JP2008153226A - 電気エネルギー供給システム - Google Patents
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Abstract
【課題】回路板とその製造工程を統合させた電気エネルギー供給システムを提供する。
【解決手段】回路基板３１は、少なくとも１個のセパレートエリア３１１を備える。第一電極基板３２は第一集電層３２１及び第一活性材料層３２２を備え、第一活性材料層３２２はセパレートエリア３１１と第一集電層３２１の間に位置し、セパレートエリア３１１と反対側に設置される。第二電極基板３３は第二集電層３３１及び第二活性材料層３３２を備え、第二活性材料層３３２はセパレートエリア３１１と第二集電層３３１の間に位置し、セパレートエリア３１１と反対側に設置される。第一パッキングユニット３４は第一電極基板３２と回路基板３１の間に位置し、第一活性材料層３２２の周囲にリング状に設置される。第二パッキングユニット３５は第二電極基板３３と回路基板３１の間に位置し、第二活性材料層３３２の周囲にリング状に設置される。
【選択図】図２
【解決手段】回路基板３１は、少なくとも１個のセパレートエリア３１１を備える。第一電極基板３２は第一集電層３２１及び第一活性材料層３２２を備え、第一活性材料層３２２はセパレートエリア３１１と第一集電層３２１の間に位置し、セパレートエリア３１１と反対側に設置される。第二電極基板３３は第二集電層３３１及び第二活性材料層３３２を備え、第二活性材料層３３２はセパレートエリア３１１と第二集電層３３１の間に位置し、セパレートエリア３１１と反対側に設置される。第一パッキングユニット３４は第一電極基板３２と回路基板３１の間に位置し、第一活性材料層３２２の周囲にリング状に設置される。第二パッキングユニット３５は第二電極基板３３と回路基板３１の間に位置し、第二活性材料層３３２の周囲にリング状に設置される。
【選択図】図２
Description
本発明は電気エネルギー供給システムに関し、特に回路基板を統合した電気エネルギー供給システムに関する。
電子、情報及び通信の３Ｃと呼ばれる製品は、コードレス化、ポータブル化が進んでおり、各種製品に応用される高性能素子は、軽、薄、短、小を達成する以外に、近年はフレキシブル電子製品の技術が徐々に重視されるようになっている。このため、体積が小さく、重量が軽く、エネルギー密度の高い電池のニーズが高まっている。
まず、電池システムの使用特性を例に説明する。電池の使用時間を延長させ、電池のエネルギー密度を高くするために、繰り返し使用できない従来の一次電池システムはもはや現在の電子製品のニーズに対応することは不可能である。電子製品において応用される電池システムの多くは、繰り返し充電、放電が可能な二次電池システムが主流である。例えば、リチウム電池システム、燃料電池システム、太陽エネルギー電池システム等である。
しかしながら、現在の技術においては、燃料電池では最小サイズの制限が、太陽エネルギー電池システムでは材料面での制限があり、理想的なエネルギー変換効率を得ることはできない。このため、上述の二次電池システムにおいて、体積が小さく、高エネルギー密度の要求を満たすものは、技術的に進んでいるリチウム電池システムである。
図１はリチウム電池システムの電池のセル構造を示した図である。このセル構造は、従来の重ね型構造から現在よく見られる巻き込み型構造に変化している。ただ、重ね型、巻き込み型にかかわらず、セルの主な構造は、正極板と負極板の間にセパレータが挟まれる形で設置されて構成される。そして、正極板と負極板の集電層上にはそれぞれ導電タブ構造が溶接されて外部電極となり、電池システムはこの２つの外部電極によって周辺電子素子と電気的に接続される。
図１に示したように、電池１はセパレータ１１、第一活性材料層１２、第二活性材料層１３、第一集電層１４、第二集電層１５及びパッケージユニット１６を備える。図１に示したように、第一活性材料層１２はセパレータ１１の上に、第一集電層１４は第一活性材料層１２の上に、さらに、第二活性材料層１３はセパレータ１１の下に、第二集電層１５は第二活性材料層１３の下に設置され、最後にパッキングユニット１６によってこの重なった構造が密封され、わずかに導電タブ１４１、１５１のみが露出する。
上述のように、電池１が電気エネルギーを電子装置２（図１はただ回路板を表示したのみ）に提供する時、導電タブ１４１、１５１を電子装置２の電源入力端子２１、２２に電気的に接続させて、電池１が保存する電気エネルギーが電子装置２に出力された後、リード線を介して電気エネルギーを電子装置２の素子エリア２３に伝送する必要がある。このうち、素子エリア２３はロジック回路、アクティブ素子、パッシブ素子等を含み、回路分布または表面実装コンポーネント（ＳＭＴ）でも可能である。
しかしながら、現在の技術においては、燃料電池では最小サイズの制限が、太陽エネルギー電池システムでは材料面での制限があり、理想的なエネルギー変換効率を得ることはできない。このため、上述の二次電池システムにおいて、体積が小さく、高エネルギー密度の要求を満たすものは、技術的に進んでいるリチウム電池システムである。
図１はリチウム電池システムの電池のセル構造を示した図である。このセル構造は、従来の重ね型構造から現在よく見られる巻き込み型構造に変化している。ただ、重ね型、巻き込み型にかかわらず、セルの主な構造は、正極板と負極板の間にセパレータが挟まれる形で設置されて構成される。そして、正極板と負極板の集電層上にはそれぞれ導電タブ構造が溶接されて外部電極となり、電池システムはこの２つの外部電極によって周辺電子素子と電気的に接続される。
図１に示したように、電池１はセパレータ１１、第一活性材料層１２、第二活性材料層１３、第一集電層１４、第二集電層１５及びパッケージユニット１６を備える。図１に示したように、第一活性材料層１２はセパレータ１１の上に、第一集電層１４は第一活性材料層１２の上に、さらに、第二活性材料層１３はセパレータ１１の下に、第二集電層１５は第二活性材料層１３の下に設置され、最後にパッキングユニット１６によってこの重なった構造が密封され、わずかに導電タブ１４１、１５１のみが露出する。
上述のように、電池１が電気エネルギーを電子装置２（図１はただ回路板を表示したのみ）に提供する時、導電タブ１４１、１５１を電子装置２の電源入力端子２１、２２に電気的に接続させて、電池１が保存する電気エネルギーが電子装置２に出力された後、リード線を介して電気エネルギーを電子装置２の素子エリア２３に伝送する必要がある。このうち、素子エリア２３はロジック回路、アクティブ素子、パッシブ素子等を含み、回路分布または表面実装コンポーネント（ＳＭＴ）でも可能である。
しかしながら、セパレータ１１と第一活性材料層１２及び第二活性材料層１３の間の接触面の接触が良好であるかどうかが、全体の電池システムの電気特性及び安全性に対してきわめて直接且つシビアに影響する。そのため、従来のリチウム電池技術においては、これらの境界面の良好な接触を維持するために、重ね型にせよ、巻き込み型にせよ、電池のセル構造は、電池の組立完了後は、その全体構造の柔軟性はきわめて低いものとなり、全く折れ曲がらない場合もある。折れ曲がりによって生じた応力でセパレータ１１と第一活性材料層１２及び第二活性材料層１３の間の境界面が破壊されるのを回避するためには、電池システムの電気特性及び安全性が低くならざるを得ない。
さらに、電池システムの密封構造について言えば、上述の一次電池システムまたは二次電池システムに関わらず、従来の全ての電池システムのパッケージは、硬い金属の外装部分（伝統的な円柱及び方形を含む）による外観を呈している。これは、電池のセルが外的な応力を受けて破壊されるのを回避するほか、外的な要素によって電池内部の化学システムが影響を受けるのを回避するためである。
二次リチウム電池を例にすれば、その最もよく見られる電池の外観は方形であるため、末端の電子製品から言えば、二次リチウム電池は比較的良好な電気特性及び使用寿命を提供することが可能である。しかしながら、決まったサイズ設計になっていることと、硬い外装部分の材質により、大部分の電子製品は回路設計を行なう際に大きな制限を受けることになる。
その後の二次電池システムには、柔らかい金属のパッケージによる形式が、従来の硬い金属の外装部分を有するパッケージ技術に取って代わったため、二次電池システムが電子製品に応用される際の困難度を低くすることが可能である。しかしながら、相対に従来の硬い金属の外装部分から言えば、金属チューブの密封構造は熱シーリング方式で行ない、金属チューブの上述の導電タブのシーリング境界面において、導電タブの金属と金属チューブのヒートシーリングポリマーは２つの異質材料であるため、そのシーリング効果がよくない。したがって、空気及び水に対するバリア効果において、従来の技術の溶接シーリングの金属外装部分より劣る。
さらに、また二次電池は頻繁に充・放電を行なった後、電池システムが全体のサイズにおいて体積の膨脹及び収縮が発生する。この時、金属チューブ自身は充分な材料応力を提供することができないため、効果的に二次電池のサイズを維持することができず、電子製品の回路設計時に困難が生じる。
二次リチウム電池を例にすれば、その最もよく見られる電池の外観は方形であるため、末端の電子製品から言えば、二次リチウム電池は比較的良好な電気特性及び使用寿命を提供することが可能である。しかしながら、決まったサイズ設計になっていることと、硬い外装部分の材質により、大部分の電子製品は回路設計を行なう際に大きな制限を受けることになる。
その後の二次電池システムには、柔らかい金属のパッケージによる形式が、従来の硬い金属の外装部分を有するパッケージ技術に取って代わったため、二次電池システムが電子製品に応用される際の困難度を低くすることが可能である。しかしながら、相対に従来の硬い金属の外装部分から言えば、金属チューブの密封構造は熱シーリング方式で行ない、金属チューブの上述の導電タブのシーリング境界面において、導電タブの金属と金属チューブのヒートシーリングポリマーは２つの異質材料であるため、そのシーリング効果がよくない。したがって、空気及び水に対するバリア効果において、従来の技術の溶接シーリングの金属外装部分より劣る。
さらに、また二次電池は頻繁に充・放電を行なった後、電池システムが全体のサイズにおいて体積の膨脹及び収縮が発生する。この時、金属チューブ自身は充分な材料応力を提供することができないため、効果的に二次電池のサイズを維持することができず、電子製品の回路設計時に困難が生じる。
また、電気化学システムからさらに極微に、もう一度、図１を参照しながら説明する。第一活性材料層１２及び第二活性材料層１３の間にはセパレータ１１が設置される。このセパレータ１１は主に第一電極基板（第一活性材料層１２及び第一集電層１４を含む）と第二電極基板（第二活性材料層１３及び第二集電層１５を含む）が直接接触して電池１内でショートが発生するのを回避するのに用いられる。しかしながら、同時に又電池１中のイオンが移動するのに必要な通り道を提供することができることが必要である。このため、このセパレータ１１の材料は不導電性及び多孔性の特徴を同時に備え持つ必要がある。
よく見られるセパレータ１１は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリマー材料によって製造される。また、異なるポリマーまたは異なる分子量の同一ポリマーによって、ガラス転移及び軟化温度が異なり、一定の温度範囲内において部分的にポリマーの構造が変化する。故に、電池システムが内部ショート、外部ショート、または、何らかの原因でその内部の温度が上昇した時、セパレータ１１の構造の変化を通して、密封された電池１中のイオンが移動する通り道が狭められ、電池１が高温下で引き続き化学反応を起こすのを回避することで、電池１が爆発する危険性を低く抑えることができる。
よく見られるセパレータ１１は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリマー材料によって製造される。また、異なるポリマーまたは異なる分子量の同一ポリマーによって、ガラス転移及び軟化温度が異なり、一定の温度範囲内において部分的にポリマーの構造が変化する。故に、電池システムが内部ショート、外部ショート、または、何らかの原因でその内部の温度が上昇した時、セパレータ１１の構造の変化を通して、密封された電池１中のイオンが移動する通り道が狭められ、電池１が高温下で引き続き化学反応を起こすのを回避することで、電池１が爆発する危険性を低く抑えることができる。
しかしながら、もし電池１がやはり温度上昇し続け、一旦電池内部が１５０℃〜１８０℃に達すると、従来の技術におけるセパレータ１１の物理特性から、そのセパレータ１１はやはり全体的に溶解崩壊してしまい、全面的なショートが発生して、発火して爆発を起こす。
また、セパレータ１１自体は導電性を有さず、さらにポリマーは交錯し絡まった構造をしているため、極微なイオンの移動反応から言えば、複雑過ぎて、交錯して絡まった構造は、イオンが移動する際に、長過ぎたり、曲がり過ぎたりする通り道の原因となり、イオンが移動する際の障害性を高めることでも、全体の電池システムのイオン導電度を低くする。
また、セパレータ１１自体は導電性を有さず、さらにポリマーは交錯し絡まった構造をしているため、極微なイオンの移動反応から言えば、複雑過ぎて、交錯して絡まった構造は、イオンが移動する際に、長過ぎたり、曲がり過ぎたりする通り道の原因となり、イオンが移動する際の障害性を高めることでも、全体の電池システムのイオン導電度を低くする。
上述の様々な欠点以外に、フレキシブル電子製品において、多数の回路設計は全て曲げに対応する設計がなされている。しかしながら、現在ある電池システムから言えば、上述のいかなる種類の電池システムにせよ、全て良好な電気特性及び安全性を維持しつつ、同時に曲げられる特性を有することは不可能である。また、電子製品の体積が徐々に微小化することで、応用される電池システムは未だそれに対応して、その体積を縮小させた設計にするとともに、良好な電気特性を備え持つことは達成されていない。このため、大部分の電子製品は一部の構造空間を犠牲にして、必要な電池システムを設置することを余儀なくされており、電子製品はサイズ面の設計において、大きな制限を受ける。
さらに、電池１のセパレータ１１の材料は、高温製造工程に耐え得ることができないため、その製造において、回路基板（プリント基板、フレキシブル回路基板等）の製造工程と統合させることができない。したがって、電子装置２にとって、電池１は外付けの素子である必要が生じ、このため、電子装置２のコストが高くなるだけでなく、電子装置２の小型化、薄型化にとっても一定の制限を余儀なくされる。また、電子装置２は電池１を収容する収納空間が必要になり、この収納空間が回路分布において効果的に運用できないのは極めて遺憾である。
したがって、本発明は、上述の課題を解決する電気エネルギー供給システムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は回路基板とその製造工程を統合させた電気エネルギー供給システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の電気エネルギー供給システムは、回路基板、第一電極基板、第二電極基板、第一パッキングユニット、及び第二パッキングユニットを備える。本発明において、回路基板は、少なくとも１個のセパレートエリアを備える。第一電極基板は回路基板の一側面に位置し、第一電極基板は第一集電層及び第一活性材料層を備え、第一活性材料層はセパレートエリアと第一集電層の間に位置し、セパレートエリアと反対側に設置される。第二電極基板は回路基板の他の一側面に位置し、さらに、第二電極基板は第二集電層及び第二活性材料層を備え、第二活性材料層はセパレートエリアと第二集電層の間に位置し、セパレートエリアと反対側に設置される。第一パッキングユニットは第一電極基板と回路基板の間に位置し、第一活性材料層の周囲にリング状に設置される。第二パッキングユニットは第二電極基板と回路基板の間に位置し、第二活性材料層の周囲にリング状に設置される。
このように、本発明の電気エネルギー供給システムは、回路基板によって第一活性材料層及び第二活性材料層を分離している。また、電池ユニットを直接回路基板内に統合させることができることにより、電気エネルギー供給システムと回路基板が効果的に統合される。さらに、回路基板の製造条件によって本発明の電気エネルギー供給システムの製造に応用することができる。従来の技術に比べて、本発明の電気エネルギー供給システムは、回路基板の製造工程を統合することが可能であることで、電気エネルギー供給システムは一種の表面実装コンポーネント（ＳＭＴ）と見なすことができる。このため、効果的に製品の製造コストを抑えることができる。さらに、製品の小型化、薄型化を図ることができる。また、第一電極基板及び第二電極基板の外側は、さらにその他の回路基板を設置することが可能である。このため、電気エネルギー供給システムのエリアを有効に利用して回路分布が行なえるため、製品のさらなる小型化が可能である。
本発明の電気エネルギー供給システムは、回路基板の製造工程を統合することが可能であることで、電気エネルギー供給システムは一種の表面実装コンポーネント（ＳＭＴ）と見なすことができる。このため、効果的に製品の製造コストを抑えることができる。さらに、製品の小型化、薄型化を図ることができる。また、第一電極基板及び第二電極基板の外側は、さらにその他の回路基板を設置することが可能である。このため、電気エネルギー供給システムのエリアを有効に利用して回路分布が行なえるため、製品のさらなる小型化が可能である。
以下に図を参照しながら、本発明の好適な実施例における電気エネルギー供給システムについて説明する。
直接電気エネルギー供給ユニットを一般のフレキシブル／非フレキシブル回路基板の上に統合させて、同時に低コスト、大容量、高熱安定性及び追加の機械特性（例えば、耐折曲げ特性）を有する電気エネルギー供給システムを提供するために、本発明は一種のフレキシブルロジック電気エネルギーシステムを提供する。
この発明によれば、一般製品の回路設計として、直接回路エネルギー供給ユニットを回路基板内に統合させることができるだけでなく、追加のキャリアやソルダージョイントの必要がない。同時に、回路基板によってセパレータの役割をさせることが可能である。このうち、回路基板の熱安定温度は３００℃以上で、純錫リフロー製造工程を実行して、連続表面実装技術（ＳＭＴ）を行なうことが可能である。
さらに、チップ（ＩＣ）の合金共晶製造工程を実行して、直接電気エネルギー供給システムと（フレキシブル／非フレキシブル）回路基板を統合させた大型量産が達成できる。同時に、このシステムはまた、現行の二次リチウム電池に相当する体積エネルギー密度と低生産コストを提供する。しかも、現行の二次リチウム電池が高熱安定や直接回路板を統合させて一体成型にすることができないという特性を大幅に改善する。以下に、本発明の実施の形式を提供し、図を参照しながら本発明の技術特徴を詳しく説明する。
この発明によれば、一般製品の回路設計として、直接回路エネルギー供給ユニットを回路基板内に統合させることができるだけでなく、追加のキャリアやソルダージョイントの必要がない。同時に、回路基板によってセパレータの役割をさせることが可能である。このうち、回路基板の熱安定温度は３００℃以上で、純錫リフロー製造工程を実行して、連続表面実装技術（ＳＭＴ）を行なうことが可能である。
さらに、チップ（ＩＣ）の合金共晶製造工程を実行して、直接電気エネルギー供給システムと（フレキシブル／非フレキシブル）回路基板を統合させた大型量産が達成できる。同時に、このシステムはまた、現行の二次リチウム電池に相当する体積エネルギー密度と低生産コストを提供する。しかも、現行の二次リチウム電池が高熱安定や直接回路板を統合させて一体成型にすることができないという特性を大幅に改善する。以下に、本発明の実施の形式を提供し、図を参照しながら本発明の技術特徴を詳しく説明する。
図２を参照しながら説明する。図２は本発明の好適な実施例における電気エネルギー供給システムの断面構造図である。図２に示した電気エネルギー供給システム３は、回路基板３１、第一電極基板３２、第二電極基板３３、第一パッキングユニット３４及び第二パッキングユニット３５を備える。
このうち、回路基板３１は少なくとも１個のセパレートエリア３１１を備え、第一電極基板３２は回路基板３１の一側面に位置する。さらに、第一電極基板３２は第一集電層３２１及び第一活性材料層３２２を備え、第一活性材料層３２２はセパレートエリア３１１と第一集電層３２１の間に位置し、セパレートエリア３１１の反対側に設置される。
第二電極基板３３は回路基板３１の他の一側面に位置し、第二電極基板３３は第二集電層３３１及び第二活性材料層３３２を備え、第二活性材料層３３２はセパレートエリア３１１と第二集電層３３１の間に位置し、セパレートエリア３１１の反対側に設置される。
第一パッキングユニット３４は第一電極基板３２と回路基板３１の間に位置し、第一活性材料層３２２の周囲にリング状に設置される。第二パッキングユニット３５は第二電極基板３３と回路基板３１の間に位置し、第二活性材料層３３２の周囲にリング状に設置される。
このうち、回路基板３１は少なくとも１個のセパレートエリア３１１を備え、第一電極基板３２は回路基板３１の一側面に位置する。さらに、第一電極基板３２は第一集電層３２１及び第一活性材料層３２２を備え、第一活性材料層３２２はセパレートエリア３１１と第一集電層３２１の間に位置し、セパレートエリア３１１の反対側に設置される。
第二電極基板３３は回路基板３１の他の一側面に位置し、第二電極基板３３は第二集電層３３１及び第二活性材料層３３２を備え、第二活性材料層３３２はセパレートエリア３１１と第二集電層３３１の間に位置し、セパレートエリア３１１の反対側に設置される。
第一パッキングユニット３４は第一電極基板３２と回路基板３１の間に位置し、第一活性材料層３２２の周囲にリング状に設置される。第二パッキングユニット３５は第二電極基板３３と回路基板３１の間に位置し、第二活性材料層３３２の周囲にリング状に設置される。
本実施例において、回路基板３１は非フレキシブル回路基板またはフレキシブル回路基板であり、ここでは回路基板３１はフレキシブル回路基板を例としている。図２からわかるように、回路基板３１は多層構造であり、それは、第一金属層３１３、基板ポリマー層３１４及び第二金属層３１５を備える。
本実施例において、第一金属層３１３と第二金属層３１５は単層または多層構造で、このうち、第一金属層３１３と第二金属層３１５の主な組成材料は、銅、アルミニウム、ニッケルのいずれか１つの金属の合金または上述の金属複数からなる合金から選択される。基板ポリマー層３１４は、第一金属層３１３と第二金属層３１５の間に位置しており、それは単層または多層構造であり、このうち、基板ポリマー層３１４は少なくとも１個の基板支えの層または２つの接着剤の層（図示はされない）を備える。このうち、基板支えの層の主な組成材料は、ポリイミド（ＰＩ）、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）、グラスファイバーまたは液晶型高分子から選択され、接着剤の層の主な組成材料はポリイミド、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂から選択される。
本実施例において、第一金属層３１３と第二金属層３１５は単層または多層構造で、このうち、第一金属層３１３と第二金属層３１５の主な組成材料は、銅、アルミニウム、ニッケルのいずれか１つの金属の合金または上述の金属複数からなる合金から選択される。基板ポリマー層３１４は、第一金属層３１３と第二金属層３１５の間に位置しており、それは単層または多層構造であり、このうち、基板ポリマー層３１４は少なくとも１個の基板支えの層または２つの接着剤の層（図示はされない）を備える。このうち、基板支えの層の主な組成材料は、ポリイミド（ＰＩ）、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）、グラスファイバーまたは液晶型高分子から選択され、接着剤の層の主な組成材料はポリイミド、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂から選択される。
また、回路基板３１はさらにロジック回路エリア３１２を備える。それは、セパレートエリア３１１に隣接して設置され、少なくとも１個のロジック回路を形成する。ロジック回路は、第一集電層３２１及び第二集電層３３１に電気的に接続される。図２に示したように、セパレートエリア３１１は垂直軸上において第一電極基板３２と第二電極基板３３の間に位置し、水平軸上において第一パッキングユニット３４または第二パッキングユニット３５の間に位置する。そして、ロジック回路３１２は水平軸上において第一パッキングユニットまたは第二パッキングユニット３５の外に位置する。
このうち、回路基板３１の主な機能は３つある。第一の機能は、そのセパレートエリア３１１が第一電極基板３２の第一活性材料層３２２と第二電極基板３３の第二活性材料層３３２に電子を絶縁させ、イオンを通じさせることである。
第二の機能は、直接配線回路をエッチングすることで、内部電気エネルギーユニットに発生した電気によって、ロジック回路エリア３１２が外部回路と素子を直接接続させて、その他のソルダージョイントを必要としないことである。
第三の機能は、そのセパレートエリア３１１がその他の内部電気エネルギーユニットのキャリアまたは組み合わせ本体と見なされることが可能であるため、全体の電気エネルギー供給システムが、回路基板３１上のロジック回路エリア３１２によって、外部回路と素子を完全に回路基板３１と統合させられることである。
これだけではなく、回路基板３１の熱安定性がきわめて良好で、純錫臨界電圧フロー温度は言うまでもなく、ＩＣ共晶製造工程温度にも耐えることが可能である。さらには、回路基板３１がそのロジック回路エリア３１２と外部回路素子とが連続的に機械に送られて製造工程が完了した後、さらにその他の熱安定度の比較的低い電気エネルギーユニットとの組み合わせが可能である。したがって、フレキシブルロジック電気エネルギー供給システム全体が、自動的に機械に送られて製造工程に入ることが可能であるため、その量産性の高さは明らかである。
このうち、回路基板３１の主な機能は３つある。第一の機能は、そのセパレートエリア３１１が第一電極基板３２の第一活性材料層３２２と第二電極基板３３の第二活性材料層３３２に電子を絶縁させ、イオンを通じさせることである。
第二の機能は、直接配線回路をエッチングすることで、内部電気エネルギーユニットに発生した電気によって、ロジック回路エリア３１２が外部回路と素子を直接接続させて、その他のソルダージョイントを必要としないことである。
第三の機能は、そのセパレートエリア３１１がその他の内部電気エネルギーユニットのキャリアまたは組み合わせ本体と見なされることが可能であるため、全体の電気エネルギー供給システムが、回路基板３１上のロジック回路エリア３１２によって、外部回路と素子を完全に回路基板３１と統合させられることである。
これだけではなく、回路基板３１の熱安定性がきわめて良好で、純錫臨界電圧フロー温度は言うまでもなく、ＩＣ共晶製造工程温度にも耐えることが可能である。さらには、回路基板３１がそのロジック回路エリア３１２と外部回路素子とが連続的に機械に送られて製造工程が完了した後、さらにその他の熱安定度の比較的低い電気エネルギーユニットとの組み合わせが可能である。したがって、フレキシブルロジック電気エネルギー供給システム全体が、自動的に機械に送られて製造工程に入ることが可能であるため、その量産性の高さは明らかである。
本実施例において、第一パッキングユニット３４は、垂直軸上において第一電極基板３２と回路基板３１の間に位置する。さらに、水平軸上において第一電極基板３２の第一活性材料層３２２とロジック回路エリア３１２の間に位置する。また、第一パッキングユニット３４と同様に、第二パッキングユニット３５は垂直軸上において第二電極基板３３と回路基板３１の間に位置する。さらに、第二パッキングユニット３５は、水平軸上において第二電極基板３３の第二活性材料層３３２とロジック回路エリア３１２の間に位置する。
ここで、図２は電気エネルギー供給システム３の断面図である。故に、第一活性材料層３２２は第一パッキングユニット３４の間に位置するように見えるが、実際は、第一パッキングユニット３４は第一活性材料層３２２の周囲にリング状に設置されており、第二パッキングユニット３５は第二活性材料層３３２の周囲にリング状に設置されている。
ここで、図２は電気エネルギー供給システム３の断面図である。故に、第一活性材料層３２２は第一パッキングユニット３４の間に位置するように見えるが、実際は、第一パッキングユニット３４は第一活性材料層３２２の周囲にリング状に設置されており、第二パッキングユニット３５は第二活性材料層３３２の周囲にリング状に設置されている。
同時に、図３と図４を参照しながら説明する。このうち、図３は図２を部分的に拡大した構造図である。拡大されたエリアは、第一電極基板３２とそれに対応する回路基板３１及び第二電極基板３３であり、図３において、第一電極基板３２と第二電極基板３３は、三種類の構造を必要とすることが示されている。このうち、第一電極基板３２は、第一ポリマー層３２３、第一集電層３２１、第一活性材料層３２２を備え、第二電極基板３３は第二ポリマー層３３３、第二集電層３３１、第二活性材料層３３２を備える。
図４において、第一電極基板３２は三つの必要構造とその他の３つの重要構造を有する。このうち、第一電極基板３２は第一ポリマー層３２３、第一集電層３２１、第一活性材料層３２２、複数の第一分割素子３２４、第一接着強化層３２５及び第一回路分布層３２６を備える。そして、第二電極基板３３は第二ポリマー層３３３、第二集電層３３１、第二活性材料層３３２、複数の第二分割素子３３４、第二接着強化層３３５及び第二回路分布層３３６を備える。
図４において、第一電極基板３２は三つの必要構造とその他の３つの重要構造を有する。このうち、第一電極基板３２は第一ポリマー層３２３、第一集電層３２１、第一活性材料層３２２、複数の第一分割素子３２４、第一接着強化層３２５及び第一回路分布層３２６を備える。そして、第二電極基板３３は第二ポリマー層３３３、第二集電層３３１、第二活性材料層３３２、複数の第二分割素子３３４、第二接着強化層３３５及び第二回路分布層３３６を備える。
以下に、三つの必要構造及び三つの重要構造における実施の形態について説明する。第一の必要構造は、第一ポリマー層３２３を例に取る。この層は第一電極基板３２の最も外側のエリアに位置し、その主な機能は２つある。第一の機能は、第一集電層３２１が高温状態で酸化しないように保護することである。第二の機能は、第一集電層３２１の折れ曲がりに耐える能力を強化することである。その実施方式は、位置を確認して接着樹脂によるラミネートと、熱シーリングによるもので、第一ポリマー層３２３で完全に第一集電層３２１の外側を覆い、または、シルク印刷により直接第一集電層３２１上にソルダーマスク（solder mask）印刷を行い、加熱後、完全に第一ポリマー層３２３で第一集電層３２１の外側を覆うものである。このうち、第一ポリマー層の材料は、ＰＩ，ＰＥＴ，ＰＳ，ＰＰ，ＰＥＮ，ＰＶＣ，アクリル樹脂及びエポキシ樹脂である。
第二の必要構造は、第一集電層３２１を例に取る。この層は第一ポリマー層３２３と第一活性材料層３２２の間に位置し、その主な機能は２つある。第一の機能は、第一活性材料層３２２に発生した電荷が、第一パッキングユニット３４またはその他の導電構造（例えばリード線）によって、外部のロジック回路エリア３１２に送ることである。第二の機能は、第一集電層３２１が、金属の特性を利用して、湿気が第一活性材料層３２２に浸透する速度及び量を抑制することである。このうち、第一集電層３２１の材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、錫、銀、金等の金属または金属合金である。
第三の必要構造は、第一活性材料層３２２を例に取る。この層は、第一電極基板３２とそれに対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の間に位置し、主な機能は、第一活性材料層３２２の活性材料を利用して、化学エネルギーを電気エネルギーに変化させて使用すること、または、電気エネルギーを化学エネルギーに変化させてシステム内に保存することである。
第二の必要構造は、第一集電層３２１を例に取る。この層は第一ポリマー層３２３と第一活性材料層３２２の間に位置し、その主な機能は２つある。第一の機能は、第一活性材料層３２２に発生した電荷が、第一パッキングユニット３４またはその他の導電構造（例えばリード線）によって、外部のロジック回路エリア３１２に送ることである。第二の機能は、第一集電層３２１が、金属の特性を利用して、湿気が第一活性材料層３２２に浸透する速度及び量を抑制することである。このうち、第一集電層３２１の材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、錫、銀、金等の金属または金属合金である。
第三の必要構造は、第一活性材料層３２２を例に取る。この層は、第一電極基板３２とそれに対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の間に位置し、主な機能は、第一活性材料層３２２の活性材料を利用して、化学エネルギーを電気エネルギーに変化させて使用すること、または、電気エネルギーを化学エネルギーに変化させてシステム内に保存することである。
また、第一の重要構造は、第一分割素子３２４を例に取る。この構造は、第一集電層３２１と対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の間に位置し、同じ位置にある第一活性材料層３２２を分離する。その主な機能は２つある。第一の機能は、第一活性材料層３２２と第一集電層３２１の相対位置を、システムが一般環境にある場合、または、高温環境下にあって折り曲げられる状態にある場合に関わらず、しっかりと固定することである。
第二の機能は、回路基板３１と第一集電層３２１の相対位置をしっかりと固定することである。その実施方式は、位置を確認して接着樹脂によるラミネートと、熱シーリングによるもので、第一分割素子３２４を第一集電層３２１上と第一活性材料層３２２の間に接着する。または、シルク印刷によって、直接樹脂フレームを第一集電層３２１の上と第一活性材料層３２２の間に印刷すると同時に、さらに加熱して、樹脂フレームに化学的にブリッジ構造を発生させることにより、第一分割素子３２４を形成させる。そして、第一分割素子３２４に発生した強力な接着力によって、第一集電層３２１、第一活性材料層３２２及び対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１を、完全に一体化するように接着、固定して、全体の折れ曲がりに対する強度を強化する。このうち、第一分割素子３２４の材料は、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂である。
第二の重要構造は、第一接着強化層３２５を例に取る。この構造は、第一集電層３２１と第一活性材料層３２２の間に位置し、その主な機能は第一活性材料層３２２と第一集電層３２１の接着力を強化することである。その実施方式は、塗布を利用した転写及び印刷方式であり、第一接着強化層３２５を第一集電層３２１と第一活性材料層３２２の間に形成させる。第一接着強化層３２５と第一活性材料層３２２に比較的強い物理的な絡まり構造が発生し、同時に、やや高い高分子接着助成剤の含有量が、第一接着強化層３２５と第一集電層３２１の間にやや大きな接着力を生じさせて、電気エネルギー供給システム３全体の折り曲げに対する耐性を強化させる。このうち、第一接着強化層３２５の材料は、高分子材料及び導電粒子である。
第三の重要構造は、第一回路分布層３２６を例に取る。この構造は第一ポリマー層３２３の外側に位置し、その主な機能は直接正、負電極、一般回路及び素子を第一回路分布層３２６上に一体統合させて、第一電極基板３２を回路マザーボードの基板とする。ここで２つ例を挙げて説明する。その１つは、アクティブＲＦＩＤ製品で、アンテナ、簡易回路及び無線周波数ＩＣ（ＲＦＩＣ）を直接第一電極基板３２上の第一回路分布層３２６に接続して、パッケージの体積及びコストを節約する。
２つめは、フレキシブルディスプレイ製品で、表示するパターンを直接第一回路分布層３２６に形成させ、内部の電気的接続を利用して、表示パターンが直接負の電気を帯びるようにする。そして、外部の電気的接続を利用して、ディスプレイ上の透明電極を第一回路分布層３２６上の正電極に接続することで、電極の電圧または電流の大きさをコントロールして、異なる階調表示を発生させることでも、ディスプレイのパッケージの体積及びコストを節約することが可能である。
最も重要なのは、直接電気エネルギー供給システム３とフレキシブルディスプレイ基板を一体統合させるという点である。その実施方式は、それぞれ電気的に内部接続方法及び外部接続法が共に可能である。このうち、内部接続法にはいくつかの方法がある。例えば、孔及びシルバーを詰める技術、または、孔と孔の表面に金属をメッキする方式を利用して、第一ポリマー層３２３を通して、第一集電層３２１を第一回路分布層３２６に電気的に接続させる方法である。当然、第一ポリマー層３２３の材料が、導電高分子または高分子層に導電粒子を追加したものである場合は、孔を導電させる技術は必要なく、直接２層を電気的に接続させればよい。
また、外部接続法もまた、いくつかの方法がある。例えば、外部の金属リード線を溶接、または、ＡＣＦ（異方性導電膜）製造工程で２層上に接着するもの、外部のフレキシブル回路配線が溶接またはＡＣＦ（異方性導電膜）製造工程によって２層上に接着する技術、第一集電層３２１と第一回路分布層３２６の延伸構造自身のフレキシブル特性によって、溶接またはＡＣＦ（異方性導電膜）製造工程を利用して互いに接着させる技術、または、直接導電する高分子接着または印刷して２層を接続させる技術である。
また、第一回路分布層３２６は、上述の外部電極接続法を経て、回路基板３１上に位置するロジック回路エリア３１２に電気的に接続される。第二電極基板３３はさらに、第二ポリマー層３３３、第二分割素子３３４、第二接着強化層３３５及び第二回路分布層３３６を有する。その機能及び構造は、上述の第一ポリマー層３２３、第一分割素子３２４、第一接着強化層３２５及び第一回路分布層３２６と同様であるためここでは詳しく説明しない。
第二の機能は、回路基板３１と第一集電層３２１の相対位置をしっかりと固定することである。その実施方式は、位置を確認して接着樹脂によるラミネートと、熱シーリングによるもので、第一分割素子３２４を第一集電層３２１上と第一活性材料層３２２の間に接着する。または、シルク印刷によって、直接樹脂フレームを第一集電層３２１の上と第一活性材料層３２２の間に印刷すると同時に、さらに加熱して、樹脂フレームに化学的にブリッジ構造を発生させることにより、第一分割素子３２４を形成させる。そして、第一分割素子３２４に発生した強力な接着力によって、第一集電層３２１、第一活性材料層３２２及び対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１を、完全に一体化するように接着、固定して、全体の折れ曲がりに対する強度を強化する。このうち、第一分割素子３２４の材料は、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂である。
第二の重要構造は、第一接着強化層３２５を例に取る。この構造は、第一集電層３２１と第一活性材料層３２２の間に位置し、その主な機能は第一活性材料層３２２と第一集電層３２１の接着力を強化することである。その実施方式は、塗布を利用した転写及び印刷方式であり、第一接着強化層３２５を第一集電層３２１と第一活性材料層３２２の間に形成させる。第一接着強化層３２５と第一活性材料層３２２に比較的強い物理的な絡まり構造が発生し、同時に、やや高い高分子接着助成剤の含有量が、第一接着強化層３２５と第一集電層３２１の間にやや大きな接着力を生じさせて、電気エネルギー供給システム３全体の折り曲げに対する耐性を強化させる。このうち、第一接着強化層３２５の材料は、高分子材料及び導電粒子である。
第三の重要構造は、第一回路分布層３２６を例に取る。この構造は第一ポリマー層３２３の外側に位置し、その主な機能は直接正、負電極、一般回路及び素子を第一回路分布層３２６上に一体統合させて、第一電極基板３２を回路マザーボードの基板とする。ここで２つ例を挙げて説明する。その１つは、アクティブＲＦＩＤ製品で、アンテナ、簡易回路及び無線周波数ＩＣ（ＲＦＩＣ）を直接第一電極基板３２上の第一回路分布層３２６に接続して、パッケージの体積及びコストを節約する。
２つめは、フレキシブルディスプレイ製品で、表示するパターンを直接第一回路分布層３２６に形成させ、内部の電気的接続を利用して、表示パターンが直接負の電気を帯びるようにする。そして、外部の電気的接続を利用して、ディスプレイ上の透明電極を第一回路分布層３２６上の正電極に接続することで、電極の電圧または電流の大きさをコントロールして、異なる階調表示を発生させることでも、ディスプレイのパッケージの体積及びコストを節約することが可能である。
最も重要なのは、直接電気エネルギー供給システム３とフレキシブルディスプレイ基板を一体統合させるという点である。その実施方式は、それぞれ電気的に内部接続方法及び外部接続法が共に可能である。このうち、内部接続法にはいくつかの方法がある。例えば、孔及びシルバーを詰める技術、または、孔と孔の表面に金属をメッキする方式を利用して、第一ポリマー層３２３を通して、第一集電層３２１を第一回路分布層３２６に電気的に接続させる方法である。当然、第一ポリマー層３２３の材料が、導電高分子または高分子層に導電粒子を追加したものである場合は、孔を導電させる技術は必要なく、直接２層を電気的に接続させればよい。
また、外部接続法もまた、いくつかの方法がある。例えば、外部の金属リード線を溶接、または、ＡＣＦ（異方性導電膜）製造工程で２層上に接着するもの、外部のフレキシブル回路配線が溶接またはＡＣＦ（異方性導電膜）製造工程によって２層上に接着する技術、第一集電層３２１と第一回路分布層３２６の延伸構造自身のフレキシブル特性によって、溶接またはＡＣＦ（異方性導電膜）製造工程を利用して互いに接着させる技術、または、直接導電する高分子接着または印刷して２層を接続させる技術である。
また、第一回路分布層３２６は、上述の外部電極接続法を経て、回路基板３１上に位置するロジック回路エリア３１２に電気的に接続される。第二電極基板３３はさらに、第二ポリマー層３３３、第二分割素子３３４、第二接着強化層３３５及び第二回路分布層３３６を有する。その機能及び構造は、上述の第一ポリマー層３２３、第一分割素子３２４、第一接着強化層３２５及び第一回路分布層３２６と同様であるためここでは詳しく説明しない。
さらに、同時に図３及び図４を参照しながら説明する。回路基板３１のセパレートエリア３１１内から第一金属層３１３及び第二金属層３１５を移動させ、さらに、基板ポリマー層３１４上に複数のミクロホール３１４１を形成させる。これらのミクロホール３１４１は、回路基板３１のセパレートエリア３１１上の基板ポリマー層３１４を貫通する。これらのミクロホール３１４１の主な機能は、第一電極基板３２と第二電極基板３３の電子を絶縁し、イオンを通すことである。同時に、開口構造にわずかにショート状態が発生したり、一部の電極活性エリアの負荷が大きすぎて第一活性材料層３２２の老化が早まったりするのを回避する。
故に、このミクロホール３１４１上は、絶縁層３１６、３１７で覆われる必要がある。その主な機能は、以上の問題の発生を回避するだけでなく、同時に、第一活性材料層３２２と第二活性材料層３３２と対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の接着力を強化することにある。同時に、ミクロホール３１４１を覆う絶縁層３１６、３１７は、相対にイオンの導電度に影響し、同時に材料の機械強度もまた重要な考慮点である。基本的には、ミクロホール３１４１の大きさと開口率は、一定の設計が必要であり、絶縁層３１６、３１７の主要材料は、高分子材料及び支えのミクロ体であり、この支えのミクロ体の機能は、絶縁層３１６、３１７のイオン導電度を高めることであり、特に、イオンに絶縁層３１６、３１７の距離の長さを超えさせることにある。同時に、この支えのミクロ体は、電解液を含み吸収する能力を高める。このうち、この支えのミクロ体の材料は、二酸化シリコン、二酸化チタン及び二酸化アルミ等の酸化金属であり、表面に疏水性処理が施されている。
故に、このミクロホール３１４１上は、絶縁層３１６、３１７で覆われる必要がある。その主な機能は、以上の問題の発生を回避するだけでなく、同時に、第一活性材料層３２２と第二活性材料層３３２と対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の接着力を強化することにある。同時に、ミクロホール３１４１を覆う絶縁層３１６、３１７は、相対にイオンの導電度に影響し、同時に材料の機械強度もまた重要な考慮点である。基本的には、ミクロホール３１４１の大きさと開口率は、一定の設計が必要であり、絶縁層３１６、３１７の主要材料は、高分子材料及び支えのミクロ体であり、この支えのミクロ体の機能は、絶縁層３１６、３１７のイオン導電度を高めることであり、特に、イオンに絶縁層３１６、３１７の距離の長さを超えさせることにある。同時に、この支えのミクロ体は、電解液を含み吸収する能力を高める。このうち、この支えのミクロ体の材料は、二酸化シリコン、二酸化チタン及び二酸化アルミ等の酸化金属であり、表面に疏水性処理が施されている。
同時に図５及び図６を参照しながら説明する。このうち、図５は図２を部分的に拡大した構造図である。その主な拡大エリアは、第一パッキングユニット３４、第二パッキングユニット３５及びそれに隣接するその他の電気エネルギー供給システムの構造である。図５において、このエリアは必要構造である第一パッキングユニット３４及び第二パッキングユニット３５を表示している。
そして、図６もまた、図２を部分的に拡大した構造図である。その主な拡大エリアもまた、第一パッキングユニット３４、第二パッキングユニット３５及びそれに隣接するその他の電気エネルギー供給システムの構造である。図６において、第一パッキングユニット３４及び第二パッキングユニット３５が必要構造であるほか、別に２つの重要構造が追加されている。それは、第一不活性ユニット３４１及び第二不活性ユニット３５１及び第一成型ユニット３４２及び第二成型ユニット３５２を備える。
以下に、第一パッキングユニット３４とそれに隣接するその他の電気エネルギー供給システム構造における実施の状態について説明する。第一の必要構造は、第一パッキングユニット３４を例とする。図面の垂直軸上から見れば、第一パッキングユニット３４は、第一電極基板３２の第一集電層３２１と、対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の間に位置する。さらに細かく構造を細分すると、第一パッキングユニット３４はまた、第一集電層３２１上に位置する第一上部パッキングユニットと、相対に第一電極基板３２の回路基板３１上に位置する第一下部パッキングユニットに分けられる。このうち、第一パッキングユニット３４は、全部が第一上部パッキングユニットまたは第一下部パッキングユニット、または、両者共同で形成される。
これだけではなく、第一上部パッキングユニット及び第一下部パッキングユニットが共同で第一パッキングユニット３４を形成する時、数種類の特別配列を利用してその機能を強化させることが可能である。例えば、第一上部パッキングユニットと第一下部パッキングユニットを交錯して配列させたり、上下に重ねて配列させたりして、接着力、導電能力及び空気に対するバリア効果を強化させる。
図面の水平軸の方向から見れば、第一パッキングユニット３４は第一活性材料層３２２とロジック回路エリア３１２間に位置し、その主な機能は三つある。第一の機能は、第一電極基板３２の第一活性材料層３２２を、第一集電層３２１、対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１と第一パッキングユニット３４内に密封させることである。これは主に、電解液が外に漏れたり、外部から湿気が侵入したりするのを回避するためである。
第二は、第一パッキングユニット３４が形成する良好な接着力を通して、第一電極基板３２と回路基板３１の間に、例えば、耐折り曲げ特性等の電気エネルギー供給システム全体の機械特性を強化させることである。
第三は、第一パッキングユニット３４を通して、電気エネルギー供給システム内部に発生した電気エネルギーを回路基板３１のロジック回路エリア３１２に送ることであり、外部へ電気的に接続を使用する必要がない。このうち、第一パッキングユニット３４（第一上、下パッキングユニットを含む）の材料は、ゲル体、金属、グラスファイバーまたは三者混用から選択される。このうち、第一パッキングユニット３４（第一上、下パッキングユニットを含む）の材料がゲル体である時、そのゲル体の種類は単純ゲル構造または空気に対するバリア性を有する材料（例えば、グラスファイバー）の混合性ゲル体でも可能である。
また、さらに、第一導電粒子を含む混合性ゲル体でも可能である。その実施方法は、位置を確認したラミネートとシルク印刷で、ゲル体を第一電極基板３２とそれに対応する回路基板３１上に接合させて、最後にプレス工程を実施して形成する。このうち、このゲル体の主な材料は、ＰＩ、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂から選択される。そして、空気に対するバリア性を有する材料は、数種類の材料があり、例えば、金属粒子またはグラスファイバーである。第一導電粒子については、その材料は金、銀、錫、ニッケル、アルミニウム、銅、プラチナまたは導電カーボンから選択される。
また、第一パッキングユニット３４（第一上、下パッキングユニットを含む）の材料は金属でもよく、その実施方法は、金属メッキまたは金属エッチング法が選択される。その意義は、第一集電層３２１とその対応する回路基板３１の第一金属層３１３上に銅の突起フレームまたは銅のくぼみ槽を形成させることにある。そして、この構造を利用して接着力、導電能力及び空気に対するバリア効果を強化させることにある。このうち、金属材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀または錫が選択される。基本的には、第一上、下パッキングユニットの材料は、同様であるかどうかに関わらず、いずれも可能である。これはすなわち、第一上、下パッキングユニットは全てゲル体でも可能であり、または、第一上、下パッキングユニットは全て金属、または第一上、下パッキングユニットはそれぞれゲル体または金属でも可能であるということである。第二パッキングユニット３５の機能と構造は、上述の第一パッキングユニット３４と同様であるため、ここでは詳しく説明しない。
そして、図６もまた、図２を部分的に拡大した構造図である。その主な拡大エリアもまた、第一パッキングユニット３４、第二パッキングユニット３５及びそれに隣接するその他の電気エネルギー供給システムの構造である。図６において、第一パッキングユニット３４及び第二パッキングユニット３５が必要構造であるほか、別に２つの重要構造が追加されている。それは、第一不活性ユニット３４１及び第二不活性ユニット３５１及び第一成型ユニット３４２及び第二成型ユニット３５２を備える。
以下に、第一パッキングユニット３４とそれに隣接するその他の電気エネルギー供給システム構造における実施の状態について説明する。第一の必要構造は、第一パッキングユニット３４を例とする。図面の垂直軸上から見れば、第一パッキングユニット３４は、第一電極基板３２の第一集電層３２１と、対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の間に位置する。さらに細かく構造を細分すると、第一パッキングユニット３４はまた、第一集電層３２１上に位置する第一上部パッキングユニットと、相対に第一電極基板３２の回路基板３１上に位置する第一下部パッキングユニットに分けられる。このうち、第一パッキングユニット３４は、全部が第一上部パッキングユニットまたは第一下部パッキングユニット、または、両者共同で形成される。
これだけではなく、第一上部パッキングユニット及び第一下部パッキングユニットが共同で第一パッキングユニット３４を形成する時、数種類の特別配列を利用してその機能を強化させることが可能である。例えば、第一上部パッキングユニットと第一下部パッキングユニットを交錯して配列させたり、上下に重ねて配列させたりして、接着力、導電能力及び空気に対するバリア効果を強化させる。
図面の水平軸の方向から見れば、第一パッキングユニット３４は第一活性材料層３２２とロジック回路エリア３１２間に位置し、その主な機能は三つある。第一の機能は、第一電極基板３２の第一活性材料層３２２を、第一集電層３２１、対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１と第一パッキングユニット３４内に密封させることである。これは主に、電解液が外に漏れたり、外部から湿気が侵入したりするのを回避するためである。
第二は、第一パッキングユニット３４が形成する良好な接着力を通して、第一電極基板３２と回路基板３１の間に、例えば、耐折り曲げ特性等の電気エネルギー供給システム全体の機械特性を強化させることである。
第三は、第一パッキングユニット３４を通して、電気エネルギー供給システム内部に発生した電気エネルギーを回路基板３１のロジック回路エリア３１２に送ることであり、外部へ電気的に接続を使用する必要がない。このうち、第一パッキングユニット３４（第一上、下パッキングユニットを含む）の材料は、ゲル体、金属、グラスファイバーまたは三者混用から選択される。このうち、第一パッキングユニット３４（第一上、下パッキングユニットを含む）の材料がゲル体である時、そのゲル体の種類は単純ゲル構造または空気に対するバリア性を有する材料（例えば、グラスファイバー）の混合性ゲル体でも可能である。
また、さらに、第一導電粒子を含む混合性ゲル体でも可能である。その実施方法は、位置を確認したラミネートとシルク印刷で、ゲル体を第一電極基板３２とそれに対応する回路基板３１上に接合させて、最後にプレス工程を実施して形成する。このうち、このゲル体の主な材料は、ＰＩ、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂から選択される。そして、空気に対するバリア性を有する材料は、数種類の材料があり、例えば、金属粒子またはグラスファイバーである。第一導電粒子については、その材料は金、銀、錫、ニッケル、アルミニウム、銅、プラチナまたは導電カーボンから選択される。
また、第一パッキングユニット３４（第一上、下パッキングユニットを含む）の材料は金属でもよく、その実施方法は、金属メッキまたは金属エッチング法が選択される。その意義は、第一集電層３２１とその対応する回路基板３１の第一金属層３１３上に銅の突起フレームまたは銅のくぼみ槽を形成させることにある。そして、この構造を利用して接着力、導電能力及び空気に対するバリア効果を強化させることにある。このうち、金属材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀または錫が選択される。基本的には、第一上、下パッキングユニットの材料は、同様であるかどうかに関わらず、いずれも可能である。これはすなわち、第一上、下パッキングユニットは全てゲル体でも可能であり、または、第一上、下パッキングユニットは全て金属、または第一上、下パッキングユニットはそれぞれゲル体または金属でも可能であるということである。第二パッキングユニット３５の機能と構造は、上述の第一パッキングユニット３４と同様であるため、ここでは詳しく説明しない。
第一の重要構造は、第一不活性ユニット３４１を例に取る。図面の垂直軸上から見れば、第一不活性ユニット３４１は第一電極基板３２とそれに対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の間に位置する。さらに構造を細分すれば、第一不活性ユニット３４１はまた、第一集電層３２１上に位置する第一上部不活性ユニットと、対応する回路基板３１上に位置する第一下部不活性ユニットに分けられる。このうち、第一不活性ユニット３４１は、全部が第一上部不活性ユニットまたは第一下部不活性ユニットでも可能であり、または、両者共同で形成されることも可能である。これだけではなく、第一上、下不活性ユニットが共同で第一不活性ユニット３４１を形成する時、数種類の特別配列を利用してその機能を強化させることが可能である。例えば、第一上、下不活性ユニットを交錯して配列させたり、上下に重ねて配列させたりして、接着力、液体や空気に対するバリア効果を強化させる。
図面の水平軸の方向から見れば、第一不活性ユニットは第一活性材料層３２２と第一パッキングユニット３４の間に位置し、その主な機能は三つある。第一の機能は、第一電極基板３２の第一活性材料層３２２を、第一集電層３２１、対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１と第一不活性ユニット３４１内に密封させることである。これは主に、電解液が外に漏れて、第一パッキングユニット３４の接着力が低下するのを回避するためである。
第二は、リチウム金属が周囲のフレームから析出されるのを抑制することである。
第三は、外側フレームの金属が電気化学の安定性によって、イオンが電気エネルギー供給システム３内に溶解するのを抑制することである。このうち、第一不活性ユニット３４１（第一上、下不活性ユニットを含む）の材料は、ゲル体、金属、その他の電気化学安定材料または三者混用から選択される。
このうち、第一不活性ユニット３４１（第一上、下不活性ユニットを含む）の材料がゲル体である時、そのゲル体の種類は単純ゲル体構造または電気化学安定材料（例えば、グラスファイバー）を含む混合性ゲル体でも可能である。その実施方法は、位置を確認するラミネートまたはシルク印刷であり、ゲル体を第一集電層３２１またはその対応する回路基板３１上に接合させて、第一活性材料層３２２と第一パッキングユニット３４間に設置し、さらに、最後にプレス工程を実施して形成する。このうち、このゲル体の主な材料は、ＰＩ、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂から選択されて、電気化学安定材料は、例えば、グラスファイバー等数種類ある。
また、第一不活性ユニット３４１（第一上、下不活性ユニットを含む）の材料が金属である時、その実施方法は金属メッキが選択される。その意義は、銅の突起フレームが第一集電層３２１またはその対応する回路基板３１の第一金属層３１３上に形成され、第一活性材料層３２２と第一パッキングユニット３４の間に位置する時、同時にさらに酸化処理等の金属表面の不活性化処理が必要となる。このうち、金属材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀または錫から選択される。基本的には、第一上、下不活性ユニットの材料は、同様か否かに関わらず、いずれの場合も可能であり、第一パッキングユニット３４の材料と異なる場合も可能である。その組み合わせは、第一上、下不活性ユニットが全てゲル体のみであるか、または、第一上、下不活性ユニットの少なくとも１つがゲル体である。第二不活性ユニット３５１の機能及び構造は、上述の第一不活性ユニット３４１と同様であるため、ここでは詳しく説明しない。
図面の水平軸の方向から見れば、第一不活性ユニットは第一活性材料層３２２と第一パッキングユニット３４の間に位置し、その主な機能は三つある。第一の機能は、第一電極基板３２の第一活性材料層３２２を、第一集電層３２１、対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１と第一不活性ユニット３４１内に密封させることである。これは主に、電解液が外に漏れて、第一パッキングユニット３４の接着力が低下するのを回避するためである。
第二は、リチウム金属が周囲のフレームから析出されるのを抑制することである。
第三は、外側フレームの金属が電気化学の安定性によって、イオンが電気エネルギー供給システム３内に溶解するのを抑制することである。このうち、第一不活性ユニット３４１（第一上、下不活性ユニットを含む）の材料は、ゲル体、金属、その他の電気化学安定材料または三者混用から選択される。
このうち、第一不活性ユニット３４１（第一上、下不活性ユニットを含む）の材料がゲル体である時、そのゲル体の種類は単純ゲル体構造または電気化学安定材料（例えば、グラスファイバー）を含む混合性ゲル体でも可能である。その実施方法は、位置を確認するラミネートまたはシルク印刷であり、ゲル体を第一集電層３２１またはその対応する回路基板３１上に接合させて、第一活性材料層３２２と第一パッキングユニット３４間に設置し、さらに、最後にプレス工程を実施して形成する。このうち、このゲル体の主な材料は、ＰＩ、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂から選択されて、電気化学安定材料は、例えば、グラスファイバー等数種類ある。
また、第一不活性ユニット３４１（第一上、下不活性ユニットを含む）の材料が金属である時、その実施方法は金属メッキが選択される。その意義は、銅の突起フレームが第一集電層３２１またはその対応する回路基板３１の第一金属層３１３上に形成され、第一活性材料層３２２と第一パッキングユニット３４の間に位置する時、同時にさらに酸化処理等の金属表面の不活性化処理が必要となる。このうち、金属材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀または錫から選択される。基本的には、第一上、下不活性ユニットの材料は、同様か否かに関わらず、いずれの場合も可能であり、第一パッキングユニット３４の材料と異なる場合も可能である。その組み合わせは、第一上、下不活性ユニットが全てゲル体のみであるか、または、第一上、下不活性ユニットの少なくとも１つがゲル体である。第二不活性ユニット３５１の機能及び構造は、上述の第一不活性ユニット３４１と同様であるため、ここでは詳しく説明しない。
第二の重要構造は、第一成型ユニット３４２を例に取る。図面の垂直軸上から見れば、第一成型ユニット３４２は第一電極基板３２とその対応する回路基板３１のセパレートエリア３１１の間に位置する。図面の水平軸方向から見れば、第一成型ユニット３４２は第一パッキングユニット３４と製品外型の周辺ライン（すなわち、第一電極基板３２の境界周辺ライン）の間に位置し、その主な機能は、二つある。
第一の機能は、第一集電層３２１とそれに対応する回路基板３１の第一金属層３１３を隔絶することである。故に、成型またはプレス接合時には、第一集電層３２１と回路基板３１の第一金属層３１３が接触してショートするのを回避する。
第二の機能は、第一集電層３２１と第二集電層３３１を隔絶することである。故に、成型またはプレス接合時には、第一集電層３２１と第二集電層３３１が接触してショートするのを回避する。このうち、第一成型ユニット３４２の実施方法は、第一集電層３２１とそれに対応する回路基板３１の第一金属層３１３を、化学エッチングによって、その二者の第一パッキングユニット３４と製品外型の周辺ライン（すなわち、第一電極基板３２の境界周辺ライン）上の金属をエッチング処理する。これはまた、すなわち第一成型ユニット３４２内に第一集電層３２１がなく、ただ第一ポリマー層３２３があるのみであることを意味する。さらに、第一成型ユニット３４２内にはまた、回路基板３１の第一金属層３１３がなく、ただ基板ポリマー層３１４のみがある可能性もある。第二成型ユニット３５２の機能及び構造は、上述の第一成型ユニット３４２と同様であるため、ここでは詳しく説明しない。
第一の機能は、第一集電層３２１とそれに対応する回路基板３１の第一金属層３１３を隔絶することである。故に、成型またはプレス接合時には、第一集電層３２１と回路基板３１の第一金属層３１３が接触してショートするのを回避する。
第二の機能は、第一集電層３２１と第二集電層３３１を隔絶することである。故に、成型またはプレス接合時には、第一集電層３２１と第二集電層３３１が接触してショートするのを回避する。このうち、第一成型ユニット３４２の実施方法は、第一集電層３２１とそれに対応する回路基板３１の第一金属層３１３を、化学エッチングによって、その二者の第一パッキングユニット３４と製品外型の周辺ライン（すなわち、第一電極基板３２の境界周辺ライン）上の金属をエッチング処理する。これはまた、すなわち第一成型ユニット３４２内に第一集電層３２１がなく、ただ第一ポリマー層３２３があるのみであることを意味する。さらに、第一成型ユニット３４２内にはまた、回路基板３１の第一金属層３１３がなく、ただ基板ポリマー層３１４のみがある可能性もある。第二成型ユニット３５２の機能及び構造は、上述の第一成型ユニット３４２と同様であるため、ここでは詳しく説明しない。
このように、本発明の電気エネルギー供給システムは、回路基板によって第一活性材料層及び第二活性材料層を分離している。また、電池ユニットを直接回路基板内に統合させることができることにより、電気エネルギー供給システムと回路基板が効果的に統合される。さらに、回路基板の製造条件によって本発明の電気エネルギーシステムの製造に応用することができる。従来の技術に比べて、本発明の電気エネルギーシステムは、回路基板の製造工程を統合することが可能であることで、電気エネルギー供給システムは一種の表面実装コンポーネント（ＳＭＴ）と見なすことができる。このため、効果的に製品の製造コストを抑えることができる。さらに、製品の小型化、薄型化を図ることができる。また、第一電極基板及び第二電極基板の外側は、さらにその他の回路基板が設置されることが可能である。このため、電気エネルギー供給システムのエリアを有効に利用して回路分布が行なえるため、製品のさらなる小型化が可能である。
以上、本発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本発明に含まれる。
１ 電池
１１ セパレータ
１２ 第一活性材料層
１３ 第二活性材料層
１４ 第一集電層
１４１ 導電タブ
１５ 第二集電層
１５１ 導電タブ
１６ パッケージユニット
２ 電子装置
２１ 電源入力端子
２２ 電源入力端子
２３ 素子エリア
３ 電気エネルギー供給システム
３１ 回路基板
３１１ セパレートエリア
３１２ ロジック回路エリア
３１３ 第一金属層
３１４ 基板ポリマー層
３１４１ ミクロホール
３１５ 第二金属層
３１６ 絶縁層
３１７ 絶縁層
３２ 第一電極基板
３２１ 第一集電層
３２２ 第一活性材料層
３２３ 第一ポリマー層
３２４ 第一分割素子
３２５ 第一接着強化層
３２６ 第一回路分布層
３３ 第二電極基板
３３１ 第二集電層
３３２ 第二活性材料層
３３３ 第二ポリマー層
３３４ 第二分割素子
３３５ 第二接着強化層
３３６ 第二回路分布層
３４ 第一パッキングユニット
３４１ 第一不活性ユニット
３４２ 第一成型ユニット
３５ 第二パッキングユニット
３５１ 第二不活性ユニット
３５２ 第二成型ユニット
１１ セパレータ
１２ 第一活性材料層
１３ 第二活性材料層
１４ 第一集電層
１４１ 導電タブ
１５ 第二集電層
１５１ 導電タブ
１６ パッケージユニット
２ 電子装置
２１ 電源入力端子
２２ 電源入力端子
２３ 素子エリア
３ 電気エネルギー供給システム
３１ 回路基板
３１１ セパレートエリア
３１２ ロジック回路エリア
３１３ 第一金属層
３１４ 基板ポリマー層
３１４１ ミクロホール
３１５ 第二金属層
３１６ 絶縁層
３１７ 絶縁層
３２ 第一電極基板
３２１ 第一集電層
３２２ 第一活性材料層
３２３ 第一ポリマー層
３２４ 第一分割素子
３２５ 第一接着強化層
３２６ 第一回路分布層
３３ 第二電極基板
３３１ 第二集電層
３３２ 第二活性材料層
３３３ 第二ポリマー層
３３４ 第二分割素子
３３５ 第二接着強化層
３３６ 第二回路分布層
３４ 第一パッキングユニット
３４１ 第一不活性ユニット
３４２ 第一成型ユニット
３５ 第二パッキングユニット
３５１ 第二不活性ユニット
３５２ 第二成型ユニット
Claims (19)
- 少なくとも１個のセパレートエリアを含む回路基板と、
第一集電層及び第一活性材料層を含み、前記回路基板の一方側面側において、前記第一活性材料層が前記セパレートエリアと前記第一集電層の間に位置するように形成される第一電極基板と、
第二集電層及び第二活性材料層を含み、前記回路基板の他方側面側において、前記第二活性材料層が前記セパレートエリアと前記第二集電層の間に位置するように形成される第二電極基板と、
前記第一電極基板と前記回路基板の間に位置し、前記第一活性材料層の周囲にリング状に設置される第一パッキングユニットと、
前記第二電極基板と前記回路基板の間に位置し、前記第二活性材料層の周囲にリング状に設置される第二パッキングユニットとを備えることを特徴とする、電気エネルギー供給システム。 - 前記回路基板は、ロジック回路エリアを備え、前記ロジック回路エリアは前記セパレートエリアに隣接して設置されて、少なくとも１個のロジック回路を形成し、前記ロジック回路は前記第一集電層及び前記第二集電層に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記ロジック回路は、少なくとも１個のリード線を介してそれぞれ前記第一集電層及び前記第二集電層に電気的に接続されることを特徴とする、請求項２に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記ロジック回路は、前記第一パッキングユニット及び前記第二パッキングユニットを介してそれぞれ前記第一集電層及び前記第二集電層に電気的に接続されることを特徴とする、請求項２に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記回路基板は、非フレキシブル回路基板またはフレキシブル回路基板であることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記回路基板の材料は、少なくともポリイミド（ＰＩ）、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）、グラスファイバーまたは液晶型高分子を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記回路基板は、第一金属層、基板ポリマー層及び第二金属層を備え、さらに基板ポリマー層は前記第一金属層及び前記第二金属層の間に挟まれる形で設置され、前記第一金属層と前記第二金属層は前記セパレートエリアに延伸しないことを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記回路基板は、複数のミクロホールを有し、前記ミクロホールは前記セパレートエリア内に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記回路基板は、さらに絶縁層を備え、前記セパレートエリアに前記ミクロホールを覆う形で対応して設置されることを特徴とする、請求項８に記載の電気エネルギー供給システム。
- さらに、電解液を含み、それは前記絶縁層、前記第一活性材料層及び前記第二活性材料層に吸収されることを特徴とする、請求項９に記載の電気エネルギー供給システム。
- さらに、前記第一集電層の一側面に設置される少なくとも１個の第一ポリマー層と、
前記第二集電層の一側面に設置される少なくとも１個の第二ポリマー層とを備え、前記第一電極基板及び前記第二電極基板が前記第一ポリマー層及び第二ポリマー層の間に挟まれる形で設置されることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。 - 前記第一パッキングユニット及び前記第二パッキングユニットの材料は、ゲル体、金属、グラスファイバーまたはその組み合わせであることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記第一パッキングユニット及び前記第二パッキングユニットは、複数の導電粒子が混ざっていることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
- さらに、前記第一パッキングユニットと前記第一活性材料層の間に設置された少なくとも１個の第一不活性ユニットと、
前記第二パッキングユニットと前記第二活性材料層の間に設置された少なくとも１個の第二不活性ユニットとを備えることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。 - 前記第一電極基板はさらに、前記第一集電層の一側面に位置する第一回路分布層を備えて、前記第一集電層を前記第一回路分布層と前記第二活性材料層の間に挟まれる形にし、
前記第二電極基板はさらに、前記第二集電層の一側面に位置する第二回路分布層を備えて、前記第二集電層を前記第二回路分布層と第二活性材料層の間に挟まれる形にすることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。 - 前記第一回路分布層及び前記第二回路分布層は、少なくとも１個の導電素子を介してそれぞれ前記第一集電層及び前記第二集電層に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１５に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記第一電極基板はさらに、第一分割素子を備え、それは前記第一集電層上に形成されて、前記第一活性材料層を複数の第一活性材料層に分割し、前記第二電極基板はさらに、第二分割素子を備え、それは前記第二集電層上に形成されて、前記第二活性材料層を複数の第二活性材料層に分割することを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
- さらに、少なくとも１個の成型ユニットを備え、それは前記第一電極基板と前記回路基板の間に設置されるか、または、前記第二電極基板と前記回路基板の間に設置されて、さらに、前記成型ユニットは前記第一パッキングユニットの外側または前記第二パッキングユニットの外側に位置することを特徴とする、請求項１７に記載の電気エネルギー供給システム。
- 前記第一パッキングユニットは、第一上部パッキングユニット及び第一下部パッキングユニットを備え、前記第一上部パッキングユニットは前記第一電極基板に設置され、前記第一下部パッキングユニットは前記回路基板に設置され、前記第二パッキングユニットは、第二上部パッキングユニット及び第二下部パッキングユニットを備え、前記第二上部パッキングユニットは前記回路基板に設置され、前記第二下部パッキングユニットは前記第二電極基板に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の電気エネルギー供給システム。
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