JP2023516935A - 極薄マイクロバッテリのパッケージング及びハンドリング - Google Patents

Abstract

マイクロバッテリ及びマイクロバッテリを形成する方法が提供される。マイクロバッテリ及び方法は、バッチ・プロセスにおいて、マイクロバッテリの部分を形成する積層体の端部のための端部シーリング問題とマイクロバッテリの個々のセルのための全体シーリングとの少なくとも１つ又は両方に対処するものである。移動可能なハンダ成形装置及びシーリング構造体が一例において提案され、固体薄膜マイクロバッテリのための金属ケーシングを提供する。例示的な提案プロセスは、マイクロバッテリとは別に、低温ハンダ・ケーシングの堆積又はその事前形成を含む。次に、一例におけるバッチ・プロセスにおけるハンドラ装置により、熱圧縮を用いてハンダ・ケーシングを各々のバッテリ・セルに移動させることができる。これらの例示的な実施形態は、ハンドリング、金属シーリング、及びパッケージングの際の固体薄膜バッテリに対する温度許容度の制約に対処することができる。

Description

本発明は、一般に、バッテリの設計、構築、及び使用法に関し、より具体的には、マイクロバッテリのハンドリング、シーリング、及びパッケージングに関する。

マイクロバッテリは、小型の典型的には単一セル・バッテリであり、無線イヤホン、イヤーポッド又は補聴器などのウェアラブル製品、時計、計算器、ペースメーカなどの埋め込みデバイス、及び他の製品を含む、広範囲の用途を有する。用途は、民生品から医療用途及び工業用途まで、多岐にわたる。

しかし、マイクロバッテリのための極薄バッテリ基板は、非常に壊れやすい。そのような極薄バッテリは、例えば、厚さが０.０１ｍｍ～１ｍｍの範囲の薄膜Ｌｉバッテリとすることができる。マイクロバッテリに伴うこの問題及び他の問題に対処することは、有益であろう。

このセクションは例示的であることが意図されており、限定的であることは意図されていない。

例示的な一実施形態において、マイクロバッテリは、積層体に形成されたマイクロバッテリ構造体を含む。本積層体は、複数の表面を有する。マイクロバッテリは、表面の１つに、マイクロバッテリ構造体内のバッテリのアノードに結合された第１の端子を含む。マイクロバッテリは、表面の１つに、マイクロバッテリ構造体内のバッテリのカソードに結合された第２の端子を含む。マイクロバッテリは、さらに、積層体の表面の少なくとも１つを覆う金属含有膜を含む。

付加的な例示的な一実施形態は、マイクロバッテリを形成するための方法である。本方法は、薄膜バッテリ・パネルをハンドラの上に取り付けることを含み、薄膜バッテリ・パネルは、複数のマイクロバッテリ構造体が内部に形成された積層体を備える。薄膜バッテリ・パネルは、接着剤層上の表面を有し、接着剤層は、ハンドラの上にある剥離層の上に設けられる。積層体は、基板、ポリマー、及びカバー板の層を備える。本方法は、複数のマイクロバッテリ構造体を少なくとも部分的に分離するように積層体の複数の層を通って切断することと、切断された積層体の複数の層の表面にハンダを成形することとを含む。本方法はさらに、複数のマイクロバッテリ構造体を対応する個々のマイクロバッテリ・セルに個片化することを含む。

さらに別の例示的な実施形態は、マイクロバッテリを形成するための方法である。この方法は、マイクロバッテリ構造体を含む複数の個々のセルをハンドラ上に取り付けることを含む。マイクロバッテリ構造体は、基板、ポリマー、及びカバー板の層を含んだ積層体を含む。取り付けることは、マイクロバッテリ構造体をハンドラ上の剥離層の上に取り付ける。本方法は、複数の個々のセルの表面と、剥離層の露出した表面とにハンダを成形して、ハンダ被覆セルを作成することを含む。本方法はさらに、ハンダ被覆セルを、複数の個々のセルに個片化することを含む。個片化することは、少なくともハンダを通って剥離層まで切断して個々のセルに分離する。本方法は、複数の個々のセルを剥離して個々のマイクロバッテリを形成することを含む。

金属堆積を必要とし、電気メッキが使用されるとショートしやすいマイクロバッテリの端部密封シーリングを示す。 複数のパネル移動の例示的な提案手法の図である。 金属の前の部分的カットを伴う例示的な一実施形態を示す。 金属の前の部分的カットを伴う例示的な一実施形態を示す。 金属の前のフルカットを伴う例示的な一実施形態を示す。 金属の前のフルカットを伴う例示的な一実施形態を示す。 金属の前のフルカットと、最終的な液晶ポリマー（ＬＣＰ）カプセル化とを伴う他の例示的な実施形態を示す。 金属の前のフルカットと、最終的な液晶ポリマー（ＬＣＰ）カプセル化とを伴う他の例示的な実施形態を示す。 選別されたセルを選び取り、ガラス・ハンドラ上に配置する別の実施形態を示す。 例示的な一実施形態における、セルの周りのハンダ成形を示す。 熱エンボス加工／ハンダ成形及び個片化の際に行われるステップの図である。 例示的な一実施形態における、熱エンボス加工／ハンダ成形及び個片化に関する代替的な技法を示す マイクロバッテリ構造形成プロセスが、「おもて面を上にする（face up）」マイクロバッテリを用いて行われる例示的な一実施形態を示す。 図１０における表面を上にする手法が検査を容易にすることができることを示す。

単語「例示的な」は、本明細書において、「一例、実例、又は例証として役立つ」ことを意味するために使用される。本明細書で「例示的な」として説明されるいずれの実施形態も、必ずしも、好ましい又は他の実施形態を超えて有利であると解釈されるべきではない。この詳細な説明において説明される全ての実施形態は、当業者が本発明を作成又は使用することができるように与えられた例示的な実施形態であり、特許請求の範囲において定義される本発明の範囲を限定するためのものではない。

前置きとして、極薄バッテリ基板は非常に壊れやすい。そのような極薄バッテリは、例えば、厚さが０.０１ｍｍ～１ｍｍの範囲の薄膜Ｌｉバッテリとすることができる。例えば、形成及びハンドリングの際、これらのタイプのバッテリは、典型的には１８０℃未満のプロセス温度ウィンドウを必要とする。大量のマイクロバッテリを並行して成形又はシーリングするためのハンドリング解決策が必要である。さらに、密封又はほぼ密封のパッケージングがマイクロバッテリのために望ましい。しかし、端部密封シーリングは、金属堆積を必要とし、電気メッキが用いられるとマイクロバッテリがショートしやすくなる。

次に図１を参照すると、これは、金属堆積を必要とし、電気メッキが使用されるとショートしやすいマイクロバッテリの端部密封シーリングを示す。２つのマイクロバッテリ構造体１０－１、１０－２が上部に示され、マイクロバッテリ構造体１０－２は、ウェハを切断した後に示されている。マイクロバッテリ構造体１０－２の要素だけがラベル付けされているが、他のマイクロバッテリ構造体１０－１も同様である。マイクロバッテリ構造体１０－２は、２つの貫通ビア１１０－１及び１１０－２、電流コレクタ１１５、固体電解質１５０の内部に少なくとも部分的に形成されたカソード１２０、並びに、少なくとも部分的に電解質１５０の外側に形成されるが電解質に当接するアノード１２５を備える。ビア１１１は、アノード１２５をコンタクト１７５に電気的に結合し、コンタクト１７５自体は、貫通ビア１１０－２に電気的に結合される。電流コレクタ１１５は、貫通ビア１１０－１に電気的に結合される。これらは、基板１３０、ポリマー（例えば、シーリング接着剤）１３５及び銅板１４０を備える積層体１８０の中に形成される。カバー板は、極薄のセラミック、ガラス、シリコン、高温金属膜、又は、グラフェン膜複合物のような無機２Ｄ積層膜、とすることができる。基板は、例えば、極薄のセラミック、ガラス、シリコン、高温金属膜、又は、グラフェン膜複合物のような無機２Ｄ積層膜、とすることができる。典型的には、カバー板及び基板は、ストレスを避けるために同じ材料で作成されるが、これは、一つの選択肢に過ぎない。

図１は、単一のマイクロバッテリ１０が、主として、セル１９０として形成された後で、シーリングが問題となり得る２つの場所が存在することを示す。一つは、ビアシーリング問題に関する場所１９５である。もう一つは、端部シーリング問題に関する場所１９６である。

密封ビア接続を有する薄膜バッテリ基板は、ビアシーリング問題に対処するものである。しかし、端部シーリング問題は依然として解決されていない。これらの問題は、対処されなければならない。

本明細書における例示的な実施形態は、これらの問題及び他の問題に対処するものである。即ち、本明細書における例示的な実施形態は、バッチ・プロセスにおける個々のセルの端部シーリング問題及び全体的なシーリングの少なくとも１つ又は両方に対処するものである。

ある特定の例示的な実施形態において、固体薄膜マイクロバッテリのための金属ケーシングを提供する移動可能なハンダ成形装置及びシーリング構造が提案される。提案される例示的なプロセスは、マイクロバッテリとは別に、低温ハンダ・ケーシングの堆積又はその事前形成を含む。次に、バッチ・プロセスにおけるハンドラ装置により、熱圧縮を用いてハンダ・ケーシングを各々のバッテリ・セルに移動させることができる。これらの例示的な実施形態は、ハンドリング、金属シーリング、及びパケージングの際の固体薄膜バッテリに対する温度許容度の制約に対処することができる。

一例において、第１の適切なハンドラ（ガラス、Ｓｉ、カプトン膜など）が、マイクロバッテリのアレイに適合する低温ハンダ（インジウム、インジウムＳｎ、インジウムＳｎビスマスなど）の堆積のために準備される。次に、位置合わせされた熱圧縮プロセスが適用され、テンプレートをマイクロバッテリ基板に接合する。次いで、テンプレートは剥離される。次に、各々の個々のバッテリ・セルが金属ケーシングによって密封シーリングされる。

この開示の残りは、以下のように広いカテゴリに分けることができる。図２は、薄膜バッテリ（又はより典型的には、マイクロバッテリ）（ＴＦＢ）セルのようなパネルを、どのようにして薄膜バッテリ・パネル移動によりハンドラに移動させることができるかを示す。図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、５Ａ、及び５Ｂは、端部（又は全体）シーリングを有するセルを作成するための種々のプロセスを示す。これらの手法は、ＴＦＢ(薄膜バッテリ、又は、より一般的には「マイクロバッテリ」)パネルに関するものであり、マイクロバッテリ構造体が形成される積層体を通って「部分的」又は「完全な」切断が行われるときの手法が少なくとも異なる。図６は、個々のセル（マイクロバッテリ構造体とも呼ぶ）をどのようにしてハンドラ上に移動させることができるかを示す。図７、８及び９は、セルの周りのハンダ成形を用いて端部をシーリングするため、及び場合により全体をシーリングするための、種々のプロセスを示す。これらの手法は、個片化され選別されたセルのためである。図７は、ハンダ成形の後の詳細な構造体を示す。図８は、ハンダ膜を用いる手法を示す。図９は、ハンダ移動による手法を示す。図１０及び１１は、マイクロバッテリ構造体形成プロセスが、「おもて面を上にする」マイクロバッテリによって行われる場合を示す。

次に図２を参照すると、この図は、複数のパネル移動の例示的な提案される手法の図である。マイクロバッテリ構造体１００のアレイ２００が、ハンドラ構造体２１０の上に示されている。図２は、ハンドラ構造体２１０（その下にはガラス・ハンドラを含むように考えられるが、これは単に一例であって、Ｓｉ、カプトン膜などを用いることも可能）へのマイクロバッテリ・セル移動の例示的な一実施形態を示し、ここで、アレイ２００の部分１００－１が、薄膜バッテリ・パネルによって配置されており、薄膜バッテリ・セル（図２には、マイクロバッテリ構造体として示される）が初めに構築される。参照番号２４０は、領域１００－１内の構造体１００がハンドラ構造体２１０に移動させられ、マイクロバッテリ構造体１００として示される個々のセルを作成するように加工された後に、薄膜バッテリ・パネル２２０が除去されることを示す。個々のセルを作成するための例示的な処理が、以下で説明される。薄膜バッテリ・パネル２２０は、除去することができる（参照番号２４０におけるように）が、ハンドラ構造体２１０の上に配置することもできることに留意されたい。この例には、４つのパネル２２０－１～２２０－４が、対応する領域１００－１～１００－４に存在する。

付加的な細部において、セル（マイクロバッテリ構造体１００）は、パネル２２０－１内で形成され、パネル２２０－１～２２０－４は、この例においてはハンドラ２１０の上に取り付けられている。切断後、各々のパネルは除去され、セルが残る。

用語に関して、用語「セル」は本明細書においては、その側面がカプセル化され、他のマイクロバッテリ構造体から分離されたマイクロバッテリ構造体を示すために用いられる。このことは限定無しに行われるが、マイクロ構造体１００は、それらが分離しているので「セル」と呼ぶことが可能である。しかし、明瞭にするために、マイクロバッテリ構造体及びセルの定義が、本明細書では用いられる。これらの定義により、セルは、マイクロバッテリ構造体（例えば、その対応する積層体３８０）を含むことになることに留意されたい。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、これらの図は、金属の前の部分的カットを伴う例示的な一実施形態を示す。具体的には、ステップ４における（金属）ハンダ成形プロセスの前のステップ２において、部分的カットが存在する。ステップ１において、２つのマイクロバッテリ構造体１００－１及び１００－２を含む薄膜マイクロバッテリ構造体の積層体３８０が、この例においては、仮止め接着剤６１０の上に取り付けられ、この仮止め接着剤６１０自体は、レーザー剥離可能コーティング層６１５の上に載せられ（又は形成され）、このコーティング層６１５はさらにガラス・ハンドラ６２０の上に載せられる（又は形成される）。ステップ２において、カバー板１４０及びポリマー（例えば、シーリング接着剤）１３５を通って基板１３０の一部まで切断するプロセスが行われる。そのような切断は、視覚位置合わせによるプログラムされたレーザー・ビームの走査によって行うことができる。ステップ３において、シード層６３０がスパッタリングされる。ステップ４において、レーザーを使用してマイクロバッテリ構造体１００－１及び１００－２をセル５００－１及び５００－２に個片化することによって、セル５００－１及び５００－２が作成される。シード層６３０は、例えば、チタン（約３００Å、ここでÅはオングストロームである）及び銅（約１０００Å、オングストローム）とすることができよう。Ｔｉ／Ｃｕ積層体は、ハンダをメッキするための典型的なシード層である。端子５４０もまたマーク付けされており、各々の貫通ビア１１０（この図ではマーク付けされていない）に対して１つの端子５４０が示される。

ステップ５において、ハンダ成形プロセスが行われる。層６４０は、このプロセスによって形成される。ステップ６において、層剥離プロセスがセル５００－１及び５００－２を剥離して、マイクロバッテリ５９０－１、５９０－２になる。本明細書では、マイクロバッテリは、ハンドラから剥離されてハンドラから分離されたセルであるとみなされる。このことは、セル５００は、場合によりハンドラ６２０から剥離されない場合でもバッテリとして用いることができるので、限定するものと考えられるべきではないが、この用語は、明確にするために本明細書で使用されることに留意されたい。

セル（例えば、マイクロバッテリ）５９０の端部３９０は、端部に隣接する基板１３０のより薄い部分と、セルの長さＬＣの中心方向のより厚い部分とを有することに留意されたい。セルの長さＬＣが示され、セルのおもて面側（face side）は、端子５４０を有する。

図４Ａ及び図４Ｂは、金属の前のフルカットを伴う例示的な一実施形態を示す。この実施形態は、図３の実施形態と類似しているが、ある特定の点で異なる。例えば、図４を図３と比べると、ステップ２において、基板１３０を通り抜けるフルカットが存在し、図３においては、基板１３０を通り抜けるフルカットは、ステップ４まで行われない。再び、そのような切断は、視覚位置合わせによるプログラムされたレーザー・ビームの走査によって行うことができる。別の違いは、図３のステップ１において、積層体３８０は仮止め接着剤６１０の上に取り付けられるが、この例においては、仮止め接着剤６１０は、アイランド６１２－１、６１２－２にパターン形成され、アイランドの各々は、対応するマイクロバッテリ１００－１、１００－２及びステップ２における切断が行われた後に結果として得られるセル５００－１、５００－２に実質的に位置合わせされるように配置され、その下に及びそれを覆うように形成される。この位置合わせ及び形成は「完全」である必要はないが、ステップ２～５における適切な個片化が可能になるようにする。ステップ２において、基板１３０及びポリマー１３５（及びカバー板１４０）を通って完全に切断するプロセスが行われる。これによって、セル５００－１及び５００－２が得られ、これらは依然としてガラス・ホルダ６２０に取り付けられている。

ステップ３において、シード層６３０が露出した表面にスパッタリングされる。ステップ４において、層６４０を形成するために、ＩＭＳ（射出成形されたハンダ）又はメッキとすることができるハンダ成形プロセスが行われる。処理フローのこの部分の最後のステップは、ステップ５において行われ、ここで、レーザーを用いて、セル５００－１、５００－２をレーザー剥離可能コーティング層６１５から剥離し、個々の対応するマイクロバッテリ５９０－１、５９０－２を作成する。レーザーを用いてセルを剥離するこのステップ及び他のステップに関して、例えば、残留するレーザー剥離可能コーティング層及び仮止め接着剤を除去するために、何らかのクリーニングを行うことができることに留意されたい。例えば、除去されるべき厚さに応じて、クリーニングの２つの手法、１）接着剤（例えば、より薄い材料）を除去するための低出力レーザー・アブレーション走査、若しくは２）酸素プラズマ・エッチング（例えば、より厚い材料）又はこれらの両方が存在する。

セルの長さＬＣが示され、セルのおもて面側は端子５４０を有する。積層体の長さＬＳも示されている。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、これらの図は、金属の前のフルカットと最終的な液晶ポリマー（ＬＣＰ）カプセル化とを伴う他の例示的な実施形態を示す。ステップ１において、積層体３８０が、ガラス・ハンドラ６２０上のＬＣＰ層６５０を伴う仮止め接着剤６１０の上に（アイランド６１２－１及び６１２－２を用いて）取り付けられる。ステップ２において、基板１３０及びポリマー１３５（及びカバー板１４０）を完全に切断するプロセスが用いられる。これは、レーザー若しくは化学的又はこれらの両方のエッチング・プロセスとすることができる。これは、「フルカット」であり、セル５００－１及び５００－２を形成する。ステップ３において、シード層を露出した表面にスパッタリングするプロセスが用いられる。ステップ４において、層６４０を形成するために、ＩＭＳ又はメッキなどのハンダ成形プロセスが行われる。

次に図５Ａ及び図５Ｂのプロセスは、ＬＣＰのオーバーモールディング（２つ又はそれ以上の異なる材料を組み合わせて用いて単一部分が作成されるプロセス）又は射出成形（溶解した材料をモールド内に射出することによって部分を生成するための製造プロセス）及び平面層への接合を行い（ステップ５を参照）、これによって、ＬＣＰ層６５０との接合を含めて、露出した表面を覆うＬＣＰ層６６０を形成する。この接合は、ある特定の時間の間、ある特定の温度範囲に加熱するなどといった他の操作を含むことがある。この接合は、基本的に、単一のポリマー膜、６６０＋６５０を作成する。従って、オーバーモールディングは、２つのセル５００－１、５００－２を、ＬＣＰ層６６０を介して構造的に接続し、以前に個片化されたセル５００の間に存在した以前の未充填領域５７０を充填する。

ステップ６において、セル５００－１及び５００－２を剥離して対応するマイクロバッテリ５９０－１、５９０－２を形成し、パッド又はビアの上のＬＣＰ層６５０を開く、レーザー個片化プロセスが使用される。この例は、貫通ビア１１０の上の、端子５４０の少なくともある部分に対する、開口６８０を示す。導体（ハンダ又は金属、例えば、メッキされたＣｕ／Ｎｉ／金）との正（ｐｏｓ）及び負（ｎｅｇ）の接続部を充填する付加的な選択肢が存在する。

図６を参照すると、この図は、選別されたセルを選び取り、ガラス・ハンドラ上に配置する別の実施形態を示す。この図はさらに、個片化されたセルを保持するための仮止め接着剤の使用を示す。この例において、セル５００－２は、仮止め接着剤６１０のアイランド６１２－２の上に既に配置されており、参照番号９０は、セル５００－１を選び取って、仮止め接着剤６１０のアイランド６１２－１の上に配置するためのアームを示す。これによって、ガラス・ハンドラ６２０のレーザー剥離可能コーティング層６１５の上にある仮止め接着剤６１０の上に配置された、選別されたセル５００－１、５００－２が得られる（参照番号１０を参照）。

図７は、例示的な一実施形態における、セル５００－１、５００－２の周りのハンダ成形を示す。図７に関して、セル５００－１、５００－２は、加工によって形成されたものであり、対応するマイクロバッテリ構造体１００－１、１００－２の分離されたバージョンである。即ち、マイクロバッテリ構造体１００－１、１００－２は、層を用いて形成され、個片化を用いて対応するセル５００－１、５００－２に分離されたものである。セル５００－１、５００－２は、ガラス・ハンドラ６２０の上に形成された剥離層６１５の上に形成されているように示されている。セル５００－１、５００－２は、仮止め接着剤６１０を介して剥離層６１５に取り付けられている。仮止め接着剤６１０は、隙間でありハンダ５２０によって覆われないセル５００の一部分の下にある。

仮止め接着剤の使用、射出成形の使用、又は事前形成された金属箔の使用の１つ又は複数を含む、図７に示されるハンダ成形のための多くの選択肢が存在する。仮止め接着剤６１０は、本明細書における技術を通じて、例えば、アイランド６１２に、又は層及びパターン形成を介して、加えることができることに留意されたい。より詳細には、仮止め接着剤は、ハンダ成形プロセスを可能にするように、セルを一時的に保持するためだけに使用される。仮止め接着剤は、シリンジ、プリンティング、ステンシル、スプレイ・コーティング、又は光リソグラフィ・パターン形成のうちの１つ又は複数によって、施すことができる。このことは、仮止め接着剤６１０が使用される本明細書における全ての実施形態に当てはまる。

射出成形は、既知の射出成形技術により、ハンダ合金をセルの周りに射出することを意味する。事前形成された金属箔は、他の図面に関しても説明される別の可能な技術であるが、セルに宛てがわれる事前形成された金属箔を使用する（例えば、以下で説明される図８を参照）。

単一のマイクロバッテリ５９０のみが図示されているが、剥離層６１５からの剥離の後、セル５００－１及び５００－２の各々は、マイクロバッテリになる。参照を容易にして分かりやすくするために、図１などにおいて以前に用いられた参照番号は、ここでも用いられる。即ち、類似の要素は、同じ参照番号でマーク付けされるが、要素が類似しているだけであり、組成などが異なる場合がある。マイクロバッテリ５９０（及び対応するセル５００－１又は５００－２）は、上カバー５３０、アノード１２５、シーリング接着剤５５５、固体電解質１５０、カソード１２０、ビア１１１、コンタクト１７５、及び電流コレクタ１１５を備え、全体がハンダ５２０によって覆われる。これらの要素の全ては、部分的にハンダ５２０によって囲まれる基板１３０の上に形成される。端子５４０は、基板１３０を貫通して延びて電流コレクタ１１５又コンタクト１７５のいずれかと接触する貫通ビア１１０と同様に示される。カソード１２０は、少なくとも部分的に固体電解質１５０の内部に形成され、アノード１２５は、少なくとも部分的に電解質１５０の外部に形成されるが、電解質１５０に当接している。ビア１１１は、アノード１２５をコンタクト１７５に電気的に結合し、コンタクト１７５自体は、貫通ビア１１０－２に電気的に結合される。電流コレクタ１１５は、貫通ビア１１０－１に電気的に結合される。上カバー５３０は、図１に示されるカバー板１４０を切断したものである。シーリング接着剤５５５は、図１のポリマー１３５の一例である。

図８は、例示的な熱エンボス加工／ハンダ成形及び個片化の際に行われるステップの図である。ステップ３１０における移動後のハンドラ構造体２１０（の一部分）が示されている。用語「移動後」は、図２又は図６におけるようにマイクロバッテリ構造体１００のガラス・ハンドラ６２０上への移動の後を意味する。即ち、薄膜マイクロバッテリ構造体が初めにパネル上に構築され、次に、これらのマイクロバッテリ構造体が個片化され、ガラス・ハンドラ上に移動される。ハンドラ構造体２１０は、この例においては、剥離層６１５及びガラス・ハンドラ６２０を備える。この例においては、８個のマイクロバッテリ構造体１００－１～１００－８が示されている。ステップ３２０において、構造体１００の上に箔３５０が宛てがわれている。低温ハンダ箔は、Ｉｎ、ＩｎＳｎ、ＳｎＢｉ、インジウムＳｎビスマスなどとすることができる。例えば、Ｉｎの融点は１５７℃であり、ＩｎＳｎの融点は１１９℃である。低温ハンダは、例えば、１６０℃未満を意味するように定義することができる。マイクロバッテリ構造体１００の上面３０１及び側面３０２は、剥離層６１５の上面３６１であるように示されている。

ステップ３３０において、ハンダ箔３５０が表面３０１、３０２、及び３６１に成形されるようにするハンダ成形操作（これは例えば、熱エンボス加工操作でもあり得る）が行われる。知られているように、成形プロセスにおいては、融解したハンダが表面に射出され、ハンダはあらゆる隙間を埋めるように流れることになり、次いで圧縮プロセスが適用されて最終的な形状を形成する。熱エンボス加工においては、事前形成された薄いハンダ膜が、初めに上面を覆うように積層される。温度が上昇すると、ハンダ膜が溶融し、あらゆる隙間に流れることになる。次に、各々の個々のバッテリ・セルが、金属ケーシングを用いて密封シーリングされる。ステップ３４０は、例えば、レーザー切断による最終的な個片化の結果を示し、マイクロバッテリ構造体１００－１～１００－８の各々は、対応するセル５００－１～５００－８に分離される。この後（又は付加的な処理の後）、ブロック３６０において剥離プロセスが行われ、マイクロバッテリを形成する。

図９を参照すると、この図は、熱エンボス加工／ハンダ成形及び個片化の代替的技術を示す。この技術は、移動３１０の後に開始する。ステップ４２０において、板、膜、テンプレートなどとすることができる一時的構造体４８０が、構造体２１０の上にマイクロバッテリ構造体１００を有するハンドラ構造体２１０に宛てがわれる。アイランド４６０－１～４６０－８として加えられた、事前形成された（及び事前パターン形成された）低温ハンダ４５０が存在する。ステップ４２０においては、アイランド４６０－１～４６０－８を対応するマイクロバッテリ構造体１００－１～１００－８と実質的に位置合わせするように、宛てがわれる。即ち、ステップ４２０は、例示的な一実施形態における、アイランド４６０を備えた一時的構造体４８０をマイクロバッテリ基板に接合するために適用される、位置合わせを伴う熱圧縮プロセスの実例である。次に、構造体４８０は、ステップ４３５において剥離される。ブロッブ４６０のパターン及び幅Ｗ１は、ステップ４３０におけるハンダ成形の後で、一時的構造体の除去（４３５）及び結果的に得られる個片化（４４０）の後にハンダ４５０が各々のマイクロバッテリ構造体１００をカプセル化するように、マイクロバッテリ構造体１００のパターン及び幅Ｗ２に対して設計される。即ち、マイクロバッテリ構造体１００の側面３０２は、剥離層６１５の上面３６１にカプセル化され、上面３０１もまたカプセル化されるが、マイクロバッテリ構造体１００－１～１００－２の、対応するセル５００－１～５００－８への個片化が行われる。また、ハンダ成形（４３０）は、このカプセル化を可能するように定められ、行われる。即ち、事前形成されたハンダ・アイランドが、成形の全体積及び厚さを定めることになる。個片化の後（又は付加的な処理の後）、ブロック３６０において剥離プロセスが行われ、マイクロバッテリを形成する。

図１０は、マイクロバッテリ構造体形成プロセスが、マイクロバッテリについて「おもて面を上にする」姿勢で行われる例示的な一実施形態である。以前の例は、マイクロバッテリの「おもて面を下にする（face down）」姿勢を用いたものであり、ここで「おもて面（face）」は、貫通ビア１１０－１及び１１０－２を含む。これらの例においては、「おもて面」が「下向き」であり、基板６２０の表面に向いている。マイクロバッテリのおもて面を上にする姿勢では、ビア１１０－１及び１１０－２並びに対応する端子５４０－１及び５４０－２を含むおもて面は、基板６２０の表面１０１０から離れる。図１０並びにセル１０００－１及び１０００－２を参照されたい。図１０のみをこの例示的な実施形態に適用することができ、また、（ハンダ・アイランドの代わりに）所定のハンダ・フレームを、隙間のみと位置合わせさせるように再配置する必要がある。さもなければ、ハンダは、２つの端子５４０を短絡することになる。これらのセル１０００は、指示された位置にある仮止め接着剤６１０を有する。この姿勢は、以下の技術、即ち、仮止め接着剤６１０の使用、射出成形の使用及び／又は事前堆積されたハンダ・フレームの使用のうちの１つ又は複数を用いて、達成することができる。

図１１を参照すると、この図は、図１０におけるおもて面を上にする手法が検査１１２０を容易にすることができることを示す。この例において、セル１０００－１は、対応する端子５４０－１、５４０－２に接触させるために用いられる２つのプローブ１１１０－１及び１１１０－２を有する。セル１０００－１及び１０００－２は、仮止め接着剤６１０が基板１３０の「上」面１３１並びに端子５４０－１及び５４０－２の周りから除去された後が示されている。従って、プローブ１１１０を用いて、マイクロバッテリを検査することができる。レーザー剥離１１３０も示されており、その結果として、分離されたマイクロバッテリのうちのマイクロバッテリ１０９０が示されている。

上記の実施形態において、端子５４０及び対応する貫通ビア１１０が同じ側（基板１３０がある側）にあるように示されているが、これは単なる例示である。端子５４０（例えば、及び対応する貫通ビア１１０）、反対側にある場合も、互いに直交する側にある場合もある。

前述の説明において、本明細書で開示される例示的な実施形態の完全な理解を与えるために、多くの特定の細部、例えば、特定の構造体、コンポーネント、材料、寸法、処理ステップ、及び技術などが示されている。しかし、当業者であれば、本明細書で開示された例示的な実施形態は、これらの特定の細部なしに実施することができることを認識するであろう。さらに、周知の構造体又は処理ステップの詳細は、提起された実施形態を不明瞭にすることを避けるために、省略されている可能性があり、又は説明されていない可能性がある。層、領域、又は基板などの要素が、別の要素の「上」又は「上方」にあるというときには、それは他の要素の直接上に存在することができ、或いは、介在する要素が存在しても良いことを理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素の「直接上に」又は「直接」上方にあるというときには、介在する要素は何も存在しない。さらに、ある要素が、別の要素の「下」又は「下方」にあるというときには、それは他の要素の直接下又は下方に存在することができ、或いは、介在する要素が存在しても良いことを理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素の「直接下に」又は「直接下方に」あるというときには、介在する要素は何も存在しない。

示されてきたことは、様々な実施形態において以下を含む。
ハンダ成形薄膜Ｌｉバッテリ（例えば、厚さ：０．０１ｍｍ～１ｍｍ）、
固体薄膜マイクロバッテリのための一時的ハンドラ手法、
薄膜Ｌｉマイクロバッテリに対する熱衝撃を避けるための低温ハンダ成形の使用、
マイクロバッテリをオーバーモールディングするための事前形成されたハンダ箔の使用、
マイクロバッテリを移動してオーバーモールディングするためにパターン形成ハンダを事前堆積させるためのＩＭＳの使用、
ＩＭＳとの低／無Ｏ_２及びＨ_２Ｏ輸送をサポートする環境及び生体適合性カプセル化と、ＬＣＰによる環境及び生体適合性パッケージとを提供するための、ＩＭＳ及びＬＣＰオーバーモールディング又は射出成形の使用、及び／又は、
薄膜Ｌｉマイクロバッテリの仮接合のための事前パターン形成された接着剤の使用。

図面中のフローチャート及びブロック図は、本発明の様々な実施形態による、システム、方法及びコンピュータ・プログラム製品の可能な実施の、アーキテクチャ、機能性、及び、操作を示す。これに関して、フローチャート又はブロック図内の各々のブロックは、モジュール、セグメント、又は、指定された論理機能（単数又は複数）を実施するための１つ又は複数の命令を含む命令の部分、を表すことができる。幾つかの代替的な実施において、ブロック内に示される機能は、図に示されたものとは異なる順番で行うことができる。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することができ、又は、ブロックは、時々、関連する機能性に応じて、反対の順番で実行することができる。さらに、ブロック図若しくはフローチャート図又は両方の各々のブロック、及び、ブロック図若しくはフローチャート図又は両方におけるブロックの組み合わせは、指定された機能又は行為を実行する、或いは、専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせを実行する、専用ハードウェアをベースとするシステムによって実施することができることに留意されたい、

本明細書で説明された本発明の好ましい実施形態において、マイクロバッテリ構造体を含む複数の個々のセルをハンドラ上に取り付けることであって、マイクロバッテリ構造体は、基板、ポリマー、及びカバー板の層を含む積層体を備え、マイクロバッテリ構造体をハンドラ上の剥離層の上に取り付ける、取り付けることと、複数の個々のセルの表面と、剥離層の露出した表面とにハンダを成形して、ハンダ被覆セルを作成することと、ハンダ被覆セルを複数の個々のセルに個片化することであって、少なくともハンダを通して剥離層まで切断して個々のセルに分離する、個片化することと、複数の個々のセルを剥離して対応する個々のマイクロバッテリを形成することとを含む、マイクロバッテリを形成するための方法が提供される。ハンダを成形することは、個々のセルの上面の上及び剥離層の上に低温ハンダ箔を宛てがうことと、セルの露出した表面及び剥離層の露出した表面にハンダ箔を成形させるハンダ成形プロセスを行うことを含むことができる。ハンダを成形することは、低温ハンダ箔のアイランドを含む一時的構造体を、個々のセルの上面の上及び剥離層の上に宛てがうことであって、低温ハンダ箔のアイランドは対応する個々のセルをカプセル化するように定められる、宛てがうことと、セルの露出した表面にハンダ箔を成形させるハンダ成形プロセスを行うことと、一時的構造体を剥離するプロセスを行うこととを含む。積層体は、カバー板が基板よりもハンドラ側に近くなるように取り付けることができ、基板はカバー板の反対側にあり、本方法はさらに、基盤を貫通し、積層体内に形成されたマイクロバッテリ・セルの正及び負ノードに接続される貫通ビアを形成することと、貫通ビアに結合される端子を形成することであって、端子は、基盤の表面に、かつ剥離層上にある積層体の表面とは反対側に形成される、形成することとを含む。

Claims (18)

1. 複数の表面を備える積層体内に形成されたマイクロバッテリ構造体と、
   前記表面の１つに設けられ、前記マイクロバッテリ構造体のバッテリのアノードに結合された、第１の端子と、
   前記表面の１つに設けられ、前記マイクロバッテリ構造体の前記バッテリのカソードに結合された第２の端子と、
   前記積層体の前記表面の少なくとも１つを覆う金属含有膜と
   を備えるマイクロバッテリ。
2. 前記金属含有膜はハンダを含む、請求項１に記載のマイクロバッテリ。
3. 前記複数の表面は、２つの側面を含み、前記金属含有膜は、前記積層体の前記表面の少なくとも前記２つの側面を覆う、請求項１に記載のマイクロバッテリ。
4. 前記複数の表面は、前記第１及び第２の端子が配置されるおもて面側と、前記おもて面側とは反対側の他面側とを有し、前記金属含有膜は、前記積層体の前記他面側をさらに覆う、請求項３に記載のマイクロバッテリ。
5. 前記積層体は、基板、ポリマー、及びカバー板の層を含み、前記カバー板層は、前記積層体の前記他面側に設けられ、かつ前記金属含有膜によって覆われており、前記基板は、前記おもて面側に設けられ、
   前記積層体は、前記２つの側面の間の長さを有し、前記層は、前記長さに沿って平行であり、
   少なくとも前記ポリマー層及びカバー板層は、前記マイクロバッテリの端部に隣接する前記基板の上の領域から除去され、
   前記金属含有膜は、金属を含み、
   ハンダ膜が、前記金属含有膜の表面を覆う、
   請求項４に記載のマイクロバッテリ。
6. 前記基板は、前記長さの中間点付近でより厚く、かつ、前記積層体の端部でより薄く、少なくとも前記ポリマー層及び上カバー層は、前記マイクロバッテリの端部に隣接する前記基板のより薄い領域の上から除去される、請求項５に記載のマイクロバッテリ。
7. 前記積層体は、基板、ポリマー、及びカバー板の層を含み、前記カバー板層は、前記積層体の前記他面側に設けられ、かつ前記金属含有膜によって覆われており、前記基板は、前記おもて面側に設けられ、
   前記積層体は、前記２つの側面の間の長さを有し、前記層は、前記長さに沿って平行であり、
   前記金属含有膜は、金属を含み、
   ハンダ膜が、前記金属含有膜の表面を覆い、
   前記おもて面側の前記基板は、前記金属含有膜又は前記ハンダ膜によって覆われない表面を有する、
   請求項４に記載のマイクロバッテリ。
8. 前記積層体は、基板、ポリマー、及びカバー板の層を含み、前記カバー板層は、前記積層体の前記他面側に設けられ、かつ前記金属含有膜によって覆われており、前記基板は、前記おもて面側に設けられ、
   前記積層体は、前記２つの側面の間の長さを有し、前記層は、前記長さに沿って平行であり、
   前記金属含有膜は、金属を含み、
   ハンダ膜が、前記金属含有膜の表面を覆い、
   ポリマーが、前記ハンダ膜の表面を覆い、
   前記おもて面側の前記基板は、少なくとも部分的に接着剤で覆われ、前記おもて面側は、前記基板層を貫通して延びる貫通ビアに結合された２つの端子を備え、
   ポリマー膜が、前記ハンダ膜の表面と、前記基板を覆う前記接着剤の表面とは反対側の前記接着剤の表面とを覆い、
   前記ポリマー膜に開口が形成されて、対応する端子の少なくとも一部分を露出させる、
   請求項４に記載のマイクロバッテリ。
9. 前記開口は、導体で充填される、請求項８に記載のマイクロバッテリ。
10. 前記積層体は、基板、ポリマー、及びカバー板の層を含み、前記カバー板層は、前記積層体の前記他面側に設けられ、かつ前記金属含有膜によって覆われており、前記基板は、前記おもて面側に設けられ、
    前記積層体は、前記２つの側面の間の長さを有し、前記層は、前記長さに沿って平行であり、
    前記金属含有膜は、ハンダを含み、
    前記金属含有膜は、前記基板の一部分を覆い、前記基板の残りは、前記金属含有膜によって覆われない表面を有する、
    請求項４に記載のマイクロバッテリ。
11. 前記マイクロバッテリの厚さは、０.０１ｍｍ～１ｍｍの範囲の厚さである、請求項１に記載のマイクロバッテリ。
12. 内部に複数のマイクロバッテリ構造体が形成された積層体を含む薄膜バッテリ・パネルをハンドラの上に取り付けることであって、前記薄膜バッテリ・パネルは、接着剤層の上の表面を有し、前記接着剤層は、前記ハンドラの上にある剥離層の上に設けられ、前記積層体は、基板、ポリマー、及びカバー板の層を含む、取り付けることと、
    前記複数のマイクロバッテリ構造体を少なくとも部分的に分離するように、前記積層体の複数の層を通って切断することと、
    切断された前記積層体の前記複数の層の表面にハンダを成形することと、
    前記複数のマイクロバッテリ構造体を、対応する個々のマイクロバッテリ・セルに個片化することと
    を含む、マイクロバッテリを形成するための方法。
13. 前記複数のマイクロバッテリ構造体を少なくとも部分的に分離するように、前記積層体の複数の層を通って切断することは、前記積層体の複数の層を通って切断するが、前記複数のマイクロバッテリ構造体の間の層の少なくとも一部を残し、
    切断された前記積層体の前記複数の層の表面にハンダを成形することは、
    切断された前記積層体の露出した表面にシード層を形成することと、
    前記複数のマイクロバッテリ構造体をセルに個片化することと、
    前記個片化されたセルの露出した表面にハンダを成形することであって、ハンダを成形することによって、前記個片化されたセルが前記接着剤層を介して前記ハンドラに取り付けされる、成形することと
    をさらに含み、
    前記複数のマイクロバッテリ構造体を、対応する個々のマイクロバッテリ・セルに個片化することは、前記個々のマイクロバッテリ・セルを形成するように、レーザー剥離を用いることによってセルを剥離することをさらに含む、
    請求項１２に記載の方法。
14. 前記取り付けることは、前記薄膜バッテリ・パネルを、前記接着剤層のアイランドが前記剥離層の上に形成されている前記ハンドラの上に取り付けることを含み、前記アイランドは、対応するマイクロバッテリ構造体と実質的に位置合わせされ、それを覆うように形成されており、
    前記複数のマイクロバッテリ構造体を少なくとも部分的に分離するように、前記積層体の複数の層を通って切断することは、前記マイクロバッテリ構造体をセルに個片化するように前記積層体の全ての層を通って切断し、
    切断された前記積層体の前記複数の層の表面にハンダを成形することは、
    前記個片化されたセルの露出した表面にシード層を形成することと、
    前記個片化されたセルの露出した表面にハンダを成形することと
    をさらに含み、
    前記複数のマイクロバッテリ構造体を、対応する個々のマイクロバッテリ・セルに個片化することは、前記個々のマイクロバッテリ・セルを形成するように、レーザー剥離を用いることによってセルを剥離することをさらに含む、
    請求項１２に記載の方法。
15. 前記ハンダを成形することは、メッキ又は射出成形を用いる成形の１つ又は両方によって行われる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記取り付けることは、前記薄膜バッテリ・パネルを、前記接着剤層のアイランドが前記剥離層の上に形成されている前記ハンドラの上に取り付けることを含み、前記アイランドは、対応するマイクロバッテリ構造体に実質的に位置合わせされ、それを覆うように形成されており、前記接着剤層は、ポリマー膜の上に設けられ、前記ポリマー膜は、前記ハンドラの上にある前記剥離層の上に設けられ、
    前記複数のマイクロバッテリ構造体を少なくとも部分的に分離するように、前記積層体の複数の層を通って切断することは、前記マイクロバッテリ構造体をセルに個片化するように前記積層体の全ての層を通って切断するが、前記ポリマー膜を完全には切断せず、
    切断された前記積層体の前記複数の層の表面にハンダを成形することは、
    前記個片化されたセルの露出した表面にシード層を形成することと、
    前記個片化されたセルの露出した表面にハンダを成形することと、
    をさらに含み、前記ハンダを成形することは、前記ハンダが前記ポリマー膜の露出した表面から除去されるように行われ、
    前記方法は、前記ハンダの露出した表面上及び第２のポリマー層の露出した表面上にポリマーのオーバーモールディングを行うことをさらに含み、前記オーバーモールディングを行うことは、前記個片化されたセルの間の未充填場所を充填し、オーバーモールディングされたポリマーを前記剥離層の上の前記ポリマー膜に接合して単一のポリマー膜を生成し、
    前記複数のマイクロバッテリ構造体を、対応する個々のマイクロバッテリ・セルに個別化することは、レーザー個別化を用いて、前記単一のポリマー膜を通って完全に切断することによってセルを個別化することと、前記個々のマイクロバッテリ・セルを形成するように、レーザー剥離を用いることによってセルを剥離することとを含む、
    請求項１２に記載の方法。
17. 前記基板は、前記積層体のおもて面側にあり、前記基板は、前記接着剤層の上にあり、前記おもて面側には、前記基板層を通して延びる貫通ビアに結合された端子が存在し、本方法は、前記ポリマー膜を貫通し、かつ前記接着剤層を貫通する開口を切り開いて、対応する端子の少なくとも一部分を露出させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記開口を導体で充填することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。

Images