该材料熔化并蒸发，允许选择性地去除物体的该部分。
光刻是在衬底上形成三维浮雕图像或图案，以便随后将图案转移到衬底上。在光刻中，图案由称为光致抗蚀剂的光敏聚合物形成。为了构建构成电子器件的复杂结构，重复光刻和蚀刻图案转移步骤多次。印刷在晶片上的每个图案与先前形成的图案对准，并且逐渐地构建导体、绝缘体和其它区域以形成最终器件。
现在转到更具体地与本公开的方面相关的技术的概述，在某些实施例中，利用注塑成型焊接(IMS)来形成用于微电池的金属气密密封结构。通常，IMS是指金属沉积工艺，其中熔融焊料被直接注入到孔(或空间)(例如，如在光致抗蚀剂掩模膜中图案化的)中，这与常规电镀技术相反。例如，IMS沉积头在图案化的晶片的一侧提供熔融焊料(例如，SAC305，其为包含96.5％锡、3％银和0.5％铜的无铅合金)，然后被扫描到晶片的另一侧以完成将焊料注入其中的孔(或空间)中。
现在参考附图的图1A-1K，其中相同的附图标记表示相同或相似的元素，并且首先参考图1A，示出了在制造过程的中间阶段的微电池100的一部分的横截面图。如图1所示，提供了底部衬底或第一衬底102。第一衬底102可以是柔性衬底。过孔104形成到第一衬底102中，然后用导电金属材料填充。阳极集流体106形成在过孔104中的左侧过孔上。阳极集流体106可以是单层或多层。在一个实例中，阳极集流体106包括至少一种导电金属材料，例如钛或铂。在本申请的一个实施例中，阳极集流体106由钛构成。在其它实施例中，阳极集流体106包括任何金属，例如镍、铜或锌。阳极集流体可具有10nm至20,000nm的厚度，或任何其它合适的厚度。
现在参考图1B，在第一衬底102的背侧(或底侧)上形成第一金属层108。第一金属层108包括位于第一衬底102的左侧的至少一部分，其中其至少一部分位于阳极集流体106的左侧。第一金属层108还包括位于第一衬底102的右侧且形成为与过孔104中的右侧过孔直接接触的部分。
现在参考图1C，阳极110也形成在第一衬底102的底侧上，并通过过孔104中的左侧过孔与阳极集流体106电连接。阳极110可以是单层或多层。在一个实例中，阳极110由钛层、钛层表面上的镍层和镍层表面上的锌层的材料叠层(即，Ti/Ni/Zn叠层)构成。
现在参考图1D，制造微电池器件100的其余部分。电池元件112形成为覆盖整个阳极集流体106并且还覆盖第一衬底102的部分。应当理解，电池元件112可以包括任何合适数量的层或其它电池部件。阴极集流体114形成为覆盖整个电池元件112并且还覆盖第一衬底102的部分。特别地，阴极集流体114直接接触过孔104中的右侧过孔，从而产生从阴极集流体114到过孔108中的右侧过孔以及到第一金属层108的右侧部分的导电路径。形成包封层116以覆盖阴极集流体114和衬底的所有其它暴露部分。在某些实施例中，包封层116为绝缘材料。最后，形成第二衬底118以覆盖包封层116。第二衬底118可以由与第一衬底102相同的材料或不同的材料制成，并且可以包括若干子层。在制造过程的这个阶段，第一金属层108的左侧部分不电连接到微电池100器件的任何其它部分。
现在参照图1E，在第一衬底102的底侧上形成粘合层120，并且在粘合层上堆叠处理衬底122。粘合层120和处理衬底122都是临时结构，其便于器件的进一步制造，并且将随后被去除，如下面详细描述的。
现在参考图1F，例如通过使用第一金属层108作为停止层的激光铣削工艺(即，当激光到达第一金属层108时停止层去除)来形成沟槽150。
现在参考图1G，将金属密封件124形成为填充沟槽150且形成在第二衬底118的顶部上。因此，金属密封件124覆盖并气密地密封微电池100器件的整个侧表面以及顶表面。在某些实施例中，金属密封件124通过注塑成型焊接(IMS)形成，IMS是其中将熔融焊料直接注入到沟槽150中的金属沉积工艺。如图1G所示，金属密封件124与第一金属层108的右侧和左侧都接触，从而产生从阴极集流体114到右侧过孔104、到第一金属层108的右侧、通过金属密封124、最后到第一金属层108的左侧的导电路径。可以认为阴极包括第一金属层108的右侧和左侧以及金属密封件124。因此，金属密封件124的顶部(即，覆盖第二衬底118的部分)用作微电池100的顶侧上的阴极，并且阳极110在微电池100的底侧上。使阴极和阳极在微电池100的相反两侧上可便于多个微电池100的不太复杂的串联连接，如以下关于图1J所详细描述的，并且还便于多个微电池100的不太复杂的并联连接，如以下关于图1K所详细描述的。
现在参考图1H，去除处理衬底122和粘合层120，然后在第一衬底102的底侧上形成第一绝缘体层126。在某些实施例中，激光烧蚀工艺或蚀刻工艺可以用于去除粘合层120和处理衬底122。在某些实施例中，第一绝缘体层126可由绝缘聚合物材料构成，并且将微电池100的阳极侧与微电池100的阴极侧电气分隔开。例如，第一绝缘体层126的绝缘材料位于第一金属层108的右侧部分(即，其可以用作阴极的一部分)和阳极110之间。如图1H所示，第一绝缘体层126形成为足够厚以覆盖第一金属层108的所有暴露表面，同时仍然使阳极110的底表面侧暴露。在某些实施例中，阳极110的厚度比第一绝缘层120厚。
现在参考图1I，示出了在单个化(singulation)之后的微电池100结构。通常，在公共衬底上制造多个微电池的情况下，单个化是指将这些器件分离或划分成个体微电池的工艺。在某些实施例中，单个化包括去除第一衬底102、包封层116、第二衬底118、第一金属层108和第一绝缘体层126的在金属密封件124外部(即，金属密封件124的左侧和右侧)的部分以提供微电池100。在一个实施例中，激光铣削工艺可用于执行单个化。在另一实施例中，使用锯切来分离个体微电池100器件。
现在参考图1J，三个不同的微电池100-1、100-2和100-3被示出为串联连接。在用于串联电池连接的该示例中，微电池100-1的第一金属层108-1可连接到微电池100-3的阳极110-3(未示出)。在某些实施例中，第一微电池100-1的阳极110-1接触第二微电池100-2的金属密封件124-2的上部。尽管为了简单起见在图1J中未示出，但在第二微电池100-2和第三微电池100-3之间发生相同类型的串联电连接。
现在参考图1K，三个不同的微电池100-1、100-2和100-3被示出为并联连接。在用于并联电池连接的该示例中，用于阴极的电连接(未示出)可以通过微电池100-1的第一金属层108-1、微电池100-2的第一金属层108-2和微电池100-3的第一金属层108-3中的任一个来进行，因为它们全部通过相应的金属密封件124-1、124-2和12403电连接。此外，可能需要电连接(未示出)来连接并联电池电路中的所有三个阳极110-1、110-2和110-3。在某些实施例中，第一微电池100-1的金属密封件124-1接触第二微电池100-2的金属密封件124-2的左侧部分，尽管为了简单起见在图1K中未示出，但在第二微电池100-2和第三微电池100-3之间发生相同类型的并联电连接。
现在参考图2A-2G，首先参考图2A，示出了两层集成固态微电池250的实施例。图2A所示的单层微电池200是在制造过程的中间阶段示出的，并且在大多数方面与图1D所示的微电池100类似。因此，对于这些实施例，将不重复对图1A-1D的制造步骤的描述。图2A的微电池堆叠体200与图1D的微电池之间的一个区别在于不包括图1D中所示的第二衬底118。另一不同之处在于包括图2A中的聚合物绝缘体层126。图2A中的聚合物绝缘体层可以与图1H中所示的绝缘体层126相同或相似。单层微电池堆叠体200的这种稍微修改的结构允许两个不同电池堆叠体的连接，如下面关于图2B所描述的。
现在参考图2B，第一微电池堆叠体200-A与第二微电池堆叠体200-B接合以形成微电池250器件。第一微电池堆叠体200-A包括第一电池堆叠体衬底102-A、第一电池堆叠体过孔104-A、第一电池堆叠体阳极集流体106-A、第一电池堆叠体金属层108-A、第一电池堆叠体阳极110-A、第一电池堆叠体电池元件112-A、第一电池堆叠体阴极集流体114-A、第一电池堆叠体包封层116-A和第一电池堆叠体绝缘层126-A。类似地，第二微电池堆叠体200-B包括第二电池堆叠体衬底102-B、第二电池堆叠体过孔104-B、第二电池堆叠体阳极集流体106-B、第二电池堆叠体金属层108-B、第二电池堆叠体阳极110-B、第二电池堆叠体电池元件112-B、第二电池堆叠体阴极集流体114-B、第二电池堆叠体包封层116-B和第二电池堆叠体绝缘层126-B。
如图2B所示，第一电池堆叠体200-A相对于第二电池堆叠体200-B倒置(即，上下颠倒)，使得第一电池堆叠体包封层116-A形成为与第二电池堆叠体包封层116-B直接接触，然而，应当理解，可以在第一电池堆叠体包封层116-A和第二电池堆叠体包封层116-B之间形成其他层(例如，粘合层)。此外，在某些实施例中，第一电池堆叠体金属层108-A与第二电池堆叠体金属层108-B稍微不同地被图案化。在这方面，在第一电池堆叠体金属层108-A中存在第一开口202，以允许后续的激光铣削操作，如下面关于图2D所讨论的。
现在参考图2C，通过粘合层120将处理衬底122附接到第一电池堆叠体200-B。处理衬底122可以是上文关于图1A-1K实施例所讨论的相同类型或不同类型的衬底。
现在参考图2D，通过例如使用第二电池堆叠体金属层108-B作为停止层的激光铣削工艺(即，当激光到达第二电池堆叠体金属层108-B时停止层去除)来形成沟槽202。应当理解，因为开口202被设置在第一电池堆叠体金属层108-A中，所以第一电池堆叠体金属层108-A不是激光铣削工艺的障碍。因此，激光铣削将第一电池堆叠体200-A和第二电池堆叠体200-B的所有材料向下去除到第二电池堆叠体金属层108-B的水平。
现在参考图2E，将金属密封件204形成为填充沟槽202。因此，金属密封件204覆盖并气密密封第一电池堆叠体200-A和第二电池堆叠体200-B的整个侧表面。在某些实施例中，金属密封件204通过注塑成型焊接(IMS)形成，其中熔融焊料被直接注入到沟槽202中。如图2E所示，金属密封件204提供导电路径以将第一电池堆叠体金属层108-A的右侧与第二电池堆叠体金属层108-B的右侧连接。对于其中阴极108A和108B被电连接并且阳极110A和110B并联连接的并联电池连接的该示例，当与单个电池相比时，获得相同的电压但是增加的存储容量。此外，金属密封件204提供导电路径以将第一电池堆叠体金属层108-A的该示例中的周边/左/阳极电连接与第二电池堆叠体金属层108-B的周边/左/阳极电连接进行连接。还如图2E所示，第二开口206形成到第一电池堆叠体绝缘层126-A中，以暴露第一电池堆叠体阳极110-A。
现在参考图2F，去除处理衬底122和粘合层120以暴露第二电池堆叠体阳极110-B。此外，执行单个化以产生个体微电池250器件。
现在参考图2G，示出了连接的三个不同的微电池250-1、250-2和250-3。根据目标应用，两个高电池的堆叠电池结构和电池之间的关联互连可以并联用于相同的电压，但是具有更大的存储容量(例如，两个阴极都连接到外部导线，并且两个阳极都连接到外部导线)，或者以相同容量串联用于更高的电压(例如，外部导线连接到第一电池的阴极，第一电池的阳极连接到第二电池的阴极，并且第二电池的阳极连接到外部导线)。类似地，对于例如三个或四个或更多个电池的多个高电池，用于集成和互连的结构可以允许微电池的结构用于并联的多电池、串联的多电池或者串联和并联配置的组合。在某些实施例中，例如对于并联互连的电池堆叠体，第一微电池250-1的电池堆叠体阳极110-B接触第二微电池250-2的电池堆叠体阳极110-A，并且第一微电池250-1的第二阴极接触(即，第一金属层108)接触第二微电池250-2的电池堆叠体阴极(即，第一金属层108)。尽管图2G中未示出，但在第二微电池250-2与第三微电池250-3之间发生相同类型的并联电连接。替代地，微电池的串联互连堆叠体也可以被构造为具有在第一微电池250-1与第二微电池250-2之间从阴极到阳极、以及在第二微电池250-2与第三微电池250-3之间从阴极到阳极的互连。
现在参考图3A-3F，首先参考图3A和3B，示出了两层集成固态微电池的实施例。图3A和3B中分别示出的微电池组300-A和300-B是在制造过程的中间阶段示出的，并且它们在大多数方面类似于图1C中示出的微电池100。因此，对于这些实施例，将不重复对图1A-1C的制造步骤的描述。微电池堆叠体300-A和300-B与图1C的微电池100之间的一个区别在于阳极和阳极集流体的尺寸和相对位置不同。特别地，第一电池堆叠体阳极110-A和第二电池堆叠体阳极110-B分别比第一电池堆叠体阳极集流体106-A和第二电池堆叠体阳极集流体106-B更大，和/或分别相对于第一电池堆叠体阳极集流体106-A和第二电池堆叠体阳极集流体106-B的最左侧进一步向左延伸。微电池堆叠体300-A和300-B的这种稍微修改的结构允许两个不同电池堆叠体的连接，如下面关于图3C所描述的。此外，如图3B所示，金属互连302被形成为穿过第二电池堆叠体衬底102-B并且接触第二电池堆叠体阳极110-B。此外，整个金属互连302被形成到第一电池堆叠体阳极集流体106-A和第二电池堆叠体阳极集流体106-B的最左侧的左侧。
现在参考图3C，第一微电池堆叠体300-A与第二微电池堆叠体300-B接合以形成微电池350。第一微电池堆叠体300-A包括第一电池堆叠体衬底102-A、第一电池堆叠体过孔104-A、第一电池堆叠体阳极集流体106-A、第一电池堆叠体金属层108-A、第一电池堆叠体阳极110-A、第一电池堆叠体电池元件112-A、第一电池堆叠体阴极集流体114-A、第一电池堆叠体包封层116-A和第一电池堆叠体绝缘层304。有些类似地，第二微电池堆叠体200-B包括第二电池堆叠体衬底102-B、第二电池堆叠体过孔104-B、第二电池堆叠体阳极集流体106-B、第二电池堆叠体金属层108-B、第二电池堆叠体阳极110-B、第二电池堆叠体电池元件112-B、第二电池堆叠体阴极集流体114-B和第二电池堆叠体包封层116-B。还如图3C所示，顶部衬底306形成在第一电池堆叠体300-A的顶侧上(即，形成在第一电池堆叠体包封层116-A上)。此外，以上关于图3B描述的金属互连302一直延伸到第一电池堆叠体阳极110-A的下表面，从而将第一电池堆叠体阳极110-A电连接到第二电池堆叠体阳极110-B。这种配置允许具有微电池的并联连接的堆叠微电池，其中微电池的并联连接具有阳极到阳极互连和阴极到阴极互连。
尽管在图中未示出，但是在两个或更多个电池的堆叠中的第一金属层108、过孔104、阳极过孔(即，金属互连302)和阳极110(即，衬垫(pad))的位置的移位(shift)可以允许微电池的堆叠中的阳极到阴极连接。这种类型的连接可以提供串联互连的电池配置，连同以及避免借助于电介质层(或者通过缺乏到金属密封件的阴极连接)的周边互连(即，到第一金属层108的沟槽308)接触的电互连。
现在参考图3D，例如通过使用第二电池堆叠体金属层108-B作为停止层的激光铣削工艺(即，当激光到达第二电池堆叠体金属层108-B时停止层去除)来形成沟槽308。因此，激光铣削将第一电池堆叠体300-A和第二电池堆叠体300-B的所有材料向下去除到第二电池堆叠体金属层108-B的水平。
现在参考图3E，将金属密封件310形成为填充沟槽308以及形成在顶部衬底306的顶部上。因此，金属密封件310覆盖并气密地密封多堆叠体微电池350器件的整个侧表面以及顶表面。在某些实施例中，金属密封件310通过注塑成型焊接(IMS)形成，其中熔融焊料直接注入到沟槽308中。如图3E所示，金属密封件310接触第一电池堆叠体金属层108-A和第二电池堆叠体金属层108-B的右侧和左侧。因此，金属密封件310将第一电池堆叠体阴极集流体114-A电连接到第二电池堆叠体阴极集流体114-B。可以认为，阴极包括第一电池堆叠体金属层108-A和第二电池堆叠金属层108-B的右侧和左侧以及金属密封件310。因此，金属密封件310的顶部(即，覆盖顶部衬底306的部分)用作多堆叠体微电池350的顶侧上的阴极，并且阳极的暴露部分(即，第二电池堆叠体阳极110-B)位于微电池350的底侧上。使阴极和阳极位于微电池350的相反两侧上可便于多个微电池350的较不复杂的串联连接，类似于上文关于图1J详细描述的那样。
现在参考图3F，执行单个化以产生多个个体微电池350，并且在第二电池堆叠体阳极110-B和第二电池堆叠体金属层108-B之间设置聚合物绝缘层126-B以电隔离阳极和阴极。单个化工艺类似于上文关于图1A-1K和图2A-2G的实施例所描述的那样。
上述各种实施例的金属密封件为微电池器件的多个侧面(即，侧壁和顶侧)提供气密密封。该金属密封封装使得电池器件能够具有更高的机械强度，同时允许更小的密封宽度(例如，对于金属密封的侧壁，小于30μm的宽度)。这导致相对于现有微电池器件更小的形状因数。此外，通过在微电池器件的不同侧(例如，顶侧和底侧)上设置阳极和阴极，这允许简化多个电池的串联/并联连接。此外，气密金属密封可以实现微电池的更长的保存期限(例如，每年小于3％的能量损失)。
对各种实施例的描述已经出于说明的目的呈现，并且不旨在是穷举的或限于所公开的实施例。在不背离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择本文所使用的术语以最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场上发现的技术的技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文所公开的实施例。

Claims (20)

1.一种微电池装置，包括：
第一微电池器件，其包括：
第一衬底，其包括第一金属阳极过孔和第一金属阴极过孔，
第一电池元件，其形成在所述第一衬底上，所述第一电池元件包括第一阴极集流体、第一阳极集流体、第一阴极和第一阳极，其中所述第一阴极集流体通过所述第一金属阴极过孔电连接到所述第一阴极，并且其中所述第一阳极集流体通过所述第一金属阳极过孔电连接到所述第一阳极，以及
金属密封层，其至少形成在所述第一电池元件的侧壁表面上，其中所述金属密封层电连接到所述第一阴极。
2.根据权利要求1所述的微电池装置，其中所述金属密封层还形成在所述第一电池元件的顶表面上。
3.根据权利要求1所述的微电池装置，还包括：
包封层，其覆盖所述第一阴极集流体；以及
第二衬底，其覆盖所述包封层。
4.根据权利要求3所述的微电池装置，其中所述包封层形成在所述第一电池元件的所述侧壁表面与所述金属密封层之间，并且所述第二衬底形成在所述第一电池元件的顶表面与所述金属密封层之间。
5.根据权利要求1所述的微电池装置，还包括：
第二微电池器件，其包括：
第二电池元件，其形成在所述第一电池元件上，所述第二电池元件包括第二阴极集流体、第二阳极集流体、第二阴极和第二阳极，以及
第二衬底，其包括第二金属阳极过孔和第二金属阴极过孔，其中所述第二阴极集流体通过所述第二阴极过孔电连接到所述第二阴极，并且其中所述第二阳极集流体通过所述第二阳极过孔电连接到所述第二阳极，
其中所述金属密封层形成在所述第一电池元件的所述侧壁表面和所述第二电池元件的侧壁表面上，并且
其中所述金属密封层电连接到所述第一阴极和所述第二阴极。
6.根据权利要求5所述的微电池装置，其中所述第二电池元件相对于所述第一电池元件倒置。
7.根据权利要求1所述的微电池装置，还包括串联连接或并联连接的多个所述第一微电池器件。
8.一种微电池装置，包括：
微电池器件，其包括：
第一衬底，其包括第一金属阳极过孔和第一金属阴极过孔，
第一电池元件，其形成在所述第一衬底上，所述第一电池元件包括第一阴极集流体、第一阳极集流体、第一阴极和第一阳极，其中所述第一阴极集流体通过所述第一金属阴极过孔电连接到所述第一阴极，并且其中所述第一阳极集流体通过所述第一阳极过孔电连接到所述第一阳极，
第二衬底，其形成在所述第一电池元件上，并且包括第二金属阳极过孔和第二金属阴极过孔，以及
第二电池元件，其形成在所述第二衬底上，所述第二电池元件包括第二阴极集流体、第二阳极集流体、第二阴极和第二阳极，其中所述第二阴极集流体通过所述第二阴极过孔电连接到所述第二阴极，并且其中所述第二阳极集流体通过所述第二阳极过孔电连接到所述第二阳极，
金属互连，其将所述第一阳极电连接到所述第二阳极，以及
金属密封层，其形成在所述第一电池元件和所述第二电池元件的侧壁表面上，其中所述金属密封层电连接到所述第一阴极和所述第二阴极。
9.根据权利要求8所述的微电池装置，其中所述金属密封层还形成在所述第二电池元件的顶表面上。
10.根据权利要求8所述的微电池装置，还包括：
第一包封层，其覆盖所述第一阴极集流体，所述第二衬底形成在所述包封层上；
第二包封层，其覆盖所述第二阴极集流体；以及
第三衬底，其形成在所述第二包封层上。
11.根据权利要求8所述的微电池装置，其中所述第二电池元件与所述第一电池元件串联电连接。
12.根据权利要求8所述的微电池装置，还包括串联连接或并联连接的多个所述微电池器件。
13.一种制造微电池装置的方法，所述方法包括：
通过以下方式形成微电池器件：
在第一衬底中形成第一金属阳极过孔和第一金属阴极过孔，
在所述第一衬底的底侧上形成第一金属层，
在所述衬底的顶侧上形成第一电池元件，
在所述第一电池元件周围形成包封层，
在所述第一电池元件的不同侧形成穿过所述包封层和所述第一衬底的沟槽，以及
在所述沟槽中形成金属密封层以至少覆盖所述第一电池元件的多个侧壁表面，其中所述金属密封层通过所述第一金属层和所述第一金属阴极过孔电连接到所述电池元件。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述第一电池元件包括：
形成第一阴极集流体；
在所述第一阴极集流体上形成第一电池；
在所述第一电池上形成第一阳极集流体；
其中所述第一阴极集流体通过所述第一金属阴极过孔电连接到所述第一阴极，并且其中所述第一阳极集流体通过所述第一金属阳极过孔电连接到所述第一阳极。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述金属密封层还形成在所述第一电池元件的顶表面上。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括串联地电连接多个所述微电池器件。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个微电池器件以堆叠配置连接。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括并联地电连接多个所述微电池器件，
其中所述多个微电池器件以堆叠配置连接。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括以二维阵列形成多个所述微电池器件。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括利用激光铣削单个化工艺将所述微电池器件彼此分离。
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