DE112021000300T5

DE112021000300T5 - Verkapselung und handhabung ultradünner mikrobatterien

Info

Publication number: DE112021000300T5
Application number: DE112021000300.3T
Authority: DE
Inventors: Bing Dang; Leanna Pancoast; Jae-Woong Nah; John Knickerbocker
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-11-10
Also published as: GB2609127A; GB202214682D0; WO2021181171A1; US20210280834A1; JP2023516935A; AU2021235525A1; US11539088B2; CN115210926A

Abstract

Es werden Mikrobatterien und Verfahren zum Bilden von Mikrobatterien bereitgestellt. Die Mikrobatterien und die Verfahren gehen zumindest eines oder beides von Randversiegelungsproblemen für Ränder eines Stapels, der einen Teil einer Mikrobatterie bildet, und einer Gesamtversiegelung für einzelne Zellen für Mikrobatterien in einem Chargenverfahren an. In einem Beispiel werden eine versetzbare Lötmittel-Formvorrichtung und eine Versiegelungsstruktur vorgeschlagen, um ein Metallgehäuse für eine Festkörper-Dünnschicht-Mikrobatterie bereitzustellen. Ein beispielhaftes vorgeschlagenes Verfahren umfasst Abscheiden oder Vorformen eines Niedertemperatur-Lötmittel-Gehäuses separat von den Mikrobatterien. Anschließend kann eine thermische Kompression angewendet werden, um das Lötmittelgehäuse zu jeder Batteriezelle zu überführen, in einem Beispiel mit einer Handhabungsvorrichtung in einem Chargenverfahren. Durch diese beispielhaften Ausführungsformen können die Temperaturtoleranzbeschränkungen für eine Festkörper-Dünnschichtbatterie während der Handhabung, der Metallversiegelung und der Verkapselung angegangen werden.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Entwurf, Konstruktion und Verwendung von Batterien und betrifft insbesondere die Handhabung, die Versiegelung und die Verkapselung von Mikrobatterien.
Mikrobatterien sind kleine Batterien, typischerweise Einzelzellen-Batterien, welche eine breite Verwendung haben, z.B. für am Körper tragbare Vorrichtungen wie drahtlose Ohrhörer, Earpods oder Hörgeräte, Armbanduhren, Taschenrechner, implantierbare Einheiten wie Herzschrittmacher und andere Produkte. Die Anwendungen reichen von Verbraucherprodukten bis zu medizinischen und industriellen Anwendungen.
Ultradünne Batteriesubstrate für Mikrobatterien können jedoch sehr zerbrechlich sein. Solche ultradünnen Batterien können z.B. Dünnschicht-Li-Batterien sein, welche in der Dicke von 0,01 mm bis 1 mm reichen. Es wäre von Vorteil dieses und andere Probleme mit Mikrobatterien anzugehen.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt soll beispielhaft und nicht beschränkend sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Mikrobatterie eine Mikrobatteriestruktur, die in einem Stapel ausgebildet ist. Der Stapel weist mehrere Flächen auf. Die Mikrobatterie umfasst einen ersten Anschluss auf einer der Flächen und mit einer Anode einer Batterie in der Mikrobatteriestruktur verbunden. Die Mikrobatterie umfasst einen zweiten Anschluss auf einer der Flächen und mit einer Kathode der Batterie in der Mikrobatteriestruktur verbunden. Die Mikrobatterie umfasst außerdem eine Metall enthaltende Dünnschicht, welche mindestens eine der Flächen des Stapels bedeckt.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bilden von Mikrobatterien. Das Verfahren umfasst Montieren einer Dünnschichtbatterie-Platte auf ein Handhabungssubstrat, wobei die Dünnschichtbatterie-Platte einen Stapel aufweist, der mehrere darin ausgebildete Mikrobatteriestrukturen aufweist. Die Dünnschichtbatterie-Platte weist eine Fläche auf einer Klebeschicht auf und die Klebeschicht befindet sich auf einer Ablöseschicht, die sich auf dem Handhabungssubstrat befindet. Der Stapel weist Schichten eines Substrats, eines Polymers und einer Deckplatte auf. Das Verfahren umfasst Schneiden durch mehrere Schichten des Stapels, um die mehreren Mikrobatteriestrukturen zumindest teilweise zu trennen, und Formen von Lötmittel auf Flächen der mehreren Schichten des Stapels, die durchschnitten wurden. Das Verfahren umfasst außerdem Vereinzeln der mehreren Mikrobatteriestrukturen zu entsprechenden einzelnen Mikrobatteriezellen.
Noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist ein Verfahren zum Bilden von Mikrobatterien. Dieses Verfahren umfasst Montieren einer Mehrzahl von einzelnen Zellen, welche Mikrobatteriestrukturen aufweisen, auf ein Handhabungssubstrat. Die Mikrobatteriestrukturen umfassen einen Stapel, welcher Schichten eines Substrats, eines Polymers und einer Deckplatte aufweist. Durch das Montieren werden die Mikrobatteriestrukturen auf eine Ablöseschicht auf dem Handhabungssubstrat montiert. Das Verfahren umfasst Formen von Lötmittel auf Flächen der Mehrzahl von einzelnen Zellen und auf frei liegende Flächen der Ablöseschicht, um mit Lötmittel bedeckte Zellen zu bilden. Das Verfahren umfasst außerdem Vereinzeln der mit Lötmittel bedeckten Zellen zu der Mehrzahl von einzelnen Zellen. Beim Vereinzeln wird durch zumindest das Lötmittel und bis zur Ablöseschicht geschnitten, um die einzelnen Zellen zu trennen. Das Verfahren umfasst Ablösen der Mehrzahl von einzelnen Zellen, um entsprechende einzelne Mikrobatterien zu bilden.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine hermetische Randversiegelung von Mikrobatterien, welche eine Abscheidung von Metall erfordert und wobei die Mikrobatterie anfällig für Kurzschlüsse ist, wenn eine Elektroplattierung angewendet wird;
2 ist eine Veranschaulichung eines beispielhaften vorgeschlagenen Ansatzes zum Übertragen mehrerer Platten;
3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform mit einem Teilschnitt vor Metall;
4 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform mit einem vollständigen Schnitt vor Metall;
5 veranschaulicht eine andere beispielhafte Ausführungsform mit einem vollständigen Schnitt vor Metall und einer abschließenden Flüssigkristallpolymer-Verkapselung (Liquid Crystal Polymer Encapsulation, LCP-Verkapselung);
6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des Aufnehmens und Anordnens sortierter Zellen auf ein Glas-Handhabungssubstrat;
7 veranschaulicht ein Lötmittelformen um die Zellen herum in einer beispielhaften Ausführungsform;
8 ist eine Veranschaulichung von Schritten, die während eines beispielhaften Heißprägens/Lötmittelformens und Vereinzelns durchgeführt werden;
9 veranschaulicht eine alternative Technik zum Heißprägen/Lötmittelformen und Vereinzeln in einer beispielhaften Ausführungsform;
10 ist eine beispielhafte Ausführungsform, wobei das Verfahren zum Bilden der Mikrobatteriestruktur mit nach oben zeigenden Mikrobatterien („Face-up“-Mikrobatterien) durchgeführt wird; und
11 veranschaulicht, dass der Face-up-Ansatz wie in 10 das Testen erleichtern kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das Wort „beispielhaft“ wird hierin so verwendet, dass es „als ein Beispiel, ein Fall oder eine Veranschaulichung dienend“ bedeutet. Keine Ausführungsform, die hierin als „beispielhaft“ beschrieben wird, ist notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen auszulegen. Alle Ausführungsformen, die in dieser Detaillierten Beschreibung beschrieben werden, sind beispielhafte Ausführungsformen, die bereitgestellt werden, um dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen oder zu verwenden, und nicht um den Umfang der Erfindung zu beschränken, der durch die Ansprüche definiert wird.
Einführend ist anzuführen, dass Substrate ultradünner Batterien sehr zerbrechlich sind. Solche ultradünnen Batterien können z.B. Dünnschicht-Li-Batterien sein, welche in der Dicke von 0,01 mm bis 1 mm reichen. Beispielsweise benötigen diese Arten von Batterien während der Herstellung und der Handhabung typischerweise ein Prozesstemperaturfenster von weniger als 180 °C. Zum parallelen Formen und Versiegeln großer Mengen von Mikrobatterien ist eine Handhabungslösung erforderlich. Außerdem wird für eine Mikrobatterie ein hermetisches oder nahezu hermetisches Verkapseln gewünscht. Eine hermetische Randversiegelung erfordert jedoch eine Metallabscheidung und die Mikrobatterie ist anfällig für Kurzschlüsse, wenn ein Elektroplattieren angewendet wird. Daher wird ein trockenes Verfahren bevorzugt.
Nun übergehend zu 1, veranschaulicht diese eine hermetische Randversiegelung von Mikrobatterien, welche eine Metallabscheidung erfordert und wobei die Mikrobatterie anfällig für Kurzschlüsse ist, wenn ein Elektroplattieren angewendet wird. Im oberen Teil sind zwei Mikrobatteriestrukturen 10-1, 10-2 veranschaulicht und die Mikrobatteriestruktur 10-2 ist nach dem Schneiden des Wafers veranschaulicht. Es sind nur die Elemente der Mikrobatteriestruktur 10-2 gekennzeichnet, aber die andere Mikrobatteriestruktur 10-1 ist ähnlich. Die Mikrobatteriestruktur 10-2 weist zwei Durchkontaktierungen 110-1 und 110-2, einen Stromkollektor 115, eine Kathode 120, die zumindest teilweise innerhalb eines Festkörperelektrolyten 150 ausgebildet ist, und eine Anode 125 auf, die zumindest teilweise außerhalb des Elektrolyten 150 ausgebildet ist, aber an den Elektrolyten 150 stößt. Eine Durchkontaktierung 111 verbindet die Anode 125 mit dem Kontakt 175, welcher selbst elektrisch mit der Durchkontaktierung 110-2 verbunden ist. Der Stromkollektor 115 ist elektrisch mit der Durchkontaktierung 110-1 verbunden. Diese sind in einem Stapel 180 ausgebildet, welcher ein Substrat 130, ein Polymer (z.B. einen versiegelnden Klebstoff) 135 und eine Deckplatte 140 aufweist. Die Deckplatte kann ultradünne Keramik, Glas, Silicium, eine Hochtemperatur-Metalldünnschicht oder eine anorganische 2D-geschichtete Dünnschicht sein, wie z.B. ein Graphen-Dünnschicht-Verbundstoff. Das Substrat kann z.B. ultradünne Keramik, Glas, Silicium, eine Hochtemperatur-Metalldünnschicht oder eine anorganische 2D-geschichtete Dünnschicht sein, wie z.B. ein Graphen-Dünnschicht-Verbundstoff. Typischerweise sind die Deckplatte und das Substrat aus dem gleichen Material hergestellt, um Spannungen zu vermeiden, allerdings ist dies nur eine Option.
1 veranschaulicht, dass es, nachdem eine einzelne Mikrobatterie 10 hauptsächlich als eine Zelle 190 gebildet worden ist, zwei Stellen gibt, wo eine Versiegelung problematisch sein kann. Eine ist die Stelle 195 für das Problem einer Durchkontaktierungsversiegelung. Eine andere ist die Stelle 196 für das Problem einer Randversiegelung.
Ein Ansatz für das Problem der Durchkontaktierungsversiegelung ist ein Dünnschichtbatteriesubstrat mit hermetischer Durchkontaktierungsverbindung. Die Randversiegelungsprobleme sind jedoch noch nicht gelöst. Diese Probleme sollten angegangen werden.
Diese und andere Probleme werden durch die beispielhaften Ausführungsformen hierin angegangen. Das heißt, durch beispielhafte Ausführungsformen hierin werden mindestens eines oder beide der Randversiegelungsprobleme und der Gesamtversiegelung für einzelne Zellen in einem Chargen-Verfahren angegangen.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen werden eine versetzbare Lötmittel-Formvorrichtung und eine Versiegelungsstruktur vorgeschlagen, um eine Metallhülle für eine Festkörper-Dünnschicht-Mikrobatterie bereitzustellen. Ein beispielhaftes vorgeschlagenes Verfahren umfasst Abscheiden oder Vorformen einer Tieftemperatur-Lötmittelhülle getrennt von den Mikrobatterien. Anschließend kann eine thermische Kompression angewendet werden, um die Lötmittelhülle auf jede Batteriezelle zu übertragen, mit einer Handhabungsvorrichtung in einem Chargenverfahren. Diese beispielhaften Ausführungsformen können die Temperaturtoleranzbeschränkung für eine Festkörper-Dünnschichtbatterie während der Handhabung, der Metallversiegelung und der Verkapselung angehen.
In einem Beispiel wird für die Abscheidung von Niedertemperatur-Lötmittel (Indium, Indium-Sn, Indium-Sn-Bismut und Ähnliches) ein erstes geeignetes Handhabungssubstrat (Glas, Si, Kapton-Dünnschicht und Ähnliches) so hergestellt, dass es zu dem Array von Mikrobatterien passt. Dann wird ein thermisches Kompressionsverfahren mit Ausrichtung angewendet, um die Schablone mit dem Mikrobatteriesubstrat zu verbinden. Anschließend wird die Schablone abgelöst. Dann wird jede einzelne Batteriezelle hermetisch mit einem Metallgehäuse versiegelt.
Der Rest der vorliegenden Offenbarung kann wie folgt in grobe Kategorien unterteilt werden. 2 veranschaulicht, wie Platten wie die Dünnschichtbatteriezellen (oder typischer Mikrobatteriezellen) (TFB-Zellen) durch Dünnschichtbatterie-Plattenübertragung auf ein Handhabungssubstrat übertragen werden können. 3, 4 und 5 veranschaulichen verschiedene Verfahren zum Erzeugen von Zellen mit Randversiegelung (und Gesamtversiegelung). Diese Ansätze sind für TFB-Platten (Dünnschichtbatterie-Platten oder üblicher „Mikrobatterie“-Platten) und unterscheiden sich zumindest in ihren Ansätzen dahingehend, wann „Teilschnitte“ oder „vollständige Schnitte“ durch einen Stapel durchgeführt werden, in welchem Mikrobatteriestrukturen gebildet werden. 6 veranschaulicht, wie einzelne Zellen (auch als Mikrobatteriestrukturen bezeichnet) auf ein Handhabungssubstrat übertragen werden können. 7, 8 und 9 veranschaulichen verschiedene Prozessoren zur Versiegelung von Rändern und möglicherweise zur Gesamtversiegelung durch Lötmittelformen um Zellen herum. Diese Ansätze sind für vereinzelte und sortierte Zellen. 7 zeigt eine detaillierte Struktur nach dem Lötmittelformen. 8 beschreibt einen Ansatz mit Lötmitteldünnschicht. 9 beschreibt einen Ansatz mit Lötmittelübertragung. 10 und 11, wo das Mikrobatteriestruktur-Herstellungsverfahren mit „Face-up“-Mikrobatterien durchgeführt wird.
Übergehend zu 2, ist diese Figur eine Veranschaulichung eines beispielhaften vorgeschlagenen Ansatzes zur vielfachen Plattenübertragung. Es ist ein Array 200 von Mikrobatteriestrukturen 100 auf einer Handhabungsstruktur 210 veranschaulicht. 2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Mikrobatteriezellenübertragung auf eine Handhabungsstruktur 210 (von welcher nachstehend angenommen wird, dass sie ein Glas-Handhabungssubstrat umfasst, dies ist jedoch lediglich ein Beispiel und es könnten Si, Kapton-Dünnschicht und Ähnliches verwendet werden), wobei ein Teil 100-1 des Arrays 200 bei der Dünnschichtbatterie-Platte angeordnet worden ist, worauf die Dünnschichtbatteriezellen (in 2 als Mikrobatteriestrukturen bezeichnet) anfänglich gebildet werden. Die Bezugszahl 240 zeigt an, dass die Dünnschichtbatterie-Platte 220 entfernt wird, nachdem die Strukturen 100 in dem Bereich 100-1 auf die Handhabungsstruktur 210 übertragen sind und verarbeitet worden sind, um einzelne Zellen zu erzeugen, die als Mikrobatteriestrukturen 100 veranschaulicht sind. Eine beispielhafte Verarbeitung zum Erzeugen einzelner Zellen wird nachstehend beschrieben. Man beachte, dass die Dünnschichtbatterie-Platte 220 entfernt werden kann (wie bei der Bezugszahl 240), aber auch auf der Handhabungsstruktur 210 angeordnet werden kann. In diesem Beispiel gibt es vier Platten 220-1 bis 220-4 in entsprechenden Bereichen 100-1 bis 100-4.
Weitere Einzelheiten sind, dass die Zellen (die Mikrobatteriestrukturen 100) in der Platte 220-1 gebildet wurden und die Platten 220-1 bis 220-4 in diesem Beispiel auf dem Handhabungssubstrat 210 befestigt sind. Nach dem Schneiden wird jede Platte entfernt und es bleiben Zellen zurück.
Hinsichtlich der Terminologie wird der Begriff „Zelle“ hierin verwendet, um eine Mikrobatteriestruktur zu bezeichnen, die an ihren Seiten verkapselt worden ist und von anderen Mikrobatteriestrukturen getrennt ist. Dies erfolgt jedoch ohne Beschränkung, da es möglich ist, die Mikrobatteriestrukturen 100 als „Zellen“ zu bezeichnen, da sie getrennt sind. Zugunsten einer klaren Darstellung werden jedoch hierin die Definitionen der Mikrobatteriestruktur und der Zellen verwendet. Es sei angemerkt, dass mit diesen Definitionen eine Zelle eine Mikrobatteriestruktur (und ihren entsprechenden Stapel 380) enthält.
Nun übergehend zu 3, veranschaulicht diese Figur eine beispielhafte Ausführungsform mit einem Teilschnitt vor Metall. Insbesondere erfolgt im Schritt 2 ein Teilschnitt, der vor einem Verfahren des Formens von (metallischem) Lötmittel im Schritt 4 erfolgt. Im Schritt 1 wird der Stapel 380 einer Dünnschicht-Mikrobatteriestruktur, welche in diesem Beispiel zwei Mikrobatteriestrukturen 100-1 und 100-2 umfasst, auf einen temporären Klebstoff 610 montiert, welcher selbst auf einer durch Laser ablösbaren Beschichtungsschicht 615 angebracht (oder ausgebildet) ist, welche wiederum auf einem Glas-Handhabungssubstrat 620 angebracht (oder ausgebildet) ist. Im Schritt 2 erfolgt das Verfahren des Schneidens durch die Deckplatte 140 und das Polymer (z.B. den Dichtungsklebstoff) 135 und teilweise in das Substrat 130. Dieses Schneiden kann durch eine programmierte Laserstrahlabtastung mit Sichtausrichtung durchgeführt werden. Im Schritt 3 wird eine Keimschicht 630 gesputtert. Im Schritt 4 werden die Zellen 500-1 und 500-2 unter Verwendung eines Lasers zum Vereinzeln der Mikrobatteriestrukturen 100-1 und 100-2 zu den Zellen 500-1 und 500-2 erzeugt. Bei der Keimschicht 630 könnte es sich zum Beispiel um Titan (etwa 300 Ä, wobei Ä für Ängström steht) und Kupfer (etwa 1.000 Ä) handeln. Ein Ti/Cu-Stapel ist eine typische Keimschicht für eine Plattierung zum Löten. Ebenso ist ein Anschluss 540 markiert und für jede Durchkontaktierung 110 (welche in dieser Figur nicht markiert sind) ist ein Anschluss 540 dargestellt.
Im Schritt 5 wird ein Lötmittel-Formverfahren durchgeführt. Über dieses Verfahren wird die Schicht 640 gebildet. Im Schritt 6 werden durch ein Schichtablöseverfahren die Zellen 500-1, 500-2 abgelöst, so dass sie zu Mikrobatterien 590-1, 590-2 werden. Eine Mikrobatterie wird hierin als eine Zelle angesehen, die von einem Handhabungssubstrat abgelöst worden ist und von dem Handhabungssubstrat getrennt ist. Man beachte, dass dies nicht beschränkend sein sollte, da die Zellen 500 möglicherweise als Batterien verwendet werden könnten, auch wenn sie nicht von dem Handhabungssubstrat 620 abgelöst sind, aber zugunsten einer klaren Darstellung wird hierin diese Terminologie verfolgt.
Es sei angemerkt, dass Ränder 390 der Zellen (z.B. der Mikrobatterien) 590 dünnere Abschnitte des Substrats 130 (aufgrund des Schneidens, das im Schritt 2 erfolgte) in Nachbarschaft zu den Rändern und einen dickeren Abschnitt in Richtung einer Mitte der Länge LC der Zelle aufweisen. Die Länge LC der Zelle ist veranschaulicht und eine Stirnseite der Zelle weist die Anschlüsse 540 auf.
4 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform mit einem vollständigen Schnitt vor Metall. Diese Ausführungsform ist eine ähnliche wie die Ausführungsform in 3, unterscheidet sich von dieser aber in bestimmter Hinsicht. Beispielsweise erfolgt, wenn man 4 mit 3 vergleicht, im Schritt 2 ein vollständiger Schnitt durch das Substrat 130 und in 3 erfolgt kein vollständiger Schnitt durch das Substrat 130 bis zum Schritt 4. Wiederum kann ein solches Schneiden durch eine programmierte Laserstrahlabtastung mit Sichtausrichtung erfolgen. Ein anderer Unterschied ist, dass im Schritt 1 der 3 der Stapel 380 auf einen temporären Klebstoff 610 montiert wird, aber in diesem Beispiel der temporäre Klebstoff 610 zu Inseln 612-1, 612-2 strukturiert worden ist, welche jeweils so positioniert sind, dass sie nach dem im Schritt 2 durchgeführten Schneiden im Wesentlichen mit der entsprechenden Mikrobatterie 100-1, 100-2 und deren resultierenden Zellen 500-1, 500-2 in Ausrichtung gebracht sind und so ausgebildet sind, dass sie sich unter diesen befinden und diese bedecken. Die Ausrichtung und die Ausbildung müssen nicht „perfekt“ sein, sollten aber in den Schritten 2 bis 5 eine gute Vereinzelung ermöglichen. Im Schritt 2 wird ein Verfahren zum vollständigen Schneiden durch das Substrat 130 und das Polymer 135 (und die Deckplatte 140) durchgeführt. Dies führt zu den Zellen 500-1 und 500-2, welche immer noch an dem Glas-Handhabungssubstrat 620 befestigt sind.
Im Schritt 3 wird die Keimschicht 630 auf die frei liegenden Flächen gesputtert. Im Schritt 4 wird ein Lötmittel-Formverfahren durchgeführt, welches IMS (Injection-Molded Solder, Lötmittel-Spritzgießen) oder Plattieren sein kann, um die Schicht 640 zu bilden. Der letzte Schritt dieses Teils des Verarbeitungsablaufs erfolgt im Schritt 5, wo der Laser benutzt wird, um die Zellen 500-1, 500-2 von der durch Laser ablösbaren Beschichtungsschicht 615 abzulösen und entsprechende einzelne Mikrobatterien 590-1, 590-2 zu erzeugen. Es sei angemerkt, dass für diesen und andere Schritte, wobei ein Laser benutzt wird, um Zellen abzulösen, eine Reinigung durchgeführt werden kann, z.B. um Rückstände der durch Laser ablösbaren Beschichtungsschicht und den temporären Klebstoff zu entfernen. Es gibt zwei Ansätze zum Reinigen, welche z.B. von der zu entfernenden Dicke abhängen: 1) Niederdruck-Laserablations-Abtastung zum Entfernen des Klebstoffs (z.B. für dünnere Materialien) und/oder 2) Sauerstoffplasma-Ätzen (z.B. für dickere Materialien).
Die Länge LC der Zelle ist veranschaulicht und eine Stirnseite der Zelle weist die Anschlüsse 540 auf. Die Länge LS des Stapels ist ebenfalls veranschaulicht.
Nun übergehend zu 5, veranschaulicht diese Figur eine andere beispielhafte Ausführungsform mit einem vollständigen Schneiden vor Metall und einer abschließenden Flüssigkristallpolymer-Verkapselung (LCP-Verkapselung). Im Schritt 1 wird der Stapel 380 (unter Verwendung der Inseln 612-1 und 612-2) auf einen temporären Klebstoff 610 montiert, mit einer LCP-Schicht 650 auf dem Glas-Handhabungssubstrat 620. Im Schritt 2 wird ein Verfahren zum vollständigen Schneiden durch das Substrat 130 und das Polymer 135 (und die Deckplatte 140) angewendet. Dies kann ein Laserverfahren und/oder ein chemisches Ätzverfahren sein. Dies ist das „vollständige Schneiden“ und dadurch werden die Zellen 500-1 und 500-2 gebildet. Im Schritt 3 wird ein Verfahren zum Sputtern der Keimschicht 630 über die frei liegenden Flächen angewendet. Im Schritt 4 wird ein Lötmittel-Formverfahren wie IMS oder Plattieren angewendet, um die Schicht 640 zu bilden.
Bei dem Verfahren in 5 wird dann (siehe Schritt 5) eine LCP-Überformung (ein Verfahren, wobei unter Verwendung von zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien in Kombination ein einzelnes Teil gebildet wird) oder ein Spritzgießen (ein Herstellungsverfahren zum Erzeugen von Teilen durch Einspritzen von geschmolzenem Material in eine Form) und ein Bonding an die planare Schicht durchgeführt, wodurch die LCP-Schicht 660 über den frei liegenden Flächen gebildet wird, umfassend ein Bonding mit der LCP-Schicht 650. Das Bonding kann andere Operationen umfassen, z.B. Erwärmen auf einen bestimmten Temperaturbereich für eine bestimmte Dauer. Durch dieses Bonding wird grundsätzlich eine einzelne Polymerdünnschicht, 660+650, erzeugt. Durch die Überformung werden daher die zwei Zellen 500-1, 500-2 über die LCP-Schicht 660 strukturell verbunden und die zuvor ungefüllten Bereiche 570 gefüllt, welche zwischen den zuvor vereinzelten Zellen 500 vorhanden waren.
Im Schritt 6 wird ein Laser-Vereinzelungsverfahren angewendet, wodurch die Zellen 500-1 und 500-2 abgelöst werden, um entsprechende Mikrobatterien 590-1, 590-2 zu bilden, und die LCP-Schicht 650 über Kontaktflecken und Durchkontaktierungen geöffnet werden. In diesem Beispiel sind Öffnungen 680 über den Durchkontaktierungen 110 und zu zumindest einem Teil der Anschlüsse 540 dargestellt. Es gibt eine zusätzliche Möglichkeit zum Füllen positiver (pos) und negativer (neg) Verbindungen (d.h. der Öffnungen 680) mit Leiter (Lötmittel oder Metall - z.B. plattiertem Cu/Ni/Gold).
Übergehend zu 6, veranschaulicht diese Figur eine weitere Ausführungsform zum Aufnehmen und Anordnen sortierter Zellen auf einem Glas-Handhabungssubstrat. Hierdurch wird ferner die Verwendung eines temporären Klebstoffs zum Halten vereinzelter Zellen veranschaulicht. In diesem Beispiel ist die Zelle 500-2 bereits auf eine Insel 612-2 des temporären Klebstoffs 610 gesetzt worden und die Bezugszahl 90 kennzeichnet, wie ein Arm zum Aufnehmen und Anordnen die Zelle 500-2 auf der Insel 612-1 des temporären Klebstoffs 610 anordnet. Dies führt (siehe Bezugszahl 10) zu sortierten Zellen 500-1, 500-2, die auf dem temporären Klebstoff 610 angeordnet sind, welcher sich selbst auf der durch Laser ablösbaren Beschichtungsschicht 615 des Glas-Handhabungssubstrats 620 befindet.
7 veranschaulicht ein Lötmittelformen um die Zellen 500-1, 500-2 herum in einer beispielhaften Ausführungsform. Für 7 sind die Zellen 500-1 und 500-2 durch Verarbeiten gebildet worden und sind getrennte Versionen der entsprechenden Mikrobatteriestrukturen 100-1, 100-2. Das heißt, die Mikrobatteriestrukturen 100-1, 100-2 werden unter Verwendung von Schichten gebildet und werden durch Vereinzelung in die entsprechenden Zellen 500-1, 500-2 getrennt. Die Zellen 500-1, 500-2 sind so veranschaulicht, dass sie auf der Ablöseschicht 615 ausgebildet sind, welche selbst auf einem Glas-Handhabungssubstrat 620 ausgebildet ist. Die Zellen 500-1, 500-2 sind über den temporären Klebstoff 610 an der Ablöseschicht 615 befestigt. Der temporäre Klebstoff 610 befindet sich unter einem Abschnitt einer Zelle 500, der eine Lücke ist und nicht von Lötmittel 520 bedeckt ist.
Es gibt eine Anzahl von Möglichkeiten zum Lötmittelformen, wie in 7 veranschaulicht, umfassend eine oder mehrere der folgenden: die Verwendung von temporärem Klebstoff; die Anwendung von Spritzgießen oder die Verwendung von vorgeformter Metallfolie. Man beachte, dass der temporäre Klebstoff 610 durch Techniken hierin zugegeben werden könnte, z.B. in Inseln 612 oder über eine Schicht und Strukturieren. Um genauer zu sein, wird temporärer Klebstoff nur verwendet, um die Zellen vorübergehend zu halten, um die Lötmittel-Formverfahren zu ermöglichen. Temporäre Klebstoffe können durch eines oder mehreres aus einer Spritze, Drucken, einem Schablonenstift, Sprühbeschichten oder photolithographisches Strukturieren abgegeben werden. Dies gilt für alle Ausführungsformen hierin, bei denen temporäre Klebstoffe 610 verwendet werden.
Spritzgießen bedeutet Spritzen von Lötlegierung um die Zellen herum durch bekannte Spritzgießtechniken. Vorgeformte Metallfolie ist eine andere mögliche Technik, die auch in Bezug auf andere Figuren beschrieben wird, wobei jedoch vorgeformte Metallfolie verwendet wird, die auf die Zellen aufgebracht wird (siehe z.B. die nachstehend beschriebene 8).
Nach dem Ablösen von der Ablöseschicht 615 wird jede der Zellen 500-1, 500-2 zu einer Mikrobatterie, wenngleich nur eine einzelne Mikrobatterie 590 dargestellt ist. Die zuvor verwendeten Bezugszahlen, z.B. in 1, werden hierin zu Vereinfachung der Bezugnahme und zugunsten einer klaren Darstellung verwendet. Das heißt, ähnliche Elemente werden mit der gleichen Bezugszahl markiert, auch wenn die Elemente möglicherweise nur ähnlich sind und Unterschiede aufweisen können, z.B. in der Zusammensetzung. Die Mikrobatterie 590 (und die entsprechende Zelle 500-1 oder 500-2) weist Folgendes auf, alles bedeckt durch das Lötmittel 520: eine obere Abdeckung 530; eine Anode 125; einen versiegelnden Klebstoff 555; einen Festkörperelektrolyten 150; eine Kathode 120; eine Durchkontaktierung 111, einen Kontakt 175 und einen Stromkollektor 115. All diese Elemente sind auf dem Substrat 130 ausgebildet, welches teilweise von dem Lötmittel 520 umgeben ist. Die Anschlüsse 540 sind dargestellt, ebenso die Durchkontaktierungen 110, welche sich so durch das Substrat 130 erstrecken, dass sie entweder den Stromkollektor 115 oder den Kontakt 175 kontaktieren. Die Kathode 120, die zumindest teilweise innerhalb des Festkörperelektrolyten 150 ausgebildet ist, und die Anode 125, die zumindest teilweise außerhalb des Elektrolyten 150 ausgebildet ist, aber an den Elektrolyten 10 stößt. Eine Durchkontaktierung 111 verbindet die Anode 125 elektrisch mit dem Kontakt 175, welcher selbst elektrisch mit der Durchkontaktierung 110-2 verbunden ist. Der Stromkollektor 115 ist elektrisch mit der Durchkontaktierung 110-1 verbunden. Die obere Abdeckung 530 ist eine ausgeschnittene Version der Deckplatte 140, die in 1 dargestellt ist. Der versiegelnde Klebstoff 555 ist ein Beispiel für das Polymer 135 der 1.
8 ist eine Veranschaulichung von Schritten, die während eines beispielhaften Heißprägens/Lötmittelformens und einer Vereinzelung vorgenommen werden. Es ist eine Handhabungsstruktur 210 (ein Teil davon) nach der Übertragung im Schritt 310 dargestellt. Der Begriff „nach der Übertragung“ bedeutet nach der Übertragung der Mikrobatteriestrukturen 100 wie in 2 oder 6 auf das Glas-Handhabungssubstrat 620. Das heißt, die Dünnschicht-Mikrobatteriestruktur wird zunächst auf einer Platte gebildet, dann werden diese Mikrobatteriestrukturen vereinzelt und auf ein Glas-Handhabungssubstrat übertragen. Die Handhabungsstruktur 210 weist in diesem Beispiel eine Ablöseschicht 615 und ein Glas-Handhabungssubstrat 620 auf. In diesem Beispiel sind acht Mikrobatteriestrukturen 100-1 bis 100-8 dargestellt. Im Schritt 320 wird Folie 350 auf die Oberseiten der Strukturen 100 aufgebracht. Die Niedertemperatur-Lötmittelfolie kann In, InSn, SnBi, InSnBi und Ähnliches sein. Beispielsweise ist der Schmelzpunkt von In 157 °C und der Schmelzpunkt von InSn ist 119 °C. Niedertemperatur-Lötmittel kann z.B. so definiert sein, dass es niedriger als 160 °C bedeutet. Die obere Fläche 301 und die Seitenflächen 302 der Mikrobatteriestrukturen 100 sind gekennzeichnet, ebenso die obere Fläche 361 der Ablöseschicht 615.
Im Schritt 330 erfolgt eine Lötmittel-Formoperation (welche z.B. auch eine Heißprägeoperation sein könnte), wodurch bewirkt wird, dass die Lötmittelfolie 350 an die Flächen 301, 302 und 361 geformt wird. Wie bekannt ist, wird bei einem Formungsverfahren geschmolzenes Lötmittel auf die Fläche gespritzt und das Lötmittel fließt und füllt jegliche Lücke und anschließend wird ein Kompressionsverfahren angewendet, um die fertige Form zu bilden. Beim Heißprägen wird zunächst eine vorgeformte dünne Lötmittel-Dünnschicht über die obere Fläche laminiert. Bei Anstieg der Temperatur schmilzt die Lötmittel-Dünnschicht und fließt zu jeglichen Lücken. Anschließend wird jede einzelne Batteriezelle hermetisch mit einem Metallgehäuse versiegelt. Der Schritt 340 veranschaulicht das Ergebnis nach der abschließenden Vereinzelung, z.B. durch Laserschneiden, wobei jede der Mikrobatteriestrukturen 100-1 bis 100-8 zu entsprechenden Zellen 500-1 bis 500-8 separiert wird. Hiernach (oder nach weiterer Verarbeitung) wird im Block 360 ein Ablöseverfahren durchgeführt, um Mikrobatterien zu bilden.
Bezug nehmend auf 9, veranschaulicht diese Figur eine alternative Technik zum Heißprägen/Lötmittelformen und zur Vereinzelung. Diese Technik beginnt nach der Übertragung 310. Im Schritt 420 wird eine temporäre Struktur 480, welche eine Platte, eine Dünnschicht, eine Schablone oder Ähnliches sein kann, auf die Handhabungsstruktur 210 mit den Mikrobatteriestrukturen 100 auf der Struktur 210 aufgebracht. Es wird vorgeformtes (und vorstrukturiertes) Niedertemperatur-Lötmittel 450 als Inseln 460-1 bis 460-8 hinzugefügt. Das Aufbringen im Schritt 420 erfolgt derart, dass die Inseln 460-1 bis 460-8 weitgehend mit den entsprechenden Mikrobatteriestrukturen 100-1 bis 100-8 in Ausrichtung gebracht werden. Das heißt, der Schritt 330 ist in einer beispielhaften Ausführungsform eine Veranschaulichung eines thermischen Kompressionsverfahrens mit Ausrichtung, das angewendet wird, um die temporäre Struktur 480, welche die Inseln 460 aufweist, an das Mikrobatteriesubstrat zu bonden. Im Schritt 435 wird die Struktur 480 dann abgelöst. Die Struktur und die Breite W1 der Kügelchen 460 sind in Bezug auf die Struktur und die Breite W2 der Mikrobatteriestrukturen 100 so ausgestaltet, dass nach dem Lötmittelformen im Schritt 430 das Lötmittel 450 nach dem Entfernen der temporären Struktur 435 und nach der resultierenden Vereinzelung 440 jede Mikrobatteriestruktur 100 verkapselt. Das heißt, die Seiten 302 der Mikrobatteriestrukturen 100 sind bis zur oberen Fläche 361 der Ablöseschicht 615 verkapselt und die obere Fläche 301 ist ebenfalls verkapselt, aber die Mikrobatteriestrukturen 100-1 bis 100-8 sind zu entsprechenden Zellen 500-1 bis 500-8 vereinzelt. Außerdem ist das Lötmittelformen 430 so definiert und wird so durchgeführt, dass diese Verkapselung ermöglicht wird. Das heißt, die vorgeformten Lötmittelinseln definieren das Gesamtvolumen und die Dicke der Formung. Nach der Vereinzelung (oder nach weiterer Verarbeitung) wird im Block 360 ein Ablöseverfahren durchgeführt, um Mikrobatterien zu bilden.
10 ist eine beispielhafte Ausführungsform, wobei das Verfahren zum Bilden der Mikrobatteriestruktur mit „Face-up“-Ausrichtung für Mikrobatterien durchgeführt wird. Bei den vorhergehenden Beispielen wurde eine „Face-down“-Ausrichtung für Mikrobatterien verwendet, wobei die Stirnseite („Face“) die Durchkontaktierungen 110-1 und 110-2 umfasst. In diesen Beispielen war die Stirnseite nach unten gerichtet, in Richtung der Fläche des Substrats 630. Bei der„Face-up"-Mikrobatterieausrichtung ist die Stirnseite, welche die Durchkontaktierungen 110-1 und 110-2 und die entsprechenden Anschlüsse 540-1, 540-2 umfasst, von der Fläche 1010 des Substrats 630 weg orientiert. Vgl. 9 und die Zellen 1000-1 und 1000-2. Nur 9 kann auf diese beispielhafte Ausführungsform angewendet werden, außerdem müssen die vordefinierten Lötmittelrahmen (anstatt der Lötmittelinseln) derart neu positioniert werden, dass sie nur mit Lücken in Ausrichtung stehen. Anderenfalls werden die zwei Anschlüsse 540 durch das Lötmittel kurzgeschlossen. Diese Zellen 1000 weisen temporären Klebstoff 610 auf, der an den angezeigten Positionen angeordnet ist. Diese Ausrichtung kann über eine oder mehrere der folgenden Techniken erreicht werden: Verwenden von temporärem Klebstoff 610; Anwenden von Spritzgießen und/oder Verwenden eines vorab abgeschiedenen Lötmittelrahmens.
Bezug nehmend auf 11, veranschaulicht diese Figur, dass der Face-up-Ansatz wie in 10 das Testen 1120 erleichtern kann. In diesem Beispiel weist die Zelle 1000-1 zwei Fühler 1110-1 und 1110-2 auf, welche verwendet werden, um die entsprechenden Anschlüsse 540-1, 540-2 zu kontaktieren. Die Zellen 1000-1 und 1000-2 sind dargestellt, nachdem der temporäre Klebstoff 610 von der „oberen“ Fläche 131 des Substrats 130 und um die Anschlüsse 540-1 und 540-2 herum entfernt worden ist. Die Fühler 1110 können daher benutzt werden, um die Mikrobatterie zu testen. Ebenso dargestellt ist das Laser-Ablösen 1030, welches zu getrennten Mikrobatterien führt, von denen eine Mikrobatterie 1090 dargestellt ist.
Obwohl in den obigen Ausführungsformen die Anschlüsse 540 und die entsprechenden Durchkontaktierungen 110 so veranschaulicht sind, dass sie sich auf der gleichen Seite (der Seite mit dem Substrat 130) befinden, ist dies lediglich beispielhaft. Die Anschlüsse 540 (z.B., und die entsprechenden Durchkontaktierungen 110) könnten sich auf gegenüberliegenden Seiten oder sogar auf Seiten befinden, die senkrecht aufeinander stehen.
In der vorstehenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten ausgeführt, z.B. bestimmte Strukturen, Komponenten, Materialien, Abmessungen, Verarbeitungsschritte und Techniken, um für ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen zu sorgen. Der Fachmann erkennt jedoch, dass die hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen auch ohne diese speziellen Einzelheiten ausgeführt werden können. Außerdem können Einzelheiten gut bekannter Strukturen oder Verarbeitungsschritte weggelassen oder nicht beschrieben worden sein, um zu vermeiden, dass die dargestellten Ausführungsformen unklar werden. Es versteht sich, dass, wenn ein Element wie eine Schicht, eine Zone oder ein Substrat als „auf“ oder „über“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder auch dazwischen angeordnete Elemente vorhanden sein können. Wenn hingegen ein Element als „direkt auf“ oder „direkt“ über einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, sind keine dazwischen angeordnete Elemente vorhanden. Es versteht sich außerdem, dass, wenn ein Element als „unterhalb“ eines anderen Elements oder „unter“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, es sich direkt unterhalb des anderen Elements oder unter dem anderen Element befinden kann oder auch dazwischen angeordnete Elemente vorhanden sein können. Wenn hingegen ein Element als „direkt unterhalb“ eines anderen Elements oder „direkt unter“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, sind keine dazwischen angeordnete Elemente vorhanden.
Das Dargestellte umfasst in verschiedenen Ausführungsformen Folgendes:

eine Dünnschicht-Li-Batterie mit Lötmittelformung (Dicke z.B.: 0,01 mm bis 1 mm);
einen Ansatz mit temporärem Handhabungssubstrat für eine Festkörper-Dünnschicht-Mikrobatterie;
Anwendung einer Niedertemperatur-Lötmittelformung, um einen thermischen Einfluss auf die Dünnschicht-Li-Mikrobatterie zu vermeiden;
Verwendung einer vorgeformten Lötmittelfolie zum Überformen einer Mikrobatterie;
Anwendung von IMS zum Vorabscheiden von strukturiertem Lötmittel zum Übertragen und Überformen einer Mikrobatterie;
Anwendung von IMS- oder LCP-Überformen oder Spritzgießen, um bei IMS für eine umweltgerechte und biokompatible Verkapselung zu sorgen, welche einen O₂- und H₂O-armen oder -freien Transport unterstützt, und bei LCP für eine umweltgerechte und biokompatible Verkapselung zu sorgen; und/oder
Verwendung eines vorstrukturierten Klebstoffs zum temporären Bonding einer Dünnschicht-Li-Mikrobatterie.

Der Ablaufplan und die Blockschaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Ausführungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in dem Ablaufplan oder den Blockschaubildern ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, die eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Ausführung der bestimmten logischen Funktion(en) umfassen. In einigen alternativen Ausführungen können die in dem Block angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren angegeben erfolgen. Zwei nacheinander gezeigte Blöcke können zum Beispiel in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal je nach entsprechender Funktionalität in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist ferner anzumerken, dass jeder Block der Blockschaubilder und/oder des Ablaufplans sowie Kombinationen aus Blöcken in den Blockschaubildern und/oder dem Ablaufplan durch auf Spezial-Hardware beruhende Systeme umgesetzt werden können, welche die festgelegten Funktionen oder Schritte durchführen, oder Kombinationen aus Spezial-Hardware und Computeranweisungen ausführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der hierin beschriebenen vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden von Mikrobatterien bereitgestellt, umfassend: Montieren einer Mehrzahl von einzelnen Zellen, welche Mikrobatteriestrukturen aufweisen, auf ein Handhabungssubstrat, wobei die Mikrobatteriestrukturen einen Stapel aufweisen, der Schichten eines Substrats, eines Polymers und einer Deckplatte aufweist, wobei bei dem Montieren die Mikrobatteriestrukturen auf einer Ablöseschicht auf dem Handhabungssubstrat montiert werden; Formen von Lötmittel auf Flächen der Mehrzahl einzelner Zellen und auf frei liegende Flächen der Ablöseschicht, um mit Lötmittel bedeckte Zellen zu bilden; Vereinzeln der mit Lötmittel bedeckten Zellen zu der Mehrzahl einzelner Zellen, wobei bei dem Vereinzeln zumindest durch das Lötmittel und bis zu der Ablöseschicht geschnitten wird, um die einzelnen Zellen zu trennen; und Ablösen der Mehrzahl einzelner Zellen, um entsprechende einzelne Mikrobatterien zu bilden. Das Formen von Lötmittel kann Aufbringen einer Niedertemperatur-Lötmittelfolie über oberen Flächen der einzelnen Zellen und über der Ablöseschicht und Durchführen eines Lötmittel-Formverfahrens umfassen, um zu bewirken, dass sich die Lötmittelfolie an frei liegende Flächen der Zellen und an frei liegende Flächen der Ablöseschicht formt. Das Lötmittelformen kann umfassen: Aufbringen einer temporären Struktur, die Inseln einer Niedertemperatur-Lötmittelfolie aufweist, über oberen Flächen der einzelnen Zellen und über der Ablöseschicht, wobei die Inseln der Niedertemperatur-Lötmittelfolie so definiert sind, dass sie entsprechende einzelne Zellen verkapseln; Durchführen eines Lötmittel-Formverfahrens, um zu bewirken, dass sich die Lötmittelfolie an frei liegende Flächen der Zellen formt; und Durchführen eines Verfahrens zum Ablösen der temporären Struktur. Der Stapel kann so montiert werden, dass sich die Deckplatte näher an dem Handhabungssubstrat befindet als das Substrat und sich das Substrat gegenüber der Deckplatte befindet, und das Verfahren kann ferner umfassen: Bilden von Durchkontaktierungen durch das Substrat und verbunden mit positiven und negativen Knoten von Mikrobatteriezellen, die in dem Stapel ausgebildet sind; und Bilden von Anschlüssen, die mit den Durchkontaktierungen verbunden sind; wobei die Anschlüsse auf einer Fläche des Substrats und gegenüber einer Fläche des Stapels ausgebildet sind, die sich auf der Ablöseschicht befindet.

Claims

Mikrobatterie, aufweisend: eine Mikrobatteriestruktur, welche in einem Stapel ausgebildet ist, wobei der Stapel mehrere Flächen aufweist; einen ersten Anschluss auf einer der Flächen und mit einer Anode einer Batterie in der Mikrobatteriestruktur verbunden; einen zweiten Anschluss auf einer der Flächen und mit einer Kathode der Batterie in der Mikrobatteriestruktur verbunden; und eine Metall enthaltende Dünnschicht, welche mindestens eine der Flächen des Stapels bedeckt.
Mikrobatterie nach Anspruch 1, wobei die Metall enthaltende Dünnschicht Lötmittel aufweist.
Mikrobatterie nach Anspruch 1, wobei die mehreren Flächen zwei Seitenflächen umfassen und die Metall enthaltende Dünnschicht zumindest die zwei Seiten der Flächen des Stapels bedeckt.
Mikrobatterie nach Anspruch 3, wobei die mehreren Flächen eine Stirnseite, wo sich der erste und der zweite Anschluss befinden, und eine andere Seite gegenüber der Stirnseite umfassen und wobei die Metall enthaltende Dünnschicht außerdem die andere Seite des Stapels bedeckt.
Mikrobatterie nach Anspruch 4, wobei: der Stapel Schichten eines Substrats, eines Polymers und einer Deckplatte aufweist und sich die Deckplattenschicht auf der anderen Seite des Stapels befindet und von der Metall enthaltenden Dünnschicht bedeckt ist und sich das Substrat an der Stirnseite befindet; der Stapel eine Länge zwischen den zwei Seiten aufweist und die Schichten parallel entlang der Länge liegen; zumindest die Schichten des Polymers und der Deckplatte über Zonen des Substrats entfernt sind, die sich in Nachbarschaft zu Rändern der Mikrobatterie befinden; die Metall enthaltende Dünnschicht ein Metall aufweist; und eine Lötmittel-Dünnschicht Flächen der Metall enthaltenden Dünnschicht bedeckt.
Mikrobatterie nach Anspruch 5, wobei das Substrat etwa an einem Mittelpunkt der Länge dicker ist und an Enden des Stapels dünner ist und zumindest die Schichten des Polymers und der oberen Abdeckung über dünneren Zonen des Substrats, die sich in Nachbarschaft zu Rändern der Mikrobatterie befinden, entfernt sind.
Mikrobatterie nach Anspruch 4, wobei: der Stapel Schichten eines Substrats, eines Polymers und einer Deckplatte aufweist und sich die Deckplattenschicht auf der anderen Seite des Stapels befindet und von der Metall enthaltenden Dünnschicht bedeckt ist und sich das Substrat an der Stirnseite befindet; der Stapel eine Länge zwischen den zwei Seiten aufweist und die Schichten parallel entlang der Länge liegen; die Metall enthaltende Dünnschicht ein Metall aufweist; und eine Lötmittel-Dünnschicht Flächen der Metall enthaltenden Dünnschicht bedeckt; und das Substrat an der Stirnseite eine Fläche aufweist, die nicht von der Metall enthaltenden Dünnschicht oder der Lötmittel-Dünnschicht bedeckt ist.
Mikrobatterie nach Anspruch 4, wobei: der Stapel Schichten eines Substrats, eines Polymers und einer Deckplatte aufweist und sich die Deckplattenschicht auf der anderen Seite des Stapels befindet und von der Metall enthaltenden Dünnschicht bedeckt ist und sich das Substrat an der Stirnseite befindet; der Stapel eine Länge zwischen den zwei Seiten aufweist und die Schichten parallel entlang der Länge liegen; die Metall enthaltende Dünnschicht ein Metall aufweist; und eine Lötmittel-Dünnschicht Flächen der Metall enthaltenden Dünnschicht bedeckt; ein Polymer Flächen der Lötmittel-Dünnschicht bedeckt; das Substrat an der Stirnseite zumindest teilweise mit Klebstoff bedeckt ist und die Stirnseite zwei Anschlüsse aufweist, welche mit Durchkontaktierungen verbunden sind, die sich durch die Substratschicht erstrecken; eine Polymerdünnschicht Flächen der Lötmittel-Dünnschicht und eine Fläche des Klebstoffs gegenüber einer Fläche des Klebstoffs bedeckt, die das Substrat bedeckt; und Öffnungen in der Polymerdünnschicht ausgebildet sind, um zumindest einen Abschnitt entsprechender Anschlüsse freizulegen.
Mikrobatterie nach Anspruch 8, wobei die Öffnungen mit einem Leiter gefüllt sind.
Mikrobatterie nach Anspruch 4, wobei: der Stapel Schichten eines Substrats, eines Polymers und einer Deckplatte aufweist und sich die Deckplattenschicht auf der anderen Seite des Stapels befindet und von der Metall enthaltenden Dünnschicht bedeckt ist und sich das Substrat an der Stirnseite befindet; der Stapel eine Länge zwischen den zwei Seiten aufweist und die Schichten parallel entlang der Länge liegen; die Metall enthaltende Dünnschicht Lötmittel aufweist; und die Metall enthaltende Dünnschicht einen Abschnitt des Substrats bedeckt und ein Rest des Substrats eine Fläche aufweist, die nicht von der Metall enthaltenden Dünnschicht bedeckt ist.
Mikrobatterie nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der Mikrobatterie in einem Bereich von 0,01 mm bis 1 mm liegt.
Verfahren zum Bilden von Mikrobatterien, umfassend: Montieren einer Dünnschichtbatterie-Platte auf ein Handhabungssubstrat, wobei die Dünnschichtbatterie-Platte einen Stapel aufweist, der mehrere darin gebildete Mikrobatteriestrukturen aufweist, wobei die Dünnschichtbatterie-Platte eine Fläche auf einer Klebstoffschicht aufweist und sich die Klebstoffschicht auf einer Ablöseschicht befindet, die sich auf dem Handhabungssubstrat befindet, wobei der Stapel Schichten eines Substrats, eines Polymers und einer Deckplatte aufweist; Schneiden durch mehrere Schichten des Stapels, um die mehreren Mikrobatteriestrukturen zumindest teilweise zu trennen; Formen von Lötmittel auf Flächen der mehreren Schichten des Stapels, durch die geschnitten worden ist; und Vereinzeln der mehreren Mikrobatteriestrukturen zu entsprechenden einzelnen Mikrobatteriezellen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei: bei dem Schneiden durch mehrere Schichten des Stapels, um die mehreren Mikrobatteriestrukturen zumindest teilweise zu trennen, durch mehrere Schichten des Stapels geschnitten wird, aber zumindest ein Teil einer Schicht zwischen den mehreren Mikrobatteriestrukturen belassen wird; das Formen von Lötmittel auf Flächen der mehreren Schichten des Stapels, durch die geschnitten worden ist, ferner umfasst: Bilden einer Keimschicht auf frei liegenden Flächen des Stapels, durch die geschnitten worden ist; Vereinzeln der mehreren Mikrobatteriestrukturen zu Zellen; und Formen von Lötmittel auf frei liegenden Flächen der vereinzelten Zellen, wobei das Formen von Lötmittel zu vereinzelten Zellen führt, die über die Klebstoffschicht an dem Handhabungssubstrat befestigt sind; wobei das Vereinzeln der mehreren Mikrobatteriestrukturen zu entsprechenden einzelnen Mikrobatteriezellen ferner Ablösen durch ein Laser-Ablösen der Zellen zum Bilden der einzelnen Mikrobatteriezellen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei: das Montieren Montieren der Dünnschichtbatterie-Platte auf das Handhabungssubstrat umfasst, wobei Inseln der Klebstoffschicht auf der Ablöseschicht gebildet worden sind, und die Inseln im Wesentlichen mit entsprechenden Mikrobatteriestrukturen in Ausrichtung gebracht sind und so ausgebildet sind, dass sie diese bedecken; bei dem Schneiden durch mehrere Schichten des Stapels, um die mehreren Mikrobatteriestrukturen zumindest teilweise zu trennen, durch alle Schichten des Stapels geschnitten wird, um die Mikrobatteriestrukturen zu Zellen zu vereinzeln; das Formen von Lötmittel auf Flächen der mehreren Schichten des Stapels, durch die geschnitten worden ist, ferner umfasst: Bilden einer Keimschicht auf frei liegenden Flächen der vereinzelten Zellen; und Formen von Lötmittel auf frei liegenden Flächen der vereinzelten Zellen; wobei das Vereinzeln der mehreren Mikrobatteriestrukturen zu entsprechenden einzelnen Mikrobatteriezellen ferner Ablösen durch ein Laser-Ablösen der Zellen zum Bilden der einzelnen Mikrobatteriezellen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Formen des Lötmittels durch eines oder beides aus Plattieren oder Formen durch Spritzgießen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei: das Montieren Montieren der Dünnschichtbatterie-Platte auf das Handhabungssubstrat umfasst, wobei Inseln der Klebstoffschicht auf der Ablöseschicht gebildet worden sind, und die Inseln im Wesentlichen mit entsprechenden Mikrobatteriestrukturen in Ausrichtung gebracht sind und so ausgebildet sind, dass sie diese bedecken und wobei sich die Klebstoffschicht auf einer Polymerdünnschicht befindet und sich die Polymerdünnschicht auf der Ablöseschicht befindet, die sich auf dem Handhabungssubstrat befindet; bei dem Schneiden durch mehrere Schichten des Stapels, um die mehreren Mikrobatteriestrukturen zumindest teilweise zu trennen, durch alle Schichten des Stapels geschnitten wird, um die Mikrobatteriestrukturen zu Zellen zu vereinzeln, aber nicht vollständig durch die Polymerdünnschicht geschnitten wird; das Formen von Lötmittel auf Flächen der mehreren Schichten des Stapels, durch die geschnitten worden ist, ferner umfasst: Bilden einer Keimschicht auf frei liegenden Flächen der vereinzelten Zellen; Formen von Lötmittel auf frei liegenden Flächen der vereinzelten Zellen, wobei das Formen von Lötmittel so durchgeführt wird, dass das Lötmittel von frei liegenden Flächen der Polymerdünnschicht entfernt wird; das Verfahren ferner Durchführen einer Überformung des Polymers über frei liegenden Flächen des Lötmittels und über frei liegenden Flächen der zweiten Polymerschicht umfasst, wobei durch das Durchführen der Überformung ungefüllte Stellen zwischen den vereinzelten Zellen gefüllt werden und das überformte Polymer an die Polymerdünnschicht auf der Ablöseschicht gebondet wird, wodurch eine einzelne Polymerdünnschicht gebildet wird; und wobei das Vereinzeln der mehreren Mikrobatteriestrukturen zu entsprechenden einzelnen Mikrobatteriezellen ferner Vereinzeln der Zellen durch vollständiges Schneiden durch die einzelne Polymerdünnschicht durch eine Laser-Vereinzelung und Ablösen durch ein Laser-Ablösen der Zellen zum Bilden der einzelnen Mikrobatteriezellen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei sich das Substrat 130 an einer Stirnseite des Stapels befindet, das Substrat auf der Klebstoffschicht, wobei es mehrere Anschlüsse an der Stirnseite gibt, welche mit Durchkontaktierungen verbunden sind, die sich durch die Substratschicht erstrecken, und das Verfahren ferner Schneiden von Öffnungen durch die Polymerdünnschicht und durch die Klebstoffschicht umfasst, um zumindest einen Abschnitt entsprechender Anschlüsse freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend Füllen der Öffnungen mit einem Leiter.