JP2008509512A - 貫通接続体を備えるマイクロバッテリ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、貫通接続体を備えるマイクロバッテリ及びその製造方法に関する。本発明のマイクロバッテリは、前面（２）と後面（３）とを有する支持体（１）と、支持体（１）の前面（２）に配置された第１（４）および第２（５）のカレントコレクタとを備えている。カレントコレクタ（４，５）上には、電解液（７）によって分離されたアノード（６）およびカソード（８）を備える積層体が配置されている。アノードおよびカソードはそれぞれ、第１（４）および第２（５）のカレントコレクタと接触している。前記積層体は保護層（９）で覆われている。また、マイクロバッテリは、支持体（１）をその前面（２）から後面（３）まで貫通し且つ第１（４）および第２（５）のカレントコレクタと接触する接続体（１０）を備えている。積層体は、支持体（１）の前面（２）のほぼ全体を覆っていることが好ましい。また、本発明はマイクロバッテリの製造方法に関し、この方法は、支持体（１）の厚さよりも小さい深さを有するキャビティを支持体（１）の前面（２）にエッチングするステップと、導電材料をキャビティに充填するステップと、支持体（１）から後面（３）の層を除去して、キャビティ内に封入された導電材料を露出させるステップとを含んでいる。
Description
本発明は、前面と後面とを有する支持体と、支持体の前面に配置された第１および第２のカレントコレクタと、電解液によって分離されたアノードおよびカソードを備え、アノードおよびカソードがそれぞれ第１および第２のカレントコレクタと接触する積層体と、前記積層体を覆う保護層と、第１および第２のカレントコレクタと接触する電気接続手段と、を備えるマイクロバッテリに関する。
図１に示されるように、マイクロバッテリは、従来、前面２および後面３を有する支持体１を備えており、支持体上には、第１のカレントコレクタ４および第２のカレントコレクタ５と、電解液７によって分離されたアノード６およびカソード８を備える積層体とが配置されている。アノード６およびカソード８はそれぞれ第１および第２のカレントコレクタ４，５と接触している。カレントコレクタ４，５は、通常、外部電気負荷を第１および第２のカレントコレクタ４，５に対して接続することによりマイクロバッテリのアノード６およびカソード８に対して接続するための導体パッドを備えている。導体パッドは、一般に、上記積層体の両側で支持体上に配置されており、例えばカレントコレクタ４，５の延在部によって形成されている。外部電気負荷に対して接続するために接点ワイヤが導体パッドに溶接されている。積層体の厚さは５０μｍ未満となり得る。
バッテリに蓄えられるエネルギは、基本的に、電極の表面、すなわち、アノード６およびカソード８の表面に依存している。したがって、バッテリのサイズを減少させるには、非常に薄い層を使用して電極および電解液を得る必要がある。また、マイクロバッテリが集積回路チップ上に取り付けられる場合には、多くの場合、利用可能な表面が非常に限られてしまう。
幾つかのマイクロバッテリを電気的に直列に或いは並列に結合することができる。この場合、複数のバッテリを備えるデバイスのサイズを最小にするためには、導体パッドのサイズを最小限に抑えることが求められる。
従来、バッテリの製造は、アノード、電解液、カソードを構成する連続活性層のコーティングプロセスを含んでいる。アノード、カソード、電解液は、非常に反応性の高い材料によって構成されており、通常、バッテリ全体が保護層またはコーティング層で覆われる。導体パッドだけが覆われる必要がなく、それを達成することは特に完成されたデバイスにおいては難しい。
本発明の１つの目的は、これらの欠点を改善することであり、特に、マイクロバッテリのサイズを最小にして、製造の最終段階における接点の局所的な開口ステップを回避することである。
本発明において、この目的は、添付の請求項によって達成され、特に、電気接続手段が支持体をその前面から後面まで貫通する接続体を備えているという事実によって達成される。
本発明の更なる目的は、
支持体の厚さよりも小さい深さを有するキャビティを支持体の前面にエッチングすることによって形成するステップと、
支持体を貫通する接続体を構成するようになっている導電材料をキャビティに充填するステップと、
支持体の前面に、第１および第２のカレントコレクタと、積層体と、保護層とを連続的に堆積させるステップと、
支持体の後面の層を除去して、キャビティ内に封入された導電材料を露出させるステップと、
を連続的に含む本発明に係るマイクロバッテリを製造するための方法を提供することである。
支持体の厚さよりも小さい深さを有するキャビティを支持体の前面にエッチングすることによって形成するステップと、
支持体を貫通する接続体を構成するようになっている導電材料をキャビティに充填するステップと、
支持体の前面に、第１および第２のカレントコレクタと、積層体と、保護層とを連続的に堆積させるステップと、
支持体の後面の層を除去して、キャビティ内に封入された導電材料を露出させるステップと、
を連続的に含む本発明に係るマイクロバッテリを製造するための方法を提供することである。
他の利点および特徴は、非限定的な単なる実施例として与えられ且つ添付図面に示された本発明の特定の実施形態の以下の説明から更に明らかとなる。
図２に示されるマイクロバッテリは、好ましくはシリコンから形成され且つ前面２および後面３を有する支持体１を備えている。シリコン支持体１は、マイクロエレクトロニクス技術に基づく堆積方法に適合するという利点を与える。支持体１の前面２には第１のカレントコレクタ４および第２のカレントコレクタ５が配置されている。カレントコレクタ４，５上には、電解液７によって分離されたカソード８およびアノード（負極）６を備える積層体が配置されている。アノード６およびカソード８はそれぞれ、第１のカレントコレクタ４および第２のカレントコレクタ５と接触している。保護層９が前記積層体を覆っており、これにより、保護層９はマイクロバッテリを確実に密封している。第１および第２のカレントコレクタ４，５は、支持体２をその前面２から後面３へと貫通する接続体１０と接触している。
図２に示される特定の実施形態において、積層体は、支持体１の前面２のほぼ全体を覆っている。したがって、想定し得る導体パッドにおいて表面損失を何ら伴うことなく、支持体１の前面２の全体がマイクロバッテリ積層体のためだけに使用される。図２において、マイクロバッテリは、導体パッド１２を備える電気負荷１１、例えば集積回路上に配置されている。貫通接続体１０の後面１４は、例えば可融性のマイクロペレット１３により、電気負荷１１の導体パッド１２に対して接続されている。したがって、貫通接続体１０の後面１４は、支持体１の後面３で、マイクロバッテリの後側接続端子の機能を果たす。この接続端子により、マイクロバッテリは、１つ以上の更なるマイクロバッテリ、電子チップ、任意の電気負荷に対して接続することができる。バッテリは、例えば、互いに直接に接続することができ、後面同士を接続することができ、直列に接続することができ、あるいは、並列に接続することができる。また、貫通接続体１０の後面１４上に導体パッドを配置することも考えられ得る。含まれているマイクロバッテリ、積層体および支持体１の全体の厚さは、約０．１ｍｍであっても良い。
図３〜図６は、本発明に係るマイクロバッテリを製造するための特定の方法の連続するステップを示している。図３に示されるように、支持体１の厚さよりも小さい深さを有するキャビティ１５が支持体１の前面２にエッチングにより形成され、それにより、非貫通穴が形成される。エッチングは、化学エッチング法により、または、プラズマエッチング法により行なうことができる。キャビティ１５の深さは例えば５０μｍであり、支持体１の厚さは１００μｍである。図３において、キャビティ１５は、支持体１の後面の方向に向かって先細っている。
図４に示されるように、キャビティ１５には、その後、支持体１を貫通する接続体１０を構成するようになっている導電材料１６が充填される。導電材料１６によるキャビティ１５の充填は、例えば銅の電解成長により達成されることが好ましい。図４に示される特定の実施形態において、支持体１の前面２および導電材料１６は共通の平坦な表面を形成する。そのような共通の平坦な表面を得るため、特に、キャビティ１５が充填された後に導電材料１６が支持体１の前面を越えて延びるときに、更なる平坦化ステップを行なうことができる。
図５には、支持体１の前面２上に対する第１および第２のカレントコレクタ４，５、積層体、保護層９の連続的な堆積が示されている。この場合、マイクロバッテリの積層体およびカレントコレクタは、支持体１を貫通する接続体をその後に形成するようになっている導電材料１６上に形成される。したがって、導電材料１６は、カレントコレクタ４，５と支持体１の材料との間でキャビティ１５内に条件付で封入され、方法の最後に露出される。
アノード６は、例えばリチウムの熱蒸発によって得られ、好ましくは３〜５μｍの厚さを有している。電解液７は、ＬｉＰＯＮの名で良く知られているリチウムおよびリンオキシナイトライドなどのリチウム化合物を含むことができる。電解液７は１〜２μｍの厚さを有することが好ましい。カレントコレクタ４，５は例えば０．２〜０．５μｍの厚さを有している。また、積層体およびカレントコレクタ４，５は、物理蒸着（ＰＶＤ）法または低温蒸発によって得ることもできる。
その後、図６に示されるように、支持体１の後面３の層が除去され、キャビティ１５内に封じ込められた導電材料１６が露出される。このように、支持体が例えば５０μｍの厚さを除去することにより薄くされて、マイクロバッテリの接続端子が解放され、バッテリの背面で接続端子があらわになる。支持体１の後面３の前記層の除去は化学機械研磨によって行なわれることが好ましい。
本発明は前述した特定の実施形態に限定されない。特に、支持体１は、ガラス、セラミック（ジルコン、アルミナ）または高分子化合物（ポリエーテル−エーテル−ケトンＰＥＥＫ；ポリイミド）によって形成することができる。
Claims (9)
- 前面（２）と後面（３）とを有する支持体（１）と、
前記支持体（１）の前面（２）に配置された第１および第２のカレントコレクタ（４）、（５）と、
電解液（７）によって分離されたアノード（６）およびカソード（８）を備え、前記アノードおよび前記カソードがそれぞれ前記第１および第２のカレントコレクタ（４）、（５）と接触する積層体と、
前記積層体を覆う保護層（９）と、
前記第１および第２のカレントコレクタ（４）、（５）と接触する電気接続手段と、
を備えるマイクロバッテリであって、
前記電気接続手段は、支持体（１）をその前面（２）から後面（３）まで貫通する接続体（１０）を備えていることを特徴とする、マイクロバッテリ。 - 前記支持体（１）の後面（３）に配置された接続端子を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロバッテリ。
- 前記積層体が前記支持体（１）の前面（２）のほぼ全体を覆っていることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロバッテリ。
- 前記支持体（１）がシリコン、ガラス、セラミックまたは高分子化合物によって形成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロバッテリ。
- 全体の厚さが約０．１ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロバッテリ。
- 前記支持体（１）の厚さよりも小さい深さを有するキャビティ（１５）を前記支持体（１）の前面（２）にエッチングによって形成するステップと、
前記支持体（１）を貫通する接続体（１０）を構成する導電材料（１６）を前記キャビティ（１５）に充填するステップと、
前記支持体（１）の前面（２）に、前記第１および第２のカレントコレクタ（４）、（５）と、前記積層体と、前記保護層（９）とを連続的に堆積させるステップと、
前記支持体（１）の後面（３）の層を除去して、前記キャビティ（１５）内に封入された導電材料（１６）を露出させるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロバッテリを製造するための方法。 - 前記エッチングが化学蒸着法またはプラズマ蒸着法によって行なわれることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
- 前記キャビティ（１５）に対する前記導電材料（１６）の充填が電解成長によって行なわれることを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
- 前記支持体（１）の後面（３）の前記層の除去が化学機械研磨によって達成されることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の方法。
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