JP2005235738A - エネルギーデバイス及びこれを用いた電子機器、ならびにエネルギーデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子機器内でシート状エネルギーデバイスと同時に使用される各種部品の配置に関する制約と冗長な配線とを低減する。
【解決手段】 シート状エネルギーデバイスは、少なくとも、正極集電体２７、負極集電体２３、電極活物質２６，２４、及び電解質２５が積層されたシート状の電池セル２０と、複数の基板１０とを厚さ方向に備える。複数の基板１０のうち、エネルギーデバイスの最外層を構成する基板を除いた少なくとも１つの基板上に内部配線パターン４７及び／又は光学機能部５０が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はエネルギーデバイスとその製造方法に関する。また、本発明はエネルギーデバイスを用いた電子機器に関する。

電子機器の小型高性能化がとどまることなく進んでいる。機器の小型高性能化にはこれを構成する半導体集積回路、モジュール、チップ部品、多層基板、フラットケーブル等の各種デバイスの小型高性能化が必須である。電池に代表されるエネルギーデバイスもこの例に漏れず、電子機器の小型化と歩みを共にして小型高性能化が図られている。

小型高性能エネルギーデバイスの中でも代表的なリチウムイオン２次電池は、負極集電体、負極活物質、電解質、セパレーター、正極活物質、正極集電体を主な構成要素とする。リチウムイオン２次電池の小型高性能化は、正極及び負極の活物質の高エネルギー密度化、正極及び負極の集電体の薄型化、電解質の高性能化、セパレーターの薄型化などと、電池の高エネルギー密度化と、これらと表裏一体となって困難度が増大する安全性の確保とを並行して進めることによって実現できる。これにより、例えば高性能モバイル機器の小型化や長時間駆動が可能となっている。

モバイル機器に要求される小型軽量化の中でも薄型化は重要な項目のひとつであり、そのためにエネルギーデバイスの薄型化が進められている。電解液を使用する液型リチウムイオン２次電池では漏液対策が必須であるため、薄型化には困難が伴う。そこで、固体系の電解質を用いた薄型電池が有望であるる。このような薄型電池の代表例としてポリマー電池が挙げられるが、その他に薄膜タイプのリチウムイオン２次電池を挙げることが出来る。薄膜リチウムイオン２次電池は、一般に、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、負極集電体層をこの順に備えた電池構成層（電池セル）を有する。電池構成層の各層は、通常、蒸着などの真空薄膜プロセスにより順に形成される。

シート状のエネルギーデバイスは機器の薄型化に非常に有効であり、今後の電子機器において重要なデバイスとなりつつある。

例えば、特許文献１には、有機ＥＬディスプレイ、複数のＩＣチップ、通信用アンテナコイル、入力用キースイッチ、シート状エネルギーデバイスなどを少なくとも有する、非常に薄型で薄暗い場所でも視認性の高い携帯情報端末が開示されている。これによると、有機ＥＬディスプレイの透明基板をポリマーを主成分としたものとし、ＩＣチップを薄型にする等により曲げに対して容易に破壊しない携帯情報端末を得ることが出来る。また、透明基板、及び携帯情報端末のコアとなる支持基板あるいは多層配線基板の構成材料として高防水性の材料を用い、これらにより有機ＥＬディスプレイを封止することにより、ディスプレイの吸湿劣化が防止でき、高信頼性となると記載されている。
特開２００２−３６６０５９号公報

このようにシート状エネルギーデバイスを用いることにより、モバイル機器等の薄型軽量化を図ることが出来るが、エネルギーデバイスがシート形状をしているが故に、電子機器内部における占有面積が大きく、他のデバイスや配線基板の配置に関して制約が大きいという課題がある。特に高周波機器を想定する場合には冗長な配線は機器の信頼性を損なう可能性がある。シート状エネルギーデバイスの薄型特性を活かしながらこのようなデメリットを排除するための対策が必要である。

本発明は、同時に使用される各種部品の配置に関する制約と、冗長な配線とを低減することができるエネルギーデバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このようなエネルギーデバイスを使用することにより、薄型化と高性能化とが実現された電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１のエネルギーデバイスは、少なくとも、正極集電体、負極集電体、電極活物質、及び電解質が積層されたシート状の電池セルと、複数の基板とを厚さ方向に備えるエネルギーデバイスであって、前記複数の基板のうち、前記エネルギーデバイスの最外層を構成する基板を除いた少なくとも１つの基板上に内部配線パターンが形成されていることを特徴とする。

また、本発明の第２のエネルギーデバイスは、少なくとも、正極集電体、負極集電体、電極活物質、及び電解質が積層されたシート状の電池セルと、複数の基板とを厚さ方向に備えるエネルギーデバイスであって、前記複数の基板のうち、前記エネルギーデバイスの最外層を構成する基板を除いた少なくとも１つの基板上に光学機能部が形成されていることを特徴とする。

次に、本発明の第１の電子機器は、本発明の前記第１又は第２のエネルギーデバイスと、これを厚さ方向に貫通する開口内に配置された、電子部品、機構部品、半導体チップ、光学部品、導電ケーブル、及び光ファイバーから選ばれた少なくとも１つとを備える。

本発明の第２の電子機器は、本発明の前記第１のエネルギーデバイスと、これに設けられた貫通電極を介して相互に電気的に接続された、前記エネルギーデバイスの両側に配置された電子部品とを備える。

本発明の第３の電子機器は、本発明の前記第１のエネルギーデバイスと、前記エネルギーデバイスの片面又は両面に形成された外部配線パターンと、前記エネルギーデバイスの片側又は両側に配置された電子部品とを備え、前記電子部品はエネルギーデバイスに設けられた貫通電極及び／又は外部配線パターンに電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の第４の電子機器は、本発明の前記第２のエネルギーデバイスと、これに設けられた貫通光学デバイスを介して相互に光学的に接続された、前記エネルギーデバイスの両側に配置された光学部品とを備えることを特徴とする。

また、本発明のエネルギーデバイスの第１の製造方法は、絶縁基板上に、配線パターン及び／又は光学機能部と、少なくとも電極活物質及び電解質とを形成してシート状物を得た後、前記シート状物を捲回し、折り曲げ、又は積重ねて積層シート状物を得ることを特徴とする。

本発明のエネルギーデバイスの第２の製造方法は、基板の一方の面に配線パターン及び／又は光学機能部を形成し、他方の面にシート状電池セルを形成して、積層単位を得た後、２以上の前記積層単位を第１絶縁層を介して積層することを特徴とする。

本発明のエネルギーデバイス及び電子機器によれば、内部配線パターン又は光学機能部を内蔵しているので、薄型でありながら、電子機器を構成する各種部品の配置の自由度が向上する。また、電子部品や光学部品を冗長な配線を介することなく効率よく接続することができる。配線長を短くすることは、使用部材のコストダウン、配線そのものの減少による体積及び重量の減少、機器トラブル要因の低減などに有効である。また、電子機器が高周波機器であるときには、電気配線長の短縮により、浮遊インダクタンスの悪影響による誤動作を防止できるので、高周波動作の信頼性が向上する。従って、小型、薄型、軽量で高性能な電子機器を実現できる。

また、本発明のエネルギーデバイスの製造方法によれば、上記の本発明のエネルギーデバイスを効率よく容易に製造できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
本発明のエネルギーデバイス（シート状電池）を説明する。図１は本発明のエネルギーデバイスの構成の一例を模式的に示す断面図である。本実施の形態のエネルギーデバイスは、基板１０と、この上に形成されたシート状の電池セル２０とを備える。電池セル２０は、負極集電体層２３、負極活物質層２４、固体電解質層２５、正極活物質層２６、正極集電体層２７をこの順に備える。本発明では、電池セル２０の各層及び基板１０が積層された積層方向（図１の矢印Ｚの方向）を「厚さ方向」という。

基板１０としては、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やその他の高分子フィルム、又はステンレス金属箔、又はニッケル、銅、アルミニウムやその他の金属元素を含む金属箔などの可撓性を有する材料を用いることが出来る。更に、各種形状のシリコン、ガラス、セラミック、プラスチックなどを用いることも出来、本発明では基板の材質や形状に特に限定はない。

負極集電体層２３としては、例えばニッケル、銅、アルミニウム、白金、白金−パラジウム、金、銀、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で代表される金属を用いることが出来る。エネルギーデバイスの最終形態によっては、負極側に基板１０を配置し、且つ基板１０として導電性材料を用いる場合には、負極集電体層２３を省略し、基板１０を負極集電体層２３としても機能させることができる。

負極活物質層２４には、例えば金属リチウム、非晶質シリコン、グラファイトなどを用いることが出来る。但し、本発明の負極活物質層２４の材料は上記に限定されず、その他の材料を用いることも出来る。なお、正極活物質層２６から放出された金属イオンを負極集電体層２３上に堆積させて負極活物質層２４を形成しても良く、その場合にはエネルギーデバイスの形成初期段階では負極活物質層２４を省略することが可能である。

固体電解質層２５としては、イオン伝導性があり、電子伝導性が無視できるほど小さい材料を用いることが出来る。特にエネルギーデバイスがリチウムイオン２次電池である場合には、リチウムイオンが可動イオンであるため、Ｌｉ₃ＰＯ₄や、Ｌｉ₃ＰＯ₄に窒素を混ぜて（あるいはＬｉ₃ＰＯ₄の元素の一部を窒素で置換して）得られる材料（ＬｉＰＯＮ：代表的な組成はＬｉ_2.9ＰＯ_3.3Ｎ_0.36）などからなる固体電解質はリチウムイオン伝導性に優れるので好ましい。同様に、Ｌｉ₂Ｓ−ＳｉＳ₂、Ｌｉ₂Ｓ−Ｐ₂Ｓ₅、Ｌｉ₂Ｓ−Ｂ₂Ｓ₃などの硫化物からなる固体電解質も有効である。更にこれらの固体電解質にＬｉＩなどのハロゲン化リチウムや、Ｌｉ₃ＰＯ₄等のリチウム酸素酸塩をドープした固体電解質も有効である。本発明の固体電解質層２５の材料は上記に限定されず、その他の材料を固体電解質層２５として用いることも出来る。電解質として固体電解質を用いることにより、従来の液型電解質で必須の液漏れ対策が不要となり、エネルギーデバイスの小型化、薄型化が容易になる。

正極活物質層２６としては、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムなどを用いることが出来る。但し、本発明の正極活物質層２６の材料は上記に限定されず、その他の材料を用いることも出来る。

正極集電体層２７としては、例えば負極集電体層２３と同様にニッケル、銅、アルミニウム、白金、白金−パラジウム、金、銀、チタン、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）で代表される金属を用いることが出来る。エネルギーデバイスの最終形態によっては、正極側に基板１０を配置し、且つ基板１０として導電性材料を用いる場合には、正極集電体層２７を省略し、基板１０を正極集電体層２７としても機能させることができる。

電池セル２０を構成する各層は後述する方法により基板１０上に順に積層される。基板１０への積層順序は、図１のように負極集電体層２３側から始めてもよいが、正極集電体層２７側から始めてもよい。また、基板１０上に電池セル２０を積層後、基板１０を剥離し除去した後、エネルギーデバイスを形成しても良い。

また、必要に応じて例えば活物質層２４，２６を多層構造にして充放電特性を改良したり、各層間に界面層を設けて接着強度を高めたり、ＰＴＣ保護素子層を配置して安全性を高めたりすることは、これまでにエネルギーデバイスで提案されてきたのと同様に本発明のエネルギーデバイスにおいても同様に適用することができる。

本発明のエネルギーデバイスは複数層の基板１０を備える。複数層の基板１０のうち、エネルギーデバイスの最外層を構成する基板１０を除いた少なくとも１つの基板１０（即ち、エネルギーデバイスの内層として存在する基板１０）上に内部配線パターン（以下、単に「配線パターン」という）４７及び／又は光学機能部５０が形成されている。

金属箔などの導電性材料からなる基板１０上に配線パターン４７を形成する場合、配線パターン４７の機能を確保するために、基板１０と配線パターン４７層との間に絶縁下地層（図示せず）を介在させることが好ましい。絶縁下地層は、塗布、貼り合わせ、薄膜プロセス、その他各種の方法で形成することができる。絶縁下地層の材料は、樹脂などの有機材料、酸化物や窒化物などの無機材料、その他各種絶縁性材料を用いることができる。

配線パターン４７の材料としては、銅、アルミニウム、金、銀、白金などを用いることが出来る。但し、配線パターン４７の材料は上記材料に限定されず、その他の金属材料や導電性ペーストなどの各種導電性材料を用いることが出来る。

基板１０上の配線パターン４７と電池セル２０との関係は、例えば以下の通りである。例えば、基板１０の一方の面上に直接または絶縁下地層（図示せず）を介して配線パターン４７が形成され、他方の面上に電池セル２０が形成されていても良い。あるいは、基板１０の一方の面上に直接または絶縁下地層（図示せず）を介して配線パターン４７が形成され、この配線パターン４７の上に絶縁中間層（図示せず）を介して電池セル２０が形成されていても良い。絶縁中間層の形成方法及び材料は絶縁下地層と同様の各種形成方法と材料を適用することが出来る。

基板１０上には、配線パターン４７に代えて、又はこれとともに光学機能部５０を配置することが出来る。光学機能部５０としては、平板状の光ファイバー類似構造や導波路がその一例である。

例えば、ＳｉＯ₂や光学プラスチックに代表される光学材料を配線パターン４７と同様に基板１０上に形成することができる。これを、電池セル２０とともに複数層積重ねることでシート状のエネルギーデバイスを得ることが出来る。

本発明のエネルギーデバイスは、このようなシート状の電池セル２０が厚さ方向に複数層積層されていても良い。これにより、回路設計の自由度を確保しながら、電池容量を増大できる。電池セルの積層方法としては、長尺の帯状に形成した電池セル２０と基板１０とからなるシート状物を巻き取って平板状に形成する捲回方式、長尺の帯状に形成した電池セル２０と基板１０とからなるシート状物をジグザグに折りたたむつづら折方式、所定のサイズの電池セル２０と基板１０とからなるシート状物を必要な枚数だけ積み上げる積み重ね方式などを例示することができ、更にこれらの方式の２以上を組み合わせても良い。これによって、複数のシート状の電池セル２０と複数層の基板１０とを厚さ方向に有するエネルギーデバイスを得ることができる。積層に先立って、基板１０上の所定の位置に配線パターン４７及び／又は光学機能部５０を形成しておくことにより、最外層を構成する基板１０を除いた少なくとも１つの基板１０上に配線パターン４７及び／又は光学機能部５０が形成されたエネルギーデバイスを製造できる。捲回方式やつづら折方式で形成されたエネルギーデバイスにおいては、電池セル２０や基板１０はそれぞれ連続した単一のシートからなるが、エネルギーデバイスの厚さ方向においてはそれぞれが複数存在する多層構造を有している。本発明では、このような場合も、電池セル２０及び基板１０を厚さ方向に「複数」備えるという。また、基板１０として絶縁性材料を用いると、配線パターン４７の機能確保と、配線パターン４７及び電池セル２０間の絶縁性確保とが容易になるので好ましい。

配線パターン４７及び／又は光学機能部５０は厚さ方向に重ねられる基板１０の全てに形成されていても良いが、必要とされる配線条件によっては一部の基板１０のみに形成されていても良い。

本発明のエネルギーデバイスにおいては、シート状の電池セル２０ごとに、あるいは積層された複数のシート状の電池セル２０全体を覆うように、保護膜（図示せず）を設けることが出来る。保護膜を設けることによって、例えばエネルギーデバイスの耐湿特性を向上させることが出来る。

本発明のエネルギーデバイスは、電池セル２０の領域内の所望する位置に、開口３７、貫通電極３８、及び貫通光学デバイス３９のうちのいずれか一つを備えていても良い。

開口３７は、エネルギーデバイスを厚さ方向に貫通する。開口３７の形状や大きさに特に制限は無いが、開口３７を利用して各種部品を配置するのに必要な形状と大きさを有することが好ましい。開口３７の形状及び大きさを適切に設定することにより、エネルギーデバイスとしての容量減少を小さく抑えることができる。また、開口３７の位置は、開口３７内に配置される部品の種類やエネルギーデバイスを用いて構成される電子機器の形態に応じて適切に設定されることが好ましい。

貫通電極３８は、その名の通り、エネルギーデバイスを厚さ方向に貫通することにより、エネルギーデバイスの両面に電極を提供し、かつエネルギーデバイスの表裏面間を電気的に導通させるものである。貫通電極３８を介して電池セル２０の正極と負極とが短絡するのを防止するために、貫通電極３８は正極集電体層２７、負極集電体層２３、及び電極活物質層２４，２６のいずれとも直接接続されないことが必要である。貫通電極３８の材質は、信頼性、加工性、低抵抗性の点で、金、銅、ニッケル、アルミニウム、インジウム、亜鉛やこれらを含む合金等を用いることが出来るが、他の金属材料を使用することもできる。メッキやはんだを用いてもよい。また、金属材料ではなく、各種導電ペースト材料を用いることも出来る。

貫通電極３８は配線パターン４７と接続されていても良い。これにより、エネルギーデバイスの表面に露出した貫通電極３８の端面を利用して、エネルギーデバイスの内部に設置された配線パターン４７に対して信号を入出力することができる。また、エネルギーデバイスの内部に設置された複数の配線パターン４７を貫通電極３８で接続することにより、複数の配線パターン４７間で信号を共有することができる。

貫通電極３８を利用して電気的に接続される部品は特に制限はなく、チップ形状やシート形状の各種面実装電子部品、ヒューズやＰＴＣ素子などの保護部品、半導体チップや半導体用インターポーザー、スイッチなどの機構電子部品、タッチパネル、キーボードなどの入力用部品、バックライトやＣＣＤなどの光学部品などを例示できるが、これらに限定されるものではない。

貫通光学デバイス３９は、エネルギーデバイスを厚さ方向に貫通し、エネルギーデバイスの両面間で光学情報の授受を可能にする。授受される光学情報としては、例えば、可視領域や不可視領域の照光や反射光、光通信情報など、特に制限はない。また、光学情報の授受としては、単なる授受の他、光学フィルタ動作、レーザー光ガイドなどの様々な形態が可能である。

貫通光学デバイス３９は光学機能部５０と接続されていても良い。これにより、エネルギーデバイスの内部に設置された光学機能部５０の機能を貫通光学デバイス３９を介してエネルギーデバイスの表面に取出したり、貫通光学デバイス３９を介して複数の光学機能部５０間で機能の授受を行ったりすることができる。従って、貫通光学デバイス３９としてはその目的に応じたものを選択する必要があり、例えばガラス又はプラスチックファイバー、多層光学薄膜、金属ゲルマニウム、偏向子、検光子、液晶などであるが、これらの例に制限されるものではない。

貫通電極３８や貫通光学デバイス３９は必ずしもシート状エネルギーデバイスの両面に露出している必要は無く、必要とされる仕様に応じた設計が可能である。例えば、シート状エネルギーデバイスの片面のみに露出していても良い。本発明において、貫通電極３８及び貫通光学デバイス３９は、シート状エネルギーデバイスを貫通し、その両表面に露出している場合のみならず、一方の面のみに露出している場合をも含む。

また、複数の基板１０にそれぞれ形成された複数の配線パターン４７に接続され、且つ、正極集電体２７、負極集電体２３、及び電極活物質２５のいずれとも直接接続されず、且つ、エネルギーデバイスの表面とは接続されていない（即ち、エネルギーデバイス内に埋設された）内部接続電極４８を備えていても良い。内部接続電極４８の材質は、貫通電極３８と同様に、信頼性、加工性、低抵抗の点で、金、銅、ニッケル、アルミ、インジウム、亜鉛やこれらを含む合金等を用いることが出来るが、他の金属材料も使用することができる。メッキやはんだを用いても良い。また、金属材料ではなく、各種導電ペースト材料を用いることも出来る。内部接続電極４８により、エネルギーデバイスの表裏面で面積を占有することなく、厚さ方向において異なる位置に形成された複数の配線パターン４７間を効率良く接続することができる。

また、複数の基板１０にそれぞれ形成された複数の光学機能部５０と光学的に接続され、且つ、エネルギーデバイスの表面とは光学的に接続されていない（即ち、エネルギーデバイス内に埋設された）内部接続光学デバイス５９を備えていても良い。内部接続光学デバイス５９により、エネルギーデバイスの表裏面で面積を占有することなく、厚さ方向において異なる位置に形成された複数の光学機能部５０間を効率良く接続することができる。内部接続光学デバイス５９の材料は、貫通光学デバイス３９と同様のものを用いることができる。

次に本発明のエネルギーデバイスの製造方法の一例について述べる。本発明のエネルギーデバイスの製造方法における一工程に使用される製造装置の構成を図２に模式的に示す。

真空槽１は隔壁１ｂにより上下に２つの部屋に分割されている。上側の部屋（搬送室）１ｃには、巻き出しロール１１、搬送ローラ１２ａ、円筒状のキャン１３、搬送ローラ１２ｂ、巻き取りロール１４が配置されている。隔壁１ｂより下側の部屋（薄膜形成室）１ｄには、成膜源（ソース）２、パターンマスク４が配置されている。薄膜形成室１ｄには真空槽１内を所定の真空度に維持するための排気ポンプ１ａが接続されている。隔壁１ｂの中央には開口１ｅが設けられ、開口１ｅを塞ぐようにパターンマスク４が設けられている。キャン１３の下面は、開口１ｅ及びパターンマスク４に形成された開口を介して薄膜形成室１ｄ側に露出している。

巻き出しロール１１から巻き出された可撓性の長尺の基板１０は、搬送ローラ１２ａ、キャン１３、搬送ローラ１２ｂにより順に搬送されて、巻き取りロール１４に巻き取られる。ここで、キャン１３の外周面に沿って走行中に、成膜源２から放出された成膜粒子（原子、分子、又はクラスターなど）がパターンマスク４の開口を通過して基板１０に付着し薄膜６を形成する。薄膜６が形成された基板１０は巻取りロール１４に巻取られる。

薄膜６の成膜方法としては、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などを一例とする各種薄膜プロセスを用いることが出来る。

真空槽１中に複数の成膜源２を設置して、基板１０が巻き出しロール１１から巻き出され巻き取りロール１４に巻き取られるまでの１走行過程中に電池セル２０を構成する複数層を形成しても良い。

基板１０の走行とその途中で行われる成膜とを必要な回数だけ繰り返す事により、基板１０上に、正極集電体層２７、正極活物質層２６、固体電解質層２５、負極活物質層２４、負極集電体層２３がこの順、あるいはこれとは逆順に積層された電池セル２０を形成できる。電池セル２０が形成された基板１０は巻取りロール１４上にシート状物として巻き取られる。巻き取られたシート状物を展開することでシート状の電池を得ることが出来る。

基板１０上に配線パターン４７を形成する方法は、印刷、メッキ、薄膜プロセスなど、配線基板の製造において公知の様々な方法を用いることができる。特に、配線パターン４７が微細パターンを有する場合には、レーザーエッチングやインクジェット塗工などの方法も有効である。基板１０上への配線パターン４７の形成は、電池セル２０を形成する前に行うことが好ましいが、電池セル２０を形成した後であっても良い。

貫通電極３８及び内部接続電極４８の形成は、例えば、エネルギーデバイスを厚さ方向に貫通する貫通孔を形成し、次いで、この貫通孔内に導電性物質を埋め込むことにより可能である。例えば、金等の細棒を貫通孔に挿入した後、その端部を変形させて押しつぶしてリベット形状にしたり、あるいは、導電性樹脂を貫通孔内に注入したりして形成できる。

貫通電極３８と配線パターン４７との電気的接続を確実に行うために、例えば以下のような方法が有効である。基板１０と電池セル２０との間に絶縁性確保のために挟み込まれる絶縁層（第１絶縁層）４６に形成する貫通孔の径を、他の層に形成する貫通孔の径よりも小さくする。そして、絶縁層４６に形成された貫通孔の周囲に、配線パターン４７と電気的に接続するように金属薄膜などからなる補助パターン４９を形成する。補助パターン４９内に形成された貫通孔の内径が相対的に小さいので、貫通電極３８と補助パターン４９との電気的接続が確保される。そして、補助パターン４９と配線パターン４７とが当接して電気的に接続される。その結果、貫通電極３８と配線パターン４７とが電気的に接続される。但し、本発明の貫通電極３８と配線パターン４７との電気的接続方法は上記に限定されない。なお、内部接続電極４８と配線パターン４７との電気的接続も、上記と同様にして行うことができる。

光学機能部５０としては、平板状の光ファイバー類似構造や導波路がその一例である。基板１０上に光学機能部５０を形成するためには、例えばＳｉＯ₂や光学プラスチックに代表される光学材料を、薄膜プロセス、塗工プロセス、貼り合わせ、又はその他の方法、あるいはこれらの組み合わせにより基板１０に付与することで可能である。例えば光ファイバー類似構造を形成する場合には、光の逸失を防止するためにコア部とクラッド部を形成することが重要であり、屈折率の異なる材料を多層構造で配置する等の工夫を適宜行う。但し、形成しようとする光学機能部５０の種類により、光学機能部５０の形成方法は上記に限定されない。

貫通光学デバイス３９と光学機能部５０とを光学的に接続するための方法としては、箔状導光体を折り曲げることにより接続する方法、溶融させたガラスや光学プラスチックを用いて接続する方法、低分子液状プラスチックを重合することにより接続する方法など、種々の手法を目的及び構成に応じて用いることが出来る。また、上記以外の方法を用いることも可能である。なお、内部接続光学デバイス５９と光学機能部５０との光学的接続も上記と同様にして行うことができる。

電池セル２０に対して充放電を行うために、負極集電体２３及び正極集電体２７にそれぞれ電気的に接続された外部電極を形成することが好ましい。このとき、電池セル２０の正極と負極とが直接接続されることがないようにする必要がある。そこで、成膜の際に成膜位置を調節する必要があり、パターンマスク４はその一例である。パターンマスク４にはスリット状の開口が設けられており、このパターンマスク４を介して成膜することにより、薄膜の形成位置がその開口位置によって制限される。電池セル２０を構成する各層の形成時にパターンマスク４の開口位置や開口幅を変更することによって、各層ごとに所望するパターンで成膜できる。また、例えばパターンマスク４に、基板１０の走行方向を長手方向とする多条のスリット状の開口を設けることにより、基板１０の幅方向に複数条の電池セル２０を形成することも出来る。

配線パターン４７と基板１０と電池セル２０とがこの順に積層されたシート状物（積層単位）を積層する際に隣り合うシート状物の配線パターン４７と電池セル２０の構成要素（例えば集電体）との短絡を防ぐ必要がある。このために、配線パターン４７と電池セル２０との間に絶縁層（第１絶縁層）４６として絶縁部材を挟み込むことが有効である。挟み込む前に絶縁層４６には、開口３７、貫通電極３８、内部接続電極４８、貫通光学デバイス３９、内部接続光学デバイス５９等を設けようとする位置に穴加工を施しておくことが好ましい。絶縁部材としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）などの高分子基板や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの塗工膜を用いることができる。

電池セル２０を構成する各層の製造方法として、真空薄膜プロセスを用いた方法を説明したが、本発明はこれに限定されず、リチウムイオン２次電池で広く実施されているペースト塗工法等の湿式プロセスによっても製造できる。

開口３７、貫通電極３８、内部接続電極４８、貫通光学デバイス３９、内部接続光学デバイス５９の形成においては孔の端面の処理が重要である。即ち、孔の内壁面の処理が適切でないと、正負の集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６が短絡し、エネルギーデバイス内の蓄積エネルギーが逸失したり、エネルギーデバイスが異常発熱したりする危険がある。これを防止するために孔の形成は慎重に行う必要がある。

孔形成の一方法は以下の通りである。孔形成予定位置を含めて全面に電池セル２０を形成した後、ドリル、レーザー、エッチングその他の方法で貫通孔を形成する。次いで、例えばプラズマや化学溶液処理により、孔の内壁面に露出した集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６の露出部分を絶縁処理する。これにより、集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６が短絡し、エネルギーデバイス内の蓄積エネルギーが逸失したり、エネルギーデバイスが異常発熱したりするのを防止することが出来る。

孔形成の別の方法では、集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６が孔の内壁面から後退するように、孔形成予定位置よりやや大きな領域をマスキングして集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６を形成する。マスキングは、薄膜プロセスでは、マスキングテープによる方法の他、半導体プロセスなどで広く実施されているレジスト方式や、フィルムコンデンサで実績のあるオイルマスキング方式などを応用して適応することが出来る。また、塗工プロセスでは、マスキングテープによる方法やスクリーン印刷方式などを用いることが出来る。集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６は孔が形成される領域よりも大きな領域をマスクして形成し、電解質層２５は孔とほぼ一致した領域をマスクして形成する。これにより、貫通孔を形成できる。あるいは、集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６は孔が形成される領域よりも大きな領域をマスクして形成し、電解質層２５についてはマスクすることなく全面に成膜し、その後、ドリル、レーザー、エッチングその他の方法で集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６のマスキング領域よりも小さな貫通孔を形成しても良い。このようにすることにより、孔の内壁面に集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６が露出することがない。従って、集電体層２３，２７や電極活物質層２４，２６が短絡し、エネルギーデバイス内の蓄積エネルギーが逸失したり、エネルギーデバイスが異常発熱したりするのを防止することが出来る。

以上のようにして安全に配慮して形成された貫通孔は、そのまま開口３７として用いることができる。また、この貫通孔に貫通電極３８、内部接続電極４８、貫通光学デバイス３９、又は内部接続光学デバイス５９を設置しても良い。このとき、必要に応じて、貫通電極３８、内部接続電極４８、貫通光学デバイス３９、及び内部接続光学デバイス５９と貫通孔の内壁面との間や貫通孔の周縁に有機物あるいは無機物の絶縁剤４１を付与してもよい。また、絶縁剤４１に代えて、又はこれとともに、保護剤、防湿剤、補強剤を付与してもよい。

本発明のエネルギーデバイスはシート状の電池セル２０が直列あるいは並列に接続された構造とすることが出来る。シート状の電池セル２０の個片を積層した構造であってもよく、あるいは、帯状の電池セル２０を、扁平に捲回したり又はつづら折りしたりした構造であっても良い。更に、基板１０上に電池セル２０を構成する各層を複数層形成することなどにより、単一基板１０上に複数の電池セル２０を厚さ方向に連続して積層した構造であっても良い。これらの種々の構造において、電池セル２０を直列接続又は並列接続する方法は、例えば各電池セル２０の集電体間の電気的接続順序と接続方法を選択することにより容易に実現することが出来る。集電体間の接続には直接積層、溶接、はんだ付け、かしめ、ワイヤーボンディング、ビア接続など様々な方法が製品形態と目的に応じて選択して用いられる。

エネルギーデバイスは必要に応じて加温プレス処理をしても良い。

その後、必要に応じて、負極集電体２３及び正極集電体２７にそれぞれ接続された外部電極（図示せず）を形成しても良い。外部電極を介してエネルギーデバイスに対して充放電を行うことができる。外部電極の材料としては、ニッケル、亜鉛、スズ、はんだ合金、導電性樹脂などの各種導電材料を用いることが出来る。外部電極の形成方法としては、溶接、溶射、メッキ、塗布などを用いることが出来る。

また、エネルギーデバイスを保護材（図示せず）で覆うことも可能である。ポリマー電池で提案されている各種ラミネート包装材を用いたり、保護用樹脂の塗布やディッピングを施すことにより、エネルギーデバイスの信頼性が向上する。

なお、本発明のエネルギーデバイスは各種機器に適用可能であるが、個々の機器に対応して貫通電極３８の配置を変更することは、設計及び生産の切替コストや、客先納期及び生産者在庫の点で、経済的ではない。この課題に対し、貫通電極３８を格子点状に配置し、一定の規格品として生産することは、設計コストのユーザーへの転嫁を防止し、納期を短縮できる点で意義が大きい。

以上のように、本発明のエネルギーデバイスは、配線パターン４７及び／又は光学機能部５０が内蔵されているので、電子機器内においてエネルギーデバイスの周囲に配置される各種電子部品や光学部品を、冗長な配線を介することなく効率的に接続することが出来る。配線長を短くすることは、使用部材のコストダウンや、体積及び重量の減少、機器トラブル要因の低減に有効である。また、特にエネルギーデバイスが高周波機器に使用される場合には、電気配線長の短縮化は浮遊インダクタンスの悪影響を防止するのに有効であり、誤動作を防止することが可能なる。また、従来、冗長な配線を避ける為に必然であった、電子部品及び光学部品などの配置上の制約を大幅に削減でき、各種部品の配置の自由度が向上する。

（実施例１）
実施の形態１に対応するエネルギーデバイスの一実施例を示す。

厚さ５０μｍのＰＥＮ基板１０の一方の面に配線パターン４７を、他方の面に正極集電体層２７、正極活物質層２６、固体電解質層２５、負極活物質層２４、負極集電体層２３、及び保護層（図示せず）をこの順に形成した。

配線パターン４７としてＰＥＮ基板１０上に銅をパターン蒸着した。蒸着厚みは０．３μｍとした。配線パターン４７が形成された面とは反対側のＰＥＮ基板１０上に、正極集電体層２７としてアルミニウムを蒸着法で厚さ０．５μｍ形成し、正極活物質層２６としてコバルト酸リチウムをスパッタ法で厚さ５μｍ形成し、固体電解質層２５としてリン酸リチウム系材料をスパッタ法で厚さ２μｍ形成し、負極活物質層２４として金属リチウムを蒸着法で２μｍ形成し、負極集電体層２３としてニッケルを蒸着法で厚さ２μｍ形成した。負極集電体層２３上に、さらに保護層としてアクリル樹脂を蒸着法で厚さ２０μｍ形成し、硬化させた。

このとき、マスキング法により各層の形成領域を図３のように制限した。図３は、基板１０上の各層の形成領域を示した透視図である。基板１０の外寸法は約１００ｍｍ×８０ｍｍとした。配線パターン４７は幅３ｍｍ×長さ６０ｍｍとし、基板１０の領域３７ｂの位置には、３０ｍｍ×３０ｍｍの貫通孔を予め形成しておいた。図３に示すように、エネルギーデバイスの左側端に正極集電体層２７を露出させ、右側端に負極集電体層２３を露出させた。

３７ａは、正極集電体層２７、正極活物質層２６、負極活物質層２４、負極集電体層２３を形成する際のマスキング領域、３７ｂは、固体電解質層２５及び保護層を形成する際のマスキング領域である。これらの領域３７ａ，３７ｂのマスキングはメタルマスクを用いて行った。マスキング領域３７ａに対しては３６ｍｍ×３６ｍｍのメタルマスクを使用し、マスキング領域３７ｂに対しては３０ｍｍ×３０ｍｍのメタルマスクを使用した。このようにして開口３７のための約３０ｍｍ×３０ｍｍの貫通孔を１つ形成した。この貫通孔の内壁面は、正極集電体層２７、正極活物質層２６、負極活物質層２４、負極集電体層２３が露出せず、固体電解質層２５又は保護層で覆われていた。

なお、メタルマスクを使用する際にはメタルマスクを支持するアームによって非成膜領域が形成されないように、アームを出来るだけ細くすると共に、アームと成膜面とを可能な限り離間させた。具体的には、アームをメタルマスク面に対して垂直にメタルマスクに接続し、メタルマスクから約１００ｍｍ以上離れたところでメタルマスク面に対して略平行に屈曲させた。

３８ａ，３９ａは、正極集電体層２７、正極活物質層２６、負極活物質層２４、負極集電体層２３を形成する際のマスキング領域である。これらの領域のマスキングは、最終的に得ようとする貫通孔の直径より２ｍｍ大きな直径を有するマスキングテープを用いて行った。固体電解質層２５及び保護層を形成する際にはマスキングを行わなかった。これにより、領域３８ａ，３９ａ内には固体電解質層２５及び保護層のみが形成された。保護層を成膜後、領域３８ａ，３９ａ内に、精密ドリル加工にて、それぞれに使用したマスキングテープの直径より２ｍｍ小さな貫通孔を形成した。形成した貫通孔の内壁面には、正極集電体層２７、正極活物質層２６、負極活物質層２４、負極集電体層２３は露出していなかった。これにより、格子点状に配置された９つの領域３８ａ内にそれぞれ直径約１．５ｍｍの貫通電極３８のための貫通孔を形成した。また、２つの領域３９ａ内にそれぞれ直径約４ｍｍの貫通光学デバイス３９のための貫通孔を形成した。

配線パターン４７は１層の基板１０に付き１箇所のみとし、その形成位置を基板１０ごとに３通りに変えた。最終的に得られるエネルギーデバイスを積層方向に沿って透視したとき、３通りに位置が異なる３種の配線パターン４７が略「コ」字状に重なり合うように、配線パターン４７を配置した。そして、９つの領域３８ａのうちの３つは、３種の配線パターン４７と、それぞれ重なり合う位置に配置した。

こうして形成した基板１０から保護層までを含む３枚のシート状物を、配線パターン４７側の面を下側にして、開口３７、貫通電極３８、光学デバイス３９のための各貫通孔の位置を合わせて重ね合わせた。この際、配線パターン４７と電池セル２０の構成要素との短絡を防ぐために、隣り合うシート状物の間には絶縁層（第１絶縁層）４６として、１０μｍ厚のＰＥＴ基板をはさみこんだ。絶縁層４６には予め開口３７のための約３０ｍｍ×３０ｍｍの１つの貫通孔と、貫通電極３８のための直径約１．４ｍｍの９つの貫通孔と、貫通光学デバイス３９のための直径約４ｍｍの２つの貫通孔を形成しておいた。更に、直径約１．４ｍｍの貫通孔の周囲には、補助パターン４９として直径４ｍｍ、厚さ０．５μｍの金蒸着を施した。

積層後、それぞれの正極集電体層２７同士、負極集電体層２３同士の間に配線を施し、はんだ接続して外部電極を形成した。その後、領域３８ａに形成された９つの貫通孔のそれぞれに直径１．５ｍｍの金の細棒を挿入し両端を注意深く変形させてつぶしてリベット形状にして貫通電極３８を形成した。絶縁層４６に形成された貫通電極３８のための貫通孔の内径が約１．４ｍｍであるので、金の細棒は補助パターン４９を介して配線パターン４７と確実に電気的に接続させることができた。次いで、直径約４ｍｍの２つの貫通孔のうちの一方の貫通孔内に、貫通光学デバイス３９として直径０．３ｍｍ、長さ１００ｍｍの光ファイバーを２５本束ねたものを挿入し、貫通孔との隙間に接着剤を付与して貫通孔の周縁と固定した。他方の貫通孔内には、貫通光学デバイス３９として直径４ｍｍのガラスレンズ付き鏡筒を嵌め込んで、その周囲に接着剤を薄く付与して貫通孔の周縁と固定した。約３０ｍｍ×３０ｍｍの貫通孔は開口３７として利用できる。開口３７内には、例えば偏向フィルタを嵌め込むことができた。

（実施の形態２）
本発明の電子機器を説明する。図４は本発明の電子機器の構成の一例を模式的に示す断面図である。本発明の電子機器は、実施の形態１で説明したエネルギーデバイスを蓄エネルギー部として用いて構成される。図４において、実施の形態１で説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付してそれらについての詳細な説明を省略する。

図４において、４０は外部配線パターンである。エネルギーデバイスの一方又は両方の外表面に外部配線パターン４０を形成することにより、電子機器の更なる薄型高機能化を図ることが出来る。即ち、エネルギーデバイスの表面あるいは裏面は、外部配線パターン４０を形成するのに良好な大面積を有しており、エネルギーデバイスの貫通電極３８及び内部配線パターン４７のみならず、外部配線パターン４０をも利用して、エネルギーデバイスの片面又は両面に電子部品などを高密度に実装することが出来る。従って、別個の配線基板の使用を少なく、あるいは省略でき、電子機器の小型化、薄型化、軽量化が実現できる。

外部配線パターン４０は、従来の配線基板の表面に形成される配線層と同様の周知の材料及び方法で形成できる。外部配線パターン４０を形成する場合には、配線間の短絡を防止するために、エネルギーデバイスの表面に絶縁層（第２絶縁層）４２を設け、その表面上に形成することが好ましい。なお、基板１０が絶縁性材料からなる場合には、基板１０上に直接外部配線パターン４０を形成できる。

外部配線パターン４０を絶縁層４２上に形成し絶縁層４２とエネルギーデバイスとを面接合又は面接触させることにより、又は、外部配線パターン４０を絶縁性の基板１０上に形成することにより、エネルギーデバイスと外部配線パターン４０上に実装された電子部品などとの間で熱の授受が行われる。一般に固体電解質を用いた電池には低温条件下で電池容量が低下するという課題がある。エネルギーデバイスが固体電解質を用いた２次電池の場合には実装された電子部品などが発生する熱がエネルギーデバイスに伝わるので、電子機器が寒冷な環境下で用いられる場合でも固体電解質を用いたエネルギーデバイスは比較的良好な電池動作を行うことが出来る。

図４において、３１は、外部配線パターン４０又は貫通電極３８と電気的に接続された各種電子部品であり、例えば半導体チップ、チップ抵抗、チップコンデンサなどである。３２は、外部配線パターン４０又は貫通電極３８と電気的に接続されたシートデバイスであり、例えば各種電子部品が実装された配線基板である。３３は、貫通光学デバイス３９と接続された光学部品であり、例えば、半導体レーザ、受光素子、光学フィルタなどである。光学部品３３は外部配線パターン４０又は貫通電極３８と電気的に接続されていてもよい。電子部品３１、シートデバイス３２、光学部品３３は、エネルギーデバイスの表面に実装されていてもよいし、他の基板などに搭載されていてもよい。エネルギーデバイスに実装する場合の実装方法としては、図４に示すようにバンプなどの接続端子４４と導電性接着剤４５を介した実装方法の他、周知の方法を用いることができる。

本発明の電子機器では、エネルギーデバイスの両側に配置された電子部品３１やシートデバイス３２を貫通電極３８を介して相互に接続することができる。また、エネルギーデバイスの両側に配置された光学部品３３を貫通光学デバイス３９を介して相互に接続することができる。これにより、電子部品３１、シートデバイス３２、光学部品３３、及びエネルギーデバイスの配置の自由度が向上し、これらを高効率に配置することが出来るので、電子機器の小型化、軽量化、薄型化、フレキシブル化を実現できる。また、エネルギーデバイスの両側に配置された電子部品３１、シートデバイス３２、及び光学部品３３を接続するための配線を省略又は短縮化できる。

更に、エネルギーデバイスの片面又は両面に外部配線パターン４０を形成すれば、貫通電極３８及び／又は外部配線パターン４０に電子部品３１、シートデバイス３２、及び光学部品３３等を接続できる。これにより、エネルギーデバイスを基板材料として取り扱うことが出来て、エネルギーデバイスの近傍に電子部品３１、シートデバイス３２、及び光学部品３３等を高密度に実装することが出来る。従って、電子機器の更なる小型化、軽量化、薄型化、フレキシブル化を実現できる。

更に、本発明の電子機器は、電池セル２０の異常動作を感知して回路の切断などを行う保護素子を備えることが好ましい。この場合、保護素子を出来るだけ電池セル２０の近傍に配置すると、瞬時に異常を感知でき、機器全体への被害を最小に抑えることができる。特に感温性の保護素子は電池セル２０の近傍に配置されることが有利であることは言うまでも無い。例えば、保護素子をエネルギーデバイスの表面に実装すると、異常昇温などの検知が容易になる。従って、外部配線パターン４０又は貫通電極３８と電気的に接続されてエネルギーデバイスの表面に実装される電子部品３１の中に保護素子が含まれていることが好ましい。

３４は、開口３７内に配置された各種部品であり、その種類は特に限定はない。例えば液晶やＥＬなどの表示デバイスで代表される電子部品を例示できる。この他、スイッチ、印字ヘッド、モーターなどの機構部品、ＣＰＵやメモリなどの半導体チップ、レンズ、バックライト、ＣＣＤ、フィルタ、偏向子、検光子、ミラーなどの光学部品を開口３７内に配置することも可能である。更に、開口３７を貫通して導電ケーブルや光ファイバーなどを引き回すことも可能である。開口３７の位置と大きさは、そこに配置する部品の種類に応じて適切に設定することが好ましい。例えば、電子機器において相対的に中央に配置されるのが好ましい部品や、厚みが比較的大きな部品は、この開口３７内に配置することにより、電子機器の薄型化や、操作性及び意匠的価値の向上などを実現できる。また、エネルギーデバイスと各種部品との干渉を避けるための配置上の制約が解消され、電子機器内でのエネルギーデバイスと各種部品との配置の自由度が格段に向上する。

例えば、貫通光学デバイス３９として光ファイバーを束ねたものをエネルギーデバイスに設けた貫通孔に挿入し、これを接着剤で固定することができる。別の貫通光学デバイス３９の例としてＣＣＤ付き鏡筒をエネルギーデバイスに設けた貫通孔に嵌め込んで、その周囲を接着剤で薄く固めることもできる。開口３７には小形の表示素子を嵌め込むことが出来る。半導体チップ、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップコイルなどの電子部品３１や各種シートデバイス３２等をエネルギーデバイスの両面に、外部配線パターン４０や貫通電極３８を利用してはんだリフローなどで表面実装することが出来る。ＰＴＣ保護素子等を実装することも可能である。これらの部品が搭載された電子機器は軟質樹脂の筐体に収めることが出来る。

電子機器のエネルギーデバイス部分を保護材で覆うことも可能である。保護材としては、ポリマー電池で報告されている各種ラミネート包装材や、保護用樹脂層を用いることができる。これにより、電子機器の信頼性が向上する。

（実施例２）
実施の形態２に対応する電子機器の一実施例を示す。

厚さ２５μｍのポリイミド基板１０の一方の面に厚さ０．３μｍの配線パターン４７を、他方の面に、厚さ１μｍの正集電体層２７、厚さ４μｍの正極活物質層２６、厚さ２μｍの固体電解質層２５、厚さ２μｍの負極活物質層２４、厚さ１μｍの負極集電体層２３、及び厚さ５０μｍの保護層をこの順に、いずれも実施例１と同じ材料を用いて同様の方法により形成した。

基板１０の外寸法は約１００ｍｍ×６０ｍｍとし、開口３７の形成予定領域に約３０ｍｍ×３０ｍｍの貫通孔を予め形成しておいた。実施例１と同様にマスキングを行い、エネルギーデバイスの左側端に正極集電体層２７を露出させ、右側端に負極集電体層２３を露出させた。開口３７のための約３０ｍｍ×３０ｍｍの貫通孔を１つ、貫通電極３８及び内部接続電極４８のための直径約１．５ｍｍの貫通孔を格子点状に８つ、貫通光学デバイス３９のための直径約６ｍｍの貫通孔を２つ、実施例１と同様の手法により形成した。配線パターン４７は幅３ｍｍ×長さ５０ｍｍとし、１層の基板１０に付き１箇所のみ形成した。実施例１と同様に、最終的に得られるエネルギーデバイスを積層方向に沿って透視したとき、３種の配線パターン４７が略「コ」字状に重なり合うように、配線パターン４７の形成位置を基板１０ごとに３通りに変えた。そして、８つの領域３８ａのうちの３つは、３種の配線パターン４７と、それぞれ重なり合う位置に配置した。配線パターン４７を除いて同じ、基板１０から保護層までを含む第１のシート状物を３０枚作成した。

また、一方の面に所望の外部配線パターン４０が形成された、厚さ５０μｍ、外寸法が約１００ｍｍ×６０ｍｍポリイミド基板を２枚作成した。外部配線パターン４０は上記の３種の配線パターン４７のいずれとも異なる。このポリイミド基板には、第１のシート状物の基板１０と同様に、開口３７の形成予定領域に約３０ｍｍ×３０ｍｍの１つの貫通孔が、貫通電極３８の形成予定位置に直径約１．５ｍｍの４つの貫通孔が、貫通光学デバイス３９の取り付け予定位置に直径約６ｍｍの２つの貫通孔が、それぞれ形成されている。但し、このポリイミド基板には、第１のシート状物の基板１０と異なり、電池セル２０や保護層は形成されていない。

定盤上に、３０枚の第１のシート状物を、配線パターン４７側の面を下側にして、開口３７、貫通電極３８、内部接続電極４８、光学デバイス３９のための各貫通孔の位置を合わせて順に積層した。この際、配線パターン４７と電池セル２０の構成要素との短絡を防ぐために、隣り合う第１のシート状物の間には絶縁層（第１絶縁層）４６として、２５μｍ厚のＰＥＴ基板をはさみこんだ。絶縁層４６には予め開口３７のための約３０ｍｍ×３０ｍｍの１つの貫通孔と、貫通電極３８及び内部接続電極４８のための直径約１．４ｍｍの８つの貫通孔と、貫通光学デバイス３９のための直径約６ｍｍの２つの貫通孔を形成しておいた。更に、直径約１．４ｍｍの貫通孔の周囲には、補助パターン４９として直径４ｍｍ、厚さ０．５μｍの金蒸着を施した。

積層後、貫通電極３８及び内部接続電極４８のための８つの貫通孔のうちの４つに、それぞれ直径１．５ｍｍの金の細棒を挿入し両端を注意深く変形させてつぶしてリベット形状にして４つの内部接続電極４８を形成した。

次に、上記の３０枚の第１のシート状物の両側に、片面に外部配線パターン４０のみが形成された２枚のポリイミド基板を、外部配線パターン４０側の面が外側になるように、開口３７、貫通電極３８、光学デバイス３９のための各貫通孔の位置を合わせて積層した。このとき、第１のシート状物の直径約１．５ｍｍの８つの貫通孔のうち、金の細棒が未挿入の４つの貫通孔の位置と、ポリイミド基板に形成された貫通電極３８のための４つの貫通孔との位置が一致する。この４つの貫通孔に、それぞれ直径１．５ｍｍの金の細棒を挿入し両端を注意深く変形させてつぶしてリベット形状にして４つの貫通電極３８を形成した。かくして、表裏のポリイミド基板の表面に露出した４つの貫通電極３８と、表裏のポリイミド基板により覆われた４つの内部接続電極４８とを形成することができた。

次いで、直径約６ｍｍの２つの貫通孔のうちの一方の貫通孔内に、貫通光学デバイス３９として直径０．２ｍｍ、長さ１００ｍｍの光ファイバーを１５本束ねたものを挿入し、貫通孔との隙間に接着剤を付与して貫通孔の周縁と固定した。他方の貫通孔には、貫通光学デバイス３９として直径６ｍｍのＣＣＤ付き鏡筒を嵌め込んで、その周囲に接着剤を薄く付与して貫通孔の周縁と固定した。

約３０ｍｍ×３０ｍｍの貫通孔は開口３７として利用し、その中に小型の表示素子を嵌め込んだ。ＣＣＤで撮影した映像が表示素子に表示されるように、必要な電子部品や光学部品をエネルギーデバイスの両面に配置した。これらを軟質樹脂の筐体内に納めた。外部配線パターン４０を極力活用して各種部品を表面実装すると共に、全ての貫通電極３８、内部接続電極４８、及び配線パターン４７を利用して回路を構成した。筐体内部のエネルギーデバイスに実装された光源からの光を貫通光学デバイス３９として配置された光ファイバーを用いて筐体表面に設置された動作表示ランプに導いて点灯させた。

このようにして得られた電子機器は、動作時間が数分ではあるが、撮影した動画像を表示素子に表示できることを確認した。また、薄型であるが、わずかな曲げを加えても動作することも確認した。

本発明のエネルギーデバイス及び電子機器の利用分野は特に限定されないが、薄型、軽量の小型携帯機器などに利用することができる。特に、エネルギーデバイスが固体電解質を用いたリチウムイオン２次電池とした場合に、本発明の効果が顕著に発揮される。

本発明のエネルギーデバイスの一実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明のエネルギーデバイスの製造のために用いられる装置の一実施形態を示した概略断面図である。 本発明の実施例１において、各薄膜層の形成パターンを示した投影図である。 本発明の電子機器の構成の一実施形態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１・・・真空槽
２・・・成膜源
４・・・パターンマスク
６・・・薄膜
１０・・・基板
１１・・・巻出しロール
１２ａ・・搬送ローラ
１２ｂ・・搬送ローラ
１３・・・キャン
１４・・・巻取りロール
２０・・・電池セル
２３・・・負極集電体層
２４・・・負極活物質層
２５・・・固体電解質層
２６・・・正極活物質層
２７・・・正極集電体層
３１・・・電子部品
３２・・・シートデバイス
３３・・・光学部品
３４・・・部品
３７・・・開口
３８・・・貫通電極
３９・・・貫通光学デバイス
４０・・・配線パターン
４１・・・絶縁剤
４２・・・絶縁層（第２絶縁層）
４４・・・接続端子
４５・・・導電性接着剤
４６・・・絶縁層（第１絶縁層）
４７・・・内部配線パターン
４８・・・内部接続電極
４９・・・補助パターン
５０・・・光学機能部
５９・・・内部光学デバイス

Claims (30)

1. 少なくとも、正極集電体、負極集電体、電極活物質、及び電解質が積層されたシート状の電池セルと、複数の基板とを厚さ方向に備えるエネルギーデバイスであって、
   前記複数の基板のうち、前記エネルギーデバイスの最外層を構成する基板を除いた少なくとも１つの基板上に内部配線パターンが形成されていることを特徴とするエネルギーデバイス。
2. 前記内部配線パターンと前記エネルギーデバイスの表面とを電気的に接続し、且つ、前記正極集電体、前記負極集電体、及び前記電極活物質のいずれとも直接接続されない貫通電極を更に備える請求項１に記載のエネルギーデバイス。
3. 前記貫通電極が格子点状に配置されている請求項２に記載のエネルギーデバイス。
4. 厚さ方向において異なる位置に形成された複数の前記内部配線パターンに電気的に接続され、且つ、前記正極集電体、前記負極集電体、及び前記電極活物質のいずれとも直接接続されず、且つ、前記エネルギーデバイスの表面とは電気的に接続されていない内部接続電極を更に備える請求項１に記載のエネルギーデバイス。
5. 前記エネルギーデバイスを貫通する貫通光学デバイスを更に備える請求項１に記載のエネルギーデバイス。
6. 前記エネルギーデバイスを厚さ方向に貫通する開口を更に備える請求項１に記載のエネルギーデバイス。
7. 前記電解質が固体電解質である請求項１に記載のエネルギーデバイス。
8. 前記電池セルがリチウムイオン電池である請求項１に記載のエネルギーデバイス。
9. 前記電池セルを厚さ方向に２以上備える請求項１に記載のエネルギーデバイス。
10. 配線パターンと、前記基板と、前記電池セルとをこの順に備える積層単位を第１絶縁層を介して厚さ方向に２以上備える請求項１に記載のエネルギーデバイス。
11. 請求項６に記載のエネルギーデバイスと、
    前記開口内に配置された、電子部品、機構部品、半導体チップ、光学部品、導電ケーブル、及び光ファイバーから選ばれた少なくとも１つと
    を備える電子機器。
12. 請求項２に記載のエネルギーデバイスと、
    前記貫通電極を介して相互に電気的に接続された、前記エネルギーデバイスの両側に配置された電子部品と
    を備える電子機器。
13. 厚さ方向において異なる位置に形成された複数の前記内部配線パターンに電気的に接続され、且つ、前記正極集電体、前記負極集電体、及び前記電極活物質のいずれとも直接接続されず、且つ、前記エネルギーデバイスの表面とは電気的に接続されていない内部接続電極を更に備える請求項１２に記載の電子機器。
14. 前記電子部品が前記電池セルの保護素子を含む請求項１２に記載の電子機器。
15. 請求項２に記載のエネルギーデバイスと、
    前記エネルギーデバイスの片面又は両面に形成された外部配線パターンと、
    前記エネルギーデバイスの片側又は両側に配置された電子部品と
    を備え、
    前記電子部品は前記貫通電極及び／又は前記外部配線パターンに電気的に接続されている電子機器。
16. 厚さ方向において異なる位置に形成された複数の前記内部配線パターンに電気的に接続され、且つ、前記正極集電体、前記負極集電体、及び前記電極活物質のいずれとも直接接続されず、且つ、前記エネルギーデバイスの表面とは電気的に接続されていない内部接続電極を更に備える請求項１５に記載の電子機器。
17. 前記電子部品が前記電池セルの保護素子を含む請求項１５に記載の電子機器。
18. 前記外部配線パターンが第２絶縁層上に形成され、前記第２絶縁層と前記エネルギーデバイスとが面接合又は面接触している請求項１５に記載の電子機器。
19. 少なくとも、正極集電体、負極集電体、電極活物質、及び電解質が積層されたシート状の電池セルと、複数の基板とを厚さ方向に備えるエネルギーデバイスであって、
    前記複数の基板のうち、前記エネルギーデバイスの最外層を構成する基板を除いた少なくとも１つの基板上に光学機能部が形成されていることを特徴とするエネルギーデバイス。
20. 前記光学機能部と前記エネルギーデバイスの表面とを光学的に接続する貫通光学デバイスを更に備える請求項１９に記載のエネルギーデバイス。
21. 厚さ方向において異なる位置に形成された複数の前記光学機能部に光学的に接続され、且つ、前記エネルギーデバイスの表面とは光学的に接続されていない内部接続光学デバイスを更に備える請求項１９に記載のエネルギーデバイス。
22. 前記エネルギーデバイスを厚さ方向に貫通する開口を更に備える請求項１９に記載のエネルギーデバイス。
23. 前記電解質が固体電解質である請求項１９に記載のエネルギーデバイス。
24. 前記電池セルがリチウムイオン電池である請求項１９に記載のエネルギーデバイス。
25. 前記電池セルを厚さ方向に２以上備える請求項１９に記載のエネルギーデバイス。
26. 光学機能部と、前記基板と、前記電池セルとをこの順に備える積層単位を第１絶縁層を介して厚さ方向に２以上備える請求項１９に記載のエネルギーデバイス。
27. 請求項２２に記載のエネルギーデバイスと、
    前記開口内に配置された、電子部品、機構部品、半導体チップ、光学部品、導電ケーブル、及び光ファイバーから選ばれた少なくとも１つと
    を備える電子機器。
28. 請求項２０に記載のエネルギーデバイスと、
    前記貫通光学デバイスを介して相互に光学的に接続された、前記エネルギーデバイスの両側に配置された光学部品と
    を備える電子機器。
29. 絶縁基板上に、配線パターン及び／又は光学機能部と、少なくとも電極活物質及び電解質とを形成してシート状物を得た後、前記シート状物を捲回し、折り曲げ、又は積重ねて積層シート状物を得ることを特徴とするエネルギーデバイスの製造方法。
30. 基板の一方の面に配線パターン及び／又は光学機能部を形成し、他方の面にシート状電池セルを形成して、積層単位を得た後、
    ２以上の前記積層単位を第１絶縁層を介して積層する
    ことを特徴とするエネルギーデバイスの製造方法。
    

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