KR20170133699A - Battery integration packaging apparatus and method - Google Patents

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Abstract

A battery integration packaging apparatus according to the embodiment of the present invention includes a battery formed by embedding an electrolyte material and a conductive metal material by forming a plurality of via holes on a plurality of substrates or sheets and printing and drying positive and negative materials on the plurality of substrates or sheets, a sensor mounted on a packaging device including the battery, an integrated circuit chip and an energy conversion element, and an input/output terminal for interconnecting the sensor, the integrated circuit chip, the energy conversion element, and the battery. The energy conversion element and the integrated circuit chip can be packaged simultaneously.

Description

배터리 집적 패키징 장치 및 방법{BATTERY INTEGRATION PACKAGING APPARATUS AND METHOD}BATTERY INTEGRATION PACKAGING APPARATUS AND METHOD BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 다층 회로 기판 기술을 이용하여 센서 또는 집적회로 칩의 구동에 필요한 배터리를 형성하고, 에너지 변환 소자와 집적회로 칩 칩을 동시에 패키징할 수 있는 비아를 이용한 배터리 집적 패키징 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery integrated packaging apparatus and method using vias capable of forming a battery necessary for driving a sensor or an integrated circuit chip using a multilayer circuit board technology and packaging the energy conversion element and the integrated circuit chip chip at the same time .

최근, 반도체 집적회로 제조기술과 유사한 공정을 이용하여 제작된 고체 배터리(slid state battery)칩을 전자소자 및 부품(집적회로 칩)과 함께 패키징하여 시스템에 사용할 수 있도록 개발되고 있다. 2. Description of the Related Art Recently, a slid state battery chip fabricated using a process similar to a semiconductor integrated circuit manufacturing technology has been developed to be packaged with electronic devices and components (integrated circuit chips) and used in a system.

종래의 배터리 칩은 반도체 제작공정을 이용하기 때문에 제작비용이 고가이고 용량을 증가시키기 위해서는 고체 배터리용 재료의 품질이 개선되어야하고 또한 배터리 칩의 사이즈가 커져야한다. 또한 다수의 배터리 칩을 3차원으로 집적하는 방법을 고려할 수 있으나 추가적인 와이어 본딩(wire bonding)이나 BGA등 인터 컨넥션이 필요하고 이는 패키징의 사이즈를 증가시키는 요인으로 한계가 있다. Conventional battery chips are expensive to manufacture because they use semiconductor fabrication processes. In order to increase the capacity, the quality of the materials for solid-state batteries must be improved and the size of battery chips must be increased. Also, a method of integrating a plurality of battery chips in three dimensions can be considered, but additional wire bonding or interconnection such as BGA is required, which is a limitation in increasing the size of the packaging.

대한민국 등록특허 제10-1610572호(2016. 04. 01.)Korean Patent No. 10-1610572 (2014.04.01.)

본 발명은 저온 동시 소성 세라믹(low-temperature co-fired ceramic: 이하 LTCC) 기술을 이용하여 센서 및 집적회로 칩의 구동에 필요한 배터리를 다층회로 기판 내에 형성하고, 에너지 변환 소자와 집적회로 칩을 동시에 패키징하는 배터리 패키징 장치 및 방법을 제공한다.The present invention relates to a method of forming a battery for driving a sensor and an integrated circuit chip using a low-temperature co-fired ceramic (LTCC) technique in a multilayer circuit board, and simultaneously forming an energy conversion element and an integrated circuit chip The present invention provides a battery packaging apparatus and method for packaging.

상기한 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 집적 패키징 장치는 복수의 기판 또는 시트 상에 복수의 비아홀을 형성하여 전해질 물질 및 전도성 금속물질을 매립하고, 상기 복수의 기판 또는 시트 상에 포지티브 재료 및 네거티브 재료의 프린팅 및 건조를 통해 형성된 배터리와, 상기 배터리가 포함된 패키징 장치에 실장되는 센서, 집적회로 칩 및 에너지 변환 소자와, 상기 센서, 집적회로 칩, 에너지 변환 소자 및 배터리를 상호 연결시키는 입출력 단자를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery integrated packaging apparatus comprising: a plurality of via holes formed on a plurality of substrates or sheets to fill an electrolyte material and a conductive metal material A battery formed by printing and drying of a positive material and a negative material on the plurality of substrates or sheets, a sensor mounted on a packaging device containing the battery, an integrated circuit chip and an energy conversion element, Chip, an energy conversion element, and an input / output terminal interconnecting the battery.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리는 포지티브와 네거티브로 구성되며, 상기 포지티브는 제 1 시트와, 상기 제 1 시트의 비아홀에 전도성 금속재료를 매립하여 형성되며, 상기 입출력 단자를 통해 에너지 변환 소자와 연결되어 센서 및 집적회로 칩에 전원을 공급하는 제 1 비아와, 상기 제 1 비아의 상부에 형성된 제 1 비아 패드와, 상기 제 1 비아 패드와 소정 간격만큼 이격되어 상기 제 1 시트의 상부에 형성된 포지티브 전류콜렉터와, 상기 포지티브 전류콜렉터의 상부 일부 영역에 형성된 포지티브 전극을 포함하며, 상기 네거티브는 상기 제 1 시트와 적층 결합되는 제 2 시트와, 상기 제 2 시트 상의 비아 홀에 전해질 물질을 매립하여 형성하되, 상기 제 2 시트가 상기 제 1 시트에 적층될 때 상기 포지티브 전극과 접촉 및 연결되도록 형성되는 전해질 층과, 상기 제 2 시트 상의 다른 비아 홀에 전도성 금속재료를 매립하여 형성하되, 상기 제 2 시트가 상기 제 1 시트에 적층될 때 상기 포지티브 전류콜렉터와 접촉 및 연결되도록 형성되며, 상기 입출력 단자를 통해 에너지 변환 소자와 연결되어 센서 및 집적회로 칩에 전원을 공급하는 제 2 비아와, 상기 전해질 층의 상부가 완전히 덮히도록 네거티브 전극재료를 상기 제 2 시트의 상부에 프린팅한 후 건조하여 형성되는 네거티브 전극과, 상기 네거티브 전극과 상기 제 2 비아의 상부가 완전히 덮히도록 금속 재료를 프린팅한 후 건조하여 형성되는 네거티브 전류콜렉터를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery is constituted of a positive and a negative, the positive being formed by embedding a conductive metal material in a via hole of the first sheet, A first via pad formed on an upper portion of the first via, and a second via pad formed on an upper portion of the first sheet, the first via pad being spaced apart from the first via pad by a predetermined distance, And a positive electrode formed on an upper partial area of the positive current collector, wherein the negative electrode comprises a second sheet laminated with the first sheet, and an electrolyte material is embedded in the via hole on the second sheet, The first sheet being formed to contact and connect with the positive electrode when the second sheet is laminated to the first sheet, Wherein the first sheet is formed to be buried with a conductive metal material in another via hole on the second sheet and to be in contact with and connected to the positive current collector when the second sheet is stacked on the first sheet, A second via connected to the energy conversion element through the second electrode to supply power to the sensor and the integrated circuit chip, and a negative electrode material printed on the second sheet so that the upper portion of the electrolyte layer is completely covered, And a negative current collector formed by printing a metal material so that the upper portion of the negative electrode and the upper portion of the second via are completely covered and then dried.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리는 기 설정된 온도 및 압력으로 상기 제 1 시트와 제 2 시트를 적층 및 정렬하여 적층 스택을 형성한 후 열처리 공정을 통해 생성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery may be produced through a heat treatment process after forming a stacked stack by stacking and aligning the first sheet and the second sheet at predetermined temperatures and pressures.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리는 포지티브와 네거티브에 해당하는 제 1 및 제 2 기판이 직렬로 연결되는 구조를 가지며, 상기 포지티브는 상기 제 1 기판 상부에 금속 재료를 일정 간격으로 프린팅하여 형성된 n개의 포지티브 전류단자와, 상기 n개의 포지티브 전류단자의 상부 일부 영역에 포지티브 전극재료를 프린팅하여 형성된 n개의 포지티브 전극을 포함하며, 상기 네거티브는 상기 제 2 기판 상에 형성된 2n개의 비아홀에 금속재료와 전해질 물질의 매립을 통해 형성된 n개의 비아 및 n개의 전해질 층과,(n개의 전해질 층은 제 1 기판과 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 n개의 전해질 층 각각이 n개의 포지티브 전극에 접촉되도록 형성됨) 상기 n개의 전해질 층 상부에 대응하는 상기 제 2 기판의 영역에 음극 재료를 프린팅하여 형성된 n개의 네거티브 전극과, 상기 n개의 네거티브 전극과 상기 n개의 비아가 형성된 상기 제 2 기판 상에 금속 재료를 프린팅하여 형성된 n개의 비아 패드 및 n개의 네거티브 전류단자(상기 n개의 네거티브 전류단자는 상기 n개의 네거티브 전극 각각을 감싸고 n개의 네거티브 전극 사이에 형성된 비아를 덮는 구조로 형성됨)를 포함하며, 상기 n개의 비아 패드가 상기 n개의 비아를 통해 상기 제 1 기판 상에 형성된 n개의 포지티브 전류단자에 각각 연결되고 상기 n개의 네거티브 전류단자가 상기 n개의 네거티브 전극 및 전해질 층을 통해 상기 n개의 포지티브 전류단자 각각에 연결되도록 상기 제1 기판과 제 2 기판을 정렬 및 적층시켜 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery has a structure in which first and second substrates corresponding to a positive and a negative are connected in series, and the positive is formed by printing a metal material at a predetermined interval on the first substrate and n positive electrodes formed by printing a positive electrode material in an upper partial area of the n positive current terminals, wherein the negative is formed by applying a metal material to the 2n via holes formed on the second substrate, (N electrolyte layers are formed such that when the first substrate and the second substrate are aligned and laminated, each of the n electrolyte layers is brought into contact with the n positive electrodes through the n vias and the n electrolyte layers formed through the filling of the electrolyte material N) formed by printing a negative electrode material on the region of the second substrate corresponding to the upper portion of the n electrolyte layers And n negative pads formed by printing a metal material on the second substrate on which the n number of negative electrodes and the n number of vias are formed, and n negative current terminals, wherein the n negative current terminals are connected to the n negative Wherein each of the n via pads is connected to n positive current terminals formed on the first substrate via the n vias, And aligning and stacking the first substrate and the second substrate such that the n negative current terminals are connected to the n positive current terminals through the n negative electrodes and the electrolyte layer, respectively.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리는 포지티브와 네거티브에 해당하는 제 1 및 제 2 기판이 병렬로 연결되는 구조를 가지며, 상기 포지티브는 상기 제 1 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 형성된 포지티브 전류단자와, 상기 포지티브 전류단자의 상부에 포지티브 전극재료를 프린팅하여 형성된 포지티브 전극을 포함하며, 상기 네거티브는 상기 2 기판을 관통하여 형성된 n개의 비아홀 중 상기 제 1 및 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 포지티브 전극에 의해 드러난 상기 포지티브 전류단자와 접촉되는 비아홀에 전도성 금속재료를 매립하여 형성된 비아와, 상기 n개의 비아홀 중 나머지 비아홀에 전해질 물질을 매립하여 형성되되, 상기 제 1 및 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 포지티브 전극에 접촉되도록 형성되는 상기 n-1개의 전해질 층과, 상기 n-1개의 전해질 층을 상호 연결되도록 상기 제 2 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 형성된 네거티브 전극과, 상기 네거티브 전극을 감싸고 상기 비아의 상부를 덮도록 상기 네거티브 전극이 형성된 제 2 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 형성된 네거티브 전류단자 및 비아 패드를 포함하며, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 정렬 및 적층될 때 상기 제 2 기판의 n-1개의 전해질 층과 제 1 기판의 포지티브 전극이 접촉 및 연결되고, 상기 포지티브 전류단자가 제 2 기판의 비아와 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery has a structure in which first and second substrates corresponding to a positive and a negative are connected in parallel, and the positive is a positive current terminal formed by printing a metal material on the first substrate, And a positive electrode formed by printing a positive electrode material on top of the positive current terminal, wherein the negative is formed when n and the first and second substrates are aligned and stacked among n via holes formed through the two substrates, A via formed by burying a conductive metal material in a via hole in contact with the positive current terminal exposed by the positive electrode and an electrolyte material in the remaining via hole of the n via holes, The n-1 electrolyte layers formed so as to contact the positive electrode when laminated, A negative electrode formed by printing a metal material on the second substrate so as to connect the n-1 electrolyte layers to each other; and a second electrode formed on the second substrate to surround the negative electrode and to cover the upper portion of the via, Wherein the n-1 electrolyte layer of the second substrate and the positive electrode of the first substrate are in contact with each other when the first substrate and the second substrate are aligned and laminated with the first substrate, And the positive current terminal can be connected to the via of the second substrate.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리의 용량과 전압은 전해질 층의 개수에 의해 결정될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the capacity and voltage of the battery may be determined by the number of electrolyte layers.

상기한 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 집적 패키징 장치의 제조 방법은 복수의 기판 또는 시트 상에 복수의 비아홀을 형성하여 전해질 물질 및 전도성 금속물질을 매립하고, 상기 복수의 기판 또는 시트 상에 포지티브 재료 및 네거티브 재료의 프린팅 및 건조를 통해 배터리를 형성하는 단계와, 상기 배터리가 포함된 패키징 장치에 센서, 집적회로 칩 및 에너지 변환 소자를 실장하는 단계와, 상기 센서, 집적회로 칩, 에너지 변환 소자 및 배터리를 상호 연결시키는 입출력 단자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a battery integrated packaging apparatus, comprising: forming a plurality of via holes on a plurality of substrates or sheets to form an electrolyte material and a conductive metal material Forming a battery by printing and drying a positive material and a negative material on the plurality of substrates or sheets, and mounting a sensor, an integrated circuit chip, and an energy conversion element on the packaging device including the battery And forming an input / output terminal interconnecting the sensor, the integrated circuit chip, the energy conversion element, and the battery.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리는 포지티브와 네거티브로 구성되며, 상기 배터리를 형성하는 단계는 제 1 시트의 비아홀에 전도성 금속재료를 매립하여 상기 입출력 단자를 통해 에너지 변환 소자와 연결되어 센서 및 집적회로 칩에 전원을 공급하는 제 1 비아를 형성하는 단계와, 상기 제 1 비아의 상부에 제 1 비아 패드를 형성하는 단계와, 상기 제 1 비아 패드와 소정 간격만큼 이격된 상기 제 1 시트의 상부에 포지티브 전류콜렉터를 형성하는 단계와, 상기 포지티브 전류콜렉터의 상부 일부 영역에 포지티브 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 시트와 적층 결합되는 제 2 시트 상의 비아 홀에 전해질 물질을 매립하여 전해질 층을 형성하되, 상기 제 2 시트가 상기 제 1 시트에 적층될 때 상기 포지티브 전극과 접촉 및 연결되도록 전해질 층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 시트 상의 다른 비아 홀에 전도성 금속재료를 매립하여 제 2 비아를 형성하되, 상기 제 2 시트가 상기 제 1 시트에 적층될 때 상기 포지티브 전류콜렉터와 접촉 및 연결되도록 상기 제 2 비아를 형성하는 단계와, 상기 전해질 층의 상부가 완전히 덮히도록 네거티브 전극재료를 상기 제 2 시트의 상부에 프린팅한 후 건조하여 네거티브 전극을 형성하는 단계와, 상기 네거티브 전극과 상기 제 2 비아의 상부가 완전히 덮히도록 금속 재료를 프린팅한 후 건조하여 네거티브 전류콜렉터를 형성하는 단계와, 기 설정된 온도 및 압력으로 상기 제 1 시트와 제 2 시트를 적층 및 정렬하여 적층 스택을 형성한 후 열처리 공정을 통해 배터리를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery is configured to be positive and negative, and the step of forming the battery includes embedding a conductive metal material in a via hole of the first sheet, connecting the energy conversion element through the input / Forming a first via for supplying power to the integrated circuit chip; forming a first via pad on the first via; forming a second via pad on the first via, Forming a positive current collector on the upper portion of the positive current collector; forming a positive electrode on a portion of the upper portion of the positive current collector; filling the via hole on the second sheet laminated with the first sheet with an electrolyte material, Wherein the electrolyte layer is formed to be in contact with and connected to the positive electrode when the second sheet is laminated on the first sheet, Forming a second via by burying a conductive metal material in another via hole on the second sheet, wherein the second via is formed by contacting the first current collector with the positive current collector when the second sheet is laminated to the first sheet, Forming a second via; printing a negative electrode material on top of the second sheet so that the top of the electrolyte layer is completely covered and then drying to form a negative electrode; Forming a negative current collector by printing a metal material so that the upper portion of the first sheet and the second sheet are completely covered with the first sheet and the second sheet, forming a negative current collector by stacking and aligning the first sheet and the second sheet at predetermined temperatures and pressures, To form a battery.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리는 포지티브와 네거티브에 해당하는 제 1 및 제 2 기판이 직렬로 연결되는 구조를 가지며, 상기 제 1 기판 상부에 금속 재료를 일정 간격으로 프린팅하여 n개의 포지티브 전류단자를 형성하는 단계와, 상기 n개의 포지티브 전류단자의 상부 일부 영역에 포지티브 전극재료를 프린팅하여 n개의 포지티브 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판 상에 형성된 2n개의 비아홀에 금속재료와 전해질 물질의 매립을 통해 n개의 비아 및 n개의 전해질 층을 형성하는 단계와,(n개의 전해질 층은 제 1 기판과 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 n개의 전해질 층 각각이 n개의 포지티브 전극에 접촉되도록 형성됨) 상기 n개의 전해질 층 상부에 대응하는 상기 제 2 기판의 영역에 음극 재료를 프린팅하여 n개의 네거티브 전극을 형성하는 단계와, 상기 n개의 네거티브 전극과 상기 n개의 비아가 형성된 상기 제 2 기판 상에 금속 재료를 프린팅하여 n개의 비아 패드 및 n개의 네거티브 전류단자를 형성하는 단계와,(상기 n개의 네거티브 전류단자는 상기 n개의 네거티브 전극 각각을 감싸고 n개의 네거티브 전극 사이에 형성된 비아를 덮는 구조로 형성됨) 상기 n개의 비아 패드가 상기 n개의 비아를 통해 상기 제 1 기판 상에 형성된 n개의 포지티브 전류단자에 각각 연결되고 상기 n개의 네거티브 전류단자가 상기 n개의 네거티브 전극 및 전해질 층을 통해 상기 n개의 포지티브 전류단자 각각에 연결되도록 상기 제1 기판과 제 2 기판을 정렬 및 적층시켜 상기 배터리를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery has a structure in which first and second substrates corresponding to a positive and a negative are connected in series, and a metal material is printed on the first substrate at regular intervals to form n positive currents Forming n positive electrodes by printing a positive electrode material on a portion of the upper portion of the n positive current terminals, forming n positive holes in the 2n via holes formed on the second substrate by depositing a metal material and an electrolyte material (N electrolyte layers are formed on the first and second substrates, respectively, when the first and second substrates are aligned and laminated, each of the n electrolyte layers contacting n positive electrodes The negative electrode material is printed on the region of the second substrate corresponding to the upper portion of the n electrolyte layers to form n negative electrodes Printing a metal material on the second substrate on which the n number of negative electrodes and the n number of vias are formed to form n number of via pads and n number of negative current terminals, Wherein the n via pads are connected to n positive current terminals formed on the first substrate via the n vias, respectively, the n via pads being connected to the n positive current terminals formed on the first substrate, And aligning and stacking the first substrate and the second substrate such that the n negative current terminals are connected to each of the n positive current terminals through the n negative electrodes and the electrolyte layer to form the battery .

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배터리는 포지티브와 네거티브에 해당하는 제 1 및 제 2 기판이 병렬로 연결되는 구조를 가지며, 상기 제 1 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 포지티브 전류단자를 형성하는 단계와, 상기 포지티브 전류단자의 상부에 포지티브 전극재료를 프린팅하여 포지티브 전극을 형성하는 단계와, 상기 2 기판을 관통하여 형성된 n개의 비아홀 중 상기 제 1 및 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 포지티브 전극에 의해 드러난 상기 포지티브 전류단자와 접촉되는 비아홀에 전도성 금속재료를 매립하여 비아를 형성하는 단계와, 상기 n개의 비아홀 중 나머지 비아홀에 전해질 물질을 매립하여 n-1개의 전해질 층을 형성하되, 상기 제 1 및 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 포지티브 전극에 접촉되도록 상기 n-1개의 전해질 층을 형성하는 단계와, 상기 n-1개의 전해질 층을 상호 연결되도록 상기 제 2 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 네거티브 전극을 형성하는 단계와, 상기 네거티브 전극을 감싸고 상기 비아의 상부를 덮도록 상기 네거티브 전극이 형성된 제 2 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 네거티브 전류단자 및 비아 패드를 형성하는 단계와, 상기 제 2 기판의 n-1개의 전해질 층과 제 1 기판의 포지티브 전극이 접촉 및 연결되고, 상기 포지티브 전류단자가 제 2 기판의 비아와 연결되도록 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 정렬 및 적층하여 배터리를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the battery has a structure in which first and second substrates corresponding to a positive and a negative are connected in parallel, and printing a metal material on the first substrate to form a positive current terminal Forming a positive electrode by printing a positive electrode material on top of the positive current terminal, and forming a positive electrode on the positive electrode when the first and second substrates are aligned and stacked among n via holes formed through the two substrates, Forming an n-1 electrolyte layer by filling an electrolyte material into remaining via holes of the n via holes, wherein the n-1 electrolyte layer is formed by burying a conductive metal material in a via hole exposed by the positive current terminal, 1 and the second substrate are aligned and stacked, the n-1 electrolyte layer is formed so as to be in contact with the positive electrode Forming a negative electrode by printing a metal material on the second substrate so that the n-1 electrolyte layers are mutually connected; forming a negative electrode on the negative electrode to cover the negative electrode and cover the upper portion of the via, Printing a metallic material on a second substrate to form a negative current terminal and a via pad; contacting the n-1 electrolyte layer of the second substrate with a positive electrode of the first substrate, And aligning and stacking the first substrate and the second substrate such that the terminals are connected to the vias of the second substrate to form a battery.

전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, LTCC 술을 이용하여 센서 및 집적회로 칩의 구동에 필요한 배터리를 다층회로 기판 내에 형성하고, 에너지 변환 소자와 집적회로 칩을 동시에 패키징하는 배터리 패키징 장치 및 방법을 제공함으로써, 배터리의 사이즈를 최소화시킬 수 있다. 또한, 이를 통해 외부의 전원 공급 없이 독립적으로 사용해야하는 사물 인터넷용 센서 및 통신용 모듈에 사용이 가능한 배터리를 제공할 수 있다. According to the embodiments of the present invention described above, a battery packaging apparatus and method for forming a battery necessary for driving a sensor and an integrated circuit chip in a multilayer circuit board by using an LTCC technique, packaging the energy conversion element and the integrated circuit chip at the same time The size of the battery can be minimized. In addition, it is possible to provide a battery that can be used for a sensor and communication module for Internet objects, which must be used independently without external power supply.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 집적 패키징 장치의 전체 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTCC 3차원 다층 회로 기판을 이용한 패키징 공정을 통해 형성된 배터리의 구조와 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은본 발명의 다른 실시 예에 따른 LTCC 기판을 이용한 패키징 제조 공정에서 직렬연결의 배터리 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 기판을 이용한 패키징 제조 공정에서 병렬연결 배터리 구조의 단면과 이의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a cross-sectional view showing the entire structure of a battery packaged device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a structure and a manufacturing method of a battery formed through a packaging process using an LTCC three-dimensional multilayer circuit board according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a battery structure of a series connection in a packaging manufacturing process using an LTCC substrate according to another embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a parallel connected battery structure and a method of manufacturing the same in a packaging manufacturing process using an LTCC substrate according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following detailed description is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 집적 패키징 장치의 전체 구조를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the entire structure of a battery packaged device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 집적 패키징 장치(100)는 태양전지와 같은 에너지 변환 소자(110), 에너지 변환 소자(110)에서 생산된 전력이 저장되는 배터리(120), 배터리(120)에 의해 공급되는 전력에 의해 동작하는 센서(130) 및 집적회로 칩(140) 및 복수의 입출력 단자(150)를 포함할 수 있다.1, a battery integrated packaging apparatus 100 includes an energy conversion element 110 such as a solar cell, a battery 120 in which power produced by the energy conversion element 110 is stored, a battery 120, And a plurality of input / output terminals 150, which are operated by the power supplied by the power supply circuit 130 and the integrated circuit chip 140, respectively.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 집적 패키징 장치(100)는 복수의 기판 또는 시트 상에 복수의 비아홀을 형성하여 전해질 물질 및 전도성 금속물질을 매립하고, 상기 복수의 기판 또는 시트 상에 포지티브 재료 및 네거티브 재료의 프린팅 및 건조를 통해 형성된 배터리(120)와, 배터리(120)가 포함된 패키징 장치에 실장되는 센서(130), 집적회로 칩(140) 및 에너지 변환 소자(110)와, 센서(130), 집적회로 칩(140), 에너지 변환 소자(110) 및 배터리(120)를 상호 연결시키는 입출력 단자(150)를 포함할 수 있다.The battery integrated packaging apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may be configured to form a plurality of via holes on a plurality of substrates or sheets to embed an electrolyte material and a conductive metal material and to deposit a positive material and a negative material on the plurality of substrates or sheets, An integrated circuit chip 140 and an energy conversion element 110 mounted on a packaging device including the battery 120, a sensor 130, The integrated circuit chip 140, the energy conversion element 110, and the battery 120. The input /

한편, 배터리(120)는 LTCC 3차원 다층 회로 기판을 이용하여 패키징 공정을 통해 형성될 수 있다. 구체적으로, 배터리(120)는 배터리용 전해질 재료, 포지티브 전극 재료, 네거티브 전극 재료를 스크린 프린팅 또는 3D 프린팅 기술을 통해 패키징하여 고체 상태로 형성될 수 있다. 배터리(120)형성을 위한 기판이외의 여분의 3차원 다층 회로 기판 형성 기술을 사용하여 센서(130), 집적회로 칩(140) 및 에너지 변환 소자(110)와 이를 상호연결하고 입출력 단자(150)를 형성할 수 있다.Meanwhile, the battery 120 may be formed through a packaging process using an LTCC three-dimensional multilayer circuit board. Specifically, the battery 120 can be formed into a solid state by packaging an electrolyte material for a battery, a positive electrode material, and a negative electrode material through a screen printing or a 3D printing technique. An integrated circuit chip 140 and an energy conversion element 110 are interconnected by using an extra three-dimensional multilayer circuit board forming technique other than the substrate for forming the battery 120, and the input / output terminal 150 is connected to the sensor 130, Can be formed.

이러한 배터리(120)의 구조에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.The structure of such a battery 120 will be described with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTCC 3차원 다층 회로 기판을 이용한 패키징 공정을 통해 형성된 배터리(120)의 구조와 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure and a manufacturing method of a battery 120 formed through a packaging process using an LTCC three-dimensional multilayer circuit board according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(120)의 포지티브측은 레이저 또는 기계 펀칭기를 이용하여 제 1 시트(201)의 소정 영역을 펀칭하여 제 1 비아홀을 형성한 후 제 1 비아홀에 전도성 금속 재료의 매립을 통해 형성된 제 1 비아(210), 제 1 비아(210)의 상부에 금속 재료를 스크린 프린팅하여 형성된 제 1 비아 패드(212) 및 포지티브 전극의 전력을 모으는 포지티브 전류 콜렉터(211)를 포함할 수 있다.2, the positive side of the battery 120 is formed by punching a predetermined region of the first sheet 201 using a laser or a mechanical punching machine to form a first via hole, and then filling the first via hole with a conductive metal material A first via pad 212 formed by screen printing a metal material on top of the first via 210 and a positive current collector 211 collecting power of the positive electrode. have.

또한, 배터리(120)는 포지티브 전류 콜렉터(211)의 상부 일부 영역에 포지티브 전극 재료를 스크린 프린팅하여 형성된 포지티브 전극(213)을 포함할 수 있다. 이때, 포지티브 전극(213)은 포지티브 전류 콜렉터(211)와 동일한 형태를 가지며, 면적이 작은 형태를 가질 수 있다.In addition, the battery 120 may include a positive electrode 213 formed by screen printing a positive electrode material in an upper partial area of the positive current collector 211. At this time, the positive electrode 213 has the same shape as the positive current collector 211 and may have a small area.

또한, 제 1 시트(201)와 제 2 시트(202)가 정렬 및 적층될 때 포지티브 전극(213)은 전해질 층(221)에 접촉 및 연결될 수 있다.In addition, the positive electrode 213 may be in contact with and connected to the electrolyte layer 221 when the first sheet 201 and the second sheet 202 are aligned and laminated.

상기와 같은 배터리(120)의 제 1 비아(210)는 이후 실장되는 센서(130), 집적회로 칩(140) 및 에너지 변환 소자(110)와 연결시키며, 이러한 연결을 통해 배터리(120)에 전력을 충전함과 더불어 센서(130) 및 집적회로 칩(140)에 전력을 공급할 수 있다.The first via 210 of the battery 120 is connected to the sensor 130, the integrated circuit chip 140 and the energy conversion element 110 to be mounted thereon, And to supply power to the sensor 130 and the integrated circuit chip 140.

배터리(120)에서 네거티브측은 레이저 또는 기계 펀칭기를 이용하여 제 2 시트(202)의 소정 영역을 펀칭하여 제 2 및 3 비아홀을 형성한 후 제 2 비아홀에 전도성 금속 재료의 매립을 통해 형성된 제 2 비아(220), 제 3 비아홀에 전해질 재료를 매립하여 형성된 전해질 층(221), 전해질 층(221) 상부에 네거티브 전극 재료의 스크린 프린팅하여 형성된 네거티브 전극(222), 제 2 비아(220)의 상부에 금속 재료를 스크린 프린팅하여 형성된 제 2 비아 패드(223) 및 네거티브 전극(222)이 완전히 덮히도록 금속 재료를 스크린 프린팅하여 형성된 네거티브 전류콜렉터(224)를 포함할 수 있다. 여기에서, 네거티브 전류콜렉터(224)는 네거티브 전극(222)의 전류를 모을 수 있다.A negative side of the battery 120 is formed by punching a predetermined region of the second sheet 202 by using a laser or a mechanical punching machine to form second and third via holes and then forming a second via hole formed through the embedding of the conductive metal material in the second via hole A negative electrode 222 formed by screen printing of a negative electrode material on the electrolyte layer 221, and a negative electrode 222 formed on the second via 220. The negative electrode 222 is formed on the first via 220, the electrolyte layer 221 formed by embedding an electrolyte material in the third via hole, A second via pad 223 formed by screen printing a metal material, and a negative current collector 224 formed by screen printing a metal material so that the negative electrode 222 is completely covered. Here, the negative current collector 224 can collect the current of the negative electrode 222.

상기와 같은 전해질 층(221), 네거티브 전극(222), 제 2 비아 패드(223) 및 네거티브 전류 콜렉터(224)는 해당 재료를 매립 및 스크린 프린팅한 후 소정의 건조 공정을 통해 형성될 수 있다.The electrolyte layer 221, the negative electrode 222, the second via pad 223, and the negative current collector 224 may be formed through a predetermined drying process after the material is embedded and screen-printed.

본 발명의 실시예에서는 네거티브 전류콜렉터(224)와 제 2 비아 패드(223)는 동시에 형성될 수 있다. 구체적으로, 네거티브 전극(222)이 형성된 제 2 시트(202)의 상부에 네거티브 전극(222)이 완전히 감싸면서 제 2 비아(220)의 상부를 덮히도록 금속재료를 프린팅하여 네거티브 전류콜렉터(224)와 제 2 비아 패드(223)를 형성할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the negative current collector 224 and the second via pad 223 may be formed simultaneously. Specifically, a negative current collector 224 is formed by printing a metal material so that the negative electrode 222 is completely covered on the second sheet 202 on which the negative electrode 222 is formed and covered the upper portion of the second via 220, And the second via pad 223 can be formed.

한편, 본 발명의 실시예에서 제 2 비아(220)는 이후 실장되는 센서(130), 집적회로 칩(140) 및 에너지 변환 소자(110)와 연결시키며, 이러한 연결을 통해 배터리(120)에 전력을 충전함과 더불어 센서(130) 및 집적회로 칩(140)에 전력을 공급할 수 있다.The second via 220 is connected to the sensor 130, the integrated circuit chip 140 and the energy conversion element 110 which are mounted in the embodiment of the present invention. And to supply power to the sensor 130 and the integrated circuit chip 140.

도 3은본 발명의 다른 실시 예에 따른 LTCC 기판을 이용한 패키징 제조 공정에서 직렬연결의 배터리 구조를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a battery structure of a series connection in a packaging manufacturing process using an LTCC substrate according to another embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(120)의 포지티브측은 제 1 기판(301) 상에 금속 재료의 프린팅과 건조를 통해 형성된 제 1, 2, 3 포지티브 전류 단자(310-a, 310-b, 310-c)와 제 1, 2, 3 포지티브 전류 단자(310-a, 310-b, 310-c) 각 상부 일부 영역에 포지티브 전극 재료의 프린팅과 건조 공정을 통해 형성된 제 1, 2, 3 포지티브 전극(311-a, 311-b, 311-c)을 포함할 수 있다.3, the positive side of the battery 120 includes first, second, and third positive current terminals 310-a, 310-b, and 310-b formed by printing and drying of a metal material on a first substrate 301, 3, and 4 formed through the printing and drying process of the positive electrode material in the upper portions of the first, second, and third positive current terminals 310-a, 310-b, and 310- And may include electrodes 311-a, 311-b, and 311-c.

제 1 및 제 2 기판(301, 302)이 정렬 및 적층될 때, 제 1, 2, 3 포지티브 전극(311-a, 311-b, 311-c)은 네거티브측의 제 1, 2, 3 전해질 층(321-a, 321-b, 321-c)에 접촉 및 연결될 수 있도록 제 1, 2, 3 포지티브 전류 단자(310-a, 310-b, 310-c)의 상부 영역에 형성될 수 있다.When the first and second substrates 301 and 302 are aligned and laminated, the first, second and third positive electrodes 311-a, 311-b and 311-c are connected to the first, Can be formed in the upper region of the first, second, and third positive current terminals 310-a, 310-b, and 310-c to be in contact with and connected to the layers 321-a, 321- .

배터리(120)의 네거티브측은 제 2 기판(302)에 대한 레이저 또는 기계 펀칭기를 통해 형성된 복수의 비아홀에 전도성 재료 및 전해질 재료의 매립을 통해 형성된 복수의 제 3, 4, 5 비아(320-a, 320-b, 320-c)와 제 1, 2, 3 전해질 층(321-a, 321-b, 321-c)을 포함할 수 있다.The negative side of the battery 120 includes a plurality of third, fourth, and fifth vias 320-a and 320 formed through the embedding of a conductive material and an electrolyte material in a plurality of via holes formed through a laser or mechanical punching machine for the second substrate 302, 320-b and 320-c and the first, second and third electrolyte layers 321-a, 321-b and 321-c.

제 1, 2, 3 전해질 층(321-a, 321-b, 321-c)의 각 상부 일부 영역에는 네거티브 전극 재료가 일정한 면적을 갖도록 네거티브 전극 재료를 프린팅 및 건조하여 제 1, 2, 3 네거티브 전극(322-a, 322b, 322-c)이 형성될 수 있다.The negative electrode material is printed and dried in the upper part of each of the first, second and third electrolyte layers 321-a, 321-b and 321-c so that the negative electrode material has a constant area, Electrodes 322-a, 322b, and 322-c may be formed.

제 3, 4, 5 비아(320-a, 320-b, 320-c) 및 제 1, 2, 3 전해질 층(321-a, 321-b, 321-c) 상부에 금속 재료를 프린팅 건조하여 제 3 비아 패드(323)와 제 1, 2, 3 네거티브 전류 단자(324-a, 324-b, 324-c)를 형성한다. A metal material is printed and dried on the third, fourth and fifth vias 320-a, 320-b and 320-c and the first, second and third electrolyte layers 321-a, 321-b and 321- The third via pad 323 and the first, second and third negative current terminals 324-a, 324-b and 324-c are formed.

본 발명의 실시예에서 제 1, 2, 3 네거티브 전류 단자((324-a, 324-b, 324-c))는 제 1, 2, 3 네거티브 전극(322-a, 322b, 322-c)의 전체를 감싸면서 제 4 및 제 5 비아(320-b, 320-c)를 덮는 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제 1 네거티브 전류 단자(324-a)는 제 4 비아(320-b)를 덮는 구조로 형성되며, 제 2 네거티브 전류 단자(324-b)는 제 5 비아(320-c)를 덮는 구조로 형성될 수 있다.The first, second and third negative current terminals 324-a, 324-b and 324-c in the embodiment of the present invention are connected to the first, second and third negative electrodes 322-a, 322b and 322- And the fourth and fifth vias 320-b and 320-c while covering the entirety of the fourth and fifth vias 320-b and 320-c. Specifically, the first negative current terminal 324-a is formed so as to cover the fourth via 320-b, and the second negative current terminal 324-b is formed so as to cover the fifth via 320- Structure.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 기판을 이용한 패키징 제조 공정에서 병렬연결 배터리 구조의 단면과 이의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a cross-sectional view of a parallel connected battery structure and a method of manufacturing the same in a packaging manufacturing process using an LTCC substrate according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 병렬연결의 배터리 구조에서 포지티브측은 제 1 기판(401)에 금속재료를 프린팅 및 건조하여 형성된 포지티브 전류단자(410), 배터리 포지티브 전극 재료를 프린팅 및 건조하여 형성된 포지티브 전극(411)을 포함할 수 있다.4, the positive side of the parallel-connected battery structure according to the embodiment of the present invention includes a positive current terminal 410 formed by printing and drying a metal material on a first substrate 401, And a positive electrode 411 formed by printing and drying.

제 1 기판(401)이 제 2 기판(402)과 정렬 및 적층되었을 때, 포지티브 전극(411)은 네거티브측의 제 2 기판(402)의 전해질 층(421)들과 연결 및 접촉될 수 있도록 포지티브 전류 단자(410)의 상부 영역에 형성될 수 있다.When the first substrate 401 is aligned and laminated with the second substrate 402, the positive electrode 411 is positioned so as to be in contact with the electrolyte layer 421 of the second substrate 402 on the negative side, And may be formed in the upper region of the current terminal 410.

한편, 병렬 배터리 구조에서 네거티브측은 제 2 기판(402)에 하부 기판(401)의 포지티브 전류단자(411)와 연결되도록 형성된 비아(420) 및 복수의 병렬연결용 전해질 층들(421)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 2 기판(402)을 기계 펀칭기 또는 레이저를 이용하여 제 2 기판(402)에 복수의 비아홀을 형성한 후 비아홀 중 어느 하나에 전도성 금속 재료을 매립하여 비아(420)를 형성하며, 그 외에 비아홀에 전해질 물질을 매립하여 복수의 병렬연결용 전해질 층(421)을 형성한다.Meanwhile, in the parallel battery structure, the negative side may include a via 420 formed in the second substrate 402 to be connected to the positive current terminal 411 of the lower substrate 401, and a plurality of parallel connection electrolyte layers 421 have. Specifically, a plurality of via holes are formed in the second substrate 402 on the second substrate 402 using a mechanical punching machine or a laser, then a conductive metal material is embedded in one of the via holes to form vias 420, An electrolyte material is embedded in the via hole to form a plurality of electrolyte layers 421 for parallel connection.

또한, 병렬 배터리 구조에서 네거티브측은 복수의 병렬연결용 전해질 층들(421) 상부에 네커티브 전극재료를 일정한 면적을 갖도록 프린팅 및 건조하여 형성된 네커티브 전극(422)과 비아(420) 및 네커티브 전극(422) 상부에 금속재료를 프린팅 및 건조하여 형성된 비아 패드(423)와 네커티브 전류단자(424)를 포함할 수 있다.In the parallel battery structure, on the negative side, a negative electrode 422, a via 420, and a negative electrode 422 formed by printing and drying a predetermined area of a negative electrode material on a plurality of parallel connection electrolyte layers 421 422 and a negative current terminal 424 formed by printing and drying a metallic material on the upper surface of the via pad 423.

한편, 제 1 및 제 2 기판(401, 402)을 정렬 및 적층할 경우, 제 2 기판(402)의 전해질 층 (421)과 제 1 기판의 포지티브 전극(411)과 접촉 및 연결되고, 포지티브 전류단자(410)는 제 2 기판(402)의 비아(420)와 연결되어 병렬 연결된 배터리를 형성할 수 있다.On the other hand, when the first and second substrates 401 and 402 are aligned and laminated, the electrolyte layer 421 of the second substrate 402 is in contact with and connected to the positive electrode 411 of the first substrate, The terminal 410 may be connected to the via 420 of the second substrate 402 to form a parallel-connected battery.

또한, 상술한 바와 같은 배터리(120)의 구조에서 비아 패드(423)와 네커티브 전류 단자(424)를 이용하여 배터리(120)와 동시에 패키징된 에너지 변환 소자(100)와 센서(130) 및 집적회로 칩(120)과 연결하여 전원의 충전과 전원공급을 위해 패키징의 다른 부분과 연결할 수 있다.In the structure of the battery 120 as described above, the energy conversion element 100 and the sensor 130, which are packaged together with the battery 120, and the accumulator 130 are integrated using the via pad 423 and the negative current terminal 424, And may be connected to circuit chip 120 to connect to other parts of the packaging for charging and powering of the power supply.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에서 전해질 층(221, 321-a, 321-b, 321-c, 421)은 순수이온전도체 파우더(powder)에 바인더를 포함하는 스크린 프린팅용 페이스트 형태로 성형하여 제조하고, 열처리 공정을 거치면 그라스 세라믹(glass ceramic) 형태의 고체 상태로 변환될 수 있다. 여기에서, 순수 이온전도체는 Li, P, S 및 Ag로 구성된 어느 하나의 산화화합물을 들 수 있다. The electrolyte layers 221, 321-a, 321-b, 321-c and 421 are formed in the form of a paste for screen printing containing a binder in pure ion conductive powder And can be converted into a solid state in the form of a glass ceramic when subjected to a heat treatment process. Here, the pure ion conductor may be any one oxide compound composed of Li, P, S and Ag.

또한, 포지티브 전극(213, 311-a, 311-b, 311-c, 411)용 재료는 Li이 포함된 금속의 산화물로 전도도를 개선하기 위하여 전도성 첨가제 및 바인더를 포함하고 있으며 스크린 프린팅이 용이하게 페이스트 형태로 제조될 수 있다.The material for the positive electrodes 213, 311-a, 311-b, 311-c and 411 is an oxide of a metal containing Li and contains a conductive additive and a binder for improving conductivity. And can be produced in the form of a paste.

네가티브 전극(222, 322-a, 322-b, 322-c, 422)용 재료는 In 화합물 및 바인더를 포함하거나, Sn, S, P 화합물 및 바인더를 포함하거나, 카본 및 바인더를 포함하거나, 또는 그래파이트(graphite) 재료 및 바인더를 포함하는 재료를 이용하여 스크린 프린팅이 용이하게 페이스트 형태로 제조될 수 있다.The material for the negative electrodes 222, 322-a, 322-b, 322-c and 422 includes an In compound and a binder, or contains Sn, S, P compounds and a binder, or contains carbon and a binder, Screen printing can be easily made into a paste form using a material including a graphite material and a binder.

포지티브 전류콜렉터(211, 310-a, 310-b, 310-c, 410) 및 네거티브 전류콜렉터(224, 324-a, 324-b, 324-c)용 금속재료는 Ag 또는 Cu를 기본 원소로 전도성 첨가제, 바인더, 포지티브내지는 네거티브 전극재료의 합금을 이용하여 스크린 프린팅이 용이하게 페이스트 형태로 제조될 수 있다.The metallic material for the positive current collectors 211, 310-a, 310-b, 310-c and 410 and the negative current collectors 224 and 324-a, 324-b and 324- Screen printing can be easily made into a paste form using a conductive additive, a binder, or an alloy of a positive electrode material or a negative electrode material.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100 : 배터리 집적 패키징 장치
110 : 에너지 변환 소자
120 : 배터리
130 : 센서
140 : 집적회로 칩
150 : 입출력 단자100: Battery integrated packaging device
110: energy conversion element
120: Battery
130: sensor
140: integrated circuit chip
150: I / O terminal

Claims (11)

배터리를 포함하는 패키징 장치에 있어서,
복수의 기판 또는 시트 상에 복수의 비아홀을 형성하여 전해질 물질 및 전도성 금속물질을 매립하고, 상기 복수의 기판 또는 시트 상에 포지티브 재료 및 네거티브 재료의 프린팅 및 건조를 통해 형성된 배터리와,
상기 배터리가 포함된 패키징 장치에 실장되는 센서, 집적회로 칩 및 에너지 변환 소자와,
상기 센서, 집적회로 칩, 에너지 변환 소자 및 배터리를 상호 연결시키는 입출력 단자를 포함하는 배터리 집적 패키징 장치.
A packaging device comprising a battery,
A battery formed by printing a plurality of via holes on a plurality of substrates or sheets to embed an electrolyte material and a conductive metal material and printing and drying positive and negative materials on the plurality of substrates or sheets,
A sensor mounted on a packaging device including the battery, an integrated circuit chip and an energy conversion element,
And an input / output terminal for interconnecting the sensor, the integrated circuit chip, the energy conversion element, and the battery.
제1항에 있어서,
상기 배터리는 포지티브와 네거티브로 구성되며,
상기 포지티브는,
제 1 시트와,
상기 제 1 시트의 비아홀에 전도성 금속재료를 매립하여 형성되며, 상기 입출력 단자를 통해 에너지 변환 소자와 연결되어 센서 및 집적회로 칩에 전원을 공급하는 제 1 비아와,
상기 제 1 비아의 상부에 형성된 제 1 비아 패드와,
상기 제 1 비아 패드와 소정 간격만큼 이격되어 상기 제 1 시트의 상부에 형성된 포지티브 전류콜렉터와,
상기 포지티브 전류콜렉터의 상부 일부 영역에 형성된 포지티브 전극을 포함하며,
상기 네거티브는,
상기 제 1 시트와 적층 결합되는 제 2 시트와,
상기 제 2 시트 상의 비아 홀에 전해질 물질을 매립하여 형성하되, 상기 제 2 시트가 상기 제 1 시트에 적층될 때 상기 포지티브 전극과 접촉 및 연결되도록 형성되는 전해질 층과,
상기 제 2 시트 상의 다른 비아 홀에 전도성 금속재료를 매립하여 형성하되, 상기 제 2 시트가 상기 제 1 시트에 적층될 때 상기 포지티브 전류콜렉터와 접촉 및 연결되도록 형성되며, 상기 입출력 단자를 통해 에너지 변환 소자와 연결되어 센서 및 집적회로 칩에 전원을 공급하는 제 2 비아와,
상기 전해질 층의 상부가 완전히 덮히도록 네거티브 전극재료를 상기 제 2 시트의 상부에 프린팅한 후 건조하여 형성되는 네거티브 전극과,
상기 네거티브 전극과 상기 제 2 비아의 상부가 완전히 덮히도록 금속 재료를 프린팅한 후 건조하여 형성되는 네거티브 전류콜렉터를 포함하는 배터리 집적 패키징 장치.
The method according to claim 1,
The battery is configured to be positive and negative,
The positive,
A first sheet,
A first via formed by embedding a conductive metal material in a via hole of the first sheet and connected to the energy conversion element through the input and output terminal to supply power to the sensor and the integrated circuit chip,
A first via pad formed on the first via,
A positive current collector spaced apart from the first via pad by a predetermined distance and formed on the first sheet;
And a positive electrode formed in an upper partial area of the positive current collector,
The negative,
A second sheet laminated to the first sheet,
An electrolyte layer formed by burying an electrolyte material in the via-hole on the second sheet so as to be in contact with and connected to the positive electrode when the second sheet is laminated on the first sheet;
Wherein the first sheet is formed to be in contact with and connected to the positive current collector when the second sheet is stacked on the first sheet, A second via connected to the device to supply power to the sensor and the integrated circuit chip,
A negative electrode formed by printing a negative electrode material on top of the second sheet so that the top of the electrolyte layer is completely covered, and then drying the negative electrode material;
And a negative current collector formed by printing a metallic material so that the negative electrode and the upper portion of the second via are completely covered and then drying the negative current collector.
제2항에 있어서,
상기 배터리는,
기 설정된 온도 및 압력으로 상기 제 1 시트와 제 2 시트를 적층 및 정렬하여 적층 스택을 형성한 후 열처리 공정을 통해 생성되는 배터리 집적 패키징 장치.
3. The method of claim 2,
The battery includes:
Wherein the first sheet and the second sheet are stacked and aligned at a predetermined temperature and pressure to form a stacked stack, and then a heat treatment process is performed.
제1항에 있어서,
상기 배터리는 포지티브와 네거티브에 해당하는 제 1 및 제 2 기판이 직렬로 연결되는 구조를 가지며,
상기 포지티브는,
상기 제 1 기판 상부에 금속 재료를 일정 간격으로 프린팅하여 형성된 n개의 포지티브 전류단자와,
상기 n개의 포지티브 전류단자의 상부 일부 영역에 포지티브 전극재료를 프린팅하여 형성된 n개의 포지티브 전극을 포함하며,
상기 네거티브는,
상기 제 2 기판 상에 형성된 2n개의 비아홀에 금속재료와 전해질 물질의 매립을 통해 형성된 n개의 비아 및 n개의 전해질 층과,(n개의 전해질 층은 제 1 기판과 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 n개의 전해질 층 각각이 n개의 포지티브 전극에 접촉되도록 형성됨)
상기 n개의 전해질 층 상부에 대응하는 상기 제 2 기판의 영역에 음극 재료를 프린팅하여 형성된 n개의 네거티브 전극과,
상기 n개의 네거티브 전극과 상기 n개의 비아가 형성된 상기 제 2 기판 상에 금속 재료를 프린팅하여 형성된 n개의 비아 패드 및 n개의 네거티브 전류단자(상기 n개의 네거티브 전류단자는 상기 n개의 네거티브 전극 각각을 감싸고 n개의 네거티브 전극 사이에 형성된 비아를 덮는 구조로 형성됨)를 포함하며,
상기 n개의 비아 패드가 상기 n개의 비아를 통해 상기 제 1 기판 상에 형성된 n개의 포지티브 전류단자에 각각 연결되고 상기 n개의 네거티브 전류단자가 상기 n개의 네거티브 전극 및 전해질 층을 통해 상기 n개의 포지티브 전류단자 각각에 연결되도록 상기 제1 기판과 제 2 기판을 정렬 및 적층시켜 형성되는 배터리 집적 패키징 장치.
The method according to claim 1,
The battery has a structure in which first and second substrates corresponding to a positive and a negative are connected in series,
The positive,
N positive current terminals formed on the first substrate by printing metallic materials at regular intervals,
And n positive electrodes formed by printing a positive electrode material in an upper partial area of the n positive current terminals,
The negative,
N vias and n electrolyte layers formed by embedding a metal material and an electrolyte material in 2n via holes formed on the second substrate, and n electrolyte layers (n electrolyte layers are formed when the first substrate and the second substrate are aligned and laminated Each of the n electrolyte layers is formed so as to contact n positive electrodes)
N negative electrodes formed by printing a cathode material on an area of the second substrate corresponding to an upper portion of the n electrolyte layers,
And n negative pads formed by printing a metal material on the second substrate on which the n negative electrodes and the n vias are formed and n negative current terminals (the n negative current terminals surround each of the n negative electrodes formed in a structure covering the via formed between the n negative electrodes)
Wherein the n via pads are each connected to n positive current terminals formed on the first substrate through the n vias and the n negative current terminals are connected to the n positive currents through the n negative electrodes and the electrolyte layer, And the first substrate and the second substrate are aligned and laminated so as to be connected to the respective terminals of the battery pack.
제4항에 있어서,
상기 배터리의 용량과 전압은,
전해질 층의 개수에 의해 결정되는 배터리 집적 패키징 장치.
5. The method of claim 4,
The capacity and voltage of the battery
Wherein the number of the electrolyte layers is determined by the number of the electrolyte layers.
제4항에 있어서,
상기 배터리는 포지티브와 네거티브에 해당하는 제 1 및 제 2 기판이 병렬로 연결되는 구조를 가지며,
상기 포지티브는,
상기 제 1 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 형성된 포지티브 전류단자와,
상기 포지티브 전류단자의 상부에 포지티브 전극재료를 프린팅하여 형성된 포지티브 전극을 포함하며,
상기 네거티브는,
상기 2 기판을 관통하여 형성된 n개의 비아홀 중 상기 제 1 및 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 포지티브 전극에 의해 드러난 상기 포지티브 전류단자와 접촉되는 비아홀에 전도성 금속재료를 매립하여 형성된 비아와,
상기 n개의 비아홀 중 나머지 비아홀에 전해질 물질을 매립하여 형성되되, 상기 제 1 및 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 포지티브 전극에 접촉되도록 형성되는 상기 n-1개의 전해질 층과,
상기 n-1개의 전해질 층을 상호 연결되도록 상기 제 2 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 형성된 네거티브 전극과,
상기 네거티브 전극을 감싸고 상기 비아의 상부를 덮도록 상기 네거티브 전극이 형성된 제 2 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 형성된 네거티브 전류단자 및 비아 패드를 포함하며,
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 정렬 및 적층될 때 상기 제 2 기판의 n-1개의 전해질 층과 제 1 기판의 포지티브 전극이 접촉 및 연결되고, 상기 포지티브 전류단자가 제 2 기판의 비아와 연결되는 배터리 집적 패키징 장치.
5. The method of claim 4,
The battery has a structure in which first and second substrates corresponding to a positive and a negative are connected in parallel,
The positive,
A positive current terminal formed by printing a metal material on the first substrate,
And a positive electrode formed by printing a positive electrode material on top of the positive current terminal,
The negative,
A via formed by burying a conductive metal material in a via hole in contact with the positive current terminal exposed by the positive electrode when the first and second substrates are aligned and stacked among n via holes formed through the two substrates,
The n-1 electrolyte layer being formed by burying an electrolyte material in remaining via holes of the n via holes, the n-1 electrolyte layer formed to contact the positive electrode when the first and second substrates are aligned and laminated,
A negative electrode formed by printing a metal material on the second substrate so that the n-1 electrolyte layers are mutually connected;
A negative current terminal and a via pad formed by printing a metal material on a second substrate on which the negative electrode is formed so as to surround the negative electrode and cover the upper portion of the via,
Wherein the n-1 electrolyte layer of the second substrate and the positive electrode of the first substrate are in contact and connected when the first substrate and the second substrate are aligned and laminated, and the positive current terminal is connected to the vias of the second substrate / RTI >
제6항에 있어서,
상기 배터리의 용량과 전압은,
전해질 층의 개수에 의해 결정되는 배터리 집적 패키징 장치.
The method according to claim 6,
The capacity and voltage of the battery
Wherein the number of the electrolyte layers is determined by the number of the electrolyte layers.
배터리를 포함하는 패키징 장치를 제조하는 방법에 있어서,
복수의 기판 또는 시트 상에 복수의 비아홀을 형성하여 전해질 물질 및 전도성 금속물질을 매립하고, 상기 복수의 기판 또는 시트 상에 포지티브 재료 및 네거티브 재료의 프린팅 및 건조를 통해 배터리를 형성하는 단계와,
상기 배터리가 포함된 패키징 장치에 센서, 집적회로 칩 및 에너지 변환 소자를 실장하는 단계와,
상기 센서, 집적회로 칩, 에너지 변환 소자 및 배터리를 상호 연결시키는 입출력 단자를 형성하는 단계를 포함하는 배터리 집적 패키징 장치의 제조 방법.
A method of manufacturing a packaging device comprising a battery,
Forming a plurality of via holes on a plurality of substrates or sheets to embed an electrolyte material and a conductive metal material; forming a battery through printing and drying of positive and negative materials on the plurality of substrates or sheets;
Mounting a sensor, an integrated circuit chip and an energy conversion element on a packaging device including the battery,
And forming an input / output terminal for interconnecting the sensor, the integrated circuit chip, the energy conversion element, and the battery.
제8항에 있어서,
상기 배터리는 포지티브와 네거티브로 구성되며,
상기 배터리를 형성하는 단계는,
제 1 시트의 비아홀에 전도성 금속재료를 매립하여 상기 입출력 단자를 통해 에너지 변환 소자와 연결되어 센서 및 집적회로 칩에 전원을 공급하는 제 1 비아를 형성하는 단계와,
상기 제 1 비아의 상부에 제 1 비아 패드를 형성하는 단계와,
상기 제 1 비아 패드와 소정 간격만큼 이격된 상기 제 1 시트의 상부에 포지티브 전류콜렉터를 형성하는 단계와,
상기 포지티브 전류콜렉터의 상부 일부 영역에 포지티브 전극을 형성하는 단계와,
상기 제 1 시트와 적층 결합되는 제 2 시트 상의 비아 홀에 전해질 물질을 매립하여 전해질 층을 형성하되, 상기 제 2 시트가 상기 제 1 시트에 적층될 때 상기 포지티브 전극과 접촉 및 연결되도록 전해질 층을 형성하는 단계와,
상기 제 2 시트 상의 다른 비아 홀에 전도성 금속재료를 매립하여 제 2 비아를 형성하되, 상기 제 2 시트가 상기 제 1 시트에 적층될 때 상기 포지티브 전류콜렉터와 접촉 및 연결되도록 상기 제 2 비아를 형성하는 단계와,
상기 전해질 층의 상부가 완전히 덮히도록 네거티브 전극재료를 상기 제 2 시트의 상부에 프린팅한 후 건조하여 네거티브 전극을 형성하는 단계와,
상기 네거티브 전극과 상기 제 2 비아의 상부가 완전히 덮히도록 금속 재료를 프린팅한 후 건조하여 네거티브 전류콜렉터를 형성하는 단계와,
기 설정된 온도 및 압력으로 상기 제 1 시트와 제 2 시트를 적층 및 정렬하여 적층 스택을 형성한 후 열처리 공정을 통해 배터리를 형성하는 단계를 포함하는 배터리 집적 패키징 장치의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The battery is configured to be positive and negative,
The step of forming the battery includes:
Forming a first via filling the via hole of the first sheet with a conductive metal material and connecting the energy conversion element through the input / output terminal to supply power to the sensor and the integrated circuit chip;
Forming a first via pad on top of the first via;
Forming a positive current collector on top of the first sheet spaced apart from the first via pad by a predetermined distance;
Forming a positive electrode in a partial upper region of the positive current collector;
And an electrolyte layer is formed by filling an electrolyte material in a via hole on a second sheet laminated with the first sheet to form an electrolyte layer, wherein when the second sheet is laminated on the first sheet, ;
Forming a second via to be in contact with and connected to the positive current collector when the second sheet is laminated to the first sheet, wherein the second via is formed by embedding a conductive metal material in another via hole on the second sheet, , ≪ / RTI &
Printing a negative electrode material on top of the second sheet so that the top of the electrolyte layer is completely covered and then drying to form a negative electrode;
Printing a metal material so that the negative electrode and the upper portion of the second via are completely covered and then drying to form a negative current collector;
And stacking and aligning the first sheet and the second sheet at a predetermined temperature and pressure to form a stacked stack, and then forming a battery through a heat treatment process.
제8항에 있어서,
상기 배터리는 포지티브와 네거티브에 해당하는 제 1 및 제 2 기판이 직렬로 연결되는 구조를 가지며,
상기 제 1 기판 상부에 금속 재료를 일정 간격으로 프린팅하여 n개의 포지티브 전류단자를 형성하는 단계와,
상기 n개의 포지티브 전류단자의 상부 일부 영역에 포지티브 전극재료를 프린팅하여 n개의 포지티브 전극을 형성하는 단계와,
상기 제 2 기판 상에 형성된 2n개의 비아홀에 금속재료와 전해질 물질의 매립을 통해 n개의 비아 및 n개의 전해질 층을 형성하는 단계와,(n개의 전해질 층은 제 1 기판과 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 n개의 전해질 층 각각이 n개의 포지티브 전극에 접촉되도록 형성됨)
상기 n개의 전해질 층 상부에 대응하는 상기 제 2 기판의 영역에 음극 재료를 프린팅하여 n개의 네거티브 전극을 형성하는 단계와,
상기 n개의 네거티브 전극과 상기 n개의 비아가 형성된 상기 제 2 기판 상에 금속 재료를 프린팅하여 n개의 비아 패드 및 n개의 네거티브 전류단자를 형성하는 단계와,(상기 n개의 네거티브 전류단자는 상기 n개의 네거티브 전극 각각을 감싸고 n개의 네거티브 전극 사이에 형성된 비아를 덮는 구조로 형성됨)
상기 n개의 비아 패드가 상기 n개의 비아를 통해 상기 제 1 기판 상에 형성된 n개의 포지티브 전류단자에 각각 연결되고 상기 n개의 네거티브 전류단자가 상기 n개의 네거티브 전극 및 전해질 층을 통해 상기 n개의 포지티브 전류단자 각각에 연결되도록 상기 제1 기판과 제 2 기판을 정렬 및 적층시켜 상기 배터리를 형성하는 단계를 포함하는 배터리 집적 패키징 장치의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The battery has a structure in which first and second substrates corresponding to a positive and a negative are connected in series,
Printing a metal material on the first substrate at regular intervals to form n positive current terminals;
Printing a positive electrode material on an upper portion of the n positive current terminals to form n positive electrodes,
Forming n vias and n electrolyte layers through burying a metal material and an electrolyte material in 2n via holes formed on the second substrate, and (n electrolyte layers are formed by aligning the first substrate and the second substrate with each other, And each of the n electrolyte layers is formed so as to contact n positive electrodes when stacked)
Printing negative electrode material on an area of the second substrate corresponding to an upper portion of the n electrolyte layers to form n negative electrodes,
Printing a metal material on the second substrate on which the n number of negative electrodes and the n number of vias are formed to form n number of via pads and n number of negative current terminals, Formed in a structure that surrounds each of the negative electrodes and covers the vias formed between the n negative electrodes)
Wherein the n via pads are each connected to n positive current terminals formed on the first substrate through the n vias and the n negative current terminals are connected to the n positive currents through the n negative electrodes and the electrolyte layer, And forming the battery by aligning and laminating the first substrate and the second substrate so as to be connected to the respective terminals of the battery.
제8항에 있어서,
상기 배터리는 포지티브와 네거티브에 해당하는 제 1 및 제 2 기판이 병렬로 연결되는 구조를 가지며,
상기 제 1 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 포지티브 전류단자를 형성하는 단계와,
상기 포지티브 전류단자의 상부에 포지티브 전극재료를 프린팅하여 포지티브 전극을 형성하는 단계와,
상기 2 기판을 관통하여 형성된 n개의 비아홀 중 상기 제 1 및 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 포지티브 전극에 의해 드러난 상기 포지티브 전류단자와 접촉되는 비아홀에 전도성 금속재료를 매립하여 비아를 형성하는 단계와,
상기 n개의 비아홀 중 나머지 비아홀에 전해질 물질을 매립하여 n-1개의 전해질 층을 형성하되, 상기 제 1 및 제 2 기판이 정렬 및 적층될 때 상기 포지티브 전극에 접촉되도록 상기 n-1개의 전해질 층을 형성하는 단계와,
상기 n-1개의 전해질 층을 상호 연결되도록 상기 제 2 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 네거티브 전극을 형성하는 단계와,
상기 네거티브 전극을 감싸고 상기 비아의 상부를 덮도록 상기 네거티브 전극이 형성된 제 2 기판 상에 금속재료를 프린팅하여 네거티브 전류단자 및 비아 패드를 형성하는 단계와,
상기 제 2 기판의 n-1개의 전해질 층과 제 1 기판의 포지티브 전극이 접촉 및 연결되고, 상기 포지티브 전류단자가 제 2 기판의 비아와 연결되도록 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 정렬 및 적층하여 배터리를 형성하는 단계를 포함하는 배터리 집적 패키징 장치의 제조 방법.9. The method of claim 8,
The battery has a structure in which first and second substrates corresponding to a positive and a negative are connected in parallel,
Printing a metal material on the first substrate to form a positive current terminal;
Printing a positive electrode material on top of the positive current terminal to form a positive electrode,
Burying a conductive metal material in a via hole in contact with the positive current terminal exposed by the positive electrode when the first and second substrates are aligned and laminated among n via holes formed through the two substrates to form a via Wow,
Wherein the n-1 electrolyte layer is formed by burying an electrolyte material in remaining via holes of the n via holes, wherein the n-1 electrolyte layer is formed so as to contact the positive electrode when the first and second substrates are aligned and stacked, ;
Forming a negative electrode by printing a metal material on the second substrate so that the n-1 electrolyte layers are mutually connected;
Forming a negative current terminal and a via pad by printing a metal material on a second substrate on which the negative electrode is formed so as to surround the negative electrode and cover the upper portion of the via,
The first substrate and the second substrate are aligned and laminated such that the n-1 electrolyte layer of the second substrate and the positive electrode of the first substrate are in contact with and connected to each other and the positive current terminal is connected to the via of the second substrate A method of manufacturing a battery packaged device, the method comprising: forming a battery.
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