KR20100138892A - 전체 금속 에지를 포함한 밧데리 장치 - Google Patents

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Abstract

밧데리는 양극 전류 컬렉터와 음극 전류 컬렉터를 포함하고, 음극 물질이 음극 전류 컬렉터에 배치되어 있으며, 전해질 층은 주변부를 갖으며, 음극물질을 양극 전류 컬렉터와 분리하며, 절연층은 주변부를 갖으며, 전해질 층과 더블어, 양극 전류 컬렉터를 음극 물질 및 음극 전류 컬렉터와 분리시킨다.
제 1 수동층(46)은 음극물질의 주변부, 전해질의 부변부 및 절연츠의 주변부위에 적어도 위치한다.
제 1 수동층(46)은 제 1 전류 컬렉터에 전기적으로 연결되어 제 1 전류 컬렉터의 한정된 영역 주위에 연속하는 금속 대 금속 시일을 형성한다. 제 1 수동층은 비아구멍(50)을 갖는다. 제 2 수동층(53)은 제 1 수동층(46)의 비아구멍(50)을 통해 제 2 전류 컬렉터에 전기적으로 연결되어 있다.

Description

전체 금속 에지를 포함한 밧데리 장치{BATTERY LAYOUT INCORPORATING FULL METAL EDGE SEAL}
본 출원은 전체 금속 에지 실을 포함하는 밧데리 장치(BATTERY LAYOUT INCORPORATING FULL METAL EDGE SEAL)라는 제목의 2008년 2월 7일자에 제출된 임시출원 일련번호 61/067,288의 이익을 청구한다.
본 발명은 박막 고체 상태 에너지 저장 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 박막 고체 상태 밧데리의 구조와 설계에 관한 것이다.
컴퓨터, 이동전화, 트랙킹 시스템, 스케너 등과 같은 많은 휴대용 디바이스에는 전자부품이 편입되어 있다. 일반적으로, 휴대용 디바이스는 밧데리를 전원으로 사용된다. 적어도 이 디바이스를 사용하는 동안에는 그 디바이스를 구동할 수 있는 충분한 용량을 밧데리는 갖아야 한다. 전원이 충분한 밧데리 용량을 갖으면, 디바이스에 비해 이 전원이 무겁고 대형화된다. 따라서, 충분한 에너지 용량을 갖으면서 소형 및 경량의 밧데리가 요구된다. 휴대용 전자 응용 및 비휴대용 전자 응용에 전원으로 이용하는데 사용하기 위해 광전지 및 연료 전지와 같은 에너지 변환 장치 및 수퍼캐패시터와 같은 기타 에너지 저장 장치가 밧데리의 대용품일 수 있다.
종래의 밧데리의 결점은 누설될 수 있고 정부의 규제를 받을 수 있는 독성물질로 제조된다는 것이다.
따라서, 많은 충전/방전 수명 주기에 대하여 안전하고 고체 상태이며 재 충전이 가능한 전을 제공하는 것이 바람직하다.
에너지 저장 장치의 하나의 형태는 고체 상태, 박막 밧데리이다. 이 박막 밧데리는 미국특허제 5,314,765호; 5,338,625호; 5,445,906호; 5,561,004호; 5,567,210호; 5,596,520호; 5,597,660호; 5,612,152호; 5,654,084호 및 5,705,293호에 기재되어 있으며 이를 본 명세서에 참고로 포함한다. 미국특허 제5,330,625호는 박막 밧데리, 특히, 박막 마이크로밧데리와 같은 전자 디바이스의 백업 및 일차 지적 전원으로 응용된다. 웨브형 기판(web-like substrate)이 퇴적 장소를 통해 자동적으로 이동하는 동안, 박막 밧데리 성분 필름이 웨브형 기판에 연속적으로 퇴적되는 박막 밧레리 구조를 제조하는 방법 및 시스템을 개재하고 있다.
미국특허 출원 공보 제 2005/0147877호는 전기회로에 연결된 리튬 또는 리튬혼합물을 포함하는 박막 밧데리를 개시하고 있다.
환경 장막은 교호층으로 퇴적되어 있으며, 이 교호층의 적어도 하나는 평활화(smooth), 평탄화(planaring) /또는 레벨링(leveling) 물리적 구조기능을 제공하고, 적어도 하나의 다른 층은 확산 장벽 기능을 제공한다.
신뢰성이 있고, 저장 수명이 길며, 저렴하게 대량 생산가능한 밧데리가 필요하다. 하나 이상의 기능을 성취하기 위해 전자 부품이 패키지될 수 있는 충분한 에너지 저장 장치를 갖는 경량의 밧데리(즉, 전원)을 더 필요로 한다.
또한, 주위에 민감한 소자의 해로운 노출을 방지할 수 있는 개량된 보호장치를 필요로 한다.
본 발명은 제 1 표면을 갖는 기판;
그 기판의 제 1 표면위에 있는 제 1 전류 컬렉터와, 제 1 표면과 주변부를 갖는 제 2 전류 컬렉터를 구비하는 박막 밧데리를 제공한다.
제 1 및 제 2 전류 컬렉터 중 하나는 양극 전류 컬렉터이고 나머지는 음극 전류 컬렉터이다.
또한, 밧데리는 주변부를 지니며, 음극 전류 컬렉터위에 배치된 음극 물질;
음극물질을 양극 전류 컬렉터와 분리시키는 전해질;
주변부를 지니며, 양극 전류 컬레터를 음극재료 및 음극 전류 컬렉터와 분리하는 전해질과 합께 분리하는 절연층을 구비한다.
제 1 수동층은 음극물질의 주변부, 전해질의 주변부 및 절연층의 주변부위에 적어도 위치하고 있다. 제1 수동층은 제1 전류 컬렉터위에 전기적으로 연결되어 있고, 이 제 1 전류 컬레터의 제한된 영역 주위에 연속하는 금속 대 금속 시일을 형성한다.
제 1 수동층은 바아구멍을 갖는다. 제 2 수동층은 제 1 수동층의 비아구멍을 통해 제 2 전류 컬렉터에 전기적으로 연결되어 있다.
박막 밧데리의 구조의 바람직한 실시예에서, 제 1 전류 컬렉터는 음극 전류 컬렉터이고 제 2 전류 컬렉터는 양극 전류 컬렉터이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 박막 밧데리는 제 1 표면을 갖는 기판; 및 기판의 제 1 표면위의 제 1 전류 컬렉터를 구비한다.
제 1 수동 층은 제 1 전류 컬렉터에 전기적으로 연결되어 있으며, 제 1 전류 컬렉터의 제한 영역 주위에 연속하는 금속 대 금속 시일을 형성하고, 제 1 수동층은 비아 구멍을 갖는다. 제 1 수동층과 제 1 전류 컬렉터는 포위된 영역을 형성한다. 밧데리는 부가적으로 음극 물질과 제 2 전류 컬렉터를 구비하며, 제 1 및 제 2 전류 컬렉터 중 하나는 양극 전류 컬렉터이고 나머지는 음극 전류 컬렉터이다. 음극 물질과 양극 전류 컬렉터를 분리하는 전해질 층이 제공된다. 이 전해질 층과 합께 양극 전류 컬렉터를 음극 물질 및 음극 전류 컬렉터와 분히는 절연층이 제공된다.
음극 물질, 제 2 전류 컬렉터, 전해질층 및 절연층이 제 1 수동층과 제 1 전류 컬렉터에 의해 형성된 포위된 영역내에 배치된다. 밧데리는 제 1 수동층의 비아구멍을 통해 제 2 전극 컬렉터에 전기적으로 연결된 제 2 수동층을 더 포함한다.
박막 밧데리의 신규한 구성은 전체 밧데리 주변부에 연속하는 금속 대 금속 경계선 시일를 제공하여 밧데리의 측면을 보호한다.
이러한 구성은 직접 측면통로를 밧데리 구조의 감지소자에 제공하는 인접한 금속 및 비금속층의 에지의 바람직하지 않은 환경노출을 방지한다.
수반한 도면은 본 발명의 원리 및 실시예를 이해하기 쉽게 하기 위함이다.
도 1은 본 발명의 실시예인 밧데리의 단면도.
아래에 기술된 본 발명의 실시예는 다음 상세한 설명에 기재된 바로 그 형태로 한정 및 제한하려는 것은 아니다. 선택된 실시예는 당업자가 본발명을 더 잘 이해하도록 기술한 것이다.
용어
본 발명의 설명에서, 용어 "금속"은 순수 단일 금속 및 합금 또는 적어도 하나가 금속 성분인 두개이상의 성분의 결합 모두에 실질적으로 이용된다. 용어 "기판" 또는 "코어"는 여러 처리 작업에 의해 바람직한 마이크로 일렉트로닉 구성으로 변형되는 기저 워크피이스인 물리적인 구조를 말한다. 어느 실시예에서, 기판은 (쿠퍼, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 등과 같은) 전도체, (사파이어, 세라믹 또는 플라스틱, 폴리머 절연체 등과 같은) 절연체, (실리콘 등과 같은)반도체, 비반도체 또는 반도체 및 비 반도체의 결합을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판은 실리콘 프로세서 칩과 같은 인접 구조의 CTE와 거의같은 열팽창계수로 선택된 (아이론-니켈 합금 등과 같은)재료의 코어 시트 또는 피이스와 같은 층구조를 포함한다. 어느 실시예에서, 이러한 기판 코어는 (쿠퍼, 알루미늄 합금 등과 같은) 전기 및/또는 열 전도도를 고려해 선택된 재료의 시트에 적층된 다음에, 전기 절연, 안정성 및 엘보싱 특성을 고려해 플라스틱 층이 덮혀진다.
전해질은 전자에 대해서는 비전도적인 동안 이온(예를 들어, 양의 전하를 갖는 리튬 이온)을 운동시켜서 전기를 전도하는 물질이다.
전지 또는 밧데리는 전해질에 의해 분리되는 양극과 음극을 갖는 디바이스이다. 유전체는 전해질에 대해 비전도 물질, 예를 들어, 플라스틱 또는 유리이다. 어느 실시예에서, LiPON과 같은 물질은 리튬의 소오스 및 싱크(sink)가 LiPON에 인접할 때, 전해질 역할을 할 수 있고 또한, 쿠퍼 또는 알루미늄과 같은 두개의 금속층사이에 위치할 때, LiPON을 덮을 수 있는 이온을 형성하지 않는 유전체로 역할을 한다.
어느 실시예에서, 디바이스는 신호와 전력을 수평으로 운반하는 와이어링 트레이스(wiring trace)와 이 트레이스 층사이에 신호와 전력을 수직으로 운반하는 비아(via)를 갖는 절연 플라스틱/폴리머 층(유전체)를 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어 "비아 구멍(via opening)은 본 밧데리 디바이스의 층에 형성된 모든 구멍, 예를 들어, 트랜치, 비아 및 접촉 구멍을 포함하는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명은 종래의 비아구조로 만 한정되지 않는다. 용어 "수직"은 기판의 주표면에 실질적으로 직교하는 것을 의미한다. "높이" 또는 "깊이"는 기판의 주표면에 수직한 방향의 거리를 의미한다.
"리튬 혼합물을 함유하는 층"은 어떤 형태의 리튬, 예를 들어, 금속리튬, 리튬의 합금 및 혼합물을 함유하는 리튬을 포함하는 것을 의미한다.
리튬 혼합물을 함유하는 층의 예는 특히, 금속 리튬인 경우, 양극, 특히, LiPON인 경우에, 전해질 및 특히, 음극 층이 리튬 이온의 소오스의 역할을 할 수 있는 LiCoO2 와 같은 물질인 경우, 음극을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 양극, 전해질 및 음극은 모든 리튬 혼합물이다.
본 명세서에서 사용했듯이, LiPON은 리튬 파스퍼러스 악스니트로이드(lithium phosphorus oxynitride) 물질을 의미한다. 하나의 예는 Li3PO4N이다.
또 다른 예는 전해질을 걸친 리튬 이온 이동도를 증가시키도록 니트로겐의 높은 비율을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 리튬 혼합물을 함유하는 층은 음극물질 또는 전해질이다. 본 발명의 실시예에서, 박막 밧데리는 초기에는 음극없이 제조되지만 리튬이온의 소오스를 역할을 할 수 있는 양극층으로 제조될 수 있다. 이 박막 밧데리 실시예의 충전시, 금속리튬이 양극을 형성하도록 전해질과 양극사이에 도금된다.
본 발명의 일태양에서, 밧데리가 "보템업"(bottom up)으로 층에 퇴적되나는 것을 알 수 있을 것이다. 즉, 기판에는 음극 전류 컬렉터, 음극, 고체 전해질, (상술했듯이, 구조적 단계 동안 임의의) 양극, 양극 전류 컬렉터, 및 하나 이상의 엔켑슐런트 물질 순서로 제공되어 있다. 임의적으로, 음극 및 양극은 나란히 또는 다른 구조로 제공되어도 좋다. 대안적으로, 밧데리는 위에서 설명한 역순으로 구조될 수 있어서, 전류 컬렉터가 기판에 인접한 밧데리의 저면에 위치된다. 이러한 구성은 양극이 충전시 형성되는 실시예에서는 덜 바람직한데, 이러한 이유는 어느 실시예의 양극 형성은 이 양극의 형성을 수용하기 위해 밧데리의 대부분의 층의 이동을 요구하기 때문이다.
대안적으로, 당업자가 알 수 있듯이, 이 층은 적층공정에 의해 개별적으로 형성되어 결합될 수 있다.
도면을 참조하면, 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예의 밧데리(10)의 단면도이다. 이 도면은 실제 크기로 도시하지 않았다. 다시말해, 설명된 박막 밧데리의 수직 두께는 어느 실시예에서는 디바이스 측면 폭(예를 들어, 1000마이크론(=1mm) 에서 10.000 마이크론(=10마이크론)에 비해 극단적으로 얇고 (예를 들어, 어느 실시예에서는 약 10마이크론 이하, 다른 실시예에서는 4마이크론 이하), 다른 실시예에서는 수센티미터에 달한다.
더구나, 본 발명의 실시예의 트렌치는 약 10마이크로폰 이하의 두께를 갖는다. 설명한 실시예는 기판상에 배치된 음극 전류 컬렉터를 도시한다. 위에서 알 수 있듯이, 박막 밧데리의 역 구성은 당업자가 이해할 수 있듯이, 특히 고려된다.
밧데리(10)는 제 1 표면(22)을 갖는 기판(20)을 포함한다. 어느 실시예에서, 기판(20)은 약 500마이크론(또는 더 얇거나)이고 두껍다(예를 들어, 어느 실시예에서는 실리콘 웨이퍼의 525 또는 625 마이크론).
다른 실시예에서, 기판(20)은 25마이크론 만큼 얇은, 또는 이 보다 얇을 수 있는 폴리머 층(예를 들어, Kapton)을 포함한다.
음극 전류 컬렉터(24)는 기판(20)의 제 1기판(22)에 위치되어 있고 전도체(예를 들어, 쿠퍼, 알루미늄, 니켈, 아이론, 금, 은, 백금, 몰리부텐, 망간, 금속 합금, 전도성 세라믹, 조밀하게 도핑된 폴리크리스털라인 실리콘과 같은 전도성 반도체 등)로 만들어져 있고 음극으로 이동하지 못하도록 되어 있다.
본 실시예에서, 음극 전도 컬렉터(24)는 두께가 약 5-3마이크론이다.
음극물질(26)(예를 들어, 리튬 코발트 산화물, LiCoO2 , 리튬 망간 산화물, 리튬 아이론 파스페이트, 리튬 바나듐 산화물, 리틈 니켁 산화물 등)이 음극 전류 컬렉터(24)위에 배치되어 있고 주변부(28)를 갖는다. 리튬 니켈 코발트 산화물과 같은 혼합 금속 산화물(예를 들어, 위에서 언급한 금속의 결합을 포함하는 산화물)이 음극을 만드는데 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 음극물질(26)의 두께는 1-3마이크론이다.
양극 전극 컬렉터(30)에는 제 1 표면(32), 제 2 표면(33) 및 주변부(34)가 제공되어 있다. 양극 전류 컬렉터(30)는 쿠퍼, 알루미늄, 니켈, 철, 금, 은, 백금, 몰리브덴, 티타늄, 망간, 금속 전도성 세라믹, 조밀하게 도핑된 폴리크리스털라인 실리콘과 같은 전도성 반도체 등과 같은 전도체로 만들어져 있다. 본 발명의 실시예에서, 양극 전류 컬렉터(30)의 두께는약0.1에서 1마이크론, 바람직하기로는,약 0.5마이크론이다. 양극(36)은 양극 전류 컬렉터(30)의 제 2 표면(33)에 배치되어 있다.
이 양극은 금속, 예를 들어, 쿠퍼, 니켈 또는 알루미늄 및/또는 리튬 및 그의 합금으로 만들어져 있다.
본 발명의 실시예에서, 양극(36)의 두께는 약 1에서 3마이크론이다.
본 발명의 실시예에서, 양극(36)은 제조되어 있듯이, 밧데리 구조의 부분으로 초기에는 제공되지 않는다. 이 실시예에서, 음극물질(25)은 예를 들어, 리튬함유 혼합물을 포함하고, 양극(36)은 밧데리의 일차 충전에 의해 밧데리리 조립한 후, 리튬 금속의 층인 능동 양극으로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 리튬 이온이 측면과 같은 물질의 양극에 끼워진다.
전해질 층(36)은 음극물질(26)을 양극 전류 컬렉터(30) 및 (존재하는 경우) 양극(36)과 분리한다. 전해질층(36)은 주변부(40)를 갖는다.
본 발명의 실시예에서, 전해질층(38)의 두께는 약 0.1에서 약 10마이크론이다. 본 발명의 실시예에서, 전해질층의 두께는 약 1에서 약 5마이크론이다. 전해질층은 음극 요소와 양극요소 모두에 물리적인 접촉을 하고 있어 이들 사이에 이온이 이동할 수 있다.
전해질은 전자를 전도하지 않는다. 전해질은 액체일 수 있다. 또한, 전해질은 고체, 반고체 또는 다공성 고체와 액체의 결합일 수 있으며, 이를 통해 이온이 통과한다.
어느 실시예에서, 전해질은 밧데리 또는 셀 내의 전류를 발생하는데 이용되는 전극물질 및 이온 또는 이온들에 대하여 실질적으로 화학적으로 불활성이거나 무반응일 것이다.
전해질층(38)은 LiPON 등과 같은 전해질 물질로 만들어 질 수 있고 이 전해질 물질은 리튬 이온의 소스 및 리튬이온의 목적지가 제공되는 경우, 리튬이온이 통과할 수 있는 유리막 또는 층으로 퇴적될 수 있다. 전해질층(38)은 하나이상의 전해질 물질, 혼합되거나 식별가능한 층을 포함할 수 있다.
바람직한 다층 전해질 구조의 예가 "연질 및 경질 전해질 층을 갖는 박막 밧데리 및 방법"이라는 제목의 미국특허출원 11/458,091호에 개시되어 있고 이를 참고로 본 명세서에 포함한다.
절연층(42)이 제공되고 이 절연층은 주변부(44)를 갖는다.
본 발명의 실시예에서, 절연층(42)의 두께는 약 1에서 약 10마이크론이다. 절연층(42)은 포토레지스트와 같은 전기 절연체로 만들어진다(예를 들어, Shipley 220 포토레지스트; 2727, 2723, 2729를 포함하는 2720 시리즈; 2723, 2729를 포함하는 2720 시리즈; 2770 및 2772를 포함하는 2770 시리즈; 2731 및 2737 를 포함하는 2730 시리즈, PIX-1400, PIX-3476, PIX-S200, PIX-6400을 포함하는 PIX 시리즈; 2525, 2555, 2575 및 2556을 포함하는 2500 시리즈와 같은 HD Nicrosystems로부터 얻을 수 있는 여러 폴리미드; Dow Chemical Company로부터 얻을 수 있는 Cyebtene 제품번호 3022-35, 3022-46, 3022-57 및 3022-63과 같은 여러 기타 중합체; Dow Chmical Company로부터 얻을 수 있는 WL-5351 및 WL-3010과 같은 광형성 실리콘(photodefinable silicones) 및 Dymax Corporation으로부터 얻을 수 있는 9001과 같은 UV 경화 에폭시).
이 실시예에서, 절연층(42)은 실리콘 산화물, LiPON, 알루미늄 산화물, 폴리머, 실리콘리트리드, 실리콘 옥시리트리드, 브론니트리드, 세라믹, 서멧, 기타 금속 산화물, 금속 니트리드, 금속 카바이드, 금속옥시보라리트 및/또는 금속옥시니트리드와 같은 하나이상의 물질을 함유하며, 이 금속은 알루미늄, 인듐, 주석, 지르코늄, 니오브, 탄탈륨 및/또는 기타 적절한 금속 또는 적당한 전기 절연체이다.
전해질층(38)과 합께, 절연층(42)은 음극소자(음극물질(26)과 음극 전류 컬렉터(24))와 양극소자(존재하는 경우, 양극 전류 컬렉터(30)와 음극 전류 컬력터(24))를 분리한다.
제 1 수동층(46)은 적어도 음극 물질 주변부(28), 전해질 주변부(40) 및 절연층 주변부(44)위에 존재한다.
설명한봐와 같이, 수동층은 쿠퍼, 알루미늄, 니켈, 아이론, 금, 은, 백금, 몰리브덴, 망간, 금속합금, 전도성 세라믹, 조밀하게 도핑된 폴리크리스털라인 실리콘과 같은 전도성 반도체 등과 같은 전도체로 만들어져 있다.
본 발명의 실시예에서, 수동층의 두께는 약 0.11에서 약 5 마이크론이다. 제 1 수동층(46)은 음극전류 컬렉터(24)에 전기적으로 연결되어 있고 부가적으로, 음극 전류 컬렉터의 한정된 영역 주위에 연속하는 금속 대 금속 밀봉을 형성한다. 본 발명의 실시예에서, 제1수동층(48)과 음극 전류 컬렉터(24)(본 발명의 대안적인 실시예에서 양극전류 컬렉터)가 폭이 약 20에서 약 30마이크론인 금속 대 금속 용접으로 밀봉된다.
제1 수동층(46)은 비아구멍(50)을 갖는다. 제2수동층(52)은 제1수동층(46)의 비아구멍(50)을 통해 양극 전류 컬렉터(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
바람직한 실시예에서, 양극 전류 컬렉터(30)의 제1표면(32)은 기판(20)의 제1 표면에 실질적으로 나란하다. 제2 수동층(52)은 직접 또는 중간 수동층(53)을 경유하여 양극 전류 컬렉터(30)상의 제 1 표면에 전기적으로 연결되어 있다.
중간 수동층(53)은 단일 금속층을 양극 전류 컬렉터(30)와 절연층(42)의 상부에 단일 금속 층을 형성함으로써 편리하게 제공되어 이렇게 형성된 금속층은 제 1 수동층(46)과 중간 수동층(53)을 분리하게 된다.
밧데리(10)에는 엔캡슐레이트 물질이 더 제공되는 것이 바람직하며, 이 물질의 밧데리의 제2수동층(52)과 기타 소자에 제공된다. 이 엔캡슐레이션은 밧데리 재료가 수증기, 산소, 기타 환경 오염에 대한 노출을 보호하는데 바람직하다.
특히, 리튬은 다른 성분 및 혼합물과 쉽게 반응한다. 박막 밧데리 소자가 환경요인의 노출에 민감하기 때문에, 밧데리 구조는 밧데리 생산후 외부 세계와 차단되어야 한다. 최종 엔캡슐레이션 물질은 실리콘, 폴리미드, 에폭시와 같은 유리물질 또는 상술한 폴리머이다.
본 발명의 실시예에서, 엔캡슐레이트 물질(54)의 두께는 약 8에서 10 마이크론이다. 본발명의 실시예에서, 최종 외부 층은 실리콘 질소화물로, 약 0.5 에서 1 마이크론의 두께로, 추가적인 봉입 보호를 제공하고 집적회로 패키지 물질과 사용될 수 있다.
또한, 최종층은 마찰 및 처리 손상에 대한 어떤 물리적 장벽 역할을 한다.
노출된 양극 접촉 패드(56)는 이에 하나이상의 전기 리드를 부착하기 위해 제 1 수동층(46)을 통해 음극 전류 컬렉터에 전기적으로 접속되어 있다.
노출된 음극 접촉 패드(56)는 이에 하나이상의 전기 리드를 접착하기 위해 제2 수동층(52)과 중간 수동층(53)을 통해 양극 전류 컬렉터(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
본 발명의 실시예에서, 음극 전류 컬렉터(24)의 구역은 밧데리의 측면 경계선(60)으로 한정하고 양의 접촉 패드(56)와 음의 접촉 패드(58)은 한정된 측면 경계선(60)에 또는 내에 있다. 바람직하기로는, 양의 접촉 패드(56)와 음의 접촉 패드(58)는 양극, 음극 및 전해질 물질위의 영역 밖에 위치한다(즉, 이들 물질에는 위치하지 않는다). 이는 전기 리드를 접촉하는 공정이 접촉된 아래의 물질에 손상을 줄수 있는 물리적힘과 관련이 있기 때문이다.
어느 실시예에서, 본 발명의 밧데리는 게터층(getter layer)(도시하지 않음)을 포함한다.
이 게터층은 미국특허 제5,654,084호에 개시되어 있고 유독물질에 의한 장벽층의 침입을 방지하는데 도움이 되는 환경에서 유독물질의 적어도 하나의 성분과 반응하거나 흡수하도록 하는 층이다. 예를 들어, 티타늄, 탄탈룸, 인, 바륨, 에르븀, 티타늄, 지르크늄 합금, 코발트 산화물, 카본, 히드라진, 소다윰, 설파이트 등을 함유하는 층은 밧데리의 보호층을 통해 물 및 산소의 이송을 감소하는데 이용된다.
알수 있듯이, 박막 밧데리의 신규한 구성은 특히, 밧데리의 측면을 보호하는데, 이러한 이유는 제 1 수동층(46)이 음극 전류 컬렉터(24)의 제한 영역 주변에 시일되고 음극 재료 주변부(28), 전해질 주변부(40) 및 절연층 주변부(44)에 걸쳐 보호 소울더를 형성하기 때문이다. 이 구성은 금속/비금속 인터패이스를 따라 직접 측면 통로를 밧데리 구성의 감지 성분에 제공하는 인접한 금속 및 비금속층의 바람직하지 않은 환경노출을 방지하다.
도 1에 도시되어 있듯이, 밧데리는 다른 방법으로 설명될 수 있다.
박막 밧데리(10)는
a) 제1 표면(22)을 갖는 기판(20);
b) 이 기판의 제 1 표면위에 있는 음극 전류 컬렉터(24);
c) 이 음극 전류 컬렉테(245)에 전기적으로 연결되어 음극 전류 컬렉터의 한정 영역 주위에 연속하는 금속 대 금속 시일(48)을 형성하며, 비아 구멍(50)을 갖는 제 1 수동 층(46)을 구비하며,
제 1 수동층(46)과 음극 전류 컬렉터(24)는 포위된 영역을 형성한다.
밧데리(10)는
d) 음극 물질(26);
e) 양극 전류 컬렉터(30);
f) 양극(36);
g) 전해질층(38)을 더 구비하며,
전해질 층은 음극 물질(26)과 양극 전류 컬렉터(30)를 분리하며,
h) 양극 전류 컬렉터(30)를 음극 물질(26) 및 음극 전류 컬렉터(24)와 분리하는 전해질 층(38)과 더블어 절연층(42)을 구비한다.
음극물질(24), 양극 전류 컬렉터(30), 전해질층(38) 및 절연층(42)은 제 1 수동층(46)과 음극 전류 컬렉터(24)에 의해 형성된 포위된 영역내에 위치되어 있다.
위에서 알 수 있듯이, 양극(36)은 제 2 표면에 위치되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 양극은 제조시 밧데리 구성의 일부로 초기에는 제공되지 않는다. 이 실시예에서, 예를 들어, 음극 물질(25)은 리튬 함유 화합물을 포함하며, 양극(36)은 밧데리 충전에 의해 밧데리 조립 후 리튬 금속의 층인 능동 양극을 형성한다.
밧데리(10)는 제1 수동층(46)의 비아 구멍(50)을 통해 양극 전류 컬렉터(30)에 전기적으로 접속된 제 2 수동 층(52)를 추가적으로 포함한다.
알 수 있듯이. 노출된 양의 접촉 패드(56)와 노출된 음의 접촉 패드(58)가 음극 성분과 양극 성분에 전기적으로 접속되어 밧데리가 밧데리 전원을 필요로 할때, 디바이에 전기적으로 연결된다. 어느 실시예에서, 밧데리 전원이 요구되는 디바이스는 회로이다. 이 회로는 하나이상의 프로세서, 메모리, 입력장치, 출력장치 및 안테나이다.
접촉 패드는 와이어 본드, 솔더, 전도성 에폭시를 갖는 접속부에 의해 전기 리드에 접착된다. 본 발명의 실시예에서, 전자 디바이스, 설명한 박막 밧데리 및 이 전자 장치를 지지하는 하우징을 포함하는 장치가 제공된다.
밧데리 전지는 하우징내에 제공되어 전원을 전자장치에 제공한다.
일주일 동안 습도 85℃에서 체임버에 충전되지 않은 상태로 상술한 밧데리를 보관했다. 편이상, 이 밧데리가 요구되지 않기 때문에 밀봉 패키징에 밧데리를 보관하지 않았다. 보관후, 밧데리를 충전하여 완전한 성능을 발견했다.
설명된 퍼센트 및 비율은 중량 퍼센트와 비율을 의미한다. 특허, 특허출원(임시출원 포함), 인용된 공보는 참조로 본 명세서에 포함했다. 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면 여러 수정과 변경이 있을 수 있다.
10: 밧데리
24: 음극전류컬렉터
26: 음극물질
30: 양극물질
32: 제 1 표면
33: 제 2 표면
53: 중간 수동층
46: 제 1 수동층
52: 제 2 수동층
20: 기판
42: 절연층

Claims (11)

  1. a) 제 1 표면을 갖는 기판과;
    b) 이 기판의 제 1 표면위에 배치된 제 1 전류 컬렉터와;
    c) 제 1 표면과 주변부를 갖는 제 2 전류 컬렉터와, 제 1 및 제 2 전류 컬렉터 중 하나는 양극 전류 컬렉터이고 나머지는 음극 전류 컬렉터이며;
    d) 주변부를 갖으며, 음극 전류 컬렉터에 배치된 음극물질과;
    e) 주변부를 갖으며, 음극물질과 양극 전류 컬렉터를 분리하는 전해질층과;
    f) 주변부를 갖으며, 전해질층과 합께 음극 전류 컬렉터를 음극 물질 및 음극 전류 컬렉터와 분리하는 절연층과;
    g) 음극물질의 주변부, 전해질의 주변부 및 절연층의 주변부위에 위치하며, 제 1 전류 컬렉터에 전기적으로 연결되어 제 1 전류 컬렉터의 한정 영역 주위에 연속하는 금속 대 금속 시일을 형성하며, 또한 비아구멍을 갖는 제 1 수동층과;
    h) 제1 수동층의 비아구멍을 통해 제 2 전류 컬렉터에 전기적으로 연결된 제 2 수동 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 전류 컬렉터는 음극 전류 컬렉터이고, 제 2 전류 컬렉터는 양극 전류 컬렉터인 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 2 전류 컬렉터의 제 1 표면은 기판의 제 1 표면에 평행하며, 제 2 수동 층은 제 2 전류 컬렉터의 제 1 표면상에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  4. 제 1항에 있어서,
    제 1 수동층은 쿠퍼, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 백금, 몰리브덴, 망간, 금속합금, 전도성 세라믹 및 전도적으로 도핑된 폴리크리스털라인 실리콘으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  5. 제 1항에 있어서,
    박막 밧데리를 포위하는 엔캡슐레이트 재료를 더 포함하며, 제 1 전류 컬렉터에 전기적으로 연결되어 하나이상의 전기 리드가 부착되는 노출된 제 1 접촉 패드를 가지며, 또한, 제 2 전류 컬렉터에 전기적으로 연결되어 하나 이상의 전기 리드에 접촉하는 노출된 제 2 접촉 패드를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  6. 제 5항에 있어서,
    제 1 전류 컬렉터의 영역은 밧데리의 측면 경계선을 형성하며, 제 1 및 제 2 접촉 패드는 형성된 측면 경계선위에 또는 내에 있는 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  7. 전자 디바이스와;
    청구항 1의 박막 밧데리와;
    이 전자 장치를 수용하는 하우징을 구비하며, 밧데리 전지는 하우징내에 있으며 전원을 전자 디바이스에 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    음극 물질은 리튬 함유 혼합물을 함유하며, 리튬의 층은 밧데리를 충전함으로써 밧데리의 조립 후 능동 양극으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    전해질은 LiPON을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  10. 박막 밧데리는,
    a) 제1 표면을 갖는 기판과;
    b) 기판의 제 1 표면상에 위치한 제 1 컬렉터와;
    c) 제1 전류 컬렉터에 전기적으로 연결되어, 제 1 전류 컬렉터의 한정 영역 주위에 연속하는 금속 대 금속 시일을 형성하며, 또한, 비아구멍을 갖는 제 1 수동층을 구비하며, 이 제 1 수동층과 제 2 전류 컬렉터는 포위된 영역을 형성하며;
    또한, 밧데리는,
    d) 음극물질과;
    e) 제 2 전류 컬렉터와, 제 1 및 제 2 전류 컬렉터 중 하나는 양극 전류 컬렉터이고, 나마지는 음극 전류 컬렉터이며;
    f) 음극물질을 양극 전츄 컬렉터와 분리하는 전해질 층과;
    g) 전해질 층과 합께, 양극 전류 컬렉터를 음극물질 및 음극 전류 컬렉터와 분리하는 절연층을 구비하고,
    음극물질, 제 2 전류 컬렉터, 전해질층 및 절연층은 제 1수동층과 제 1 전류 컬렉터에 의해 혀엉된 포위 영역내에 배치되어 있으며;
    또한, 밧데리는,
    h) 제 1수동층의 비아구멍을 통해 제 2 전류 컬렉터에 전기적으로 연결된 제 2 수동층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.
  11. 제 10항에 있어서,
    제 1 전류 컬렉터는 음극전류 컬렉터이고 제 2 전류 컬렉터는 양극 전류 컬렉터인 것을 특징으로 하는 박막 밧데리.









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