TW201810769A - 適應體積改變之薄膜元件包裝 - Google Patents

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Abstract

一種薄膜元件，包括：主動元件區域，該主動元件區域具有至少沿著第一方向在第一元件狀態及第二元件狀態之間的可逆運動；以及薄膜包裝物，該薄膜包裝物配置成鄰近該選擇性膨脹區域，其中該薄膜包裝物包括處於該第一元件狀態的第一厚度及處於該第二元件狀態的第二厚度，該第一厚度比該第二厚度大10%或更多，其中該薄膜包裝物包括可雷射蝕刻的材料。

Description

適應體積改變之薄膜元件包裝
相關申請案：此申請案主張美國臨時專利申請案第62/322,415號之優先權，該美國臨時專利申請案是於2016年4月14日提出申請，發明名稱為體積改變適應TFE材料，且以其全文藉由引用方式併入本文中。
本案之實施例關於用於保護主動元件的薄膜包裝（TFE）技術，更特定而言，關於包裝電化學元件。
薄膜包裝技術經常運用於多種元件中，其中該等元件為純電元件或光電元件，諸如有機發光二極體（OLED）。除了可能經歷大體上小型整體（global）熱膨脹（這是元件操作期間因熱生成所造成）之外，這些電元件及光電元件在操作期間不會呈現體積的改變，這是由於在操作期間僅電子與光子於元件內傳輸。由於元件之整體熱膨脹造成的此類整體效應可能以類似方式影響給定元件的每一部件（包括薄膜包裝物）且因而可能不會導致顯著的內應力。以此方式，純電元件或光電元件中的薄膜包裝物的功能性並非大體上易受操作期間的非均勻膨脹之應力的影響。
值得注意的是，在電化學元件（「化學」部分）中，諸如元素、離子、或具有實體體積的其他化學物種（電子的實體體積可視為大約零）之物質於操作期間在元件內傳輸且實體體積也跟著移動。對於已知的電化學元件（例如基於鋰（Li）的鋰薄膜電池（LiTFB）），鋰從電池的一側傳輸到另一側，此時電子於連接至LiTFB的外部電路中傳輸，其中該等電子移動的方向與化學品及元素相反。一種LiTFB經歷的體積改變的特殊範例如下所述。當對具鋰鈷氧化合物（LiCoO2 ）陰極（～15μm至17μm厚的LiCoO2 ）之薄膜電池充電時，當負載為約1mAhr/cm2 時，與數微米厚的層（諸如6微米，假設100%密度）相當的鋰的量可傳輸到陽極。當鋰於放電程序中回到陰極側時，可觀的體積減少可能在陽極側上產生（假設100%效能）。陰極側也可以相反的方式歷經體積改變，同時此類改變相較於陽極側是遠遠較小的。
就此而言，已知的薄膜包裝物結構可能缺乏以穩固的方式適應此類體積改變的能力，而確保薄膜包裝物於電化學元件之反覆循環期間持續提供該電化學元件之保護。
針對這些與其他考量，提供本案揭露內容。
一個實施例中，一種薄膜元件可包括主動元件區域，該主動元件區域具有至少沿著第一方向在第一元件狀態及第二元件狀態之間的可逆運動。該薄膜元件也可包括薄膜包裝物，該薄膜包裝物配置成鄰近該選擇性膨脹區域，其中該薄膜包裝物包括處於該第一元件狀態的第一厚度及處於該第二元件狀態的第二厚度。該第一厚度可比該第二厚度大10%或更多，其中該薄膜包裝物包括可雷射蝕刻的材料。
另一實施例中，一種薄膜電池可包括:陰極區域，包括擴散物；陽極，其中該擴散物的傳輸發生在該陰極區域至該陽極之間；以及薄膜包裝物，配置成鄰近該陽極。該薄膜包裝物可包括處於該第一元件狀態的第一厚度及處於該第二元件狀態的第二厚度。該第一厚度比該第二厚度大10%或更多，其中該薄膜包裝物包括可雷射蝕刻的材料。
現在，在下文中將參照隨附圖式更全面地描述本案之實施例，該等圖式中顯示一些實施例。本案揭露內容之標的可以許多不同形式實施，且不應將該等標的詮釋為限制於本文提出之實施例。提供這些實施例而使得本文揭露內容變得透徹且完整，且會全面地將標的之範疇傳達給發明所屬技術領域中具有通常知識者。圖式中，類似的符號是指全文中類似的元件。
本案之實施例關於薄膜包裝材料及製程，其中薄膜包裝物用於將主動元件之周圍的（ambient）暴露減至最少。本案之實施例提供新穎的用於薄膜包裝物之結構與材料組合。各種實施例中，可提供薄膜包裝物以包裝主動元件區域，其中在操作期間有運動發生在主動元件區域內。薄膜包裝物及主動元件區域可於本文中稱為「元件」。此外，主動元件區域可構成主動元件，如下詳述。整個元件之主動元件區域內的運動可延伸高達數微米（舉例而言）。形成主動元件區域之全部或部分的主動元件之範例包括壓電元件、形狀記憶合金元件、MEMS元件、及電化學元件，諸如薄膜電池，其中主動部件材料對濕氣或其他周圍材料高度敏感/具高度反應性。為此，諸如薄膜電池之類的已知電化學元件可設有包裝，以保護主動部件材料。本案之實施例也解決諸如薄膜電池之元件中遭遇的問題，其中在該元件操作期間可能發生巨大實體體積改變（膨脹及收縮）。更詳言之，如所記敘，諸如鋰薄膜電池之元件中的體積改變可以局部或不均勻的方式在「選擇性膨脹」區域（諸如陽極）中發生。本案揭露內容之各種實施例提供適當的結構及適當的薄膜包裝物材料，及於元件（諸如薄膜電池）中施加此類材料之方法，而造成元件結構符合嚴格的薄膜包裝物要求。本案揭露內容之實施例也可提供供給其他功能之組合的薄膜包裝物中的結構及材料。這些其他功能可包括提供改良的平整度能力、當接觸諸如鋰之擴散物種時的化學穩定度、及適當吸收於給定波長上的雷射照射，而提供無遮罩的可圖案化能力。
各種實施例中，諸如薄膜元件之元件設有新穎的薄膜包裝物區域（或簡稱「薄膜包裝物」）。如所記敘，一些實施例中，該元件可以是壓電元件、形狀記憶合金元件、MEMS元件。其他實施例中，膜元件可以是薄膜電池或電致變色窗。這些實施例中，主動元件區域可呈現至少沿著第一方向於第一元件狀態及第二元件狀態之間的可逆運動，其中運動是發生在十分之幾微米或高至數微米的規模。該等實施例不限於此上下文。可逆運動可以複數循環發生，諸如數十個循環、數百個循環、數千個循環、數百萬個循環、及諸如此類。
其中主動元件是諸如薄膜電池的電化學元件的實施例中，主動元件區域可包括源區域以及選擇性膨脹區域，該源區域包括擴散物，其中該擴散物的輸送是發生在從該源區域至該選擇性膨脹區域。根據各種實施例，擴散物的輸送是可逆地發生在源區域及選擇性膨脹區域之間。在其中薄膜元件是鋰薄膜電池的實施例中，陰極（諸如固態陰極）可作為源區域，且可包括一材料，該材料諸如LiCoO2 或類似材料。在鋰薄膜電池的實施例中，陽極可作為選擇性膨脹區域，其中大體積改變選擇性發生於選擇性膨脹區域中，而不發生在薄膜元件中的其他區域。
為了適應選擇性膨脹區域中的體積改變，各種實施例提供薄膜包裝物中的材料及/或結構，其中該薄膜包裝物有效地適應選擇性膨脹區域中的體積膨脹與收縮，而造成更穩固的薄膜元件。
根據各種實施例，薄膜包裝物可包括至少一層且可包裝源區域及選擇性膨脹區域的至少多個部分。各種實施例中，薄膜包裝物（至少在鄰近選擇性膨脹區域的部分中）可以可逆地使厚度從第一厚度變化至第二厚度，而適應選擇性膨脹區域中的材料之體積或厚度的改變。例如，在其中陽極或一部分陽極可構成選擇性膨脹區域的薄膜電池中，由於鋰遷移的結果，陽極可能於該薄膜電池中的充電狀態及放電狀態之間在厚度上於改變數微米。本案之實施例中，薄膜包裝物可在厚度上膨脹或收縮以適應陽極厚度之增加或減少，造成較少應力、較少機械性失效、及更佳的薄膜元件之主動元件的保護。取決於薄膜包裝物之厚度，充電狀態中的第一厚度與放電狀態中的第二厚度之間的厚度改變可如下所述。第一厚度可比第二厚度大5%或更多，且在一些範例中，該第一厚度比第二厚度大10%或更多。該等實施例不限於此上下文。
根據各種實施例，薄膜包裝物可包括至少一層，該層包括可雷射蝕刻材料，且特別是可根據雷射剝蝕或類似製程蝕刻的材料。在含有可雷射蝕刻材料的薄膜包裝物中，給定雷射束波長的電磁輻射於該薄膜包裝物中被高度地吸收。適合的輻射波長的範例包括從157nm至1064nm之範圍。例如，對於具有可見光範圍之波長的雷射束而言，透明或完全顯現清澈的聚合物層可能不會高度地對雷射束的電磁輻射吸收。對於具有可見光範圍之波長的相同雷射束而言，不透明、黑色、或半透明的聚合物層可能會高度地對電磁輻射吸收，且因此可視為可雷射蝕刻材料。該等實施例不限於此上下文。以此方式，可形成諸如薄膜電池之類的圖案化薄膜元件，其中該薄膜電池之主動元件部分及適應體積改變的包裝物可透過使用無遮罩製程而圖案化。實用的無遮罩製程包括雷射圖案化，該雷射圖案化適合界定包括該薄膜包裝物的最終元件結構。
現在轉至第 1A 圖 ，顯示根據本案揭露內容之實施例的薄膜元件100。該薄膜元件100可構成電化學元件，所述電化學元件諸如薄膜電池、電致變色窗、或其他電化學元件。第1A圖的實施例中，薄膜元件100可包括基材102與源區域104，該源區域104配置在基材102上。各種實施例中，源區域104可代表薄膜元件（諸如薄膜電池）的陰極。源區域104可作為擴散物之源，該擴散物諸如鋰，其中該擴散物可以可逆地從源區域擴散及擴散進入該源區域104。薄膜元件100也可包括中間區域106及選擇性膨脹區域108，該中間區域106配置在該源區域上，該選擇性膨脹區域108配置在該中間區域106上。該選擇性膨脹區域108可以是例如薄膜元件之陽極。在第1A圖所示的例子中，該薄膜元件100可代表放電狀態的薄膜電池，其中該電池並未被充電，所以陽極中匱乏諸如鋰之電荷物種。此範例中，選擇性膨脹區域108維持相對收縮，而薄膜包裝物110沿著所示的笛卡兒座標系之X軸相對膨脹或鬆弛，如第一厚度（t1 ）所指。
轉至第 1B 圖 ，顯示薄膜元件100之操作的第二例子，該圖呈現例如薄膜元件100之第二元件狀態。第1B圖中所示的例子中，薄膜元件100可代表處於充電狀態的薄膜電池。在該充電狀態中，電池可透過下述方式充電：諸如鋰之擴散物從源區域104向外擴散，且該擴散物傳輸跨越中間區域106，而累積於陽極，陽極是以選擇性膨脹區域108所代表。據此，選擇性膨脹區域108可針對第1A圖之狀態膨脹，而薄膜包裝物如第二厚度t2 所指般相對壓縮。根據各種實施例，選擇性膨脹區域108之厚度改變是從處於第1A圖之放電狀態的第三厚度t3 至處於第1B圖之充電狀態的第四厚度t4 ，而上述選擇性膨脹區域108之厚度改變可能會使薄膜包裝物110移位。薄膜包裝物110之移位可發生在至少區域114中，其中該區域114鄰近選擇性膨脹區域108。據此，薄膜包裝物110可透過薄膜包裝物110之厚度從第一厚度t1 （如第1A圖之放電狀態所指）減少至第二厚度t2 （如第1B圖之充電狀態所指），而適應選擇性膨脹區域108的膨脹。因此，薄膜包裝物110可於電池單元的邊緣處垂直伸展。
一些實施例中，薄膜包裝物110包括聚合物堆疊（未分開顯示於第1A圖中），該堆疊包括至少一個聚合物層及滲透阻擋層，諸如剛性的介電層或金屬層。此類實施例的變化例中，個別的厚度（t1 、t2 、t3 及t4 ）可於循環期間改變。同時，薄膜包裝物110的至少一個聚合物層的厚度可充分大，且聚合物層充分易彎（pliable），以用下述方式適應循環期間發生的膨脹與收縮。循環期間（其中t1 及t2 可代表厚度的相反極限），聚合物層的厚度及可彎能力可使得第一厚度與第三厚度的總和相差第二厚度與第四厚度的總和10%或更少，如上文所界定。此關係可用符號表達，其中t2 +t4 的厚度總和並不實質上有別於t1 +t3 的厚度總和，諸如相差少於10%；且一些實例中，t2 +t4 的厚度總和相差t1 +t3 的厚度總和少於5%。以此方式，薄膜包裝物110之滲透阻擋層上的壓力減至最小。如上文所記敘，已知電池中，相當於數微米厚之層（諸如6微米，假設100%密度）的鋰量可傳輸至陽極。據此，薄膜包裝物110之各種實施例可適應至少一微米（一些實施例中，數微米，諸如6微米或更大）之量級上的膨脹及收縮。尤其，此類對多達6微米或更多的厚度改變的適應可為使得其中t2 +t4 之厚度總和不實質上與t1 +t3 之厚度總和有偏差，諸如差距小於10%。
各種實施例中，薄膜包裝物110可具有至少5%的伸長性質。特定實施例中，對於薄膜包裝物的至少一個聚合物層而言，斷裂伸長率可為70%或更大。
根據各種實施例，薄膜包裝物110可包括厚度10微米至50微米之聚合物層，且選擇性膨脹區域108可構成陽極。該陽極之厚度可於充電狀態及放電狀態之間改變至少1微米。特定實施例中，薄膜包裝物110之聚合物層可構成包括不同聚合物之多個子層的聚合物層堆疊，其中至少一個子層是柔軟且易彎的。透過適當選擇薄膜包裝物之厚度及用於薄膜包裝物之材料，薄膜包裝物110可具有合適的可撓度以適應當薄膜元件100在多狀態之間循環時至少1微米的膨脹及收縮，在薄膜電池之實施例中，該等狀態諸如為充電狀態及放電狀態。對選擇性膨脹區域108體積改變的適應可用避免包裝材料中誘發應力破裂（及脫層或其他劣化）的方式完成，其中此類劣化可能使受保護之薄膜元件的整體性打折。
根據本案揭露內容之各種實施例，薄膜包裝物可由多層堆疊形成，其中該多層堆疊包括至少一個聚合物層。特定實施例中，給定的聚合物「層」佈置成具有複數個聚合物子層的聚合物層堆疊，如上文所述。特定實施例中，薄膜包裝物110可包括注有吸氣劑/吸收劑的聚合物材料、多孔低介電常數材料、環氧樹脂、印刷電路板材料、光阻材料、或銀膠、及上述材料之組合。除了上述材料外，適合的聚合物材料之特殊範例包括矽酮、橡膠、胺基甲酸酯（urethane）、聚胺基甲酸酯（polyurethane）、聚脲（polyurea）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚對二甲苯（parylene）、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醯亞胺、尼龍、縮醛（acetal）、聚醚醯亞胺（ultem）、丙烯酸、環氧樹脂、及酚類聚合物。該等實施例不限於此上下文。
各種實施例中，薄膜包裝物110可以二元體佈置，其中給定的二元體包括聚合物層及剛性的濕氣阻障層（諸如介電層或金屬層，或金屬層與介電層之組合）。該二元體可作為「功能性二元體」，其中該功能性二元體的至少一層提供對諸如濕氣之污染物的擴散阻障；且至少一層包括柔軟且易彎的層以用可逆的方式適應主動元件區域尺寸上的改變。適合的金屬層可包括Cu、Al、Pt、Au、或其他金屬。剛性介電層可由已知材料構成，諸如氮化矽，其中該剛性介電層具有相對高彈性模數及硬度之組合（舉例而言）。在氮化矽的實例中，維氏硬度為～13GPa，而楊氏模數為～43500Kpsi或～300GPa。因此，剛性介電層比聚合物層較不易彎（例如，聚合物層之示範性機械性質包括：矽酮：硬度為～A40蕭氏硬度A，楊氏模數為～0.9Kpsi或～6.2MPa）；聚對二甲苯C：硬度為～洛式硬度R80，楊氏模數為～400Kpsi或～2.8GPa；KMPR：楊氏模數為～1015Kpsi或～7.0GPa；聚醯亞胺：硬度為D87蕭氏硬度D，楊氏模數為～2500Kpsi或～17.2GPa。適合的剛性介電材料的其他範例包括濺鍍的介電材料（即，濺鍍的Pyrex或類似的硼矽酸鹽材料）、低溫旋轉塗佈或粉末塗佈介電質或玻璃塗層（glaze coating）（以（或不以）表面快速熱處理進行處理，以改善阻障性質）。
如在本文所用，「柔軟且易彎」的材料可指彈性（楊氏）模數低於20GPa的材料（舉例而言），而諸如剛性金屬或剛性介電質之「剛性材料」可具有大於20GPa的彈性模數。其他與柔軟且易彎之材料有關的特徵性質包括相對高的斷裂伸長率，諸如對薄膜包裝物之至少一個聚合物層而言為70%或更大。一些範例中，諸如矽酮之柔軟且易彎的材料可具有多達200%或更高的斷裂伸長率。
一些範例中，剛性介電層的介電崩潰電壓可超過4MV/cm。高介電崩潰強度可大體上是高電阻率的指標。對於本案實施例之電池中的剛性介電質（及聚合物）而言，高電阻率（如高介電崩潰電壓所指）防止穿過薄膜包裝物從陽極集電器或陰極集電器短路。
一些實施例中，薄膜包裝物可佈置成具有複數個二元體。第 1C 圖 提供佈置成二元體的薄膜包裝物110的一個實施例。該二元體可包括聚合物層120與剛性介電層122，其中該剛性介電層122可以是Si3 N4 、Al2 O3 、釔穩定化的氧化鋯（YSZ）、ZrO2 、SiO2 、SiOx Ny ，只列舉一小部分材料。其他實施例中，剛性介電層122可由剛性金屬層取代。剛性金屬層之優點為，剛性金屬層可提供強度同時比剛性介電層不脆。
其中聚合物層（諸如聚合物層120）是包括多聚合物子層的聚合物層堆疊之裝設方式可提供勝於具有僅只一個聚合物層的裝設方式的優點。例如，三層聚合物層堆疊可具有：呈現柔軟且易彎性質的內聚合物層、以及多個外聚合物層，其中該等外聚合物層更堅硬且作用為使應力分佈更均勻。較硬的聚合物層可因此減少局部的異常高的應力點，若不然此類應力點會引發剛性介電層122的刺穿（舉例而言）。
現在轉至第 2A 圖 與第 2B 圖 ，顯示根據本案揭露內容之各種實施例的薄膜電池200的視圖。薄膜電池200可包括：基材102、中間層202、陰極集電器204、陰極206、固態電解質208、陽極210、薄膜包裝物212、及陽極集電器214，如圖所示。一些範例中，中間層202可作為基材102及基材上方層堆疊之間的雙向擴散阻障層，且可作為「黏附促進層」。一個實施例中，中間層202可由Al2 O3 及鈦構成。一些實施例中，陰極集電器204、陰極206、固態電解質208、陽極210、及陽極集電器214可由已知材料構成。例如，陰極集電器204可以是已知的金屬材料，陰極可以是LiCoO2 或類似材料，固態電解質208可以是鋰磷氮氧化物（LiPON）、陽極210可包括鋰或含鋰材料。陽極集電器214可包括諸如銅之金屬，可為鍍有鋰的銅，或為其他已知的陽極集電器。該等實施例不限於此上下文。薄膜包裝物212可以是上文所討論之材料或材料組。
如第2A圖所示，薄膜電池200可具有共面的結構，其中陰極集電器204及陽極集電器214以共面方式佈置。其他實施例中，陰極集電器204及陽極集電器214可以非共面之方式佈置，例如，其中陽極集電器214佈置於陰極集電器上方的平面中。如所說明，薄膜包裝物212包裝陰極206、固態電解質208、與陽極210。操作期間，薄膜包裝物212保護這些部件免受來自水蒸氣或其他周圍材料之攻擊。當薄膜電池200在充電狀態（第2B圖，其中擴散物216擴散至陽極210）及放電狀態（第2A圖，其中擴散物216擴散到陰極206）之間循環時，薄膜包裝物212可彈性地變形。特殊實施例中，薄膜包裝物212可以一方式彈性地變形，以適應陽極210之厚度的改變，如大體上上文中針對第1A圖至第1B圖所述。
如第2A圖及第2B圖中額外所示，形成於基材102上的薄膜電池200之各種部件可形成層堆疊220，其中該層堆疊220經圖案化而形成個別的電池。層堆疊220可透過沉積不同層且接著圖案化這些層而形成，以形成薄膜電池220，如圖所示。
各種實施例中，至少薄膜包裝物212可透過雷射蝕刻製程圖案化，尤其是透過無遮罩雷射製程，諸如雷射剝蝕。薄膜包裝物212（包括個別聚合物層及任何剛性介電或金屬層，諸如剛性金屬層）的材料可經設計以吸收用於執行雷射剝蝕的給定雷射的電磁輻射。一些實施例中，擁有高能量範圍的雷射波長（即，綠色、UV、深UV）在提供良好的一層又一層的材料剝蝕控制上是實用的。因此，具有在這些雷射波長中的良好光吸收性質的薄膜包裝物材料可被更有效率地圖案化。提供薄膜包裝材料中的著色在實現雷射束吸收上是實用的。例如，薄膜包裝物的紫紅色（magenta）著色連同綠色雷射的使用會運作良好，因為對此顏色而言綠光吸收最大化。對薄膜包裝物著色而言，黑色著色也運作良好。同樣，用作為薄膜包裝物材料著色材料的染料與色素可經選擇而不會與目標的電池單元材料有化學作用效果。
雖然在上述實施例的其中一些中合適的輻射波長可包括從266nm至1064nm的範圍，但其他實施例中，可使用準分子雷射輻射圖案化元件的至少該薄膜包裝物部分。在此實例中，薄膜包裝物中諸如聚合物之材料的光學性質可包括對波長範圍157nm至1064nm之雷射輻射有吸收性的層。特定而言，可調整薄膜包裝物而於給定的準分子雷射之波長有高度吸收性，所述波長諸如～157nm、172nm、193nm、248nm、1064nm。因此，用於圖案化本案實施例中的薄膜包裝物的輻射波長可延伸於157nm至1064之間。如本文於上文揭露，可形成用於薄膜元件之薄膜包裝物，其中該薄膜包裝物之結構與材料適應該薄膜元件之某些區域（「選擇性膨脹區域」）內發生的選擇性體積改變。選擇性體積改變可為可逆體積改變，其中諸如陽極之部件於厚度上增加並且於厚度上減少。薄膜包裝物之材料可經修整而使得可使用無遮罩製程（雷射剝蝕）圖案化該薄膜元件。以此方式，能夠於適應在循環期間不同狀態之間的體積膨脹的電化學元件結構可便於透過使用沉積製程及無遮罩圖案化之組合形成。
本案實施例提供許多優點，包括減少薄膜元件中所用的非活性封裝材料的量、導致這些元件有增強的能量密度、及進一步的優點為，能夠便於使用薄膜包裝物之無遮罩圖案化形成薄膜元件。
本案揭露內容於範疇上不受本文所述之特定實施例所限制。確實，除了本文所述之實施例外，發明所屬技術領域中具有通常知識者從上述敘述及所附圖式會明瞭對本案揭露內容之其他各種實施例及修飾例。因此，希望此類其他實施例與修飾例落入本案揭露內容之範疇中。再者，已於本文以特定環境、為了特定目的、於特定實施方式之上下文描述本案揭露內容，然而發明所屬技術領域中具有通常知識者會認識到這些實用性並非限於此且可有利地以任何數目之環境針對任何數目之目的實施本案揭露內容。因此，有待根據如本文所述之本案揭露內容之所有廣度及精神詮釋下文提出之申請專利範圍。
100‧‧‧薄膜元件
102‧‧‧基材
104‧‧‧源區域
106‧‧‧中間區域
108‧‧‧選擇性膨脹區域
110‧‧‧薄膜包裝物
114‧‧‧區域
120‧‧‧聚合物層
122‧‧‧介電層
200‧‧‧薄膜電池
202‧‧‧中間層
204‧‧‧陰極集電器
206‧‧‧陰極
208‧‧‧固態電解質
210‧‧‧陽極
212‧‧‧薄膜包裝物
214‧‧‧陽極集電器
216‧‧‧擴散物
220‧‧‧層堆疊
t1～t4‧‧‧厚度
第 1A 圖 說明根據本案揭露內容之各種實施例的薄膜元件；
第 1B 圖 顯示第1A圖之薄膜元件的操作的第二例子；
第 1C 圖 提供根據本案揭露內容之多個實施例的薄膜包裝物的一個實施例，該薄膜包裝物佈置成二元體（dyad）。
第 2A 圖 及第 2B 圖 說明根據本案揭露內容之各種實施例的薄膜電池的視圖。
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102‧‧‧基材
104‧‧‧源區域
200‧‧‧薄膜電池
202‧‧‧中間層
204‧‧‧陰極集電器
206‧‧‧陰極
208‧‧‧固態電解質
210‧‧‧陽極
212‧‧‧薄膜包裝物
214‧‧‧陽極集電器
216‧‧‧擴散物
220‧‧‧層堆疊
t2、t4‧‧‧厚度

Claims (15)

  1. 一種薄膜元件，包括： 一主動元件區域，該主動元件區域具有至少沿著一第一方向在一第一元件狀態及一第二元件狀態之間的可逆運動；及一薄膜包裝物，該薄膜包裝物配置成鄰近該主動元件區域，其中該薄膜包裝物包括處於該第一元件狀態的一第一厚度及處於該第二元件狀態的一第二厚度，該第一厚度比該第二厚度大10%或更多；其中該薄膜包裝物包括一可雷射蝕刻的材料。
  2. 如請求項1所述之薄膜元件，其中該主動元件區域包括： 一源區域，包括一擴散物；及一選擇性膨脹區域，其中該擴散物之傳輸是發生在從該源區域至該選擇性膨脹區域。
  3. 如請求項2所述之薄膜元件，其中該源區域包括一固態陰極，且其中該選擇性膨脹區域包括一陽極。
  4. 如請求項3所述之薄膜元件，其中該陽極包括處於該第一元件狀態之一第三厚度及處於該第二元件狀態之一第四厚度，其中該第一厚度與該第三厚度之總和相差該第二厚度與該第四厚度的總和10%或更少。
  5. 如請求項2所述之薄膜元件，其中該薄膜包裝物包括一聚合物層，該聚合物層配置成鄰近該選擇性膨脹區域。
  6. 如請求項1述之薄膜元件，其中該薄膜包裝物包括一多層堆疊，該多層堆疊包括至少一個聚合物層。
  7. 如請求項1所述之薄膜元件，該薄膜包裝物包括下述至少一者：一注有吸氣劑/吸收劑的矽酮、一多孔低介電常數材料、一銀膠、及一環氧樹脂、一印刷電路板材料、一光阻材料、矽酮、橡膠、胺基甲酸酯（urethane）、聚胺基甲酸酯（polyurethane）、聚脲（polyurea）、聚四氟乙烯、聚對二甲苯（parylene）、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醯亞胺、尼龍、縮醛（acetal）、聚醚醯亞胺（ultem）、丙烯酸、環氧樹脂、及酚類聚合物、或上述材料之組合
  8. 如請求項1所述之薄膜元件，該薄膜包裝物包括複數個二元體（dyad），一二元體包括一聚合物層及下述至少一者：一剛性介電層及一金屬層。
  9. 如請求項8所述之薄膜元件，其中該聚合物層包括一聚合物堆疊，該聚合物堆疊包括複數個聚合物子層，其中該複數個聚合物子層之至少一個子層
  10. 如請求項2所述之薄膜元件，該薄膜元件包括一鋰薄膜電池，該主動元件區域包括該鋰薄膜電池之一陰極，該選擇性膨脹區域包括該鋰薄膜電池之一陽極。
  11. 如請求項10所述之薄膜元件，進一步包括一固態電解質，該固態電解質配置在該陽極與該陰極之間，其中該薄膜包裝物包裝該陰極、該陽極、及該固態電解質。
  12. 如請求項2所述之薄膜元件，該薄膜包裝物包括一聚合物層，該聚合物層布置成一聚合物堆疊，該聚合物堆疊之厚度為10微米至50微米，該選擇性膨脹區域包括一陽極，其中陽極厚度在該第一元件狀態與該第二元件狀態之間改變至少1微米。
  13. 一種薄膜電池，包括： 一陰極區域，包括一擴散物；一陽極，其中該擴散物的傳輸發生在該陰極區域至該陽極之間；及一薄膜包裝物，配置成鄰近該陽極，其中該薄膜包裝物包括處於一第一元件狀態的一第一厚度及處於一第二元件狀態的一第二厚度，該第一厚度比該第二厚度大10%或更多，其中該薄膜包裝物包括一可雷射蝕刻的材料。
  14. 如請求項13所述之薄膜電池，其中該薄膜包裝物包括一層，該層對波長範圍157nm至1064nm的雷射輻射有吸收性。
  15. 如請求項13所述之薄膜電池，其中該陽極包括處於該第一元件狀態之一第三厚度及處於該第二元件狀態之一第四厚度，其中該第一厚度與該第三厚度之總和相差該第二厚度與該第四厚度的總和10%或更少。
TW106112331A 2016-04-14 2017-04-13 適應體積改變之薄膜元件包裝 TW201810769A (zh)

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