KR101131555B1 - 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101131555B1
KR101131555B1 KR1020090100585A KR20090100585A KR101131555B1 KR 101131555 B1 KR101131555 B1 KR 101131555B1 KR 1020090100585 A KR1020090100585 A KR 1020090100585A KR 20090100585 A KR20090100585 A KR 20090100585A KR 101131555 B1 KR101131555 B1 KR 101131555B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pattern
thin film
film battery
pattern mask
mask
Prior art date
Application number
KR1020090100585A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110043870A (ko
Inventor
남상철
박호영
이기창
박기백
차동혁
박준홍
권영운
Original Assignee
지에스나노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지에스나노텍 주식회사 filed Critical 지에스나노텍 주식회사
Priority to KR1020090100585A priority Critical patent/KR101131555B1/ko
Publication of KR20110043870A publication Critical patent/KR20110043870A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101131555B1 publication Critical patent/KR101131555B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/042Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/042Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법이 개시된다. 박막 전지 제조용 패턴 마스크는 절연 특성을 갖는 표면을 포함하고, 박막 전지의 증착 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴이 형성되어 있다.

Description

박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법 {PATTERN MASK FOR THIN FILM BATTERY, THIN FILM BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전지 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
하나의 베이스 기판 상에 구현되는 박막 전지는 반응 전극의 면적 및 전극간 격리 등을 고려하여 서로 다른 크기와 모양을 갖는 복수의 패턴 마스크를 이용하는 일련의 증착 공정을 통해 제조된다. 상기 패턴 마스크로는, 일반적으로, 고온에서 열팽창이 적은 금속 재질로 이루어진 금속 패턴 마스크를 사용한다.
그런데, 최근 금속 원자재의 가격 상승으로 인하여 상기 금속 패턴 마스크 제조 단가도 상승하고 있다. 또한, DC(direct current) 또는 RF(radio frequency) 파워를 사용하는 스퍼터링 증착 공정에서 상기 금속 패턴 마스크를 사용할 경우, 플라즈마 이상 방전, 증착막 손상 등에 의해 다양한 형태의 불량이 발생한다. 이러한 불량의 대표적인 예로는, 금속 패턴 마스크 상에 증착된 막의 박리에 의한 이물 발생(도 1의 (A) 참조), 상기 이물에 의한 전지 쇼트(도 1의 (B) 참조), 플라즈마 이상 방전에 의한 박막 이상 증착(도 1의 (C) 참조), 증착막 박리(도 1의 (D) 참조) 등을 들 수 있다. 이로 인해, 박막 전지의 제조 수율이 향상시키는 데 많은 어려움이 있다.
본 발명의 일 실시예는 증착 공정에서 발생할 수 있는 이물 발생, 전지 쇼트, 박막 이상 증착, 증착막 박리 현상 등을 방지하거나 최소화함으로써 박막 전지의 수율을 향상시킬 수 있는 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크는 절연 특성을 갖는 표면을 포함하고, 박막 전지의 증착 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴이 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지의 제조 방법은 절연 특성을 갖는 표면을 포함하는 패턴 마스크를 이용하여 증착 패턴을 형성하기 위한 증착 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지는 절연 특성을 갖는 표면을 포함하는 패턴 마스크를 이용하여 형성된 적어도 하나의 증착 패턴을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존 금속 패턴 마스크를 사용하는 증착 공 정에서 발생할 수 있는 불량, 예를 들어, 금속 패턴 마스크 상에 증착된 막의 박리에 의한 이물 발생, 상기 이물에 의한 전지 쇼트, 플라즈마 이상 방전에 의한 박막 이상 증착, 증착막 박리 등을 방지하거나 최소화할 수 있다. 이를 통해, 박막 전지의 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 금속보다 상대적으로 저렴하면서도 원자재 공급이 용이한 절연 재료로 상기 패턴 마스크를 제조할 수 있으므로, 상기 패턴 마스크 및 박막 전지의 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한, 가공성이 우수한 절연 재료 등으로 상기 패턴 마스크를 손쉽게 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에 있어서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 “상”에 형성되어 있다고 기재된 경우는, 상기 어떤 구성 요소 및 상기 다른 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 있는 경우를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크(130)는 박막 전지를 구성하는 증착 패턴, 예를 들어, 양극 전류 집전체 패턴, 음극 전류 집전체 패턴, 양극 패턴, 전해질 패턴, 음극 패턴 및 보호막 패턴 중에서 적어도 하나의 패턴을 형성하기 위한 패턴 마스크(130)일 수 있다. 각 패턴 마 스크(130)에는 상기 증착 패턴에 대응하는 개구 패턴(140)이 형성되어 있다.
상기 패턴 마스크(130)의 적어도 일 표면, 예를 들어, 박막 전지 제조시 베이스 기판과 접촉하는 표면 또는 마주보는 표면이 절연 특성을 가진다. 또는 상기 패턴 마스크(130)의 전체 면이 절연 특성을 가질 수 있다. 상기 패턴 마스크(130)는 필요에 따라 상기 패턴 마스크(130) 상에 위치하는 마스크 휨 방지용 고정 바(bar)(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 패턴 마스크(130)는 적어도 일 표면이 절연 특성을 가지면 되므로, 다양한 형태의 변형이 가능하다. 일 예로, 상기 패턴 마스크(130) 전체를 절연 재료로 형성할 수 있다. 이때, 상기 절연 재료의 재질은 상기 박막 전지를 구성하는 증착 패턴과 동일할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 재질로 이루어진 전해질 패턴을 포함하는 박막 전지 제조시, 상기 전해질 패턴을 제조하기 위한 패턴 마스크(130)로 세라믹 재질로 이루어진 패턴 마스크(130)를 사용할 수 있다. 이 외에도, 상기 박막 전지의 증착 패턴에 대응하는 각 패턴 마스크(130)를 세라믹 재질로 형성하여도 무방하다. 한편, 상기 패턴 마스크(130) 전체를 절연 재료로 형성하는 대신에 상기 패턴 마스크(130)의 모재의 재료로서 절연 재료, 금속 또는 합금을 사용하고, 상기 모재를 가공하여 상기 패턴 마스크(130)의 적어도 일 표면이 절연 특성을 갖도록 형성할 수도 있다. 예를 들어, 상기 패턴 마스크(130)의 적어도 일 표면에 절연 특성이 있는 산화막을 형성할 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 패턴 마스크(130)의 모재로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하고, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 산화시켜 상기 패턴 마스크(130) 표면에 알루미나막을 형성하는 경우를 들 수 있다. 이때, 상기 알루미나막의 두께는 알루미나막의 절연 파괴 특성, 내열 강도, 표면 경도 등을 고려하여 1 내지 500㎛일 수 있다. 한편, 상기 패턴 마스크(130)의 적어도 일 표면을 절연 재료로 코팅함으로써 상기 패턴 마스크(130)의 적어도 일 표면이 절연 특성을 갖도록 하여도 무방하다.
상기 패턴 마스크(130)는 샌딩 처리가 되어 있을 수 있으며, 이로 인해 상기 패턴 마스크(130)의 표면의 조도가 큰 값을 가질 수 있다. 이처럼, 상기 패턴 마스크(130)의 표면의 조도가 큰 값을 가지면, 상기 패턴 마스크(130) 상에 증착된 막의 접착력 및 강도가 강해지므로, 상기 패턴 마스크(130) 상에 증착된 막의 박리에 의한 이물 발생을 현저히 줄일 수 있다. 한편, 상기 샌딩 처리는 패턴 마스크(130)의 표면의 조도를 증가시키기 위한 일 예이므로, 상기 샌딩 처리 이외에도 상기 패턴 마스크(130)의 표면 조도를 향상시킬 수 있는 다른 방법들을 본 발명의 일 실시예에 도입할 수도 있을 것이다.
상기 개구 패턴(140)은 상기 베이스 기판 상에 증착하고자 하는 증착 패턴과 동일한 형태를 갖는다. 상기 개구 패턴(140)의 측면(142)은 경사면으로 이루어져 있다. 이 때문에, 상기 증착 패턴의 전 부분이 동일한 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 고정 바(150)는 강성이 있는 재료로 형성될 수 있으며, 상기 개구 패턴(140)에 의해 상기 마스크가 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 증착 공정시 상기 마스크가 휘어짐으로써 발생할 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크가 베이스 기판 상에 장착된 형상을 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, DC(direct current) 또는 RF(radio frequency) 파워를 사용하는 스퍼터링 증착 장비 내에 장입된 베이스 기판(210)이 진공 중 기판 홀더(220) 상에 흡착되어 있다. 상기 베이스 기판(210) 상에는 전술한 패턴 마스크(230)가 밀착되어 있다. 이와 같은 상태에서 상기 패턴 마스크(230)의 개구 패턴(240)을 통해 상기 베이스 기판(210) 상에 증착 패턴을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 증착 패턴의 종류에 따라 상기 패턴 마스크(230)의 종류를 달리함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지를 제조할 수 있다.
한편, 도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 내지 도 8에서는 패턴 마스크의 모재로서 알루미늄 모재를 사용하는 경우를 도시하였으나, 이는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 것이므로, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 마스크를 제조하기 위해 먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 알루미늄 재질로 이루어진 모재(330)를 준비한 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 모재(330)에 박막 전지의 증착 패턴에 대응하는 개구 패턴(340)을 형성한다. 이때, 상기 개구 패턴(340)의 측면(342)이 경사(taper)를 갖도록 할 수 있다. 상기 개구 패턴(340)은 상기 모재(330)의 기계적 가공 또는 화학적 처리를 통해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 개구 패턴(340)이 형성된 모재(330)의 적어도 일 표면을 샌딩 처리한다. 이때, 필요에 따라 상기 개구 패 턴(340)의 측면(342)도 샌딩 처리할 수 있다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 샌딩 처리된 상기 모재(330)의 적어도 일 표면을 경질 애노다이징(hard anodizing) 처리함으로써 상기 모재(330)의 적어도 일 표면에 알루미나막을 형성한다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 마스크의 적어도 일 표면이 절연 특성을 가질 수 있다.
다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 알루미나막이 형성된 모재(330)의 개구 패턴(340) 사이에 고정 바(350)를 설치함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 마스크를 제조할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크를 이용하여 제조된 박막 전지를 설명하기 위한 사시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크를 이용하여 제조된 박막 전지를 나타낸 단면도이다. 도 9 및 도 10에서는 박막 전지로서 리튬 전지를 도시하였다. 그러나, 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지를 설명하기 위한 것으로서 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 본 발명은 태양 전지와 같은 박막 전지에도 적용 가능하며, 박막 형태의 증착 패턴을 갖는 기타 다른 박막 전지에도 적용 가능하다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 박막 전지(400)는 베이스 기판(410) 상에 형성된 양극 전류 집전체 패턴(420), 음극 전류 집전체 패턴(430), 양극 패턴(440), 전해질 패턴(450) 및 음극 패턴(460)을 포함한다. 또한, 상기 박막 전지(400)는 상기 베이스 기판(410) 상에 형성된 보호막 패턴(470)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 박막 전지(400)가 제대로 작동하는 한 그 구성 요소들의 적층 순서, 상대적 위치 관계, 각 패턴 형상 등은 특별히 한정되지 않는다.
상기 베이스 기판(410)은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 스테인레스 스틸(stainless steel), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등과 같은 금속 시트; 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화실리콘(SiO2), 석영(quartz), 유리(glass), 운모(mica) 등과 같은 세라믹 혹은 유리 시트; 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드 이미드(polyamide imide), 폴리술폰(polysulfone), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에테르에테르 케톤(polyetherether ketone), 폴리에테르 케톤(polyether ketone) 등과 같은 고분자 시트 중에서 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 양극 전류 집전체 패턴(420)은 상기 양극 패턴(440)과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 양극 전류 집전체 패턴(420)은 박막 전지(400)에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 양극 전류 집전체 패턴(420)으로 백금(Pt), 금(Au), 등과 같은 귀금속류, 니켈 함유 합금 등과 같은 내열강, ITO 등과 같은 전도성 산화물막 등이 사용될 수 있다.
상기 음극 전류 집전체 패턴(430)은 상기 음극 패턴(460)과 전기적으로 연결되어 있으며, 아울러 상기 양극 전류 집전체 패턴(420)과 전기적으로 분리되어 있다. 상기 음극 전류 집전체 패턴(430)은 박막 전지(400)에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상 기 음극 전류 집전체 패턴(430)으로 백금(Pt), 금(Au)등과 같은 귀금속류, 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(Inconnel)등과 같은 니켈 또는 구리 함유 내열강, ITO 등과 같은 귀금속류, 내열강 및 전도성 산화물막 등이 사용될 수 있다.
상기 양극 패턴(440)에는 활물질이 사용될 수 있다. 양극 패턴 활물질은, 예를 들어, 리튬 전지에서 리튬을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션 할 수 있는 화합물로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, LiNiVO4, LiCoMnO4, LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2, V2O5, MnO2, MoO3 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 전해질 패턴(450)은 양극 패턴(440) 및 음극 패턴(460) 사이에 위치하며, 무기 고체 전해질 또는 유기 고체 전해질이 사용될 수 있다. 상기 무기 고체 전해질의 예로서는 세라믹 계열의 재료, Li2O-B2O3, Li2O-V2O5-SiO2, Li2SO4-Li2O-B2O3, Li3PO4, Li2O-Li2WO4-B2O3, LiPON, LiBON 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 상기 유기 고체 전해질의 예로서는 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴 등에 리튬염을 혼합한 형태를 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
상기 음극 패턴(460)에는 활물질이 사용될 수 있다. 음극 패턴 활물질은, 예를 들어, 리튬 전지에서 리튬이 가역적으로 산화/환원 할 수 있는 화합물로 Li, Sn3N4, Si, 흑연, Li-Me 합금 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 보호막 패턴(470)은 박막 전지(400)가 대기 중에서 산화되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 유기 보호막 패턴, 또는 무기 보호막 패턴, 또는 유기 보호막 패턴 및 무기 보호막 패턴의 조합으로 이루어질 수 있다.
전술한 구성을 갖는 상기 박막 전지(400)는 대략 0.1 mm 이하의 두께를 가짐과 아울러 다양한 형상으로 제조될 수 있으며, 잘 휘어질 수 있다. 또한, 상기 박막 전지(400)는 기존 리튬 전지와 달리 고체 전해질을 사용할 수 있으므로 친환경적이며, 폭발 위험이 전혀 없다. 또한, 상기 박막 전지(400)는 충전 후 장기 보존 특성이 탁월하며, 충전 효율이 매우 우수할 뿐만 아니라, 1000회 이상 재충전이 가능하다. 상기 박막 전지(400)는 플렉시블 디스플레이, 의료용 센서, RFID와 같은 카드형 제품, 리모트 센서, 인공와우(고막), 온보드 파워 분야 뿐만 아니라 기타 다른 분야에도 응용될 수 있다.
상기 박막 전지(400)는 건식 공정의 일종인 DC 또는 RF 파워를 사용하는 스퍼터링 증착 공정을 통해 각 패턴 형상에 대응하는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 마스크를 이용하는 일련의 증착 공정을 통해 제조될 수 있으나, 본 발명은 상기한 바에 국한되지 않는다. 일 예로, 다른 건식 공정, 또는 습식 공정, 또는 건식 및 습식이 조합된 공정으로 제조할 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 양극 전류 집전체 패턴(420), 상기 음극 전류 집전체 패턴(430), 양극 패턴(440) 등은 습식 공 정으로 제조하고, 상기 전해질 패턴(450)을 상기 전해질 패턴(450)에 대응하는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 마스크를 사용하여 증착 공정을 통해 제조하고, 이어 상기 음극 패턴(460) 및 보호막 패턴(470) 등을 습식 공정으로 제조할 수 있으며, 이 외에도 다양한 변형이 가능하다. 여기서, 상기 건식 공정의 예로서는 전술한 스퍼터링 이외에 열증착법(thermal evaporation), e-빔 증착법(E-beam evaporation), 진공증착법 등을 들 수 있다. 또한, 상기 습식 공정의 예로서는 스핀 코팅, 졸-겔법, 딥 코팅, 캐스팅(casting), 프린팅, 스프레이 등을 들 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존 금속 패턴 마스크를 사용하는 증착 공정에서 발생할 수 있는 불량, 예를 들어, 금속 패턴 마스크 상에 증착된 막의 박리에 의한 이물 발생, 상기 이물에 의한 전지 쇼트, 플라즈마 이상 방전에 의한 박막 이상 증착, 증착막 박리 등을, 도 11에 도시된 바와 같이, 방지하거나 최소화할 수 있다. 이를 통해, 박막 전지(400)의 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크를 이용하여 박막 전지를 제조할 때 음극 패턴 형성 전(A)/후(B)를 보여주는 사진이다. 또한, 금속보다 상대적으로 저렴하면서도 원자재 공급이 용이한 절연 재료로 상기 패턴 마스크를 제조할 수 있으므로, 상기 패턴 마스크 및 박막 전지(400)의 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한, 가공성이 우수한 절연 재료 등으로 상기 패턴 마스크를 손쉽게 제조할 수 있다.
이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 배경기술에 따른 금속 패턴 마스크를 사용하여 박막 전지를 제조할 경우 발생하는 불량을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크가 베이스 기판 상에 장착된 형상을 보여주는 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크를 이용하여 제조된 박막 전지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크를 이용하여 제조된 박막 전지를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조용 패턴 마스크를 이용하여 박막 전지를 제조할 때 음극 패턴 형성 전(A)/후(B)를 보여주는 사진이다.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}
130, 230: 패턴 마스크 140, 240, 340: 개구 패턴
150, 350: 고정 바 210: 베이스 기판
220, 410: 기판 홀더 330: 모재
400: 박막 전지 420: 양극 전류 집전체 패턴
430: 음극 전류 집전체 패턴 440: 양극 패턴
450: 전해질 패턴 460: 음극 패턴
470: 보호막 패턴

Claims (15)

  1. 절연 특성을 갖는 표면을 포함하고, 박막 전지의 증착 패턴을 형성하기 위한 개구 패턴이 형성되어 있는 박막 전지 제조용 패턴 마스크에 있어서,
    상기 패턴 마스크는 절연 재료로 이루어지며, 상기 절연 재료의 재질은 상기 박막 전지의 전해질 패턴의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 재료의 재질은 Li2O-B2O3, Li2O-V2O5-SiO2, Li2SO4-Li2O-B2O3, Li3PO4, Li2O-Li2WO4-B2O3, LiPON, LiBON으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연 재료의 재질은 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신, 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐알코올, 폴리불화비닐리덴으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 리튬 염을 혼합한 것을 포함함을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 마스크의 표면에 산화막이 형성되어 있는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패턴 마스크는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고, 상기 패턴 마스크의 표면에 알루미나막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 알루미나막의 두께는 1 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 마스크는 금속 또는 합금을 포함하고, 상기 패턴 마스크의 표면에 절연 재료가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 마스크는 샌딩 처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 개구 패턴의 측면은 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 마스크 상에 위치하는 마스크 휨 방지용 고정 바
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전지 제조용 패턴 마스크.
  11. 절연 특성을 갖는 표면을 포함하는 패턴 마스크를 이용하여 증착 패턴을 형성하기 위한 증착 단계를 포함하는 박막 전지의 제조 방법.
  12. 절연 특성을 갖는 표면을 포함하는 패턴 마스크를 이용하여 형성된 적어도 하나의 증착 패턴을 포함하는 박막 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 서로 전기적으로 분리되도록 형성된 제1 전류 집전체 패턴 및 제2 전류 집전체 패턴;
    상기 제1 전류 집전체 상에 형성된 제1 전극 패턴;
    상기 제1 전극 패턴 상에 형성된 전해질 패턴; 및
    상기 전해질 패턴 상에 형성된 제2 전극 패턴
    을 포함하고,
    상기 증착 패턴은 상기 제1 전류 집전체 패턴, 상기 제2 전류 집전체 패턴, 상기 제1 전극 패턴, 상기 전해질 패턴 및 상기 제2 전극 패턴 중에서 적어도 하나의 패턴을 포함하는 박막 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전해질 패턴의 재질은 상기 패턴 마스크의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 박막 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전해질 패턴은 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전지.
KR1020090100585A 2009-10-22 2009-10-22 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법 KR101131555B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090100585A KR101131555B1 (ko) 2009-10-22 2009-10-22 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090100585A KR101131555B1 (ko) 2009-10-22 2009-10-22 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110043870A KR20110043870A (ko) 2011-04-28
KR101131555B1 true KR101131555B1 (ko) 2012-04-04

Family

ID=44048826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090100585A KR101131555B1 (ko) 2009-10-22 2009-10-22 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101131555B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10734670B2 (en) 2016-09-28 2020-08-04 Lg Chem, Ltd. Anode for lithium secondary battery comprising mesh-shaped insulating layer, and lithium secondary battery comprising same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107615557A (zh) * 2015-05-15 2018-01-19 应用材料公司 制造薄膜电池中的锂沉积工艺中使用的掩蔽装置、用于锂沉积工艺的设备、制造薄膜电池的电极的方法和薄膜电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008255435A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Sumco Corp 蒸着用マスク、ならびにそれを用いる蒸着パターン作製方法、半導体ウェーハ評価用試料の作製方法、半導体ウェーハの評価方法および半導体ウェーハの製造方法
KR20090065604A (ko) * 2007-12-18 2009-06-23 엘지디스플레이 주식회사 마스크 장치 및 이를 이용한 평판 표시장치의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008255435A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Sumco Corp 蒸着用マスク、ならびにそれを用いる蒸着パターン作製方法、半導体ウェーハ評価用試料の作製方法、半導体ウェーハの評価方法および半導体ウェーハの製造方法
KR20090065604A (ko) * 2007-12-18 2009-06-23 엘지디스플레이 주식회사 마스크 장치 및 이를 이용한 평판 표시장치의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10734670B2 (en) 2016-09-28 2020-08-04 Lg Chem, Ltd. Anode for lithium secondary battery comprising mesh-shaped insulating layer, and lithium secondary battery comprising same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110043870A (ko) 2011-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9680177B2 (en) All-solid-state thin-film battery
KR101146616B1 (ko) 박막 전지 및 박막 전지의 전극 단자를 접합하는 방법
US9673481B2 (en) Thin film solid state lithium ion secondary battery and method of manufacturing the same
US8999558B2 (en) Three-dimensional batteries and methods of manufacturing the same
KR101355007B1 (ko) 고온 열처리가 가능한 플렉시블 박막전지 및 이의 제조방법
JP5640074B2 (ja) 高出力、高エネルギー、および大面積のエネルギー蓄積デバイス
CN101395744B (zh) 二次电池和其制造方法以及系统
CN105679998B (zh) 正极及蓄电装置的制造方法
KR101154545B1 (ko) 향상된 전류 집전 효율을 갖는 박막 전지
EP3014689B1 (en) Substrate for solid-state battery
US20100285372A1 (en) MultiLayer Solid Electrolyte for Lithium Thin Film Batteries
US20020028384A1 (en) Thin film battery and method of manufacture
JP2012033365A (ja) 参照電極、その製造方法、および電気化学セル
KR100982468B1 (ko) 고용량 박막전지 모듈 및 그 제조 방법
EP2975671B1 (en) Thin film battery structure and manufacturing method thereof
JP2006179241A (ja) 固体電池
KR101131555B1 (ko) 박막 전지 제조용 패턴 마스크, 박막 전지 및 그 제조 방법
TWI676314B (zh) 薄膜電池的負極結構及其形成方法,以及使用該負極結構之薄膜電池
KR20110112067A (ko) 음극 성능이 개선된 박막전지 및 이의 제조방법
US11302967B2 (en) Low-voltage microbattery
US10833326B2 (en) Low-voltage microbattery with vanadium-based cathode
JP2014049205A (ja) 薄膜リチウム二次電池製造方法、マスク、薄膜リチウム二次電池製造装置
KR101169977B1 (ko) 수명 특성이 향상된 박막전지
KR101069256B1 (ko) 박막전지 제조방법
JP2020027770A (ja) 薄膜リチウム二次電池及び薄膜リチウム二次電池の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150429

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160322

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161229

Year of fee payment: 6