專利名稱：微電池及其制造方法
技術領域：
本發明涉及包括形成在基板上的固體薄層的堆疊的微電池，該堆疊被封裝層(encapsulation layer)覆蓋，并順次包括-與基板直接接觸的第一集電器/電極組件；-固體電解質；-具有直接接觸封裝層的內表面的前表面和直接接觸固體電解質的后表面的第二集電器/電極組件；以及-用于將第二集電器/電極組件與外部電負荷進行電連接的裝置。
本發明也涉及這樣的微電池的制造方法。
背景技術：
微電池被定義為由薄層的活性堆疊形成的全固體(all-solid)電化學發電機，該薄層的活性堆疊構成通過電解質分離的(正和負)電極。這樣的微電池進一步包括金屬集電器。微電池的所有層為通過PVD (物理氣相沉積)或CVD (化學氣相沉積)獲得的薄膜形式。正電極通常為鋰嵌入(insertion)材料，例如，鋰金屬氧化物，且電解質為具有高離子電導率的電絕緣體。對于鋰微電池，三種主要提供Li+離子的微電池可依賴于負電極的性質而被區分稱為“鋰-金屬(lithium-metal)”的微電池、“鋰-離子”或“無鋰”微電池。稱為“鋰-金屬”微電池的微電池呈現最好的電化學特性，特別是在電勢以及充電和放電容量的穩定性方面。第一種鋰微電池包括由金屬鋰制成的負電極。稱為“鋰-離子”(或Li-ion)微電池的微電池具有由鋰添加(intercalation)或嵌入材料形成的負電極。Li+陽離子在負和正電極之間來回地移動，進行微電池的充電和放電。該種微電池使通常的微加工技術能夠被使用，但是在循環(cycling)方面一般呈現較差的電化學性能。最后，稱為“無鋰”微電池的微電池包括作為負電極的金屬集電器。在第一放電期間，Li+離子從正電極遷移，并被集電器阻擋。Li+離子通過電沉積在集電器上形成金屬鋰層。然后，電池以與鋰-金屬電池相同的方式運轉，在第一循環期間具有小的容量降低。由于鋰微電池的高質量密度、大的有效儲能表面及低毒性，鋰微電池引起人們的特別關注。然而，鋰微電池對空氣敏感，尤其對濕氣敏感。為了保護鋰微電池的活性堆疊，通常使用封裝，以將堆疊與外部接觸隔離，因此防止來自于環境的任何污染。存在不同的微電池構造，尤其是，存在呈現為平面或垂直電連接的構造，S卩，其中微電池到外部負荷的最后電連接在與集電器相同的平面上或在垂直于集電器的平面中。為了示例的目的，文獻W02008/011061描述了具有平面電連接的微電池。如圖I中所示，微電池典型地包括基板2上的堆疊I。堆疊I由第一集電器3、被固體電解質5覆蓋的第一電極4、第二電極6和第二集電器7接連地形成。堆疊I被涂層(coating) 8封裝，涂層8對形成堆疊I的元件是惰性的，且被設計為緊緊地密封堆疊I并保護堆疊I免受外部污染。接觸連接通過涂層8上的金屬層9而實現，并通過涂層8中形成的通孔10耦接到第二集電器7。接觸連接連接位于堆疊I上方的第二集電器7和第一集電器3。通孔10穿過涂層8，并限定堆疊I的僅被形成接觸連接的金屬層9覆蓋的局部區域11。這樣，局部區域11構成微電池的對機械應力更敏感的易損點。特別地，鋰微電池的運轉基于通過鋰離子的電流傳輸，當微電池的充電和放電發生時，由于電極中的鋰離子的嵌入和提取(也稱作脫出)，電極經歷變形。體積的這些重復變更迅速地引起機械損傷。層9的包括在局部區域11和與層3的固定連接點之間的部分對機械應力更敏感，因此會引起使用中的故障，且是微電池的性能降低的原因。如圖I中所示，具有外部電負荷(未示出)的該類型構造的電連接常規地通過在集電器3的擴展部中的接觸墊12實現，該接觸墊12布置在涂層8的每側。接觸墊12形成接觸終端，該接觸終端使微電池能夠被連接至例如外部電負荷、一個或更多的附加微電池、電子芯片或任何電負荷。至外部負荷的最后連接典型地由使用配線的焊接步驟實現。除了復雜和精密實現之外，該種構造集成方面具有缺點。第一集電器3的表面的一部分實際上被 接觸墊12占用，因此限制了專門用于第一電極4的表面。然而，微電池的電化學特性，例如容量(單位yAh · cm_2)，與微電池的活性表面成比例，尤其與第一電極4/電解質5以及第一電極4/第一集電器3界面的尺寸成比例。這樣，活性表面的損失被觀察，其與電化學性能的損失和集成密度(基板上每表面單位的器件數量)的損失的內涵相同。為了示例的目的，文獻US-A-20070238019描述了具有關于基板2的主平面的垂直電連接的微電池。在圖2中示出的該構造中，按照慣例，沉積在基板2上的堆疊包括通過電解質5分開的陰極4和陽極6。基板2具有前表面13和后表面14。分別為3和4的第一和第二集電器布置在基板2的前表面13上。基板2存在從前表面13上的集電器3和4達到外部負荷16的貫通連接15，外部負荷16在基板2的后表面14處被連接。該構造使得能夠增加微電池的活性表面，且使電化學特性能夠增強，以及使集成密度能夠增加。然而，該構造呈現為復雜的實現，在于必須采用幾個微加工步驟(沉積、蝕刻、化學機械拋光)來實現垂直電連接。已經提出了具有垂直連接的其他微電池構造。文獻JP-A-61165965、US-A-2007087230 和 DE-A-102008011523 可被引用為示例。然而，現有技術中描述的解決方案仍不能充分克服由接觸連接產生的機械應力的問題，或解決方案仍難以實現。特別地，局部區域的出現導致在微電池中的易損點，該易損點更特別地受制于微電池的體積變形，導致有裂紋、分裂或分層的傾向。
發明內容
本發明的目的是提供去除了現有技術的缺點的微電池和這種微電池的制造方法。特別地，本發明的目的是提供一種微電池，該微電池具有良好的性能、呈現最優的儲能效率、高集成密度以及延長的壽命。微電池被設計為借由容易實施的工業制造方法制造，該工業制造方法在經濟上是可行的且與在微電子領域中執行的技術是兼容的。根據本發明，該目的通過根據所附權利要求的微電池和制造這種微電池的方法實現。特別地，該目的通過以下事實實現電連接裝置由至少兩個導電隔件形成，該至少兩個導電隔件從封裝層的內表面至外表面穿過所述封裝層，每一個所述隔件具有與第二集電器/電極組件的前表面直接接觸的底壁(lower wall)和在封裝層的外表面露出的頂壁(upper wall);且該目的通過以下事實實現所述隔件形成封裝層中的劃分網。根據特定的設計，至少兩個隔件是相鄰且彼此平行的，并通過封裝層的一部分而被分開。根據優選的實施例，至少兩個隔件是相鄰且彼此平行的，并通過封裝層的一部分而被分開，且分開兩個相鄰且平行的勢壘的距離小于或等于所述封裝層的位錯密度的平方根的倒數。
由本發明的特定實施例的以下描述，其他的優點和特征將變得更清楚，本發明的特定實施例被指定用于僅非限制示例目的，且在所附圖中被描述，其中圖I以剖面圖示意地示出了根據現有技術的具有平面電連接的微電池；圖2以剖面圖示意地示出了根據現有技術的具有垂直電連接的微電池；圖3以剖面圖示意地示出了根據本發明第一特定實施例的微電池；圖4至10以剖面圖示意地示出了用于制造根據圖3的微電池的方法的不同步驟；圖11以剖面圖示意地示出了根據本發明第二特定實施例的微電池；圖12以俯視圖示意地示出了根據本發明第三特定實施例的微電池；圖13以沿著圖12的線AA截取的剖面圖示意地示出了根據本發明第三特定實施例的微電池；圖14以俯視圖示意地示出了根據本發明第四特定實施例的微電池；圖15以沿著圖14的線BB截取的剖面圖示意地示出了根據本發明第四特定實施例的微電池。
具體實施例方式參考圖3，也被稱為“全固體(all-solid)”電池的微電池包括形成在基板2上的固體薄層的堆疊17。基板2可為硅晶片或包括專用集成電路(或ASIC)的硅晶片。基板2也可被鈍化層(未示出)覆蓋，該鈍化層由諸如二氧化硅(SiO2)的電介質形成或由雙層形成，該雙層由SiO2層和氮化硅(Si3N4)層按序形成。微電池優選為鋰微電池。有利地，堆疊17的厚度在2μπι到20 μ m之間，優選為15 μ m。堆疊17被封裝層18覆蓋，且順次包括-與基板2直接接觸的第一集電器/電極組件19；-固體電解質20;-具有前表面22和后表面24的第二集電器/電極組件21，前表面22(在圖3中的上部)與封裝層18的內表面23直接接觸，后表面24 (在圖3中的下部)與固體電解質20直接接觸；以及-第二集電器/電極組件21至外部電負荷的電連接裝置25。第一集電器/電極組件19和第二集電器/電極組件21的每個由至少一個薄層形成。
根據圖3中描述的第一特定實施例,第一集電器/電極組件19可由第一集電器26和正電極27形成。這樣，第一集電器26與基板2直接接觸,而正電極27位于第一集電器26和固體電解質20之間。第二集電器/電極組件21可包括形成負電極28的薄層和形成第二集電器29的薄層。第二組件21優選由負電極28和第二集電器29形成。如圖3中所示，第二集電器29形成在負電極28上，而固體電解質20布置在正電極27和負電極28之間。在該情況中，第二集電器/電極組件21的前表面22和后表面24分別由第二集電器29的前表面和負電極28的后表面形成。第一集電器26和第二集電器29由金屬制成,例如，由鉬(Pt)、鉻(Cr)、金(Au)、鈦(Ti)、鎢(W)或鑰(Mo)制成。正電極27的尺寸比第一集電器26的尺寸小，使得正電極27不會延伸超出第一集電器26的周界并不與基板2或與基板2的鈍化層接觸。被使用作為正電極27的活性材料的材料可為非鋰材料或鋰材料，非鋰材料例如為銅的硫化物或二硫化物(CuS或CuS2)、氧硫 化鎢(WOySz)、二硫化鈦(TiS2)、氧硫化鈦(TiOxSy)或釩的氧化物(VxOy)，鋰材料例如為諸如鋰鈷氧化物(LiCo02)、鋰鎳氧化物(LiNi02)、鋰錳氧化物(LiMn204)、鋰釩五氧化物(LiV2O5)或磷酸鋰鐵(LiFePO4)的鋰基混合氧化物。按照慣例，負電極28可由選自過渡金屬及其合金、非金屬及其合金以及鋰嵌入或添加材料中的一種或更多種材料形成。負電極28可為Li+離子產生器或者也包括活性鋰嵌入材料。用作負電極28的活性材料可為非鋰材料，或為鋰嵌入或添加材料，該非鋰材料例如為硅(Si )及其合金(例如硅/鍺合金(SiGe ))、錫及其合金(例如錫/銅合金(Cu6Sn5))、碳；鋰嵌入或添加材料選自錫硅氧氮化物(SiTON)、氮化錫(SnNx)、氮化銦(InNx)以及錫氧化物(諸如二氧化錫(SnO2)。用作負電極28的活性材料的材料可為鋰材料，例如包括少于30%的鋰的SiLix或GeLix合金或鋰基混合氧化物(諸如鋰鎳氧化物(LiNiO2)X分別為27和28的正和負電極在堆疊17中自然地可具有相反的位置。例如，正電極27可在圖3中的頂部，而負電極28在底部。固體電解質20由使得Li+鋰離子能夠傳導的材料形成。優選地，選擇電絕緣且離子傳導材料。固體電解質20可為具有基礎的玻璃質(vitreous)材料,該基礎由硼氧化物、鋰氧化物或鋰鹽形成，或者有利地由鋰基化合物(例如磷和鋰的氧氮化物(LiPON)或磷硅酸鋰氧氮化物(LiSiPON))形成。按照慣例，封裝層18由選自聚合物、陶瓷或金屬材料的一種或更多種材料形成。電連接裝置25由至少一個導電隔件(barrier)形成，該導電隔件從封裝層18的內表面23 (在圖3中的底部)至外表面30 (在圖3中的頂部)穿過封裝層18。換言之，隔件在封裝層18的外表面30露出。隔件是厚度較小的細元件，決定在封裝層18中的分隔。隔件具有底壁31、頂壁32和側壁33，且優選地具有矩形的截面。隔件的厚度有利地在O. 5 μ m和10 μ m之間，優選在I μ m和5 μ m之間。隔件的高度或隔件的側壁33的高度至少等于封裝層18的厚度。底壁31與第二集電器/電極組件21的前表面22直接接觸，而頂壁32在封裝層18的外表面30露出。隔件優選由至少一種導電材料形成，該導電材料有利地選自金屬及其合、聚合物和金屬氧化物。隔件有利地單獨由導電材料(例如，鈦、鎢、鉬、鎳或銅)形成。隔件優選地是實心的，即被材料完全填充。如圖3中所示，隔件的頂壁32優選與封裝層18的外表面30形成共同的平坦表面。隔件因此不從封裝層18的表面突出。每一個隔件的側壁33 (在圖3中的右邊和左邊)進一步垂直于第二集電器/電極組件21的前表面22。因為機械應力主要產生在相同的方向(由圖3中的垂直箭頭表示，關于基板2的主面垂直)上，所以鋰的嵌入和脫出而造成的體積膨脹對這樣的結構的影響很小。對于在第二集電器/電極組件21上方具有均勻厚度的封裝層18，隔件的高度實質上等于位于第二組件21上方的封裝層18的厚度。隔件的高度是指隔件的側壁33的高度。對于在第二集電器/電極組件21上方具有非均勻層厚的封裝層18，隔件的高度實質上等于封裝層18的位于隔件每側的部分的厚度。
在封裝層18中出現的隔件使得封裝層18中存在的缺陷不連續，由此減少易于損害微電池堆疊17的活性元件的物質的關鍵擴散路徑(critical diffusion path)。隔件阻擋雜質并在封裝層18中產生裂紋傳播終止區域(crack propagation stopper area)。隔件還具有小的厚度，在底壁31和封裝層18的內表面23之間的接觸部分被大量減少。微電池的易損區域，即，沒有封裝且僅被隔件保護的區域，因此大大地減少。根據具體實施例，這種微電池的制造可借由這樣的制造方法實現，該制造方法包括在圖4至11中示出并在下文中描述的連續步驟。如圖4中所示，制造方法包括在基板2上進行薄層的堆疊17的全晶片沉積以順次形成第一集電器26、正電極27、固體電解質20、負電極28和第二集電器29的。第一集電器26和正電極27形成第一集電器/電極組件19，而第二集電器29和負電極28形成第二集電器/電極組件21。該步驟之后為在第二集電器/電極組件21上進行第一保護層34的全晶片沉積。在該構造中，第一保護層34被直接沉積在第二集電器29上。借由任何方法(例如，通過PVD或CVD)執行全晶片沉積。薄層的厚度典型地在O. I μ m和5 μ m之間。第一保護層34由選自聚合物或陶瓷材料的一種或更多種材料形成，該聚合物或陶瓷材料有利地是不導電的，例如由環氧化物、丙烯酸鹽、聚對二甲苯、硅石或氮化物制成。當需要加溫退火步驟以增加構成電極之一的薄層的結晶化并增加其的嵌入容量時，該退火步驟可有利地在第一薄層的全晶片沉積之后進行，因此形成電極27。如圖5中所示，然后，至少一個溝槽35借由任何方法被制成在第一保護層34中。按照慣例,溝槽35由其后跟隨有蝕刻的傳統光刻掩模(masking)工藝制成,該蝕刻例如為反應離子蝕刻(RIE)類型的選擇性干法蝕刻或選擇性濕法工藝蝕刻。溝槽35形成模型(matrix)以制成隔件。隔件被設計為在第一保護層34中引入不連續。模型即是隔件的空心印記(imprint)。溝槽35穿過第一保護層34的厚度，并露出第二集電器/電極組件21的前表面22，即第二集電器29的前表面。一個或更多的外圍溝槽36也有利地與溝槽35同時制成，以限定微電池的最后形狀和尺寸。外圍溝槽36也穿過第一保護層34的厚度，并露出第二集電器/電極組件21的前表面22，即第二集電器29的前表面。
如圖6和7中所示，溝槽35此后被導電材料填充。該填充步驟包括借由任何已知的方法在第一保護層34上沉積導電材料的薄層37，其后跟隨有薄層37的選擇性蝕刻。為了示例的目的，選擇性蝕刻可為干法工藝蝕刻。如圖6中所示，溝槽35的厚度，標為X1，優選小于或等于薄層37的厚度，標為X2,的兩倍，使得溝槽35被形成薄層37的導電材料完全填充。外圍溝槽或溝槽36的厚度，標為X3，優選大于或等于薄層37的厚度X2的兩倍。限定了微電池的輪廓的外圍溝槽36因此未被完全填充。如圖7中所示，薄層37借由任何已知的方法蝕刻，例如借由干法工藝蝕刻。由于溝槽35和36的特定尺寸，位于外圍溝槽36中且在第一保護層34的外表面30上(在圖7中的頂部)的薄層37被除去，這是因為薄層37的該部分直接暴露于蝕刻溶液，但是薄層37的在溝槽35中的較窄部分未暴露于蝕刻溶液。在該蝕刻步驟完成之時，僅薄層37的在溝槽35中的部分被保留。 該步驟使隔件能夠在第一保護層34中被獲得，而且不需要先于蝕刻的掩模操作。如圖8中所示，在溝槽35被填充之后，一個或更多堆疊17的蝕刻步驟借由任何已知的方法被執行，以使基板2上的微電池局部化。使用的蝕刻的類型依賴于將被蝕刻的薄層的性質。因此可以設想通過其后跟隨有單個蝕刻操作的光刻執行掩蔽，該單個蝕刻操作同時蝕刻第二集電器29、負電極28、固體電解質20和正電極27。然后，第一保護層34的表面的一部分(在圖8中的右邊和左邊)是暴露的。該蝕刻步驟給出了微電池的活性堆疊17的最終形狀。第一保護層34的暴露部分可位于堆疊17周圍。根據替代的實施例，堆疊17的蝕刻通過用于一個或更多的薄層的一連串的選擇性蝕刻而執行，該一個或更多的薄層對應于第二集電器29、負電極28、固體電解質20或正電極27。如圖9中所示，第二保護層38借由任何已知的方法制成，例如通過其后跟隨有蝕刻的沉積制成。第二保護層38以第二保護層38形成連續不間斷的層。按照慣例，第二保護層38由選自聚合物、陶瓷或金屬材料的一種或更多種材料形成。分別為34和38的第一和第二保護層有利地由相同的一種材料或多種材料形成。第二保護層38覆蓋堆疊17的所有側面部分(在圖9中的左邊和右邊)并在第一集電器26上在堆疊17的每側延伸，但是不覆蓋第一集電器26的所有暴露部分。分別為34和38的第一和第二保護層因此形成封裝層18。第一集電器26的位于微電池外圍的暴露表面構成用于連接至外部電負荷的接觸點。因此，如圖10中所示，接觸墊39使外部電負荷(未示出)能夠連接至分別為26和29的第一和第二集電器，并因此連接至微電池的正電極27和負電極28。接觸墊39可以布置在堆疊17的每側且在第一集電器26的暴露表面上。按照慣例，接觸配線被焊接至接觸墊39上，并被連接至外部電負荷(圖10)。根據圖11中示出的第二特定實施例，微電池為“無鋰”微電池。在微電池的第一次充電之前，第二集電器/電極組件21最初由單個薄層形成。單個薄層由金屬或金屬合金形成。該薄層構成用于金屬鋰的電解沉積的電鍍層。此后，當執行微電池的充電時，鋰沉積被激活。如在文獻W0-A1-0060689中描述的，在微電池的最初充電之前，微電池不包括構成負電極28的金屬鋰的薄層。當微電池的充電發生時，負電極28由金屬鋰的電解沉積形成。在微電池的第一次充電之后，第二集電器/電極組件21由構成第二集電器29的薄層以及構成負電極28的金屬鋰的薄層形成(圖10)。除了負電極28和第二集電器29通過沉積單個薄層實現之外，用于制造根據第二特定實施例的微電池的方法與在上文中描述的第一實施例相同。根據圖12和13中示出的第三特定實施例，電連接裝置25由至少兩個導電隔件形成。隔件在封裝層18中形成劃分網(compartmentalization network) 40。“劃分網”即是由彼此交叉的至少兩個區劃隔件(有 利地以矩形的方式)形成的組件，所述隔件將封裝層18分為多個隔間。在微電池工作期間，劃分網因此產生易于形成在封裝層18中的一個或更多個裂紋傳播終止區域41。每一個隔件具有底壁31和頂壁32,底壁31與第二集電器/電極組件21的前表面22直接接觸，而頂壁32在封裝層18的外表面30露出。根據有利的構造，至少兩個隔件是相鄰且彼此平行的。這兩個隔件因此通過封裝層18的一部分而彼此分開。隔件的側壁33垂直于第二集電器/電極組件21的前表面22，并彼此平行(圖13)。分開這兩個相鄰且平行的隔件的距離，標為L1，優選小于或等于封裝層18的位錯密度(標為dd)的平方根的倒數。封裝層18的位錯密度即是每表面單位的缺陷密度。因此，為了減少或消除缺陷斷續性，微電池的構造，特別是隔件關于彼此的布置，必須滿足以下關系
j < I例如，對于4disloC/ μ m2的位錯密度，分開兩個相鄰且平行的隔件的距離L1必須小于或等于O. 5 μ Hi2。劃分網40產生出現在封裝層18中的缺陷的不連續，從而減少易于損害微電池的堆疊17的活性元件的物質的關鍵擴散路徑。同樣地，劃分網40的每一個隔件產生在封裝層中的裂紋傳播終止區域41。因此，微電池的結構限制了微電池的易損區域，增加了集成密度，并具有改進微電池性能的效果。根據圖14和15中示出的第四特定實施例，劃分網40具有網眼結構(meshedstructure)，圖案為平行四邊形的形式，例如為正方形或矩形的圖案。如圖14中所示，劃分網40優選地具有柵格形式的結構。隔件的網眼形成封裝層18中彼此隔離的隔間，防止易于損害構成堆疊17的元件的物質和裂紋41的任何擴散。隔件的頂壁進一步形成在封裝層18的表面處的連接線，該連接線能夠實現微電池至一個或更多的外部電負荷的電連接。如圖14中所示，至少一個接觸墊39例如能被放置在連接線上，接觸劃分網40的頂壁32之一，并連接至外部電負荷(未示出)的負端。至少另一個接觸墊39此后被放置在第一集電器26的暴露表面上，并連接至外部電負荷的正端。根據未不出的替代實施例，第一集電器26的暴露表面僅僅位于被封裝的堆疊17的一側，以限制分配給集電器的基板表面，并提高集成密度。用于制造根據第三和第四實施例的微電池的方法與上文中描述的第一實施例相同，除了使電連接裝置25將被實現的模型的形式之外。因此該方法包括至少一個溝槽35在第一保護層34中的形成，該溝槽35形成實現隔件的模型。按照慣例，隔件可以由單個溝槽或幾個溝槽制成。本發明不限于上文中描述的實施例。特別地，封裝層18由第一保護層34單獨地形成。然后，制造方法與在上文中描述的第一實施例的不同在于，堆疊17的蝕刻在第一保護層34的蝕刻之前執行，且在于，第一保護層34沉積在第一集電器26和堆疊17上，使得第一保護層34完全覆蓋堆疊17。然后，一個溝槽或多個溝槽直接被制成在封裝層18上。具有帶垂直連接的最優結構的鋰微電池借由本發明的制造方法已經被實現。該微電池的結構避免了使封裝層18易損并損害封裝層18的機械和密封特性的接觸連接的出現。根據本發明的微電池具有一種結構，該結構使專用于集電器的基板表面能夠被限制，并使集成密度被提高。隔件的出現，尤其是劃分網的出現，進一步使封裝層的阻隔效應能夠被保持為限制易損區域，并與在先技術的微電池相比，特別是在壽命方面，使電池的性能能夠被改進。 這些微電池有許多工業應用，特別是在微電子領域(組件的小型化和自自主性要求需要使用具有較長壽命的較小的、更大存儲量的電池)。與根據在先技術的制造方法(需要形成鋰微電池的不同層的多個經常復雜的沉積和蝕刻步驟)不同，根據本發明的制造方法易于實現并是簡單的。以獨特的方式，該制造方法可以以減少的蝕刻和掩模步驟數量來實現，特別地，以對于蝕刻堆疊17是必須的單個步驟來實現。微電池的功能界面在制造方法的進程中被保護，這些界面的質量進一步被保持。這樣的鋰微電池的制造方法與在微電子領域中采取的技術是兼容的，特別地，該制造方法使這樣的鋰微電池能夠被并入微組件，并導致制造費用能夠被降低。
權利要求
1.一種微電池，該微電池包括形成在基板(2)上的固體薄層的堆疊(17)，所述堆疊(17)被封裝層(18)覆蓋，并順次包括 -與所述基板(2)直接接觸的第一集電器/電極組件(19)； -固體電解質(20)； -具有前表面(22)和后表面(24)的第二集電器/電極組件(21)，該前表面(22)與所述封裝層(18 )的內表面(23 )直接接觸，該后表面(24 )與所述固體電解質(20 )直接接觸；以及 -將所述第二集電器/電極組件(21)連接到外部電負荷的電連接裝置(25); 所述微電池的特征在于所述電連接裝置(25)由至少兩個導電隔件形成，該至少兩個導電隔件從所述封裝層(18)的內表面(23)穿通到所述封裝層(18)的外表面(30)，所述隔件的每一個具有與所述第二集電器/電極組件(21)的前表面(22)直接接觸的底壁(31)和在所述封裝層(18 )的外表面(30 )露出的頂壁(32 )，并且所述隔件在所述封裝層(18 )中形成劃分網(40)。
2.根據權利要求2所述的微電池，其特征在于，至少兩個隔件是相鄰且彼此平行的，并被所述封裝層(18)的一部分分開。
3.根據權利要求3所述的微電池，其特征在于，相鄰且平行的所述兩個隔件的分開距離小于或等于所述封裝層(18)的位錯密度的平方根的倒數。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的微電池，其特征在于，所述劃分網(40)具有網眼結構，圖案為平行四邊形，優選為柵格形狀。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的微電池，其特征在于，每個所述隔件的側壁(33)垂直于所述第二集電器/電極組件(21)的前表面(22)。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的微電池，其特征在于，所述隔件的頂壁(32)與所述封裝層(18)的外表面(30)形成共同的平坦表面。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的微電池的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下的連續步驟 -在所述基板(2)上進行薄層的堆疊(17)的全晶片沉積以順次形成第一集電器/電極組件(19 )、固體電解質(20 )和第二集電器/電極組件(21)， -在所述第二集電器/電極組件(21)上進行第一保護層(34)的全晶片沉積， -在所述第一保護層(34 )中制成至少一個溝槽(35 )，該至少一個溝槽(35 )形成模型以形成所述隔件，所述溝槽(35)穿過所述第一保護層(34)的厚度，并露出所述第二集電器/電極組件(21)的前表面(22)，以及-用導電材料填充所述溝槽(35 )。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述填充步驟包括在所述第一保護層(34)上沉積導電材料的薄層(37)，該沉積之后選擇性地蝕刻所述薄層(37)。
9.根據權利要求7和8中任意一項所述的方法，其特征在于，在填充所述溝槽(35)之后，所述方法包括一個或更多個所述堆疊(17)的蝕刻步驟，以在所述基板(2)上使所述微電池局部化。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在蝕刻所述堆疊(17)之后，使第二保護層(38)覆蓋所述堆疊(17)的所有側面部分，并與所述第一保護層(34) —起形成封裝層(18)。
全文摘要
本發明涉及一種微電池，該微電池包括在基板(2)上的堆疊(17)，該堆疊(17)被封裝層(18)覆蓋且包括第一和第二集電器/電極組件(19，21)、固體電解質(20)以及將第二集電器/電極組件(21)連接到外部電負荷的電連接裝置(25)。電連接裝置(25)包括至少兩個導電隔件，該導電隔件從封裝層(18)的內表面(23)至外表面(30)穿過封裝層(18)。隔件的每一個具有與第二集電器/電極組件(21)的前表面(22)直接接觸的底壁(31)和在封裝層(18)的外表面(30)露出的頂壁(32)。隔件形成封裝層(18)中的劃分網(40)。
文檔編號H01M10/0585GK102812579SQ201180012137
公開日2012年12月5日 申請日期2011年2月23日 優先權日2010年3月1日
發明者S.奧卡西, P.科羅內爾 申請人:原子能和代替能源委員會