JP2017523575A - 封止型固体電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 改良された電気化学電池を提供することである。【解決手段】 電気化学電池は、電解質のそれぞれの表面に配置される電極（カソードおよび電極）を含むことができる。電極および電解質はそれぞれ、基板に配設される積層された構造体を作製するために互いの上面に成層可能な固体膜とすることができる。ポリマー封止剤材料が、電池スタックの上および周囲に塗布され得、水分バリアが、封止剤材料の上に形成されて、それによって、水分が電池に到達するのを防止することができる。カソードおよびアノードに電気的に結合される導電性端子がそれぞれ、基板の第２の側に形成され得る。したがって、電池は、対応する実装パッドにフリップチップ実装され、それによって、電池からの電力を受け取ることができる他の電子部に接続され得る。【選択図】 図１

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、全体的にすべての目的で参照することによって本明細書に組み込まれている２０１４年８月１３日出願の米国特許仮出願第６２／０３６，７１５号の優先権を主張するものである。

[0002] 本明細書に別段の指示がない限り、本項に説明される論拠は、本願における特許請求の範囲に対する先行技術でもなければ、本項に含まれることによって先行技術であると認められるものでもない。

[0003] 電池技術の進歩により、占める容積はわずかでありながらも長い時間期間にわたって先進デバイスに電力供給することができる小型で高エネルギー密度の電気化学電池を製作することが可能になってきている。電気化学電池は、２つの電極（アノードとカソード）間に介在する電解質を含む。アノードと電解質との間、および電解質とカソードとの間の電気化学反応により、電極間の電位の発現が生じ得る。持続的な電気化学反応は、電流を一方の電極から、電極に接続されたデバイスを経由して、反対の電極に駆動させることが可能になり、それにより、電流によってデバイスに電力供給できるようになる。

[0004] リチウムイオン電池は、リチウムイオンを移動させる電解質によって、互いとは分離されるカソードおよびアノードを含む。電池が、放電中、電極にまたがって接続される回路に、電流を供給しているとき、レドックス反応が２つの電極において生じる。アノードにおける酸化反応が、リチウムをイオン化し、アノードから、接続された回路に電子を放出し、そのことにより、接続された回路の中を電流がカソードからアノードへと流れる（すなわち、電子移動の方向を逆行する）ことになる。リチウムイオンは、回路の中の電子の流れの均衡を保つために、電解質を通じてアノードからカソードに移動する。カソードにおいては、リチウムイオンと電子が減少する。アノードにおけるときのリチウムと、カソードにおけるときのリチウムとの間のエネルギーポテンシャルの差は、電池の中の化学的に貯蔵されたエネルギーに対応する。いくつかの場合においては、リチウム電池は、逆電流を電極に印加することによって再充電可能であり、それにより、リチウムイオンは、電解質を反対方向に横切り、リチウムをアノードに再供給することになる。

[0005] 電気化学電池は、電解質の両表面に配置される電極（カソードおよび電極）を含むことができる。電極および電解質はそれぞれ、基板上に配設される積層された構造体を作製するために互いの上面に成層可能な固体膜とすることができる。ポリマー封止剤材料が、電池スタックの上および周囲に塗布され得、水分バリアが、封止剤材料の上に形成されて、それによって、水分が電池に到達するのを防止することができる。次いで、カソードおよびアノードに電気的に接続される導電性端子がそれぞれ、基板の、第１の側の反対の第２の側に形成され得る。したがって、電池は、対応する実装パッドにフリップチップ実装され、それによって、電池からの電力を受け取ることができる他の電子部に接続され得る。

[0006] 本開示のいくつかの実施形態は、封止型電池を含むことができる。封止型電池は、基板、電池スタック、ポリマー封止剤層、第１の導電性パッド、および第２の導電性パッドを含むことができる。基板は、第１の側および第２の側を有することができる。電池スタックは、基板の第１の側に配設可能である。電池スタックは、カソード層、アノード層、および電解質層を含むことができる。カソード層およびアノード層のうちの第１の層が、基板の第１の側に配設可能である。電解質層は、カソード層とアノード層との間に配設可能である。ポリマー封止剤層は、電池スタックの上および周囲に形成可能である。第１の導電性パッドは、基板の第２の側に位置付けられ得、カソード層に電気的に結合可能である。第２の導電性パッドは、基板の第２の側に位置付けられ得、アノード層に電気的に結合可能である。

[0007] 本開示のいくつかの実施形態は、身体に装着可能なデバイスを含むことができる。身体に装着可能なデバイスは、身体に装着可能な表面を有するように形成されるポリマー材料、およびポリマー材料内に埋め込まれる封止型電池を含むことができる。封止型電池は、基板、電池スタック、ポリマー封止剤層、第１の導電性パッド、および第２の導電性パッドを含むことができる。基板は、第１の側および第２の側を有することができる。電池スタックは、基板の第１の側に配設可能である。電池スタックは、カソード層、アノード層、および電解質層を含むことができる。カソード層およびアノード層のうちの第１の層が、基板の第１の側に配設可能である。電解質層は、カソード層とアノード層との間に位置付けられ得る。ポリマー封止剤層は、電池スタックの上および周囲に形成可能である。第１の導電性パッドは、基板の第２の側に位置付けられ得、カソード層に電気的に結合可能である。第２の導電性パッドは、基板の第２の側に位置付けられ得、アノード層に電気的に結合可能である。

[0008] 本開示のいくつかの実施形態は、方法を含むことができる。この方法は、基板の第１の側に電池スタックを形成するステップを含むことができる。電池スタックを形成するステップは、（ｉ）カソード電流コレクタ層を、カソード電流コレクタ層が基板の第１の側の少なくとも第１の領域を占めるように、基板の第１の側に形成すること、（ｉｉ）カソード電流コレクタ層においてカソード活性層を形成すること、（ｉｉｉ）カソード活性層において電解質層を形成すること、（ｉｖ）電解質層においてアノード活性層を形成すること、および（ｖ）アノード活性層においてアノード電流コレクタ層を形成することを含むことができる。アノード電流コレクタ層の一部分は、アノード活性層を越えて延在し、アノード電流コレクタ層が基板の第１の側の少なくとも第２の領域を占めるように、基板の第１の側に配設可能である。方法はまた、電池スタックの上および周囲にポリマー封止剤層を塗布して、それによって、ポリマー封止剤層と基板との間の電池スタックを封入するステップを含むことができる。方法はまた、ポリマー封止剤層の上に水分バリアを塗布して、それによって、水分がポリマー封止剤層および電池スタックに到達するのを抑制するステップを含むことができる。方法はまた、基板に第１の開口および第２の開口を形成するステップを含むことができる。第１の開口は、基板の第２の側からカソード電流コレクタの少なくとも一部分を露出させることができる。第２の開口は、基板の第２の側からアノード電流コレクタの少なくとも一部分を露出させることができる。方法はまた、第１の開口および第２の開口のそれぞれの少なくとも一部分を導電性材料で充填して、それによって、基板を貫通するそれぞれの電気経路を作製するステップを含むことができる。方法はまた、第１の開口内で導電性材料に電気的に結合される第１の導電性パッドを、第１の導電性パッドがカソード電流コレクタ層に電気的に結合されるように、基板の第２の側に形成するステップを含むことができる。方法はまた、第２の開口内で導電性材料に電気的に結合される第２の導電性パッドを、第２の導電性パッドがアノード電流コレクタ層に電気的に結合されるように、基板の第２の側に形成するステップを含む。

[0009] 本開示のいくつかの実施形態は、基板の第１の側に電池スタックを形成するための手段を含む。本開示のいくつかの実施形態は、電池スタックの上および周囲にポリマー封止剤層を塗布して、それによって、ポリマー封止剤層と基板との間の電池スタックを封入するための手段を含む。本開示のいくつかの実施形態は、ポリマー封止剤層の上に水分バリアを塗布して、それによって、水分がポリマー封止剤層および電池スタックに到達するのを抑制するための手段を含む。本開示のいくつかの実施形態は、基板に第１の開口および第２の開口を形成するための手段を含む。本開示のいくつかの実施形態は、第１の開口および第２の開口のそれぞれの少なくとも一部分を導電性材料で充填して、それによって、基板を貫通するそれぞれの電気経路を作製するための手段を含む。本開示のいくつかの実施形態は、第１の開口内で導電性材料に電気的に結合される第１の導電性パッドを、第１の導電性パッドがカソード電流コレクタ層に電気的に結合されるように、基板の第２の側に形成するための手段を含む。本開示のいくつかの実施形態は、第２の開口内で導電性材料に電気的に結合される第２の導電性パッドを、第２の導電性パッドがアノード電流コレクタ層に電気的に結合されるように、基板の第２の側に形成するための手段を含む。

[0010] これらならびに他の態様、利点、および代替形態は、適宜、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことによって当業者には明らかになろう。

[0011]外部リーダとワイヤレスで通じている身体に装着可能なデバイスを含む例示的なシステムのブロック略図である。 [0012]例示的な眼球に装着可能なデバイスの底面図である。 [0013]図２Ａに示す例示的な眼球に装着可能なデバイスの側面図である。 [0014]眼球の角膜の表面に装着される間の、図２Ａおよび図２Ｂに示す例示的な眼球に装着可能なデバイスの垂直断面図である。 [0015]眼球の角膜の表面に装着される間の、図２Ａおよび図２Ｂに示す例示的な眼球に装着可能なデバイスの近距離の垂直断面図である。 [0016]例示的な固体電池の垂直断面図である。 例示的な固体電池の垂直断面図である。 [0017]基板の上表面に沿って終端する水分バリアを含む例示的な固体電池の上面外観図である。 [0018]図４Ａに示す例示的な固体電池の底面外観図である。 [0019]図４Ａに示す例示的な固体電池の垂直断面図である。 [0020]基板の側表面に沿って終端する水分バリアを含む例示的な固体電池の上面外観図である。 [0021]図５Ａに示す例示的な固体電池の底面外観図である。 [0022]図５Ａに示す例示的な固体電池の垂直断面図である。 [0023]例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 [0024]例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 例示的な実施形態による、封止型固体電池およびその電池を実装するフリップチップを製作する段階を示す図である。 [0025]封止型固体電池を製作するための例示的な方法の流れ図である。

[0026] 以下の詳細な説明においては、本明細書の一部を形成する添付の図を参照する。図においては、文脈において特段言及されない限り、同様の記号は、通常、同様の構成要素を同一に見なす。詳細な説明に記載する例示的な実施形態、図、および特許請求の範囲は、限定することを意味するものではない。本明細書に提示する主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用可能であり、他の変更形態が作成可能である。本明細書に全体的に説明し、図に示す本開示の態様は、幅広い多様な異なる構成で、構成可能、置換可能、組合せ可能、分離可能、および設計可能であることは容易に理解され、それらのすべてが、本明細書に明示的に企図されている。

Ｉ．概観
[0027] 電気化学電池は、電解質のそれぞれの表面に配置される電極（カソードおよび電極）を含むことができる。電極および電解質はそれぞれ、基板上に配設される積層された構造体を作製するために互いの上面に成層可能な固体膜とすることができる。ポリマー封止剤材料が、電池スタックの上および周囲に塗布され得、水分バリアが、封止剤材料の上に形成されて、それによって、水分が電池に到達するのを防止することができる。カソードおよびアノードに電気的に結合される導電性端子がそれぞれ、基板の第２の側に形成可能である。したがって、電池は、対応する実装パッドにフリップチップ実装され、それによって、電池からの電力を受け取ることができる他の電子部に接続され得る。

[0028] 積層されたカソード、電解質、およびアノードは、ポリマー封止剤材料によって包囲可能であり、このポリマー封止剤材料は、封止剤材料と基板との間の電池を封入するように、電池層においておよび周囲に形状適応する（conform）。次いで、水分バリアが、ポリマー封止剤材料の上に塗布されて、水分が、積層された電池層および封止剤材料に到達するのを抑制することができる。このようにして形成された封止型電池は、水分および／または汚染物質の有害効果に対して、十分に抵抗性がある。封止型電池はまた、パリレンまたは別の材料の形状適応性層など、生体適合性材料でコーティングされるデバイスに一体化され得、生物学的環境において使用され得る。例として、封止型電池は、身体に装着可能なデバイスまたは移植可能なデバイスにおいて使用され得る。いくつかの場合においては、開示された電池は、共通の基板上の電極および電解質膜をパターニングすることによってバルクで製作され得る。基板は、各電極を基板の反対側のそれぞれの導電性端子に電気的に結合する導電性ビアを含むことができる。

[0029] 次いで、電池セルを上に含む基板は、ダイシングされて、個々の電池セルに分離することが可能であり、個々の電池は、積層された電池層の上および周囲に封止剤材料を塗布することによって封止可能である。次いで、封止された電池は、実装パッドを対応する導電性の端子またはトレースにボンディングすることによって他の電子部に接続するようにフリップチップ実装可能であり、この端子またはトレースは、電子部への電気的接続を提供する。次いで、実装された電池は、接続された電子部に電力を供給することができる。いくつかの場合においては、封止された電池は、身体に装着可能なデバイスまたは移植可能なデバイスに組み込まれていてもよく、そのようなデバイスの中の電子部に電力供給するのに使用され得る。そのような用途においては、固体電池の製作は、デバイスの中の他の電子部の製作とは隔離され得、そのことにより、そのような他の電子部を、薄膜電池製作と関連の制約なしに製作することが可能になる。

[0030] 例として、電池の製作には、カソード材料を結晶化させるために、約８００℃などの比較的高い温度でのアニーリングが必要である場合があり、または電池基板は、様々な段階において、過酷な溶剤（harsh solvent）を用いて洗い流される場合がある。そのため、電池が他の電子部（たとえば、チップ、センサ、アンテナなど）と同じ基板において直接、組み立てられた場合、材料の選定および／または処理順序は、電池製作の順守（たとえば、高い温度、過酷な溶剤など）の必要性によって制約されることになる。他のファクタの中でも特に、そのような制限は、たとえば、８００℃に耐えることができる基板材料の選定につながる可能性がある。しかしながら、本明細書に説明する電池は、対応する実装パッド上にフリップチップボンディングすることによってデバイスに一体化可能であるので、電池以外のデバイスの中のすべての電子部は、そのような制限なしに製作可能である。したがって、そのような他の電子部が上に配設される基板は、電池自体の微細加工において用いられる温度および／または溶剤を順守する必要がない。例として、残りの電子部を支持するための基板は、ポリマー材料など、電池製作に通常は使用されない基板（たとえば、パリレンまたはポリアミドの基板）とすることができる。加えて、電池の製作は、単一の一連の堆積動作で、共通の基板上に多数の電池を同時に製作することによってバルクで行われ得る。次いで、電池を上に形成した共通の基板は、ダイシングされて、個々の電池に分離することができる。結果として、設計フレキシビリティの促進を提供することに加えて、開示された電池は、製作の効率性の向上と費用の低減も提示する。

[0031] 完全に組み立てられた電池は、厚さ１００マイクロメートル未満とすることができる。たとえば、カソード、電解質、およびアノードの層はそれぞれ、厚さ約２〜３マイクロメートルとすることができ、したがって、電池スタックは、総厚が、約６〜１０マイクロメートルとすることができる。例として、カソードは、リチウムコバルト酸化物または類似の材料の堆積層を含むことができ、電解質は、リチウムリン酸窒化物の堆積層を含むことができ、アノードは、蒸着リチウム金属の層を含むことができる。電池スタックを一方の側に配設し、導電性実装パッドを他方の側に配設した基板は、厚さ約２０〜４０マイクロメートルとすることができる。そのような基板は、たとえば、所望の厚さまで研磨されるシリコンチップであってよい。最終的には、封止剤層および／または水分バリアは、厚さが約１０〜３０マイクロメートルとすることができる。そのため、組み立てられた電池は、生物学的宿主の身体に装着される、または生物学的宿主内に移植されるなど、水分に曝される環境において使用するのによく適していることができる。いくつかの用途においては、大きさ／重量の制約に関係するファクタに加えて、様々な層の総厚（および他の寸法変数）が、目標エネルギー貯蔵容量および／または給電を提供するために、一部選定され得る。

[0032] いくつかの例においては、開示された電池は、コンタクトレンズに類似する眼球に装着可能なデバイスに含められ得る。電池は、眼球に装着可能なデバイスの中の様々な生体相互作用（bio-interactive）電子部に電力供給するのに使用可能である。たとえば、眼球に装着可能なデバイスは、涙液の特性を測定するためのセンサを含むことができる。封止された電池は、基板材料上の追加の電子部に接続する導電性パッドにフリップチップ実装可能である。その基板は、眼球表面に装着されるように形成されるポリマー材料内に埋込み可能である。コンタクトレンズデバイスは、涙液検体濃度の測定結果を取得するようにセンサを動作させ、次いで、アンテナを使用して、その結果を外部リーダに伝えるように構成され得る。例として、制御チップが、電池、アンテナ、およびセンサに接続されてよく、それらのすべてが、コンタクトレンズのポリマー材料に埋め込まれる基板に配設されてよい。チップは、（ｉ）電池から電力を受け取り、（ｉｉ）測定結果を取得するようにセンサを動作させ、（ｉｉｉ）その測定結果を、アンテナを使用して伝えるように構成可能である。

[0033] そのような眼球に装着可能なデバイス（または他の身体に装着可能なデバイス）の中のセンサは、涙液の検体濃度の測定結果を取得するための電気化学センサであってよい。電気化学センサは、涙液に曝される作用電極および参照電極（または対電極）を含むことができる。測定中、作用電極は、涙液の中の検体が作用電極において電気化学反応を受けることになるように、参照電極に対して充電可能である。それらの反応は、結果的には、検体が作用電極において電気化学的に消費されることに起因して、電極間のアンペロメトリック電流（amperometric current）を招く。したがって、電流は、涙液の検体濃度の表示を提供する。制御チップはまた、アンペロメトリック電流の表示など、センサ測定結果をワイヤレスで伝えるようにアンテナを動作させることができる。

[0034] 別の例においては、電池は、他のデバイスおよび／または用途の中の電子部に電力供給するのに使用され得る。開示された封止型固体電池は、たとえば、大きさおよび／または重量の制約を伴う用途（たとえば、厚さが１ミリメートル未満のデバイス）において使用され得る。例には、環境センサ、移植可能なデバイス、または他の電子部が含まれ得る。小型センサが、エアフォイルに結合され、粒子濃度、温度、または空気品質に関係する他の測定結果の相異なる場所からの測定結果を取得するために分散され得る。いくつかの事例においては、センサまたは他のデバイスは、様々な表面に貼付可能な、ステッカに類似する、付着性基板に一体化され得る。そのような付着性電子デバイスは、たとえば、空気品質測定、または付着性デバイスを自分の衣類および／または身体に着用している人に経験される他の安全関係の測定を容易にするのに使用され得る。付着性デバイスはまた、物品に貼付され、付着性デバイスにおいて一体化される電池によって電力供給されるアクティブＲＦＩＤチップを提供することによって、小包、または車両などの識別を容易にするのにも使用され得る。封止型固体電池については、多くの他の例示的な用途が可能である。

ＩＩ．例示的な身体に装着可能な電子部プラットフォーム
[0035] 図１は、外部リーダ１８０とワイヤレスで通じている身体に装着可能なデバイス１１０を含むシステム１００のブロック略図である。身体装着可能なデバイス１１０は、身体表面に取り付けられるように形成されるポリマー材料１２０で作られている。例として、ポリマー材料１２０は、眼球の角膜の表面に接触装着されるように形成され得る。基板１３０が、電源１４０、コントローラ１５０、生体相互作用電子部１６０、および通信アンテナ１７０などの電子構成要素についての実装場所を提供するために、ポリマー材料１２０に埋め込まれる。生体相互作用電子部１６０は、コントローラ１５０によって動作する。電源１４０は、作動電圧をコントローラ１５０および／または生体相互作用電子部１６０に供給する。アンテナ１７０は、身体に装着可能なデバイス１１０におよび／または身体に装着可能なデバイス１１０から、情報を伝えるようにコントローラ１５０によって動作する。アンテナ１７０、コントローラ１５０、電源１４０、および生体相互作用電子部１６０はすべて、埋め込まれた基板１３０において位置付けられ得る。身体に装着可能なデバイスが、コンタクトレンズと同様に眼球の接触装着されるように構成されている用途においては、それを、本明細書において眼科用電子部プラットフォームと称すこともできる。

Ａ．ポリマー材料
[0036] ポリマー材料１２０は、所望の身体装着場所と相互に面する（interface）ように構成されている外表面を含むように形状付けられ得る。たとえば、ポリマー材料１２０は、歯に装着可能な表面、頭部に装着可能な表面、耳に装着可能な表面、皮膚に装着可能な表面、および眼球に装着可能な表面などを含むことができる。身体に装着可能なデバイス１１０はまた、移植可能な構成を含む、生体内の試料体液にアクセスするように、他の身体場所に装着されるように構成されたフォームファクタで実装され得る。たとえば、ポリマー材料１２０は、平滑であってよく、デバイス１１０が皮膚の下および／または皮膚の中に移植される用途に適している生体適合性コーティングを含んでよい。ポリマー材料１２０は、電子部をデバイス１１０内に部分的または全体的に封入することができる。いくつかの例においては、身体に装着可能なデバイス１１０は、歯、皮膚表面、粘膜に、皮下領域上に、間質領域内に、または生体内体液検体濃度が測定され得る別の領域において、装着されるように構成された装着表面を含むことができる。

[0037] 眼球に接触装着し易くするために、ポリマー材料１２０は、（たとえば、角膜の表面をコーティングする涙液膜による毛細管力によって）湿った角膜の表面に付着（「装着」）するように構成された凹表面を有することができる。追加としてまたは代替として、身体に装着可能なデバイス１１０は、凹湾曲に起因する、角膜の表面とポリマー材料との間の真空力によって付着可能である。眼球に対して凹表面を装着させる一方、ポリマー材料１２０の外向きの表面は、身体に装着可能なデバイス１１０が眼球に装着される間の眼瞼の動きを妨げないように形成される凸状湾曲を有することができる。たとえば、ポリマー材料１２０は、コンタクトレンズと同様に形状付けられた実質的に透明な湾曲したポリマー円盤とすることができる。

[0038] ポリマー材料１２０は、コンタクトレンズ、または角膜の表面と直接的な接触を伴う他の眼科用用途に使用するのに採用されるものなど、１つまたは複数の生体適合性材料を含むことができる。ポリマー材料１２０は、任意選択により、そのような生体適合性材料から一部形成可能であり、またはそのような生体適合性材料による外部コーティングを含むことができる。ポリマー材料１２０は、ヒドロゲルなどの角膜の表面に潤いを与えるように構成された材料を含むことができる。いくつかの実施形態においては、ポリマー材料１２０は、着用者の快適さを向上させる変形可能な（「非剛性の」）材料とすることができる。いくつかの実施形態においては、ポリマー材料１２０は、（たとえば、視力矯正用途についての）所定の視力矯正屈折力を提供するように形状付けられ得る。

Ｂ．基板
[0039] 基板１３０は、生体相互作用電子部１６０、コントローラ１５０、電源１４０、およびアンテナ１７０を実装するのに適している１つまたは複数の表面を含む。基板１３０は、（たとえば、基板１３０においてパターニングされる導電性端子に対するフリップチップ実装による）チップベースの回路機構のための実装プラットフォームとして、および／または導電性材料（たとえば、金、白金、パラジウム、チタン、銅、アルミニウム、銀、金属、他の導電性材料、これらの組合せなど）をパターニングするためのプラットフォームとしての両方に使用されて、電極、相互接続部、接続パッド、アンテナなどを作製することができる。いくつかの例においては、実質的に透明な導電性材料（たとえば、インジウムスズ酸化物）が、回路機構、電極などを形成するために、基板１３０においてパターニングされ得る。たとえば、アンテナ１７０は、堆積、フォトリソグラフィ、電気めっきなどによって、基板１３０において金または別の導電性材料のパターンを形成することによって製作可能である。同様に、コントローラ１５０と生体相互作用電子部１６０との間、およびコントローラ１５０とアンテナ１７０との間の相互接続部１５１、１５７はそれぞれ、基板１３０において導電性材料の適切なパターンを堆積させることによって形成可能である。フォトレジスト、マスク、堆積の技法、および／または電気めっき技法の使用を含むが、これらに限定されない微細加工技法の組合せが、基板１３０においてそのような材料をパターニングするのに採用可能である。

[0040] 基板１３０は、ポリマー材料１２０内で回路機構および／もしくはチップベースの電子部を構造的に支持するように構成された、ポリエチレンテレフタレート（「PET」）、パリレン、ならびに／または別の材料など、比較的剛性の材料とすることができる。身体に装着可能なデバイス１１０は、代替として、単一の基板ではなく、接続されていない基板群とともに構成されてもよい。たとえば、コントローラ１５０、および生体相互作用電子部１６０に含められるセンサが、ある基板に実装可能であり、一方、アンテナ１７０が、別の基板に実装され、この２つは、相互接続１５７を介して電気的に接続可能である。別の例においては、たとえば、例として、身体に装着可能なデバイス１１０の周囲にそれぞれの半径において円周方向に回り込み（wrap around）、並列および／または直列で接続される、複数の巻線にアンテナ１７０が分割される実施形態など、基板１３０は、アンテナ１７０の分離し、重なったコイル状の部分をそれぞれが支持する別個の区画を含むことができる。個々の巻線の、互いに対する移動を容易にし、それによって、身体に装着可能なデバイス１１０の可撓性を向上させ、アンテナの拘束または他の変形を防止するのを助けるために、個々の巻線はそれぞれ、基板１３０の分離した部分に実装され得る。

[0041] 眼球に装着可能な用途においては、基板１３０（およびその上にある生体相互作用電子部１６０）は、デバイス１１０のエリアから離れて位置決め可能であり、光は、それを通して瞳（たとえば、デバイスの中心）に透過される。したがって、基板１３０は、眼球の中央の光感受性領域に対する光透過性への干渉を回避することができる。たとえば、眼球に装着可能なデバイス１１０が凹湾曲円盤として形状付けられる場合、基板１３０は、円盤の辺縁の周囲に（たとえば、外周の近くに）埋込み可能である。しかしながら、いくつかの例においては、生体相互作用電子部１６０（および基板１３０）は、眼球に装着可能なデバイス１１０の中央領域の中または近くに位置決め可能である。追加としてまたは代替として、生体相互作用電子部１６０および／または基板１３０は、眼球に対する光透過への干渉を軽減するために、入ってくる可視光に実質的に透明とすることができる。その上、いくつかの実施形態においては、生体相互作用電子部１６０は、ディスプレイ命令に従って、眼球に受け取られることになる光を放出および／または透過する画素アレイ１６４を含むことができる。したがって、生体相互作用電子部１６０は、任意選択により、たとえば画素アレイ１６４において情報（たとえば、文字、記号、点滅するパターンなど）を表示することによって、眼球に装着可能なデバイスの着用者に対する知覚可能な視覚的合図を生成するように位置決め可能である。

[0042] 基板１３０の寸法は、様々なファクタに依存し得る。例として、眼球に装着可能な用途においては、基板１３０は、埋め込まれた電子部構成要素のための実装プラットフォームを提供するのに十分な半径方向の幅寸法を有する平坦化されたリングとして形状付け可能である。基板１３０は、眼球に装着可能なデバイスの輪郭に影響をもたらすことなく、基板１３０をポリマー材料１２０に埋め込むことができるように十分に小さい厚さとすることができる。基板１３０は、その上に実装される電子部を支持するのに適している構造的安定性を提供するように十分に大きい厚さとすることができる。たとえば、基板１３０は、直径約１０ミリメートル、半径方向幅約１ミリメートル（たとえば、内半径よりも１ミリメートル大きい外半径）、および厚さ約５０マイクロメートルのリングとして形状付けられ得る。基板１３０は、内半径および外半径を定める２つの円形リング間の仮想コーンの表面に沿って形状付けられ得る。そのような例においては、仮想コーンの表面に沿う基板１３０の表面は、眼球装着表面の湾曲とその半径においてほぼ位置合わせされる傾斜表面を定める。

Ｃ．電源
[0043] 電源１４０は、電池１４６を充電するために周囲エネルギーをハーベストする（harvest）ように構成され、次いで、この電池１４６は、ＤＣ電力１４１を供給して、コントローラ１５０および生体相互作用電子部１６０に電力供給する。たとえば、無線周波数エネルギーハーベスティングアンテナ１４２が、入射する無線放射線からエネルギーを捕捉することができる。追加としてまたは代替として、ソーラーセル（「光起電セル」）は、入ってくる紫外線、可視光、および／または赤外線の放射からエネルギーを捕捉することができる。さらには、慣性環境電力システム（inertial power scavenging system）が、身体に装着可能なデバイス１１０の動きからエネルギーを捕捉するために含められ得る。エネルギーハーベスティングアンテナ１４２は、任意選択により、外部リーダ１８０に情報を伝えるのにも使用される二重目的アンテナとすることができる。つまり、通信アンテナ１７０とエネルギーハーベスティングアンテナ１４２の機能は、同じ物理的構成要素により達成可能である。

[0044] 整流器／調整器１４４が、コントローラ１５０に供給される安定したＤＣ供給電圧１４１に対して、捕捉されたエネルギーをコンディショニングするのに使用され得る。たとえば、エネルギーハーベスティングアンテナ１４２は、入射する無線周波数放射線を受け取ることができる。アンテナ１４２のリード上の変動電気信号は、整流器／調整器１４４に出力される。整流器／調整器１４４は、変動電気信号をＤＣ電圧に整流し、整流されたＤＣ電圧を、電池１４６を充電するのに適しているレベルに調整する。デバイス１１０の動作中、電池１４６は、ＤＣ電力１４１をコントローラ１５０および他の埋め込まれた電子部１６０に供給することができ、それにより、電池１４６は放電される。したがって、電池１４６は、カソードおよびアノードのそれぞれの化学エネルギー状態に従ってエネルギーを貯蔵する再充電可能な電気化学セルとすることができる。電池は、リチウムリン酸窒化物（LIPON）など、固体電解質を含むことができる。そのような例においては、電池は、カソード材料、電解質材料、およびアノード材料の膜を互いの上に成層することによって形成され得る。身体に装着可能なデバイス１１０に一体化可能な固体電池の追加の例については、後述する。

Ｄ．コントローラおよび生体相互作用電子部
[0045] コントローラ１５０は、ＤＣ供給電圧１４１が、コントローラ１５０に供給されるとき、オンにされ得、コントローラ１５０の中の論理部は、生体相互作用電子部１６０およびアンテナ１７０を動作させる。コントローラ１５０は、身体に装着可能なデバイス１１０の生物学的環境と相互作用するよう生体相互作用電子部１６０を動作させるように構成された論理回路機構を含むことができる。例として、検体生体センサ１６２など、１つまたは複数の構成要素が、生物学的環境から入力を取得するのに使用され得る。追加としてまたは代替として、画素アレイ１６４など、１つまたは複数の構成要素が、生物学的環境に出力を提供するのに使用され得る。

[0046] １つの例においては、コントローラ１５０は、検体生体センサ１６２を動作させるように構成されているセンサインターフェースモジュール１５２を含む。検体生体センサ１６２は、たとえば、作用電極および参照電極を含むアンペロメトリック電気化学センサとすることができる。検体が、作用電極において電気化学反応（たとえば、還元反応および／または酸化反応）を受けるように、作用電極と参照電極との間に電圧が印加され得る。電気化学反応は、作用電極を通して測定され得るアンペロメトリック電流を発生させる。アンペロメトリック電流は、電気化学反応速度に関係し、この電気化学反応速度は、検体濃度に関係する。したがって、作用電極を通して測定されるアンペロメトリック電流は、検体濃度の表示を提供することができる。いくつかの実施形態においては、センサインターフェースモジュール１５２は、作用電極を通して電流を測定する一方、作用電極と参照電極との間の電圧を印加するように構成されたポテンシオスタットとすることができる。

[0047] いくつかの事例においては、１つまたは複数の特定の検体に電気化学センサを感作させるために、試薬が含められる場合がある。たとえば、作用電極の近位にあるグルコースオキシダーゼ（「GOx」）の層が、グルコース酸化に触媒作用を及ぼして、過酸化水素（H₂O₂）を生成することができる。次いで、過酸化水素は、作用電極において電子酸化され得、それにより、作用電極に電子が放出され、その結果、作用電極を通して測定され得るアンペロメトリック電流が生じる。これらの反応を以下に示す。

[0048] 還元反応または酸化反応のいずれかによって生成される電流は、電気化学反応速度にほぼ比例する。さらには、反応速度は、試薬を通して直接的にかまたは触媒的にかのいずれかで反応を促進するための、電気化学センサ電極に到達する検体分子の速度に依存している。定常状態においては、検体分子は、追加の検体分子が、サンプリングされた領域に拡散するのとほぼ同じ速度で、電気化学センサ電極に拡散し、反応速度は、検体分子の濃度にほぼ比例する。したがって、作用電極を通して測定される電流は、検体濃度の表示を提供する。

[0049] コントローラ１５０は、任意選択により、画素アレイ１６４を動作させるためのディスプレイドライバモジュール１５４を含むことができる。画素アレイ１６４は、行および列で構成される、別個にプログラム可能な光透過、光反射、および／または光放射の画素アレイとすることができる。個々の画素回路は、任意選択により、ディスプレイドライバモジュール１５４からの情報に従って、選択的に光を透過する、反射する、および／または放射するための液晶技術、微小電気機械技術、放射性ダイオード技術などを含むことができる。そのような画素アレイ１６４はまた、任意選択により、視覚コンテンツをカラーでレンダリングするために、複数のカラーの画素（たとえば、赤、緑、および青の画素）を含むことができる。ディスプレイドライバモジュール１５４は、たとえば、画素アレイ１６４の中の別個にプログラミングされた画素にプログラミング情報を提供する１つまたは複数のデータライン、およびそのようなプログラミング情報を受け取るために画素群を設定するための１つまたは複数のアドレッシングラインを含むことができる。眼球に位置付けられるそのような画素アレイ１６４はまた、光を眼球によって知覚できる焦点面に方向付けるために、１つまたは複数のレンズに関連付けられ得る。

[0050] コントローラ１５０はまた、アンテナ１７０を介して情報を送信および／または受信するための通信回路１５６を含むことができる。通信回路１５６は、アンテナ１７０によって送信および／または受信されることになる搬送波周波数に関する情報を変調および／または復調するために、任意選択により、１つまたは複数の発振器、混合器、周波数インジェクタなどを含むことができる。いくつかの例においては、身体に装着可能なデバイス１１０は、外部リーダ１８０によって知覚できる方式で、アンテナ１７０のインピーダンスを変調することによって、生体センサからの出力を示すように構成されている。たとえば、通信回路１５６は、アンテナ１７０からの後方散乱放射線の振幅、位相、および／または周波数の変動を引き起こす場合があり、そのような変動は、リーダ１８０によって検出可能である。

[0051] コントローラ１５０は、相互接続部１５１を介して、生体相互作用電子部１６０に接続される。たとえば、コントローラ１５０が、センサインターフェースモジュール１５２および／またはディスプレイドライバモジュール１５４を形成するために集積回路に実装される論理素子を含む場合、パターニングされた導電性材料（たとえば、金、白金、パラジウム、チタン、銅、アルミニウム、銀、金属、これらの組合せなど）が、チップ上の端子を生体相互作用電子部１６０に接続することができる。同様に、コントローラ１５０は、相互接続部１５７を介してアンテナ１７０に接続される。

[0052] 図１に示すブロック略図については、説明の便宜上、機能モジュールに関連して説明していることが分かる。しかしながら、身体に装着可能なデバイス１１０の実施形態は、単一のチップ、集積回路、および／または物理的構成要素において実装される機能モジュール（「サブシステム」）のうちの１つまたは複数とともに構成可能である。たとえば、整流器／調整器１４４が、電源ブロック１４０の中に示されているが、整流器／調整器１４４が、コントローラ１５０の論理素子、および身体に装着可能なデバイス１１０の中の埋め込まれた電子部の他の特徴もやはり含むチップにおいて実装可能である。したがって、電源１４０からコントローラ１５０に提供されるＤＣ供給電圧１４１は、同じチップにおいて置かれた整流器および／または調整器の構成要素によってチップ上の構成要素に提供される供給電圧とすることができる。つまり、電源ブロック１４０およびコントローラブロック１５０として示す図１における機能ブロックは、物理的に分離したモジュールとして実装される必要はない。その上、図１に説明する機能モジュールのうちの１つまたは複数は、互いに電気的に接続される別個にパッケージ化されたチップによって実装可能である。

[0053] 追加としてまたは代替として、エネルギーハーベスティングアンテナ１４２および通信アンテナ１７０は、同じ物理アンテナを用いて実装可能である。たとえば、ループアンテナが、発電に向けて入射する放射線をハーベストすることと、後方散乱放射線を介して情報を伝えることとの両方を行うことができる。

Ｅ．リーダ
[0054] 外部リーダ１８０は、身体に装着可能なデバイス１１０との間でワイヤレス信号１７１を送信および受信するためのアンテナ１８８（または複数のアンテナ群）を含む。外部リーダ１８０はまた、メモリ１８２と通じているプロセッサ１８６を備えるコンピューティングシステムを含む。メモリ１８２は、プロセッサ１８６によって読取り可能な磁気ディスク、光学ディスク、有機メモリ、および／または任意の他の揮発性（たとえば、RAM）もしくは不揮発性（たとえば、ROM）ストレージシステムを含むことができるが、これらに限定されない非一時的コンピュータ可読媒体とすることができる。メモリ１８２は、（たとえば、検体生体センサ１６２からの）センサ読取り値、（たとえば、身体に装着可能なデバイス１１０および／または外部リーダ１８０の挙動を調節するための）プログラム設定値など、データ表示を記憶するためのデータストレージ１８３を含むことができる。メモリ１８２はまた、プロセッサ１８６によって実行するためのプログラム命令１８４を含むことができ、このプログラム命令１８４は、外部リーダ１８０に、命令１８４によって指定される方法を実行させる。たとえば、プログラム命令１８４は、外部リーダ１８０に、身体に装着可能なデバイス１１０から伝えられる情報（たとえば、検体生体センサ１６２からのセンサ出力）を取り出すことを可能にするユーザインターフェースを提供させることができる。外部リーダ１８０はまた、身体に装着可能なデバイス１１０との間でワイヤレス信号１７１を送信および受信するようにアンテナ１８８を動作させるための１つまたは複数のハードウェア構成要素を含むことができる。たとえば、発振器、周波数インジェクタ、エンコーダ、デコーダ、増幅器、フィルタなどが、プロセッサ１８６からの命令に従って、アンテナ１８８を駆動させることができる。

[0055] 外部リーダ１８０は、スマートフォン、デジタルアシスタント、またはワイヤレス通信リンク１７１を提供するのに十分なワイヤレス接続性を有する他のポータブルコンピューティングデバイスとすることができる。外部リーダ１８０また、たとえば通信リンク１７１がポータブルコンピューティングデバイスにおいて一般には採用されない搬送波周波数において動作する例においては、ポータブルコンピューティングデバイスにプラグインされ得るアンテナモジュールとして実装可能である。いくつかの事例においては、外部リーダ１８０は、ワイヤレス通信リンク１７１が低電力バジェットにより動作することを可能にするために、着用者の眼球の比較的近くで着用されるように構成された専用デバイスである。たとえば、外部リーダ１８０は、ネックレス、イヤリングなどの宝石類に、または帽子、ヘッドバンド、スカーフ、眼鏡など、頭部近くで着用される衣類、もしくはアクセサリに一体化され得る。

[0056] いくつかの実施形態においては、システム１００は、身体に装着可能なデバイス１１０に非連続的に（「間欠的に」）エネルギーを供給して、コントローラ１５０およびセンサ電子部１６０に電力供給するように動作することができる。たとえば、無線周波数放射線１７１が、供給されて、センサ電子部１６０を動作させ、そのような動作の結果を伝えるために十分長く、身体に装着可能なデバイス１１０に電力供給することができる。そのような例においては、供給された無線周波数放射線１７１は、フィードバック（たとえば、センサ測定結果）を要求するための、外部リーダ１８０から身体に装着可能なデバイス１１０への呼掛け信号（interrogation signal）と見なされ得る。身体に装着可能なデバイス１１０に定期的に呼び掛けることによって（たとえば、無線周波数放射線１７１を供給して、一時的にデバイスをオンにすることによって）、外部リーダ１８０は、身体に装着可能なデバイス１１０に連続的に電力供給せずに、センサ電子部１６０から経時的に測定結果（または他のフィードバック）の組を蓄積することができる。

Ｆ．例示的な動作
[0057] 実際には、電源１４０は、エネルギーハーベスティングアンテナ１４２および整流器／調整器１４４を使用して、受け取った無線周波数放射線からのエネルギーをハーベストするように機能することができ、ハーベストされたエネルギーは、電池１４６を充電するのに使用され得る。たとえば、無線周波数放射線は、アンテナ１４２のリード上の無線周波数電気信号を引き起こす場合がある。整流器１４６は、アンテナリードに接続されて、無線周波数電気信号をＤＣ電圧に変換することができ、このＤＣ電圧は、電池１４６に印加されて、充電電流を生み出すことができる。次いで、電池１４６は、供給電圧（すなわち、ＤＣ電力１４１）を出力して、コントローラ１５０のハードウェア論理部を動作させ、また電気化学センサ１６２に電力供給することができる。ＤＣ供給電圧１４１は、ほぼ１．２ボルト、ほぼ３ボルトなど、デジタル論理回路機構を駆動させるのに適している電圧とすることができる。いくつかの例においては、外部リーダ１８０（または周囲放射線など、別のソース）から無線周波数放射線を受け取ることにより、供給電圧１４１は、センサ１６２、およびコントローラ１５０のハードウェア論理部に供給されることになり、それによって、身体に装着可能なデバイス１１０がアクティブ化される。電力供給される一方、センサ１６２、およびコントローラ１５０のセンサインターフェース１５２は、検体濃度を示す電流を生成し、測定するように、およびその結果を伝えるように構成されている。

[0058] 外部リーダ１８０は、（たとえば、ルックアップテーブル、較正情報などを使用して、アンテナ１７０のインピーダンスをセンサ１６２からの出力に関連付けるあらかじめプログラミングされた関係に従って）後方散乱信号１７１をセンサ結果に関連付ける。次いで、リーダ１８０は、ローカルメモリおよび／または（たとえば、ネットワークを通じて通信することによって）外部データストレージに、示されたセンサ結果（たとえば、検体濃度値）を記憶することができる。

[0059] いくつかの実施形態においては、別個の機能ブロックとして示す特徴のうちの１つまたは複数が、単一のチップにおいて実装され（「パッケージ化され」）得る。たとえば、身体に装着可能なデバイス１１０は、整流器１４４、電圧調整器、センサインターフェース１５２、および単一のチップまたはコントローラモジュールにおいて一緒にパッケージ化される他のハードウェア論理部とともに実装可能である。いくつかの場合においては、電池１４６は、電池１４６が、その上にフリップチップ実装され得る実装パッドにより終端する導電性トレースを介してそのようなチップに電気的に結合され得る。コントローラチップはまた、ループアンテナ７０に接続される相互接続部（「リード」）を有することができ、検体生体センサ１６２が配設され、それは、たとえば、導電性実装パッドの上にフリップチップ実装されるセンサチップにおいて配設され得る。そのようなコントローラは、ループアンテナ１７０において受け取ったエネルギーをハーベストするように、アンペロメトリック電流を発現させるのに十分なセンサ１６２の電極間の電圧を印加するように、アンペロメトリック電流を測定するように、およびアンテナ１７０を介して（たとえば、後方散乱放射線１７１を通じて）、測定された電流を示すように動作する。

Ｇ．例示的な眼球に装着可能な電子部プラットフォーム
[0060] 図２Ａは、例示的な眼球に装着可能なデバイス２１０（または眼科用電子部プラットフォーム）の上面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す例示的な眼球に装着可能なデバイスの外観図である。図２Ａおよび図２Ｂの相対的な寸法は、必ずしも、縮尺通りとは限らず、例示的なデバイス２１０の構成を記載する際の単なる説明の目的として提供されているにすぎないことが分かる。眼球に装着可能なデバイス２１０は、湾曲した円盤として形状付けられるポリマー材料２２０から形成可能である。眼球に装着可能なデバイス２１０は、ポリマー材料２２０に埋め込まれている基板２３０において実装されたループアンテナ２７０、コントローラ２５０、および電気化学電池２６０を含む。眼球に装着可能なデバイス２１０はまた、デバイス２１０を包囲する涙液膜の検体濃度の測定結果を取得するのに使用される電気化学センサを含むことができる。

[0061] ポリマー材料２２０は、眼球に装着可能なデバイス２１０が眼球に装着される間、入射する光が眼球に透過できるようにする実質的に透明な材料とすることができる。ポリマー材料２２０は、ポリエチレンテレフタレート（「PET」）、ポリメチルメタクリレート（「PMMA」）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート（「polyHEMA」）、シリコーンヒドロゲル、これらの組合せなど、検眼における視力矯正および／または美容のコンタクトレンズを形成するのに採用されるものに類似する生体適合性材料とすることができる。ポリマー材料２２０は、一方の側が、眼球の角膜の表面の上に嵌まるのに適している凹表面２２６を有して形成可能である。円盤の反対側は、眼球に装着可能なデバイス２１０が眼球に装着される間の眼瞼の動きを妨げない凸表面２２４を有することができる。円形外側側縁部２２８は、凹表面２２６と凸表面２２４とをつなぐ。ポリマー材料２２０は、多様なやり方で、湾曲した形状を伴って形成され得る。たとえば、熱成形、射出成形、回転鋳造など、視力矯正コンタクトレンズを形成するのに採用されるものに類似する技法が、ポリマー材料２２０を形成するのに採用され得る。

[0062] 眼球に装着可能なデバイス２１０は、直径がほぼ１センチメートル、および厚さが約０．１〜約０．５ミリメートルなど、視力矯正および／または美容のコンタクトレンズに類似する寸法を有することができる。しかしながら、これらの直径および厚さの値は、単に例示目的として提供されているにすぎない。いくつかの実施形態においては、眼球に装着可能なデバイス２１０の寸法は、ポリマー材料２２０に埋め込まれる１つまたは複数の構成要素を収容するために、および／あるいは目標光学補正を達成するために、着用者の眼球の角膜の表面の大きさおよび／または形状に従って選定され得る。

[0063] 眼球に装着可能なデバイス２１０が眼球に装着される間、凹表面２２６は、角膜の表面に向かって内側に向くが、凸表面２２４は、周囲環境へと外側に向く。そのため、凸表面２２４は、眼球に装着可能なデバイス２１０の外側の上表面と見なすことができるのに対して、凹表面２２６は、内側の底表面と見なすことができる。図２Ａに示す「上面」図は、凸表面２２４に向いた図である。

[0064] 基板２３０は、中央領域２２１から離れて、ポリマー材料２２０の外側辺縁２２２に沿って位置付けられるようにポリマー材料２２０に埋込み可能である。基板２３０は、平坦な、円形リング（たとえば、中央穴のある円盤）として形状付けられ得る。（たとえば、半径方向幅に沿って）基板２３０の平坦な表面が、（たとえば、フリップチップ実装により）チップなどの電子部を実装するためのプラットフォーム、ならびに（たとえば、フォトリソグラフィ、堆積、めっきなどの微細加工技法により）導電性材料をパターニングするためのプラットフォームとして機能して、電極、アンテナ、実装パッド、および／または相互接続部を形成する。基板２３０とポリマー材料２２０はともに、共通の中央軸を中心にしてほぼ円筒形に対称とすることができる。基板２３０は、たとえば、直径が約１０ミリメートル、半径方向幅が約１ミリメートル（たとえば、内半径よりも１ミリ大きい外半径）、および厚さが約５０マイクロメートルとすることができる。しかしながら、これらの寸法は、単なる例示目的として提供されているにすぎず、本開示をいかなる形でも限定しない。基板２３０は、上記図１に関連して基板１３０の議論に類似する、多様な相異なるフォームファクタをとるように実装され得る。

[0065] コントローラ２５０は、電気化学センサおよびループアンテナ１７０を動作させるように構成された論理素子を含むチップとすることができる。コントローラチップ２５０（および基板２３０上の任意の他の電子部）は、電池２６０から電力を受け取ることができる。コントローラ２５０は、基板２３０においてやはり位置付けられた相互接続部２５７によってループアンテナ２７０に電気的に接続される。同様に、コントローラ２５０は、相互接続部２５１によって電池２６０に電気的に接続される。相互接続部２５１、２５７、ループアンテナ２７０、およびセンサ２６０に含められる導電性電極は、堆積、フォトリソグラフィなど、そのような材料を精密にパターニングするための方法によって基板２３０においてパターニングされる導電性材料から形成され得る。電池２６０をチップ２５０に電気的に結合する相互接続部２５１は、１対の導電性実装パッドにより終端するトレースを含むことができる。次いで、電池２６０は、実装パッドの上にフリップチップボンディングされて、それによって、電池２６０をデバイス２１０の中の電子部に電気的に結合することができる。基板２３０においてパターニングされる導電性材料は、たとえば、金、白金、パラジウム、チタン、炭素、アルミニウム、銅、銀、塩化銀、貴の材料から形成される導体、金属、これらの組合せなどとすることができる。

[0066] ループアンテナ２７０は、平坦な導電性リングを形成するために基板の平坦な表面に沿ってパターニングされる導電性材料の層である。いくつかの例においては、ポリマー材料の湾曲に沿う追加の可撓性を可能にするために、ループアンテナ２７０は、並列でまたは直列で一緒に電気的に接合される複数の実質的に同心の部分を含むことができる。次いで、各部分は、眼球に装着可能なデバイス２１０の凹／凸湾曲に沿って別々に撓むことができる。いくつかの例においては、ループアンテナ２７０は、完全なループを作らずに形成可能である。例として、アンテナ２７０は、図２Ａに示すように、コントローラ２５０およびセンサ２６０に場所を許容する切り欠きを有することができる。しかしながら、ループアンテナ２７０はまた、１回または複数回、基板２３０の平坦な表面の周囲に全体的に回り込む連続した導電性材料ストリップとして構成されてもよく、そのようなストリップは、所望の信号性能を達成するために、並列および／または直列で接続され得る。たとえば、複数の巻線を有する導電性材料ストリップが、基板２３０の、コントローラ２５０およびセンサ２６０とは反対の側にパターニング可能である。次いで、そのような巻かれたアンテナ（たとえば、アンテナリード）の端部間の相互接続部は、基板２３０の中をコントローラ２５０へと通すことができる。

[0067] 図２Ｃは、眼球１０の角膜の表面２２に装着される間の例示的な眼球に装着可能な電子デバイス２１０の垂直断面図である。図２Ｄは、涙液膜層４０、４２が例示的な眼球に装着可能なデバイス２１０の表面２２４、２２６を包囲していることを示すために拡大された近距離の垂直断面図である。図２Ｃおよび図２Ｄにおける相対的な寸法は、必ずしも、縮尺通りとは限らず、例示的な眼球に装着可能な電子デバイス２１０の構成を記載する際の単なる説明の目的として提供されているにすぎないことが分かる。たとえば、涙液膜層４０、４２の厚さはそれぞれ、約１０マイクロメートルとすることができるとともに、眼球に装着可能なデバイスの総厚は、約１００〜２００マイクロメートルとすることができるが、この比率は、図面に反映されていない場合がある。いくつかの外観が、例示を可能にし、説明を容易にするために誇張される。

[0068] 眼球１０は、眼球１０の上面の上に上側眼瞼３０と下側眼瞼３２とを一緒に合わせることによって覆われる角膜２０を含む。入射する光は、角膜２０を通して眼球１０に受け取られ、ここで、光は、眼球１０（たとえば、桿体視細胞および錐体視細胞など）の光感知要素に光学的に方向付けられて、視覚的知覚を刺激する。眼瞼３０、３２の動きは、眼球１０の露出した角膜の表面２２にわたって涙液膜を分散させる。涙液膜は、眼球１０を保護し、潤滑にするための涙腺によって分泌される水溶液である。眼球に装着可能なデバイス２１０が、眼球１０に装着されるとき、涙液膜は、凹表面２２４と凸表面２２６の両方を内側層４０（凹表面２２６に沿って）および外側層４２で（凸層２２４に沿って）コーティングする。涙液膜層４０、４２は、厚さが約５〜１０マイクロメートルとすることができ、合わせて約５〜１０マイクロリットルを構成することができる。

[0069] 涙液膜層４０、４２は、眼瞼３０、３２の動きによって、角膜の表面２２および／または凸表面２２４にわたって分散される。たとえば、眼瞼３０、３２は、角膜の表面２２および／または眼球に装着可能なデバイス２１０の凸表面２２４にわたって少量の涙液膜を広げるように、それぞれ上下し得る。角膜の表面２２上の涙液膜層４０はまた、凹表面２２６と角膜の表面２２との間の毛細管力によって眼球に装着可能なデバイス２１０の装着を容易にする。

[0070] 図２Ｃおよび図２Ｄにおける横断面図に示すように、基板２３０は、基板２３０の平坦な実装表面が、凸表面２２４の隣接部分にほぼ平行であるように傾斜され得る。基板２３０は、内側に向く表面２３２（ポリマー材料２２０の凹表面２２６に、より近い）および外側に向く表面２３４（凸表面２２４に、より近い）を有する平坦化されたリングとすることができる。基板２３０は、実装表面２３２、２３４のいずれか、または両方に実装される電子構成要素および／またはパターニングされた導電性材料を有することができる。図２Ｄに示すように、電気化学電池２６０、コントローラ２５０、および導電性相互接続部２５１は、外側に向く表面２３４に実装される。具体的には、電池２６０は、外側に向く表面２３４に配設される１対の導電性実装パッドにおいて実装される。実装パッドは、電池２６０上の対応する端子に位置合わせされ、そのうちの一方は、電池２６０のアノードに電気的に結合され、そのうちの他方は、電池２６０のカソードに電気的に結合される。基板２３０に位置付けられる他の電子部、電極などは、内側に向く側２３２または外側に向く側２３４のいずれかに実装され得る。その上、いくつかの実施形態においては、一部の電子構成要素が、一方の側（たとえば、２３２）において実装可能であり、一方、他の電子構成要素が、反対側（たとえば、２３４）に実装され、２つの側間の接続は、基板２３０の中を通る導電性材料を通じて行われ得る。たとえば、電気化学検体センサが、基板２３０において配設され、基板２３０においてパターニングされる相互接続部を介してコントローラ２５０に電気的に結合され得る。コントローラ２５０は、電気化学センサを使用して、電気化学センサの電極に電圧を印加すること、および作用電極を通して結果として生じるアンペロメトリック電流を監視することによって、涙液膜検体濃度の測定結果を取得することができる。次いで、コントローラ２５０は、アンテナ２７０を使用して、測定された電流を示すことができる。

[0071] 電池２６０は、２つの電極、アノードおよびカソードを含む。アノードおよびカソードは、電池２６０の充電または放電中、イオンを移動させる電解質によって分離され得る。電解質を通じたイオンの移動は、接続された回路を通じて電極間を搬送される電子によって均衡が保たれる。結果として生じる電流は、電池放電中、外部回路の中を流れる。充電動作中、電池は、外部回路から電流を流出させる。電池２６０は、基板２３０とは別個の電池基板において実装され得る。例として、電池２６０は、電池基板の一方の側にパターニングされる電解質によって介在する電極を有することができ、各電極は、電池基板の裏側の導電性パッドに接続可能である。次いで、電池２６０は、基板２３０において形成される対応する導電性パッドの上に実装され得る。他の例においては、電池が、基板２３０に直接、形成され、同じ基板上の他の電子部と相互接続され得る。

ＩＩＩ．例示的な薄膜電池
[0072] 図３Ａは、薄膜電池３００の例示的な構成を示している。図３Ｂは、薄膜電池３４０の別の例示的な構成を示している。内部構造を示すために、図３Ａおよび図３Ｂは、電池３００、３４０の横断面図を示している。図３Ａおよび図３Ｂによって示される構成は、縮尺通りには描かれておらず、理解を容易にするために提供されている。たとえば、いくつかの外観が、例示を容易にするために誇張され得る。電池３００、３４０は、検体の涙液膜濃度を検出するための眼球に装着可能なデバイス（たとえば、上記図２Ａ〜図２Ｄに関連して説明した眼球に装着可能なデバイス２１０）、身体に装着可能もしくは移植可能なデバイス、または比較的薄いフォームファクタおよび／もしくはサイズ／重量の制約を伴う別の電子デバイスに含められ得る。

[0073] 図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、電池３００、３４０は、電解質膜によって分離される電極材料の膜によって形成される固体電池であってよい。成層された膜は、堆積、蒸着、および／または他の微細加工の技法によって形成され得、各膜の組成は、特定の電池の化学的性質を提供するために選定され得る。例として、リチウムイオン固体電池においては、電解質層は、リチウムリン酸窒化物（LIPON）（たとえば、リチウムオルトリン酸塩ターゲットによりスパッタリングすることによって形成される）から形成され得、カソードは、リチウムコバルト酸化物（LiCoO₂）から形成され得、アノードは、リチウム金属から形成され得る。電極および電解質膜材料の他の例もまた可能である。加えて、２つの電極膜は、電極と外部回路との間の電流を導通するために、電解質膜の反対側に導電性層を有することができる。そのような薄膜電池は、カソードから開始する基板（図３Ａにあるような）、またはアノードから開始する基板（図３Ｂにあるような）の上に材料を成層することによって形成され得る。電池３００、３４０は、例示的な形成方法に関して後述するが、組み立てられた構成は、他の製作技法によって形成されてよく、開示される電池構成は、いずれか１つの特定の製作技法に限定されない。加えて、電池の各層の寸法の範囲および／または厚さは、所望のエネルギー貯蔵能力および／または給電能力を達成するために、少なくとも一部、選定され得る。いくつかの場合においては、本明細書に開示される電池は、約１μＡｈから約５μＡｈの間を実現するように設計され得るが、他の値もまた可能である。その上、いくつかの用途においては、１つまたは複数の電池セルが、所望のエネルギー貯蔵能力および／または給電能力を達成するために、直列または並列で互いに接続され得る。したがって、後述される例示的な層厚は、単に例示目的として提供されているにすぎない。

[0074] 図３Ａを参照すると、電池３００は、第１の側３２２および第２の側３２４を有する基板３２０において配設される。基板３２０は、シリコンウェハなどのシリコンベースの材料、あるいはマイカ基板、セラミックもしくは金属基板、またはポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリイミド、パリレン、もしくは別のプラスチック基板などのポリマー基板とすることができる。製作制約に応じて、基板３２０は、最大８００℃までの温度など、様々なアニーリング温度に対する公差に基づいて選定され得る。基板３２０は、取扱いおよび製作中に電池に構造上の安定性を提供するのに十分な厚さを有することができるが、１００マイクロメートル未満の厚さとすることができる。例として、基板は、約２０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの間の厚さまで研磨されるシリコンウェハとすることができる。いくつかの用途においては、基板３２０の厚さは、製作された電池の総厚が、たとえば、１００マイクロメートル未満になるように選定される。

[0075] カソード電流コレクタ層３０２は、基板３２０の第１の側３２２に配設可能である。いくつかの例においては、基板３２０の第１の側３２２は、汚染物質のない、所望のフォームファクタでの（たとえば、実質的に平坦な）表面を提供するために、第１の側３２２を研磨および／または洗浄することによって用意され得る。第１の側３２２は、任意選択により、絶縁膜などの保護層でコーティングされ得る。保護層が、たとえば、導電性または半導電性の基板材料に生じる可能性がある、基板３２０を通る潜在的な導通を防止するのに使用され得る。カソード電流コレクタ層３０２は、第１の側３２２の第１のエリアを占めるために（たとえば、フォトレジスト、マスクなどを使用して）所望のパターンでスパッタ堆積可能である。カソード電流コレクタ層は、チタン、コバルト、金、モリブデン、白金、パラジウム、別の金属、これらの組合せなどの導電性材料から形成され得る。カソード電流コレクタ層３０２は、厚さが約３００オングストロームから約５００オングストロームの間（すなわち、３０〜５０ナノメートル）とすることができる。

[0076] カソード材料３０４の膜は、カソード電流コレクタ層３０２の上に配設可能である。カソード材料３０４は、実質的にカソード電流コレクタ層３０２の上にのみ（たとえば、レジスト、マスクなどを用いて）存在するように（たとえば、堆積方法において）パターニングされ得る。例として、カソード電流コレクタ層３０２が第１の側３２２の特定の領域を占める場合、カソード材料３０４は、その同じ領域内に全体的に配設され得る。カソード材料３０４は、アノードから移動したリチウムイオンを還元する材料とすることができる。たとえば、カソード材料３０４は、リチウムコバルト酸化物（LiCoO₂）、もしくは別のリチウム塩、金属塩、またはコバルト酸化物塩を含むことができる。カソード材料３０４は、厚さが約１マイクロメートルから約１０マイクロメートルの間とすることができる。カソード材料のエネルギー密度は、カソード材料３０４（および基板）をアニーリングすることによって、堆積後、上昇し得、それにより、材料は、リチウムを受け取るのに好ましい構成で、結晶化することになる。たとえば、ＬｉＣｏＯ_２膜は、約５００℃から約８００℃の間の温度においてアニーリングされ得る。他の技法が、結晶化を達成するのに使用され得る。例として、基板材料３２０が高いアニーリング温度に耐えることができない例においては、カソード材料３０４は、レーザアニーリングを使用して、またはカソード材料をアルゴンおよび酸素プラズマに曝すことによって結晶化され得、次いで、反応性酸素イオンによる照射は、基板３２０を加熱せずに、カソード材料３０４を結晶化することができる。

[0077] 電解質材料３０６の膜は、カソード材料３０４の上に配設可能である。電解質材料の膜は、カソード材料３０４の上にスパッタ堆積され得る。電解質材料３０６は、リチウムリン酸窒化物（LIPON）などの材料の層である。電解質層材料３０６は、厚さが約１．５マイクロメートルから約３マイクロメートルの間とすることができる。電解質はまた、電解質の目標エネルギー状態を達成するためにアニーリングされてもよい（たとえば、ＬＩＰＯＮは、約２５０℃でアニーリングされ得る）。電解質膜を形成するために、ＬＩＰＯＮは、リチウムオルトリン酸塩のターゲットを使用してスパッタ堆積可能であり、カソード材料３０４に重なる領域にパターニング可能である。図３Ａに示すように、電解質層材料３０６は、カソード電流コレクタ層３０２と電解質層材料３０６との間のカソード材料３０４を完全に封入することができる。例として、電解質層材料３０６は、カソード材料３０４の全体を含む領域にパターニング可能であり、カソード材料３０４の側縁部を越えて延在する。したがって、カソード層３０４は、電解質層３０６を通してまたはカソード電流コレクタ層３０２を通してしか電気的接続を受けることはできない。

[0078] アノード材料３０８の膜は、電解質層材料３０６の上に配設可能である。アノード材料３０８は、蒸着されたリチウム金属であってよく、厚さが約２〜約３マイクロメートルとすることができる。アノード材料３０８は、電解質材料３０６によって占められるエリア内に全体的にある領域にわたってパターニング可能である。電解質材料３０６は、電解質材料３０４に重なるので、カソード層３０４は、電解質材料３０６によってすべての場所でアノード材料３０８とは分離され、アノード材料とカソード材料３０４、３０８の間に、直接的な接触はまったく行われない。

[0079] アノード電流コレクタ層３１０は、アノード層３０８の上に配設可能である。アノード電流コレクタ層は、（カソード電流コレクタ層と同様の）導電性材料の層とすることができるが、アノード電流コレクタ層３１０は、アノード３０８、電解質層３０６、カソード３０４、およびカソード電流コレクタ３０２によって占められる領域を越えて延在することができる。したがって、アノード電流コレクタ層３１０は、アノード材料３０８の上に配設されており、またカソード電流コレクタ層３０２によって占められない基板３２０の第１の側３２２の領域と接触している、連続した導電性材料ストリップとしてパターニング可能である。好ましくは、カソード電流コレクタ層３０２およびアノード電流コレクタ層３１０によって占められる基板３２０の第１の側３２２上のエリアは、（たとえば、カソード電流コレクタとアノード電流コレクタとの間の方向導通を防止するために）絶縁体によって互いとは分離され得る。図３Ａにおいては、２つの電流コレクタ層３０２、３１０は、基板３２０の第１の側３２２に接触する電解質層３０６の一部分によって分離されている。

[0080] 成層された電極および電解質材料の組み立てられた電池スタックは、それぞれの端子３１２、３１４において２つの電流コレクタ層３０２、３１０との接続により外部回路に結合可能である。端子３１２、３１４は、電池との相互接続を形成するのに好都合にアクセスできる電流コレクタ層の一体的に形成された部分とすることができる。例として、導電性トレースまたは他の相互接続部は、第１の側３２２においてカソード端子３１２およびアノード端子３１４で接続され得る。追加としてまたは代替として、図３Ａに示すように、ビア３３０、３３４が、接続端子３１２、３１４のそれぞれに位置合わせされて、基板３２０を貫通して形成され得る。ビア３３０、３３４は、少なくとも部分的に導電性材料で充填される、レーザアブレーション、深掘り反応性イオンエッチング、また別の方法によって形成される基板を貫通する開口とすることができる。それによって、ビア３３０、３３４内の導電性材料は、端子３１２、３１４のそれぞれと基板３２０の第２の側３２４との間の電気路を提供する。

[0081] 導電性実装パッド３３２、３３６は、ビア３３０、３３４のそれぞれの上に基板３２４の第２の側３２４に形成可能である。たとえば、（第２の側３２４の）第１の実装パッド３３２は、第１のビア３３０を通じて（第１の側３２２の）カソード電流コレクタ層３０２に電気的に結合可能であり、（第２の側３２４の）第２の実装パッド３３６は、第２のビア３３４を通じて（第１の側３２２の）アノード電流コレクタ層３１０に電気的に結合可能である。実装パッド３３２、３３６は、何らかの重ならない形で第２の側３２４にパターニング可能である。例として、実装パッド３３２、３３６のそれぞれは、基板３２０の第２の側３２４の実質的に半分を占めることができる。次いで、組み立てられた電池３００は、対応する端子の上に実装パッド３３２、３３６をフリップチップ実装することによって別の回路に電気的に結合可能である。

[0082] 図３Ｂを参照すると、電池３４０は、第１の側３６２および第２の側３６４を有する基板３６０において配設される。アノード電流コレクタ層３４２が、基板３６０の第１の側３６２に配設される。アノード材料３４４の膜が、アノード電流コレクタ層３４２の上に配設される。電解質材料３４６の膜が、アノード材料３４４の上に配設される。カソード材料３４８の膜が、電解質材料３４６の上に配設される。またカソード電流コレクタ層３５０は、カソード材料３４８の上に配設される。図３Ｂの中の電流コレクタ層、電極膜、および電解質膜は、図３Ａに関連して説明する電流コレクタ層、電極膜、および電解質膜と同じであっても、または類似していてもよい。しかしながら、アノード材料３４４および電解質材料３４６は、カソード材料３４８の前に基板３６０において配設されるので、カソード材料３４８は、高温度のアニーリング方法を受けなくてよい。たとえば、カソード材料３４８は、アルゴン酸素プラズマにおける酸素照射および／またはレーザアニーリングを含む方法によって結晶化され得る。

[0083] 組み立てられた電池スタックは、基板３６０の第１の側３６２に配設されるアノード端子３５２およびカソード端子３５４を含む。基板３６０を貫通するビア３７０、３７４は、アノード端子３５２およびカソード端子３５４を、基板３６０の第２の側３６４に形成されるそれぞれの導電性実装パッド３７２、３７６に電気的に結合する。

[0084] 図３Ａおよび図３に関連して説明する例示的な構成は、単一の電池セル（たとえば、カソードと接触する単一の電解質、および電解質と接触するが、カソードとは接触しないアノード）を示している。いくつかの例においては、電池３００または電池３４０により構成される複数の固体電池セルが、共通の基板において（たとえば、電流コレクタ層のそれぞれの層、電極膜、および電解質膜をパターニングすることによって）形成され得る。ビアおよび導電性実装パッドは、電池セルの形成前または後に、共通の基板の反対側に形成可能である。次いで、個々の電池セルは、基板をダイシングすることによって、または基板をレーザスクライビングすることによって互いに分離可能である。次いで、個々の電池は、対応する導電性パッド上に電池をフリップチップ実装することによって電子部デバイスに一体化され得る。

[0085] 共通の基板上に複数の電池を形成することは、デバイス製作中、いくつかの利点を提示する。第一に、単一の一連の真空堆積動作は、複数の電池を製作するのに使用可能であるので、複数の電池が、共通の基板を使用して同時に形成されて、その基板がその後ダイシングされるとき、電池の製作は、より効率的である。第二に、電池は、電力供給されることになる電子部とは別個に製作されるので、それらの他の電子部の製作は、電池形成に関わる制約を受けない。例として、電池製作は、高温度、過酷な溶剤などの使用を含む場合がある。電池が、他の電子部を含む基板において直接形成される用途においては、それらの他の電子部および基板は、電池製作に関わる同じ条件を受け、それは、材料の選定、処理工程の順序、または他のファクタを制約する場合がある。そのため、電池製造を他の電子部の製作と分離すること、次いで、ピックアンドプレース動作により個々の電池をフリップチップ実装することは、より効率的であり、材料および動作の選定において、より大きな柔軟性を提示する。

ＩＶ．例示的な封止型薄膜電池
[0086] 図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃは、例示的な封止型電池４００を示している。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、別の例示的な封止型電池５００を示している。図４Ａ〜図５Ｃに説明する例示的な封止型電池はそれぞれ、基板において配設される電池セルを含む。電池セルは、カソード膜と接触している電解質膜、および電解質膜とは接触しているが、カソード膜とは接触していないアノード膜を含む。電池スタックは、図３Ａおよび図３Ｂに関連して説明する例示的な薄膜電池３００、３４０のいずれかの形態をとることができる。封止型電池のそれぞれはまた、電池が配設される側から、基板の反対側に位置付けられる１対の導電性実装パッドを含み、一方は、カソードに電気的に結合され、他方は、アノードに電気的に結合されている。加えて、例示的な封止型電池は、電池スタックを基板との間に封入するポリマー封止剤材料と、封止剤材料において配設される水分バリアとを含む。

[0087] 図４Ａは、基板４１０の上表面４１２に沿って終端する水分バリア４２０を含む例示的な固体電池４００の上面外観図である。図４Ｂは、例示的な固体電池４００の底面外観図である。図４Ｃは、例示的な固体電池４００の垂直断面図である。電池４００は、基板４１０、基板４１０において配設される電池スタック４０２、電池スタック４０２の上および周囲に配設されるポリマー封止剤材料４０４、ならびにポリマー封止剤材料４０４において配設される水分バリア４２０を含む。電池スタック４０２は、基板４１０の第１の側４１２に形成されるのに対して、電池スタック４０２のアノードおよびカソードに電気的に結合される導電性実装パッド４３０、４３２はそれぞれ、基板４１０の第２の側４１４に形成される。

[0088] ポリマー封止剤材料４０４は、特定の温度（たとえば、約１００℃から約２００℃の間）を上回ると変形できるようになるポリマーなど、低温ポリマー配合物とすることができる。例として、ポリマー封止剤材料４０４は、ポリエチレン材料、ポリアミド材料、ポリプロピレン材料、または任意の他の熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーであってよい。ポリマー封止剤材料４０４は、電池スタック４０２の上および周囲に封止剤材料４０４を広げるアプリケータによって電池スタック４０２の上および周囲に塗布され得る。次いで、ポリマー封止剤材料４０４は、電池スタック４０２の側面の上および周囲に形状適応し（たとえば、フローイングによって）、基板４１０において配設される電池スタック４０２を全体的に包囲する基板４１０の第１の側４１２に沿って連続的な封止を生み出すことができる。ポリマー封止剤材料４０４はまた、電池スタック４０２の上側および周囲に連続した層を形成するために、封止剤材料４０４をスピンコーティングまたはスプレーすることによって塗布され得る。ポリマー封止剤材料４０４が、電池スタック４０２のすべての側面において基板４１０に対して封止する連続した層を形成することができるので、ポリマー封止剤材料は、封止剤材料４０４と基板４１０の第１の側４１２との間の電池スタック４０２を封入することができる。ポリマー封止剤材料４１０はまた、その上に配設される水分バリア４２０についての支持を提供する。したがって、ポリマー封止剤材料４０４は、電池スタック４０２と水分バリア４２０との間の分離を生み出す。その上、いくつかの場合においては、水分バリアは、省略されてもよく、ポリマー封止剤材料４０４が、水分が電池スタック４０２に到達するのを抑制することができる。そのような例においては、ポリマー封止剤材料４０４は、パリレンなどの生体適合性材料、もしくは別の生体適合性材料とすることができ、および／または水膨張に対して十分に抵抗性とすることができる。

[0089] 水分バリア４２０は、水分がポリマー封止剤材料４０４および電池スタック４０２に到達するのを抑制するために、ポリマー封止剤材料４０４において配設される。いくつかの例においては、水分バリア４２０は、スパッタリング方法によって、ポリマー封止剤材料４０４の上に配設される金属層またはセラミック層とすることができる。いくつかの例においては、水分バリア４２０は、ポリマー封止剤材料４０４の上に塗布される可撓性箔とすることができる。図４Ｃに示すように、水分バリア４２０は、基板４１０にほぼ平行な隆起した上面領域４２２と、隆起した上部領域４２２から基板４１０に向かって傾く移行領域４２６と、水分バリア４２０が基板４１０に最も近い側縁部４２４とを有することができる。水分バリアは、外側縁部４２８において基板４１０の第１の側４１２に沿って終端する。隆起した上面領域４２２は、基板４１０上の電池スタック４０２が及ぶ領域にほぼ対応することができる。水分バリア４２０は、実質的に水分を通さない連続した膜または箔であり、したがって、ポリマー封止剤材料４０４に到達し得る唯一の水分は、基板４１０の第１の側４１２に沿って、外側縁部４２８のすぐに下に入らざるを得ない。

[0090] 電池４００のいくつかの実装形態は、製作制限の範囲内で、外側縁部４２８と基板４１０の第１の側４１２との間の距離を縮めるように製作され得る。いくつかの技法は、基板４１０に対して側縁部４２４を圧縮することを含むことができる。いくつかの技法は、水分バリア４２０をスパッタリングする前に、基板４１０からポリマー封止剤材料４０４の一部を除去して、電池スタック４０２を全体的に包囲する基板４１０の第１の側４１２上の連続したリングを露出させることを含むことができる。次いで、スパッタリングされた水分バリアは、連続したリングの中の基板４１０の第１の側４１２に対して直接、付着することができる。

[0091] いくつかの例においては、水分バリア４２０は、その側縁部４２４の周囲に圧力を加えることによって基板４１０に対して圧縮され得る。形状は、熱可塑性ポリマー封止剤材料４０４を冷却することによって少なくとも一部、保持され得、それによって、ポリマー封止剤材料４０４は、硬化し、それによって、水分バリア４２０の形状を固定することになる。いくつかの例においては、ポリマー封止剤材料４０４は、（たとえば、鋳型を封止剤材料４０４に当てることによって）スパッタリングされた水分バリア材料を受けるのに適している形状をとるように形成され得、次いで、水分バリア４２０は、形成された封止剤材料４０４上にスパッタリング可能である。水分バリアを塗布するための代替の技法もまた、可能である。その上、いくつかの場合においては、水分バリアは、電池スタックが上に配設される基板の平面に実質的に平行な層の中の水分バリアの上表面にのみ塗布され得る。

[0092] 図５Ａは、基板５１０の側表面５１６に沿って終端する水分バリア５２０を含む例示的な固体電池５００の上面外観図である。図５Ｂは、例示的な固体電池５００の底面外観図である。図５Ｃは、例示的な固体電池５００の垂直断面図である。電池５００は、基板５１０、基板５１０において配設される電池スタック５０２、電池スタック５０２の上および周囲に配設されるポリマー封止剤材料５０４、ならびにポリマー封止剤材料５０４において配設される水分バリア５２０を含む。電池スタック５０２は、基板５１０の第１の側５１２に形成されるのに対して、電池スタック５０２のアノードおよびカソードに電気的に結合される導電性実装パッド５３０、５３２はそれぞれ、基板５１０の第２の側５１４に形成される。ポリマー封止剤材料５０４は、図４Ａ〜図４Ｃに関連して説明するポリマー封止剤材料４０４と同じであっても、または類似していてもよい。

[0093] 水分バリア５２０は、水分がポリマー封止剤材料５０４および電池スタック５０２に到達するのを抑制するためにポリマー封止剤材料５０４において配設される。水分バリア５２０は、図４Ａ〜図４Ｃに説明する水分バリア４２０を形状付けることに関連して説明する技法のうちのいずれかを使用して形状付けられ得る。しかし、図４Ａ〜図４Ｃに説明する水分バリア４２０と異なり、水分バリア５２０は、基板５１０の側壁５１６の少なくとも一部分に沿って延在する連続した水分不浸透性バリアを形成する。図５Ｃに示すように、水分バリア５２０は、基板５１０にほぼ平行な隆起した上面領域５２２と、隆起した上面領域５２２から基板５１０に向かって傾く移行領域５２８と、水分バリア５２０がやはり、基板５１０にほぼ平行である側縁部５２４と、基板５１０の側壁５１６に沿って延在する横方向領域５２６とを有することができる。水分バリア５２０は、外側縁部５２９において基板５１０の側壁５１６に沿って終端する。隆起した上面領域５２２は、基板５１０上の電池スタック５０２が及ぶ領域にほぼ対応することができる。水分バリア５２０は、実質的に水分を通さない連続した膜または箔であり、したがって、ポリマー封止剤材料５０４に到達し得る唯一の水分は、基板５１０の側壁５１６に沿って、側壁５１６と外側縁部５２９との間に入らざるを得ない。

[0094] 電池５００のいくつかの実装形態は、製作制限の範囲内で、外側縁部５２９と基板５１０の側壁５１６との間の距離を縮めるように製作され得る。いくつかの技法は、基板５１０の側壁５１６に対して横方向領域５２６を圧縮することを含むことができる。いくつかの技法は、水分バリア５２０をスパッタリングする前に、基板５１０からポリマー封止剤材料５０４の一部を除去して、電池スタック５０２を全体的に包囲する基板５１０の側壁５１６上の連続したリングを露出させることを含むことができる。次いで、スパッタリングされた水分バリアは、連続したリングの中の基板５１０の側壁５１６に対して直接、付着することができる。

[0095] 封止型薄膜電池の２つの例示的な構成は、単に例示目的として提供されているにすぎない。封止型薄膜電池の多くの他のフォームファクタが可能である。たとえば、いくつかの実施形態は、非平坦基板（たとえば、湾曲した、または不整形な表面を有する基板）の使用を含むことができる。そのような基板において形成される電池スタックは、ポリマー封止剤材料の形状適応性層によって包囲可能であり、次いで、水分バリアが、水分がポリマー封止剤材料および電池スタックに到達するのを抑制するためにポリマー封止剤材料において配設可能である。

Ｖ．例示的な封止型電池製作方法
[0096] 本明細書に説明する封止型薄膜電池は、多様な製作方法によって形成され得る。２つの例示的な方法を、図６Ａ〜図７Ｇに関連して説明する。これらの図に示す製作の段階が、縮尺通りに描かれていないこと、ならびにいくつかの段階の順序が、いくつかの例において、相互交換可能であること、および／またはいくつかの段階が、全体的に省略可能であることが分かる。封止型薄膜電池は、身体に装着可能および／もしくは移植可能なデバイス、またはリモートセンサ、付着剤、衣類などの他の制約されたフォームファクタデバイスに組込み可能である。さらに後述するように、封止型薄膜電池は、普通なら、電池の電極および／または電解質を劣化させることになり得る水分が電池に侵入するのを水分バリアが防止するので、水分を含む環境において特に有利である可能性がある。たとえば、これらの電池は、図２に説明する眼球に装着可能なデバイス２１０などの眼球に装着可能なデバイス、または別の身体に装着可能なデバイスに一体化可能である。

[0097] 図６Ａ〜図６Ｇは、電池がすでに基板の反対側に配設された後、導電性ビアおよび実装パッドが基板上および基板内で形成される方法を説明している。図７Ａ〜図７Ｇは、電池が基板において形成される前に、導電性ビアおよび実装パッドが基板上および基板内で形成される方法を説明している。これらの手法の変化形態および／または組合せ形態もまた、使用可能である。

Ａ．電池スタックを形成した後、基板を貫通するビアを形成する。
[0098] 図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、図６Ｅ、図６Ｆ、および図６Ｇは、封止型電池を形成し、電池をデバイスに実装するための例示的な製作方法の段階を示している。図６Ａに示す封止型電池は、基板６１０において配設される電池スタック６２０を含む。電池スタック６２０は、電解質材料の膜によって互いとは分離されるアノード材料とカソード材料の膜を含む薄膜電池とすることができる。たとえば、電池スタック６２０は、図３Ａおよび図３Ｂに関連して説明する電池スタックのいずれかと同じであっても、または類似していてもよい。図６Ａに示すように、電池スタック６２０は、基板６２０において配設され、ポリマー封止剤材料６３０によって封入される。ポリマー封止剤材料６３０は、電池を製作後、電池スタック６２０の上に塗布される低温ポリマーとすることができる。ポリマー封止剤材料６３０は、アプリケータを使用して、封止剤材料６３０に物理的に塗布することによって、ポリマー封止剤をスピンコーティングすることによって、ポリマー封止剤をスプレーすることによって、および／または他の技法によって、電池スタック６２０の上にコーティング可能である。複数の電池が、共通の基板において形成され、次いで、基板をダイシングおよびスクライビングすることによって分離される例においては、電池は、ポリマー封止剤材料６３０を塗布する前に分離され得る。

[0099] ポリマー封止剤材料６３０は、ポリマー封止剤材料６３０と基板６１０との間の電池スタック６２０を実質的に封入する電池スタック６２０の上に形状適応性包囲を形成する。具体的には、電池スタック６２０が（図６Ｄおよび図６Ｅに示す）基板６１０の反対側に位置付けられる実装パッドに電気的に結合される場合においては、ポリマー封止剤層６３０は、電極に接続するリード線による侵入なしに電池スタック６２０を完全に封入することができる。それどころか、基板６１０を貫通するビアにより、基板６１０の、電池スタック６２０と同じ側の端子またはリード線の必要性が除去されるので、ポリマー封止剤材料６３０は、電池スタック６２０を完全に包囲し、基板６１０に対して連続した封止を提供し、それによって、汚染物質が、電池スタック６２０に到達するのを防止することができる。

[00100] 図６Ｂにおいては、ポリマー封止剤材料６３０は、水分バリア６４０によって覆われる。水分バリア６４０は、ポリマー封止剤材料６３０の上にスパッタリングされる金属コーティングまたはセラミックコーティングとすることができる。電池スタック６２０を封入することに加えて、ポリマー封止剤材料６３０は、電池スタック６２０を水分バリア６４０から分離する。水分バリア６４０は、実質的に水分を通さない、水分および汚染物質に対するバリアを提供する。したがって、水分バリア６４０は、水分がポリマー封止剤材料６３０および電池スタック６２０に到達するのを防止する助けになる。そのため、水分バリア６４０は、水分暴露と関連する有害効果を防止する際に有用であり得る。たとえば、ポリマー封止剤層６３０が、少なくとも部分的に水浸透性である場合があるが、金属材料またはセラミック材料の水分バリア６４０は、水に対して実質的に不浸透性とすることができ、そのため、水分バリア６４０によって覆われるエリアを通して、水分が封止剤材料６３０に入るのを防止することができる。

[00101] 図６Ｃにおいては、水分バリア６４０は、電池スタック６２０の上に形成される。水分バリア６４０は、水分バリア６４０を圧縮することによって（たとえば、スタンピング方法により、または圧力を加えることによって）形成され得る。水分バリアを圧縮すると、結果的には、水分バリア６４０の外側縁部が、図６Ｃに示すように、基板６１０に向かって押下されることになり得る。水分バリア６４０の圧縮はまた、ポリマー封止剤材料６３０に対する圧力を増大させ、そのことにより、過剰な封止剤材料６３０が、水分バリア６４０の外側縁部の下に押し出されることになり得る。また、水分バリア６４０の外側エリアを基板６１０により近付くように押下すると、ポリマー封止剤材料６３０の露出した表面積が減少し、そのことは、水分がその中を通って電池スタック６２０に到達し得ることをさらに低減させる。水分バリア６４０を形成することに加えて、水分バリア６４０を圧縮することはまた、ポリマー封止剤材料６３０を圧縮して、電池スタック６２０に対してより良く形状適応させ、封止剤材料６３０を硬化させる助けとなり得る。したがって、封止剤材料６３０は、電池スタック６２０と水分バリア６４０との間の分離（バッファ）を生み出し、組み立てられたデバイスの構造上の完全性を向上させる助けになり、また汚染物質が電池スタック６２０に到達するのを防止する助けにもなり得る。

[00102] いくつかの例においては、水分バリア６４０は、水分バリア６４０を圧縮することに加えて、またはその代替として、等方性堆積方法または別の技法によって、電池スタック６２０および／または基板６１０の側面に沿って形成され得る。基板６１０の側面に沿って水分バリア６４０を延ばすことにより、電池スタック６２０に到達する水分に対してより堅固な封止を生み出すことができる。その上、いくつかの例は、水分バリアをまったく含まないこともあり得る。たとえば、電池スタック６２０は、ポリマー封止剤材料６３０によって、何も封止剤材料６３０を覆うことなしに封入可能である。さらにいくつかの例においては、水分バリア６４０は、（たとえば、図６Ｂに示す図のように）封止剤材料６３０の上表面の上にのみ形成されてもよい。

[00103] 電池スタック６２０は、カソード端子６２２を含むことができ、このカソード端子６２２は、電池スタック６２０内でカソード膜に電気的に結合されるパターニングされた導電性材料の層の一部であってよい。電池スタック６２０はまた、アノード端子６２４を含むことができ、このアノード端子６２４は、電池スタック６２０内でアノード膜に電気的に結合されるパターニングされた導電性材料の層の一部であってよい。図６Ｄにおいては、２つの開口６５０、６５２が、基板６１０を通して形成されて、基板６１０の、電池スタック６２０の反対の側から２つの端子６２２、６２４を露出させる。開口６５０、６５２は、深堀り反応性イオンエッチング、レーザアブレーション、または別の方法によって形成され得る。たとえば、開口６５０、６５２が、基板６１０を通して深堀り反応性イオンエッチングによって形成される場合、端子６２２、６２４は、エッチストップとして使用され得る。開口６５０、６５２は、それぞれが、電池の電極のうちの一方（または電極のうちの一方に電気的に結合された電流コレクタ）を露出させるように位置合わせされる。たとえば、開口６５０は、カソード端子６２２を露出させるように位置合わせ可能であり、開口６５２は、アノード端子６２４を露出させるように位置合わせ可能である。いくつかの例においては、開口６５０、６５２は、ポリマー封止剤材料６３０および／または水分バリア６４０の塗布の前に形成されてもよい。

[00104] 図６Ｅは、基板６１０の反対側に形成される導電性材料６５４、６５６および実装パッド６５８、６６０によって占められる開口６５０、６５２を示している。導電性材料６５４、６５６は、基板６１０を貫通して連続した導電性路を形成するために、開口６５０、６５２の側壁に沿ってシード層を堆積し、導電性材料を電気めっきすることによって形成され得る。実装パッド６５８、６６０は、基板６１０の反対側の重ならないエリア上にパターニング可能であり、それぞれの実装パッドは、導電性ビア６５４、６５６のうちの一方に電気的に結合可能である。導電性材料６５４は、カソード端子６２２を導電性パッド６５８に電気的に結合し、導電性材料６５６は、アノード端子６２４を導電性パッド６６０に電気的に結合する。

[00105] 図６Ｆは、組み立てられた電池が、別の基板６６１上のボンディング端子６６２、６６４に実装されることを示している。ボンディング端子６６２、６６４は、基板６６１においてパターニングされるトレースおよび相互接続部を介して、制御チップなど、基板６６１に配設される他の電子部に電気的に結合可能である。異方性導電性ペーストまたは異方性導電性膜などの異方性導電性付着材料６７０が、ボンディング端子６６２、６６４の上に塗布可能であり、電池は、ボンディングパッド６６２、６６４の上に配置可能である。異方性導電性材料６７０は、付着マトリックス内に分散された複数の導電性粒子６７２を含むことができる。電池が、図６Ｇに示すように、基板６６１に対して押し付けられると、導電性粒子６７２のうちの少なくとも１つが、実装パッド６５８とボンディングパッド６６２との間に挟まれ、少なくとも１つの他の導電性粒子６７２が、実装パッド６６０とボンディングパッド６６４との間に挟まれる。それによって、導電性粒子６７２は、導電性路を生み出すにはあまりにも遠く互いに離れているので、導電性粒子６７２は、２つの端子が一緒に押し付けられる方向に沿って電気伝導性を提供するが、それ以外は提供しない。

[00106] ボンディングパッド６６２、６６４の上への電池の配置および位置合わせは、たとえば、カソード接続の実装パッド６５８が第１のボンディングパッド６６２に位置合わせされ、アノード接続の実装パッド６６０が実装パッド６６４に位置合わせされるように、電池を位置決めするためのツールを使用することによって達成可能である。次いで、電池は、ボンディングパッド６６２、６６４に向かって移動して、異方性導電性材料６７０を変形させ、実装パッド６５８、６６０を実装パッド６６２、６６４に電気的に結合することができる。圧力および／または熱を加えることにより、異方性導電性付着剤６７０を硬化することができ、この異方性導電性付着剤６７０は、電池を定位置に固定し、フリップチップボンディング方法を完了する。

Ｂ．基板を貫通するビアを形成した後、電池スタックの形成を行う。
[00107] 図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅ、図７Ｆ、および図７Ｇは、封止型電池の別の例示的な製作方法を示している。図７Ａは、第１の側７１２および第２の側７１４を有する基板７１０を示している。１対の穴７２０、７２２（または１対の陥凹部）が、基板７１０の第１の側７１２の中に形成される。穴７２０、７２２は、レーザアブレーション、深堀り反応性イオンエッチング、または別の技法によって形成可能である。穴７２０、７２２は、薄化の後、基板７１０の最終的な厚さよりも深くまで侵入することができる。したがって、一旦、薄化されると、２つの穴７２０、７２２は、基板７１０の全厚を通して延びることになる。穴７２０、７２２はまた、基板７１０全体を通して（すなわち、第２の側７１４まで）延びることもできる。穴７２０、７２２は、第１の側７１２（および第２の側７１４）に実質的に垂直な側壁を有することができ、それにより、基板７１０の中を通る最短路が提供される。

[00108] 図７Ｂは、導電性材料７３０、７３２によって充填された後の２つの穴７２０、７２２を示している。たとえば、銀、スズ、金、銅、または別の金属が、側壁上に電気めっきされて、基板７１０の第１の側７１２から、穴７２０、７２２のそれぞれの遠位端まで、連続した電気経路を生み出すことができる。図７Ｃは、導電性材料７３０、７３２によって占められる穴７２０、７２２の切取り図を示している。導電性材料７３０、７３２で穴７２０、７２２を充填後、導電性材料のそれぞれの上面側は、基板７１０の第１の側７１２の平面を越えて延在する場合がある（たとえば、突出部７３１、７３３）。図７Ｄは、突出部７３１、７３３および／または基板７１０の第１の側７１２の研磨後の切取り図を示している。研磨により、突出部が除去され、基板７１０の第１の側７１２と同一平面上にある１対の端子７３４、７３６が生み出される。

[00109] 図７Ｅは、基板７１０を反対側から研磨した後の切取り図を示している。たとえば、基板７１０は、第１の側７１２に沿ってキャリア基板に付着され得、次いで、基板は、研磨された表面７１６を生み出すために薄化され得る。薄化動作は、２つの穴内で導電性材料７３０、７３２を露出させるように行われる。そのため、薄化の後の基板７１０の総厚は、穴７２０、７２２の深さよりも小さい。薄化に続いて、導電性材料７３０、７３２は、基板７１０を貫通して（すなわち、第１の側７１２から研磨された表面７１６まで）電気路を提供する。研磨後、基板７１０の総厚（「h」）は、１００マイクロメートル未満とすることができる。たとえば、基板厚は、約２０マイクロメートルから約７０マイクロメートルの間であってよい。例として、基板７１０は、最初、厚さが約７００マイクロメートルのシリコンウェハとすることができ、研磨の後、基板７１０は、穴による薄化された基板を貫通する電気経路により約７０マイクロメートルの厚さを有することができる。

[00110] しかしながら、いくつかの例においては、薄化方法は、全体的に省略されてもよい。代わりに、基板は、穴７２０、７２２を形成する前に、所望の厚さとすることができ、したがって、穴は、代わりに、そのような基板の全厚を貫通する開口であってもよい。

[00111] 図７Ｆに示すように、１対の実装パッド７４０、７４２は、研磨された表面７１６において形成され得る。たとえば、実装パッドのうちの一方７４０は、電気材料７３０に電気的に結合されるように構成可能であり、実装パッドのうちの他方７４２は、電気材料７３２に電気的に結合されるように構成可能である。したがって、実装パッド７４０は、導電性材料７３０の同一平面上の上表面７３４に電気的に結合され、実装パッド７４２は、導電性材料７３２の同一平面上の上表面７３６に電気的に結合される。実装パッド７４０、７４２は、研磨された表面７１６上の重ならないエリアの任意のパターンを占めるように形成可能である。例として、実装パッド７４０、７４２は、実装パッド７４０が、研磨された表面７１６のほぼ半分を占め、実装パッド７４２が、研磨された表面７１６の他の半分を占めるように形成され得る。そのような構成は、電池を別の基板上のボンディングパッドの上にフリップチップ実装するとき、位置合わせの公差を最大にすることができる。多くの他のパターンも可能である。いくつかの場合においては、実装パッド７４０、７４２は、全体的に省略されてもよい。

[00112] 図７Ｇは、電池スタック（見えない）が、基板７１０の第１の側７１２に形成され、次いで、水分バリア７５０によって覆われた封止剤材料によって封止された後、完了した封止型電池を示している。上述のように、いくつかの実装形態は、水分バリア７５０を省略または修正することができる。電池スタックは、そのカソード端子が、導電性材料７３０の上表面７３４に重なるよう位置合わせされ、そのアノード端子が、導電性材料７３２の上表面７３６に重なるよう位置合わせされるようにパターニング可能である。次いで、図７Ｇに示す電池は、図６Ｆおよび図６Ｇに関連の説明と同様に、対応するボンディングパッドにフリップチップ実装可能である。

[00113] 封止型薄膜電池は、基板の一方の側（たとえば、基板７１０の第１の側７１２）に配設される電池スタックと、基板の他方の側に配設される導電性実装パッド（たとえば、基板７１０の研磨された側７１６に配設される実装パッド７４０ ７４２）とを含むことができる。電池スタックは、アノード膜、カソード膜、およびアノード膜とカソード膜とを分離する電解質膜を含む。実装パッドのうちの一方は、アノードに電気的に結合可能であり、他方の実装パッドは、カソードに（たとえば、基板を貫通するそれぞれの電気路によって）電気的に結合可能である。電池スタックはまた、電池スタックの上および周囲に配設されるポリマー封止剤材料によって覆うことができる。ポリマー封止剤材料は、電池スタックを完全に包囲する、基板に対する連続した封止を形成し、それによって、封止剤層と基板との間の電池スタックを封入することができる。

[00114] 上述のように、図６Ａ〜図７Ｇに関連して説明する製造方法は、共通の基板上に複数の電池チップを形成するように行うことができる。次いで、共通の基板は、ダイシングされて、個々の電池に分離することができ、分離された電池は、封止され、次いで、様々な電子デバイスに一体化可能である。

[00115] 一旦、完了すると、センサチップ６４０は、身体に装着可能なデバイスに組込み可能である。たとえば、センサチップ６４０は、（たとえば、図５Ｃ〜図５Ｄにおけるセンサチップ５６０の説明と同様に）導電性実装パッド６３４、６３６を、そのようなデバイスに埋め込まれる基板上の対応する端子にフリップチップ実装することによって、上述の眼球に装着可能なデバイス２１０に類似する眼球に装着可能なデバイスに組込み可能になる。コントローラが、相互接続部を介してセンサチップ６４０に電気的に結合可能であり、電極６２６、６２８に電圧を印加すること、作用電極６２６を通して電流を測定すること、およびアンテナを使用して電流測定結果をワイヤレスで示すことによって、センサチップ６４０を動作させることができる。

Ｃ．例示的な電池製作方法
[00116] 図８は、封止型薄膜電池を製造するための例示的な製作方法８００の流れ図である。方法８００は、共通の基板において複数の電池を平行して製作することを含むことができる。

[00117] ブロック８０２においては、電池スタックが、基板の第１の側に形成される。電池スタックを形成するための例示的な方法が、基板の第１の側にカソード電流コレクタ層を形成することを含むことができる。カソード電流コレクタ層は、基板の第１の側の少なくとも第１の領域を占めることができる。電池スタック形成はまた、カソード電流コレクタ層においてカソード活性層を形成することを含むことができる。電池スタック形成はまた、カソード活性層において電解質層を形成することを含むことができる。電池スタック形成はまた、電解質層においてアノード活性層を形成することを含むことができる。電池スタック形成はまた、アノード活性層においてアノード電流コレクタ層を形成することを含むことができる。アノード電流コレクタ層の一部分が、カソード電流コレクタ層に重ならずに、基板の第１の側に配設されるようにするために、アノード活性層を越えて延在し得る。結果として、アノード電流コレクタ層は、基板の第１の側の少なくとも第２の領域（たとえば、第１の領域に重ならない領域）を占めることができる。したがって、カソード電流コレクタが上に配設される基板の第１の領域の一部分が、電池スタックのカソード端子を定めることができ、アノード電流コレクタが上に配設される基板の第２の領域の一部分が、電池スタックのアノード端子を定めることができる。

[00118] 電池スタック形成はまた、（たとえば、カソード膜を結晶化するために）１つまたは複数のアニーリング方法を含むことができる。その上、アノード膜がカソード膜の前に形成される方法を含む、他の製作方法が、基板の第１の側に電池スタックを形成するのに使用可能である。電池スタックは、一旦、形成されると、少なくとも、電解質膜、電解質膜と接触しているカソード膜、および電解質膜と接触しているが、カソード膜とは接触していないアノード膜を含むことができる。膜は、たとえば平坦基板の上に互いの上面に膜を成層することによって生じるなど、同一平面上にあることができるが、アノード膜およびカソード膜が、電解質膜の局所的に対向する表面と接触しているという様々なフォームファクタが可能である。そのようなフォームファクタは、他のファクタの中でも特定の用途における大きさ／重量の制約に応じて選定され得る。例として、いくつかのフォームファクタは、電解質膜が、それぞれの電極膜に接触する湾曲した表面を含み得る。

[00119] ブロック８０４においては、第１および第２の開口が、基板を貫通して形成可能である。開口は、電池スタックのアノードおよびカソードを基板の反対側の導電性実装パッドに電気的に結合することができる導電性ビアのための空間を提供する。開口は、電池のアノード端子およびカソード端子を露出させるために、たとえば電池の裏側から基板を通してエッチングする異方性エッチング方法によって、電池の形成に続いて形成され得る。例として、基板の電池スタック側は、キャリア基板に付着され得、開口は、裏側から基板を通してエッチング可能である。ブロック８０６においては、開口は、導電性材料で充填される。たとえば、銀、金、白金、または別の金属が、開口上の側壁において形成されるシード層の上に電気めっきされ得る。導電性材料は、開口の側壁に沿って基板の中を連続的に延び、それによって、基板を貫通する電気路を定めることができ、そのうちの一方は、カソードに電気的に結合され、そのうちの他方は、アノードに電気的に結合される。導電性材料で充填される開口によって定められる基板を貫通する電気路は、本明細書においては、ビアとも称される。

[00120] 開口は、たとえばレーザアブレーションおよび／または異方性エッチングによって、電池の形成の前に形成されてもよい。そのような例においては、開口はまた、基板において電池スタックを形成する前に、導電性材料で充填可能である。次いで、電池スタックは、カソード端子がビア（すなわち、開口によって定められる基板を貫通する導電性経路）のうちの１つに位置合わせされ、アノード端子が他のビアに位置合わせされるように形成可能である。

[00121] ブロック８０８においては、第１の導電性パッドおよび第２の導電性パッドは、基板の第２の側にパターニング可能である。導電性パッドのそれぞれは、第１の導電性パッドが、電池スタックのカソードに電気的に結合し、第２の導電性パッドが、電池スタックのアノードに電気的に結合するように、ビアのうちの１つの上にパターニング可能である。そのため、基板の第２の側の２つの導電性端子は、基板の第１の側に形成される電池に電気的に接続するのに使用可能である。基板を貫通する開口を形成すること、導電性材料で開口を少なくとも部分的に充填すること、および／または導電性実装パッドを形成することは、基板の第１の側を（電池がその上に形成されていても、または形成されていなくても）キャリア基板に付着させることを含むことができ、それによって、基板の第２の側における処理が容易になる。

[00122] ブロック８１０においては、基板は、ダイシング可能であり、それにより、個々の電池セルは互いに分離される。したがって、いくつの例においては、複数の電池セルが、共通の基板に同時に形成可能であり、それらの電池セルについてのビアおよび実装端子が、共通の基板の反対側に形成されてから、基板がダイシングされ得る。もちろん、場合によっては、共通の基板は早期にダイシングされてもよく、ビアおよび／または実装パッドが個々の電池セル基板の中に製作可能である。

[00123] ブロック８１２においては、ポリマー封止剤材料は、分離した電池の電池スタックの上および周囲に塗布可能である。上述したように、ポリマー封止剤材料は、特定の温度（たとえば、約１００℃から約２００℃の間）を上回ると変形できるようになるポリマーなど、低温ポリマー配合物とすることができる。例として、ポリマー封止剤材料は、ポリエチレン材料、ポリアミド材料、ポリプロピレン材料、または任意の他の熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーであってよい。ポリマー封止剤材料は、電池スタックの上および周囲に封止剤材料を広げるアプリケータによって塗布され得る。次いで、ポリマー封止剤材料は、電池スタックの側面の上および周囲に形状適応し（たとえば、フローイングによって）、電池スタックを全体的に包囲する、基板に沿う連続的な封止を生み出すことができる。ポリマー封止剤材料はまた、電池スタックの上側および周囲に連続した層を形成するために、封止剤材料をスピンコーティングまたはスプレーすることによって塗布され得る。ポリマー封止剤材料が、電池スタックのすべての側面において、基板に対して封止する連続した層を形成することができるので、ポリマー封止剤材料は、封止剤材料と基板との間の電池スタックを封入することができる。

[00124] ブロック８１４においては、水分バリアが、ポリマー封止剤層の上に塗布可能である。水分バリアは、水分がポリマー封止剤材料および電池スタックに到達するのを抑制することができる。いくつかの例においては、水分バリアは、スパッタリング方法によって、封止剤層の上に配設される金属層またはセラミック層とすることができる。いくつかの事例においては、水分バリアは、ポリマー封止剤材料の上に塗布され得る可撓性箔であってよく、次いで、圧縮および／または加熱されて、それにより、箔およびポリマー封止剤が所望の形状をとることになる。たとえば、水分バリアは、その側縁部の周囲に圧力を加えることによって基板に対して圧縮可能である。圧縮は、過剰なポリマー封止剤材料を水分バリアによって形成される空洞の下から外に流れ出すように押し出し、水分バリアの側縁部を基板の近くまで引き寄せることができる。形状は、少なくとも一部、冷却することによって保持され得、冷却は、熱可塑性ポリマー封止剤材料を硬化させ、また、それは、圧縮された箔の形状を固定する。いくつかの例においては、ポリマー封止剤材料は、（たとえば、鋳型を封止剤材料に当てることによって）スパッタリングされた水分バリア材料を受けるのに適した形状をとるように形成され得、次いで、水分バリアは、形成された封止剤材料上にスパッタリング可能である。水分バリアを塗布するための代替の技法もまた、可能である。いくつかの事例においては、水分バリアは、電池スタックが上に配設される基板の側壁に沿って延びるように変形および／または形成可能である。延びた側面は、結果的に生じるデバイスの耐湿性を向上させる。その上、いくつかの場合においては、水分バリアは、電池スタックが上に配設される基板の平面に実質的に平行な層の中の水分バリアの上表面にのみ塗布可能である。

[00125] ブロック７１６においては、電池チップは、電子デバイスの別の基板に実装可能である。基板は、ボンディングパッドを含むことができ、このボンディイングパッドは、基板において配設される電子部に電気的に結合され、それにより、電池は、実装すると、それらの電子部に電力供給するのに使用され得る。いくつかの例においては、電池が内部に一体化されるデバイスは、検体濃度を測定するのに使用される身体に装着可能なデバイスまたは移植可能なデバイスであってよい。たとえば、センサチップは、たとえば、図１〜図２に関連して説明する眼球に装着可能および／または身体に装着可能なセンサプラットフォームと同様に、コントローラおよびアンテナも含む基板上の導電性端子にフリップチップ実装可能である。身体に装着可能なデバイスについての基板は、身体表面に装着するように、または宿主内に移植されることになるように構成された生体適合性ポリマー材料によって、部分的にまたは全体的に封入され得る。いくつかの場合においては、電池が上にフリップチップ実装される基板は、電池製作に使用されるアニーリング温度および／または溶剤に耐えることができないポリマー基板（たとえば、パリレン基板）など、通常は電池製作に採用されない基板であってもよい。

[00126] 多様な異なる実装技法が採用され得るが、少なくともいくつかの例は、基板上のボンディングパッドの上に異方性導電性付着剤を塗布することを含むことができる。次いで、導電性実装パッド電池は、実装パッドをボンディングパッドに対して押し付け、電気的接続を生み出すために、ボンディングパッドに位置合わせ可能であり、圧力および／または熱が、印加可能である。異方性導電性付着剤は、それが冷却すると、硬化することができ、そのことにより、電池が定位置に機械的にボンディングされる。結果として、電池は、ボンディングパッドにしっかりと結合可能である。

ＶＩ．追加の実施形態
[00127] 様々な電子部プラットフォームを、眼球に装着可能なデバイスまたは眼科用デバイスとして、例として本明細書には説明しているが、封止型薄膜電池の構成についての開示されたシステムおよび技法が、同様に他の文脈でも適用可能であることが分かることが分かる。たとえば、測定結果が、体内でおよび／もしくは比較的小さい試料容量から得られる、または小さいフォームファクタ（たとえば、移植可能な生体センサ、または他の電子部プラットフォーム）に制約される文脈では、そのような測定結果に使用されるデバイスに電力供給するために、本明細書に説明する電池システムおよび方法を採用することができる。加えて、いくつかの例は、衣類、付着パッチ、もしくは品物をタグ付けするおよび／または識別するのに使用される他の小さいフォームファクタデバイスに封止型薄膜電池を組み込むこと、測定結果を得ること、ならびに／あるいはワイヤレス信号を介して他のデバイスと通信することを含むことができる。１つの例においては、移植可能な医療用デバイスは、生体適合性材料に封入される、および宿主生物内に移植される封止型電池を含むことができる。移植可能な医療用デバイスは、検体濃度測定結果（たとえば、アンペロメトリック電流読取り値）の表示を出力するように構成された回路を含むことができる。読取りおよび／または制御デバイスは、移植可能な医療用デバイスと通信して、測定結果を得ることができる。

[00128] たとえば、いくつかの実施形態においては、電子部プラットフォームは、歯に装着可能なデバイスなどの身体に装着可能なデバイスを含むことができる。いくつかの実施形態においては、歯に装着可能なデバイスは、身体に装着可能なデバイス１１０および／もしくは眼球に装着可能なデバイス２１０の形態をとっても、または形態が類似していてもよい。例として、歯に装着可能なデバイスは、本明細書に説明するポリマー材料もしくは透明なポリマーのうちのいずれかと同じまたは類似する生体適合性ポリマー材料あるいは透明なポリマー、および本明細書に説明する基板もしくは構造体のうちのいずれかと同じまたは類似する基板あるいは構造体を含むことができるが、ポリマー材料の外部表面は、眼球に装着するのではなく、歯に装着するのを容易にするように形成され得る。そのような構成においては、歯に装着可能なデバイスは、歯に装着可能なデバイスを着用するユーザの体液（たとえば、唾液）の検体濃度を測定するように構成され得る。他の身体装着場所もまた、可能である。

[00129] その上、いくつかの実施形態においては、身体に装着可能なデバイスは、皮膚に装着可能なデバイスを含むことができる。いくつかの実施形態においては、皮膚に装着可能なデバイスは、身体に装着可能なデバイス１１０および／もしくは眼球に装着可能なデバイス２１０の形態をとっても、または形態が類似していてもよい。例として、皮膚に装着可能なデバイスは、本明細書に説明するポリマー材料もしくは透明なポリマーのうちのいずれかと同じまたは類似する生体適合性ポリマー材料あるいは透明なポリマー、および本明細書に説明する基板もしくは構造体のうちのいずれかと同じまたは類似する基板あるいは構造体を含むことができるが、ポリマー材料の外部表面は、眼球に装着するのではなく、皮膚に装着するのを容易にするように形成され得る。そのような構成においては、身体に装着可能なデバイスは、身体に装着可能なデバイスを着用するユーザの体液（たとえば、汗、血液など）の検体濃度を測定するように構成され得る。

[00130] 例示的な実施形態においては、例示的なシステムは、１つまたは複数のプロセッサ、１つまたは複数の形態のメモリ、１つまたは複数の入力デバイス／インターフェース、１つまたは複数の出力デバイス／インターフェース、およびマシン可読命令を含むことができ、このマシン可読命令は、１つまたは複数のプロセッサによって実行されるとき、システムに、上述の様々な機能、タスク、性能などを遂行させる。

[00131] 上述したように、いくつかの実施形態においては、開示された技法は、マシン可読形式における非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体、または他の非一時的媒体もしくは製造物品において符号化されるコンピュータプログラム命令によって実装可能である。そのようなコンピューティングシステム（および非一時的コンピュータ可読プログラム命令）は、図８に関連して示し、説明する方法を含む、本明細書に提示する少なくともいくつかの実施形態により構成可能である。

[00132] プログラミング命令は、たとえば、コンピュータ実行可能なおよび／または論理部実装の命令とすることができる。いくつかの例においては、コンピューティングデバイスは、コンピュータ可読媒体、コンピュータ記録可能な媒体、および／もしくは通信媒体のうちの１つまたは複数によって、コンピューティングデバイスに伝達されるプログラミング命令に応答して様々な動作、機能、あるいは行為を提供するように構成されている。非一時的コンピュータ可読媒体はまた、互いとは遠隔に位置する場合もあり得る複数のデータストレージ素子の間に分散可能である。記憶された命令のうちのいくつかまたはすべてを実行するコンピューティングデバイスは、微細加工コントローラ、または別のコンピューティングプラットフォームとすることができる。代替として、記憶された命令のうちのいくつかまたはすべてを実行するコンピューティングデバイスは、サーバなど、遠隔に位置するコンピュータシステムとすることも可能になる。

[00133] 様々な態様および実施形態を本明細書に説明してきたが、他の態様および実施形態が当業者には明らかになろう。本明細書に開示する様々な態様および実施形態は、例示を目的としており、限定することを意図したものではなく、真の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示される。

Claims (20)

1. 第１の側および第２の側を有する基板と、
   前記基板の前記第１の側に配設された電池スタックであって、カソード層、アノード層、および電解質層を含み、前記カソード層および前記アノード層のうちの第１の層が、前記基板の前記第１の側に配設され、前記電解質層が、前記カソード層と前記アノード層との間に配設される、電池スタックと、
   前記電池スタックの上および周囲に形成されたポリマー封止剤層と、
   前記基板の前記第２の側に位置付けられた第１の導電性パッドであって、前記カソード層に電気的に結合される、第１の導電性パッドと、
   前記基板の前記第２の側に位置付けられた第２の導電性パッドであって、前記アノード層に電気的に結合される、第２の導電性パッドと
   を備える封止型電池。
2. 前記ポリマー封止剤層が、前記ポリマー封止剤層と前記基板との間の前記電池スタックを完全に封入するように、前記基板の前記第１の側に沿って終端する実質的に連続した層である、請求項１に記載の封止型電池。
3. 前記ポリマー封止剤層が、生体適合性材料である、請求項１に記載の封止型電池。
4. 前記ポリマー封止剤層において配設されて、それによって、水分が前記ポリマー封止剤層および前記電池スタックに到達するのを抑制する水分バリア
   をさらに備える、請求項１に記載の封止型電池。
5. 前記水分バリアが、金属またはセラミック材料から形成された箔を含む、請求項４に記載の封止型電池。
6. 前記水分バリアが、当該封止型電池の側面に沿って延在し、それによって、前記水分バリアと前記基板との間の前記電池スタックを実質的に封入するように形成される、請求項４に記載の封止型電池。
7. 前記水分バリアが、前記ポリマー封止剤材料によって前記電池スタックとは分離される、請求項４に記載の封止型電池。
8. 前記カソード層と前記第１の導電性パッドとを結合する電気路が、第１のビアを含み、前記第１のビアが、前記基板を貫通する第１の開口を少なくとも部分的に占める導電性材料を含み、
   前記アノード層と前記第２の導電性パッドとを結合する電気路が、第２のビアを含み、前記第２のビアが、前記基板を貫通する第２の開口を少なくとも部分的に占める導電性材料を含む、
   請求項１に記載の封止型電池。
9. 前記カソード層が、カソード活性層と、前記第１の導電性パッドに電気的に結合されたカソード電流コレクタ層とを含み、前記カソード電流コレクタ層が、前記基板の前記第１の側に配設された導電性材料を含み、前記カソード活性層が、前記カソード電流コレクタ層において配設され、
   前記アノード層が、アノード活性層と、前記第２の導電性パッドに電気的に結合されたアノード電流コレクタ層とを含み、前記アノード活性層が、前記電解質層において配設されたリチウム金属を含み、前記アノード電流コレクタ層が、前記アノード活性層において配設された導電性材料を含む、請求項１に記載の封止型電池。
10. 前記電解質層が、リチウムリン酸窒化物を含む、請求項１に記載の封止型電池。
11. 前記基板、前記カソード層、前記電解質層、前記アノード層、および前記ポリマー封止剤層のそれぞれの厚さによって定められる全厚を有し、前記全厚が、約８０マイクロメートル未満である、請求項１に記載の封止型電池。
12. 身体に装着可能な表面を有するように形成されたポリマー材料と、
    前記ポリマー材料内に埋め込まれた封止型電池と
    を備え、
    前記封止型電池は、
    第１の側および第２の側を有する基板と、
    前記基板の前記第１の側に配設された電池スタックであって、カソード層、アノード層、および電解質層を含み、前記カソード層および前記アノード層のうちの第１の層が、前記基板の前記第１の側に配設され、前記電解質層が、前記カソード層と前記アノード層との間に配設される、電池スタックと、
    前記電池スタックの上および周囲に形成されたポリマー封止剤層と、
    前記基板の前記第２の側に位置付けられた第１の導電性パッドであって、前記カソード層に電気的に結合される、第１の導電性パッドと、
    前記基板の前記第２の側に位置付けられた第２の導電性パッドであって、前記アノード層に電気的に結合される、第２の導電性パッドと
    を備える、身体に装着可能なデバイス。
13. 前記ポリマー材料に埋め込まれた電子部をさらに備え、前記電子部が、前記封止型電池によって電力供給されるように構成されている、請求項１２に記載の身体に装着可能なデバイス。
14. 前記ポリマー材料内に少なくとも部分的に埋め込まれた電子部基板と、
    前記電子部基板において配設された１対の導電性実装パッドであって、前記封止型電池の前記第１の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドに対応するように配置される、１対の導電性実装パッドとをさらに備え、
    前記封止型電池は、前記第１の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドがそれぞれ、前記１対の導電性実装パッドのうちのそれぞれの導電性実装パッドに位置合わせされるように、前記１対の導電性実装パッドにおいて配設される、
    請求項１３に記載の身体に装着可能なデバイス。
15. 前記ポリマー材料が、凹表面および凸表面を有し、前記凹表面が、角膜の表面の上に取外し可能に装着されるように構成され、前記凸表面は、前記凹表面がそのように装着されるときの眼瞼の動きと適合できるように構成されている、請求項１２に記載の身体に装着可能なデバイス。
16. 前記ポリマー封止剤層が、前記ポリマー封止剤層と前記基板との間の前記電池スタックを完全に封入するように、前記基板の前記第１の側に沿って終端する実質的に連続した層である、請求項１２に記載の身体に装着可能なデバイス。
17. 前記封止型電池が、
    前記ポリマー封止剤層において配設されて、それによって、水分が前記ポリマー封止剤層および前記電池スタックに到達するのを抑制する水分バリア
    をさらに備える、請求項１２に記載の身体に装着可能なデバイス。
18. 前記カソード層と前記第１の導電性パッドとを結合する電気路が、第１のビアを含み、前記第１のビアが、前記基板を貫通する第１の開口を少なくとも部分的に占める導電性材料を含み、
    前記アノード層と前記第２の導電性パッドとを結合する電気路が、第２のビアを含み、前記第２のビアが、前記基板を貫通する第２の開口を少なくとも部分的に占める導電性材料を含む、
    請求項１２に記載の身体に装着可能なデバイス。
19. 基板の第１の側に電池スタックを形成するステップであって、（ｉ）カソード電流コレクタ層を、前記カソード電流コレクタ層が前記基板の前記第１の側の少なくとも第１の領域を占めるように、前記基板の前記第１の側に形成すること、（ｉｉ）前記カソード電流コレクタ層においてカソード活性層を形成すること、（ｉｉｉ）前記カソード活性層において電解質層を形成すること、（ｉｖ）前記電解質層においてアノード活性層を形成すること、および（ｖ）前記アノード活性層においてアノード電流コレクタ層を形成することを含み、前記アノード電流コレクタ層の一部分は、前記アノード活性層を越えて延在し、前記アノード電流コレクタ層が前記基板の前記第１の側の少なくとも第２の領域を占めるように、前記基板の前記第１の側に配設される、ステップと、
    前記基板に第１の開口および第２の開口を形成するステップであって、前記第１の開口が、前記基板の前記第２の側から前記カソード電流コレクタの少なくとも一部分を露出させ、前記第２の開口が、前記基板の前記第２の側から前記アノード電流コレクタの少なくとも一部分を露出させる、ステップと、
    前記第１の開口および前記第２の開口のそれぞれの少なくとも一部分を導電性材料で充填して、それによって、前記基板を貫通するそれぞれの電気経路を作製するステップと、
    前記第１の開口内で前記導電性材料に電気的に結合される第１の導電性パッドを、前記第１の導電性パッドが前記カソード電流コレクタ層に電気的に結合されるように、前記基板の前記第２の側に形成するステップと、
    前記第２の開口内で前記導電性材料に電気的に結合される第２の導電性パッドを、前記第２の導電性パッドが前記アノード電流コレクタ層に電気的に結合されるように、前記基板の前記第２の側に形成するステップと、
    電池スタックの上および周囲にポリマー封止剤層を塗布して、それによって、前記ポリマー封止剤層と前記基板との間の前記電池スタックを封入するステップと
    を含む、方法。
20. 前記ポリマー封止剤層の上に水分バリアを塗布して、それによって、水分が前記ポリマー封止剤層および前記電池スタックに到達するのを抑制するステップと、
    前記基板と、前記第１の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドに対応するように配置された１対の導電性実装パッドの上に前記基板上に配設された封止型電池スタックであって、それにより、前記第１の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドがそれぞれ、前記１対の導電性実装パッドのうちのそれぞれの導電性実装パッドに位置合わせされる、封止型電池スタックとを位置付けるステップであって、前記１対の導電性実装パッドが、前記１対の導電性実装パッドを介して電力供給されるように構成された電子部に電気的に結合されている、ステップと、
    前記１対の導電性実装パッドのうちのそれぞれの導電性実装パッドに前記第１の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドをボンディングするステップと、
    身体に装着可能な表面を含むポリマー材料内に、前記導電性実装パッドと、前記導電性実装パッドに電気的に結合された前記電子部と、前記基板および前記基板上に配設された電池スタックとを封入するステップと
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。

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