專利名稱：集成電路或電路板上的薄膜電池組及其方法
技術領域：
本發(fā)明領域涉及在半導體器件如集成電路芯片的半導體表面上或者導 電或絕緣表面上、或在電路板如印刷電路板上沉積和制造柔性(flexible)固態(tài) 薄膜二次(secondary)和一次(primary)電化學器件的器件、組合物、方法，所述 電化學器件包括電池組。
北旦 冃z寧、
典型的電化學器件包括多個電活性層，如陽極、陰極、電解質、基板、 集電器等。 一些層(如包含鋰的陽極層)由對環(huán)境極度敏感的材料構成?；?可以例如不是獨立的電池組元件，而是由半導體表面提供或者位于與電池 組連接的半導體器件的導電或絕緣封裝表面上。這類電池組需要包封以保 護對環(huán)境敏感的材料。 一些方案的做法是包封電化學器件的敏感層，例如 用金箔包封。其他方案是用金屬和塑料等構成的袋包封電化學器件，這種 袋沿設備的周邊進行密封。
發(fā)明概述
本發(fā)明的一個示例性實施方式包括制造在半導體芯片上或制造在柔 性印刷電路板上的電池組。該電池組可以例如包括第一電接觸；與第一 電接觸連接并具有第一嵌入導體的結合層；通過第一嵌入導體與所述第一 電接觸選擇性電接觸的至少一個電池組電池結構；半導體器件的半導體表 面或導電或絕緣封裝表面。
與半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面連接的結合層具有 不止一個導體，例如任選的第二嵌入導體，從而產生半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面與所述第一電接觸的任選的選擇性電接觸。在 任何情況中，結合層和至少一個電池組電池結構可以夾在第一接觸層和半 導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面之間。
例如，第一電接觸可以包括包封金屬。結合層可以是粘合劑材料、絕 緣材料、塑料、聚合物材料、玻璃和/或玻璃纖維。在結合層內可以嵌入絕 緣加強層。這種加強層可以是選擇性導電的。導體可以是例如垂片(tab)、 金屬線、金屬條、金屬絲、多根金屬線、多根金屬條、多根金屬絲、金屬 線網、穿孔金屬、施加在粘合劑層上的金屬涂層、或盤。導體可以編織在 結合層中，該結合層可包括狹縫，在狹縫內編織有嵌入的導體。
電池組電池結構可以包括陽極、電解質、陰極和阻擋層。陰極例如可 以完全不進行退火、或在較低的溫度下退火，或在較高的溫度下退火，使 用對流式加熱爐采用快速熱退火方法，或者通過激光退火和/或結晶方法進 行。
本發(fā)明的另一個示例性實施方式包括制造薄膜電池組的方法，該方法 包括無特定順序的以下步驟形成選擇性導電的結合層；將該結合層與第 一接觸層相連；將電池組電池結構的第一側與半導體器件的半導體表面或 導電或絕緣表面或柔性印刷電路板相連；將電池組電池結構的第二側與結 合層相連。任選地，結合層可以在其它位置選擇性地導電，在此位置選擇 性導電的結合層產生第一接觸層和半導體器件的半導體表面或導電或絕緣 表面或柔性印刷電路板之間的電接觸。本發(fā)明的另一個示例性實施方式包 括制造薄膜電池組的方法，該方法包括無特定順序的以下步驟形成選擇 性導電的結合層；將該結合層與第一接觸層相連；將電池組電池結構的第 一側也與第一接觸層連接；將該結合層與半導體器件的半導體表面或導電 或絕緣表面或柔性印刷電路板相連；將電池組電池結構的第二側與結合層 相連。
該實施方式的例子可以包括形成具有陽極、陰極和電解質層的電池組 電池結構；將至少一個導體嵌入在結合層內；將至少一種導電金屬線編織 在整個結合層中，其中露出導電金屬線的選擇性部分；加熱結合層并將導 體擠壓進結合層內；用絕緣材料對該電池組進行絕緣。該示例性實施方式可包括在結合層內嵌入絕緣加強層，該加強層可以是選擇性導電的。
本發(fā)明的另一個示例性實施方式涉及一種位于柔性印刷電路板上的電 池組，其中電池組電池結構的第一側至少與柔性印刷電路板直接機械接觸。 所述電池組包括第一電接觸；與第一電接觸連接并具有第一嵌入導體的結 合層；通過第一嵌入導體與所述第一電接觸選擇性電接觸的至少一個電池 組電池結構；與第一電接觸連接并具有第二嵌入導體的結合層，該第二嵌 入導體與第一電接觸和柔性印刷電路板選擇性電接觸。結合層和至少一個 電池組電池結構夾在第一接觸層和柔性印刷電路板之間。
本發(fā)明的另一個示例性實施方式涉及一種位于柔性印刷電路板上的電 池組，該電池組電池結構與柔性印刷電路板不直接發(fā)生機械接觸，而是至 少被結合層機械隔開。所述電池組包括第一電接觸；與第一電接觸連接并 具有第一嵌入導體的結合層；通過所述第一嵌入導體與所述第一電接觸選 擇性電接觸的至少一個電池組電池結構；與柔性印刷電路板連接并具有任 選的第二嵌入導體的結合層，從而在柔性印刷電路板與所述第一電接觸之 間產生任選的選擇性電接觸。所述結合層和至少一個電池組電池結構夾在 第 一 接觸層和柔性印刷電路板之間。
在另一個示例性實施方式中，制造薄膜電池組的方法包括形成選擇性 導電結合層；將結合層與第一接觸層相連；將電池組電池結構的第一側與 柔性印刷電路板相連；將電池組電池結構的第二側與結合層相連。
在另一個示例性實施方式中，制造薄膜電池組的方法包括形成選擇性 導電結合層；將該結合層與第一接觸層相連；將電池組電池結構的第一側 與第一接觸層相連；將電池組電池結構的第二側與選擇性導電結合層相連;
將所述結合層與柔性印刷電路板相連。
本發(fā)明的另一個實施方式包括電池組電池與半導體器件的半導體表面 或導電封裝表面之間的電連接。電池組電池與半導體器件的半導體表面或 導電封裝表面之間的電連接可以通過直接物理接觸或金屬線接合來實現。
另一方面，將電池組集成到半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封 裝表面上或集成到柔性印刷電路板之中或之上之前，可以將電池組制造成 分立器件，然后與基板和包封物一起集成為一個整體。本發(fā)明的另一個實施方式包括多電池組電池堆與半導體器件的半導體 表面或導電封裝表面之間的電連接。
附圖簡要說明


圖1A顯示了依據本發(fā)明的示例性實施方式的薄膜電池組以及半導體 器件的半導體表面或導電或絕緣表面，或柔性印刷電路板的例子的側視圖。
圖IB顯示了依據本發(fā)明的示例性實施方式的薄膜電池組以及半導體 器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面，或柔性印刷電路板的例子的側 視圖。
圖2顯示了依據本發(fā)明的另一個示例性實施方式的薄膜電池組以及半
導體器件的半導體表面或導電或絕緣表面的例子的側視圖。
圖3A顯示了依據本發(fā)明的另一個示例性實施方式的示例性薄膜電池 組的側視圖，該薄膜電池組位于半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封 裝表面，或柔性印刷電路板上。
圖3B顯示了依據本發(fā)明的另一個示例性實施方式的示例性薄膜電池 組的側視圖，該薄膜電池組位于半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表 面，或柔性印刷電路板上。
圖3C顯示了依據本發(fā)明的另一個示例性實施方式的示例性薄膜電池 組的俯視圖，該薄膜電池組位于半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表 面，或柔性印刷電路板上。
圖4A顯示了依據本發(fā)明的另一個示例性實施方式的示例性薄膜電池 組的側視圖，該薄膜電池組位于半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表 面上。
圖4B顯示了依據本發(fā)明的另一個示例性實施方式的示例性薄膜電池 組的側視圖，該薄膜電池組位于柔性印刷電路板上。
發(fā)明詳述
圖1A顯示了依據本發(fā)明的一個示例性實施方式的電化學器件的側視 圖。在該實施方式中，第一接觸101與結合層110相連，其中第一接觸101的一部分延伸超過結合層110。例如，結合層IIO可以與電池結構115結合。
將半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣表面設置在電池組電池結構 115之下。半導體器件105的絕緣表面可以是例如半導體器件的絕緣封裝表 面或半導體器件的上絕緣表面。導電表面可包括例如導電接觸墊片、導電 線路、導電通路(via)或形成在器件表面上的其它導電層。導電表面還可以 與絕緣表面一起形成，例如在半導體器件的封裝表面上形成導電表面。如 圖所示，嵌入在結合層110內的是第一嵌入導體120。例如，該第一嵌入導 體120產生選擇性導電結合層。選擇性導電結合層IIO允許在特定的點從 電池結構115通過結合層IIO導電到第一接觸IOI，而使第一接觸101與半 導體器件105的半導體表面或導電或絕緣表面之間仍然保持絕緣。還可以 包括其它類型的電池組電池結構。
電化學器件可具有第二嵌入導體121，從而選擇性地產生第一接觸101 與半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面之間的電接觸。在 此情況中，半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣表面必須在第一嵌 入導體120和第二嵌入導體121接觸半導體器件105的半導體表面或導電 或絕緣(例如封裝)表面的接觸點之間是選擇性絕緣的。
圖1B顯示了依據本發(fā)明的一個示例性實施方式的電化學器件的側視 圖。在該實施方式中，第一接觸101與電池組電池結構115相連。結合層 IIO與電池組電池結構115以及第一接觸101的一部分相連，第一接觸101 延伸超過結合層110。半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣表面與結 合層110相連。如圖所示，嵌入在結合層110內的是第一嵌入導體120。例 如，該第一嵌入導體120產生選擇性導電結合層。選擇性導電結合層IIO 允許在特定的點從電池結構115通過結合層110導電到半導體器件105的 半導體表面或導電或絕緣(例如封裝)表面，而使第一接觸101與半導體器件 105的半導體表面或導電或絕緣表面之間仍然保持絕緣。電化學器件可具有 第二嵌入導體121，從而選擇性地產生第一接觸101與半導體器件105的半 導體表面或導電或絕緣表面之間的電接觸。在此情況中，半導體器件105 的半導體表面或導電或絕緣表面必須在第一嵌入導體120和第二嵌入導體 121接觸半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面的接觸點之間是選擇性絕緣的?？梢圆煌姆绞綄⒌谝磺度雽w120和第二嵌入導體
121設置在結合層no內。例如，可以使用金屬垂片、金屬線、金屬條、金
屬絲、多根金屬線、多根金屬條、多根金屬絲、金屬線網、穿孔金屬箔、 穿孔金屬、施加在粘合劑層上的金屬涂層、金屬盤、金屬涂布的玻璃纖維
或它們的組合。在上述各例中，第一嵌入導體120和第二嵌入導體121都 能提供電池結構115和第一接觸101之間的導電，而結合層IIO提供第一 接觸101和半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣表面之間的絕緣。 在一些實施方式中，嵌入導體120和121可以編織在結合層110中。嵌入 導體120和121可以是例如嵌入在結合層110中的盤。在一些實施方式中， 可以在結合層110中形成狹縫，從而在結合層110中編織或設置嵌入導體 120和121。而且，例如，可以使用孔或其它方式在結合層110中設置嵌入 導體120和121。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，可以在結合層內設置加強層。例如， 玻璃纖維材料可以覆蓋結合層的一個表面的一半，編織在整個層中，然后 覆蓋結合層的另一半。這種沒有導電涂層的玻璃纖維層可以使設置在其間 的材料絕緣。玻璃纖維可以在局部區(qū)域涂覆導電材料。這種導電涂層可以 涂覆于結合層頂部和底部表面的玻璃纖維區(qū)域。在這種實施方式中，例如， 玻璃纖維可以在上接觸和電池之間進行傳導。可以采用噴墨、絲網印刷、 等離子體沉積、電子束沉積、噴涂和/或刷涂的方法，將導電材料置于玻璃 纖維上?？梢允褂貌ＡЮw維之外的其他材料，如Kevla,，塑料，玻璃或其 他絕緣材料。
本發(fā)明的另一個示例性實施方式通過結合層中的孔提供在第一接觸和 電池組電池結構之間的選擇性接觸。在這種實施方式中，結合層中的孔可 以允許第一接觸和電池組電池結構保持接觸。這些層可以例如擠壓在一起 形成接觸。或者，可以在結合層的孔中或孔附近區(qū)域施用導電膠或導電油 墨，在層之間構成接觸。還可以使用鋰。
嵌入導體120和121和/或第一接觸例如可以由金、鉑、不銹鋼、鈦、 釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅鋯、鈮、鉬、鉿、鉭、鎢、鋁、銦、錫、銀、 碳、青銅、黃銅、鈹、或它們的氧化物、氮化物、碳化物和合金制成。第一接觸可以是金屬箔，可以由不銹鋼或任何其它具有所需或合適的特征和 性質如所需的電導率的金屬性物質制成。金屬箔優(yōu)選包含可焊合金，例如 銅、鎳或錫的合金。第一接觸的厚度可以例如小于100微米，小于50微米，
或小于25微米。
電化學器件115可包括陰極、陽極和電解質。例如，陰極可包括LiCo02， 陽極可包括鋰，電解質可包括LIPON。按照需要，可以使用其它電化學器件。
電化學器件115可以多種方式與半導體器件105的半導體表面或導電 或絕緣封裝表面相連。在一個實施方式中，例如，可以使用膠水將電化學 器件與半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣表面相連。本申請中所 用的膠水范圍擴展到可將電化學器件115與半導體器件105的半導體表面 或導電或絕緣表面粘合在一起的任何材料。膠水可在兩層之間產生機械或 化學結合。膠水還可以包括在不引入其它材料或層情況下兩層的化學結合。 例如，膠水可包括但不限于膠泥和樹脂膠。膠水可以是導電性、半導體或 絕緣的。
在另一個示例性實施方式中，半導體器件105的半導體表面或導電或 絕緣(例如封裝)表面用作電池組的基板。提供半導體器件105的半導體表面 或導電或絕緣封裝表面，在該表面上沉積電化學器件115。還可以將電化學 器件115膠粘在半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面上。
在一個示例性實施方式中，將LiCo02陰極層沉積在半導體器件105的 半導體表面或導電或絕緣表面上。在本領域中已經知道多種沉積技術，它 們包括但不限于反應性或非反應性RF磁控濺射、反應性或非反應性脈沖DC 磁控濺射、反應性或非反應性DC二極管濺射、反應性或非反應性熱(電阻)蒸 發(fā)、反應性或非反應性電子束蒸發(fā)、離子束輔助沉積、等離子體增強化學氣相 沉積，或包括例如旋涂、噴墨、熱噴涂沉積、浸涂等的沉積方法。作為制造方 法的一部分，例如，可以使用熱退火對陰極進行退火，例如在較低的溫度下退 火，在較高的溫度下退火，或使用對流式加熱爐或快速熱退火法。另一種或另 選的沉積后退火方法可包括激光退火以提高LiCo02層的結晶度，以調整和優(yōu) 化該層的化學性質，例如其電化學電位、能量、發(fā)電性能、電化學循環(huán)和 熱循環(huán)的可逆晶格參數。在沉積陰極層后，可以在陰極上沉積電解質，然后沉積陽極。同樣， 可以本領域中公知的任何方法沉積這些層。在一個具體的實施方式中，一 旦在半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣表面上沉積了電化學器件
115后，就可以在電化學器件和第一電接觸101之間設置結合層110。在圖 1A所示的此具體實施方式
中，金屬包封層101也可以是第一接觸。在另一 個具體實施方式
中， 一旦在第一電接觸101上沉積了電化學器件115之后， 就可以在電化學器件115和半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣表 面之間設置結合層110。在圖1B所示的此具體實施方式
中，金屬包封層101 也可以是第一接觸。如上所述，第一接觸可以是金屬箔，例如，可以由不 銹鋼或任何其它具有所需的特征和性質如所需的電導率的金屬性物質制 成。金屬箔優(yōu)選包括可焊合金，例如銅、鎳或錫的合金。第一接觸的厚度 例如可以小于100微米，小于50微米，或小于25微米。
結合層IIO可包括例如粘合劑材料、絕緣材料、聚合物材料、玻璃、 Kevla,、加強材料和玻璃纖維。嵌入導體120和121可包括例如垂片、金 屬線、金屬條、金屬絲、多根金屬線、多根金屬條、多根金屬絲、金屬線 網、穿孔金屬、施加在粘合劑層上的金屬涂層、以及盤。
圖2顯示了位于芯片上的薄膜電池組的第二實施方式。在此實施方式 中，電池組可包括半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面， 沉積在半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面上的陰極層 145，電解質150，陽極165，調制層160，包封155，陽極集電器170和絕 緣體175。例如，陰極145可包含LiCo02，陽極160可包含鋰，電解質150 可包含LIPON。按照需要，也可使用其它電化學器件。包封155可包括多 個交替的氮化鋯和鋯或氮化鈦和鈦層形成的陶瓷-金屬復合疊層結構。
可包括陰極145、電解質150和陽極155的電化學器件可以多種方式 與半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面相連。在一個實施 方式中，例如，可以使用膠水將電化學器件與半導體器件105的基本導電 的、半導體表面或導電封裝表面相連。本申請中所用的膠水范圍擴展到可 將電化學器件的部件與半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表 面粘合在一起的任何材料。膠水可在兩層之間產生機械或化學結合。膠水還可以包括在不引入其它材料或層情況下兩層之間的化學結合。膠水可以 是導電的，從而將半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面用 作集電器。例如，膠水可包括但不限于導電的膠泥和樹脂膠。
陰極145還可直接沉積在半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣 封裝表面上。在一個具體實施方式
中，在半導體器件105的半導體表面或 導電或絕緣封裝表面上沉積LiCo02陰極層。在本領域中已經知道多種沉積 技術，它們包括但不限于反應性或非反應性RF磁控濺射、反應性或非反應性 脈沖DC磁控濺射、反應性或非反應性DC二極管濺射、反應性或非反應性熱(電 阻)蒸發(fā)、反應性或非反應性電子束蒸發(fā)、離子束輔助沉積、等離子體增強化 學氣相沉積，或包括例如旋涂、噴墨、熱噴涂沉積、浸涂等的沉積方法。作為 制造方法的一部分，例如，可以使用沉積后激光退火以提高陰極層145的結晶 度，以調整和優(yōu)化該層的化學性質，例如其電化學電位、能量、發(fā)電性能、 電化學循環(huán)和熱循環(huán)的可逆晶格參數。2006年11月7日提交的美國專利申 請序列第11/557,383號中揭示了用于沉積LiCo02的方法的例子，該專利申 請的全部內容通過參考結合于此。
在上述實施方式中，半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面 可以是任何集成電路的一部分，可以包括存儲器、處理器或其它邏輯電路。
本發(fā)明的另一個實施方式包括沉積在柔性印刷電路板上的電池組，包 括，例如第一電接觸；與第一電接觸相連并具有嵌入導體的結合層；至 少一個電池組電池結構；柔性印刷電路板。結合層和至少一個電池組電池 結構可以夾在第一接觸層和柔性印刷電路板之間。結合層可以通過嵌入導 體選擇性地導電。電池組電池結構還可通過嵌入導體與第一電接觸發(fā)生選 擇性電接觸。
圖3A顯示了依據本發(fā)明的另一個實施方式的電化學器件的側視圖。 在該實施方式中，第一接觸301與結合層310相連，第一接觸301的一部 分延伸超過結合層310。結合層310可以例如與電池結構315結合。將柔性 印刷電路板設置在電池組電池結構315之下。如圖所示，嵌入結合層310 中的是第一嵌入導體320。例如，該第一嵌入導體320產生選擇性導電結合 層。選擇性導電結合層310允許在特定點從電池結構315通過結合層310導電到第一接觸301，而使第一接觸301與柔性電路板305之間仍然保持 絕緣。如圖所示，嵌入結合層310中的是第二嵌入導體321。例如，該第二 導體進一步產生選擇性導電結合層。該進一步的選擇性導電結合層310允 許在特定點從柔性印刷電路板305通過結合層310導電到第一接觸301， 而使第一接觸301與柔性印刷電路板305之間仍然保持絕緣。還可以包括 其它類型的電池組電池結構。
圖3B顯示了依據本發(fā)明的一個示例性實施方式的電化學器件的側視 圖。在該實施方式中，第一接觸301與電池組電池結構315相連。結合層 310與電池組電池結構315和延伸超過結合層310的第一接觸301的一部分 相連。柔性印刷電路板305與結合層310相連。如圖所示，嵌入結合層310 中的是第一嵌入導體320。例如，該第一嵌入導體320產生選擇性導電結 合層。選擇性導電結合層310允許在特定點從電池結構315通過結合層310 導電到柔性印刷電路板，而使第一接觸301與柔性印刷電路板305之間仍 然保持絕緣。該電化學器件可具有第二嵌入導體321，其選擇性地產生第 一接觸301和柔性印刷電路板305之間的電接觸。在此情況中，柔性印刷 電路板305必須在第一嵌入導體320和第二嵌入導體321接觸柔性印刷電 路板305的接觸點之間選擇性地絕緣。
圖3C是與柔性電路板305集成的示例性電化學器件的俯視圖，例如圖 3A和3B中描述的示例性器件。如圖3C所示，在電路板305的表面上形 成導電跡線330、 331。其它類型的導電表面，例如接觸墊片、配線、裸露 的導電通路等或它們的組合也可以設置在電路板表面上以接受電化學器 件。在該平面圖中，顯示第一嵌入導體320通過結合層310，與導電跡線 330電接觸，而第二嵌入導體321如圖所示通過結合層310,與導電跡線331 電接觸。應理解，對于包括半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表 面的例子，例如圖1A和1B所示的而言，可以實現類似的設置。
柔性電路板305可包括例如多級電路板層，它們可以具有或不具有跡 線、單面或雙面、半剛性、膜和/或聚酰亞胺膜。
可以不同方式在結合層310中設置嵌入導體320和321。例如，可以 使用金屬垂片、金屬線、金屬條、金屬絲、多根金屬線、多根金屬條、多根金屬絲、金屬線網、穿孔金屬箔、穿孔金屬、施加在粘合劑層上的金屬 涂層、金屬盤、金屬涂布的玻璃纖維或它們的組合。在上述各例中，第一
嵌入導體320能提供電池結構315和第一接觸301或柔性印刷電路板305 之間的選擇性導電，而仍然保持電池組電池結構315和第一接觸301或柔 性印刷電路板305之間的絕緣。此外在各實施例中，第二嵌入導體321能 提供第一接觸301和柔性印刷電路板305之間的選擇性導電，而仍然提供 第一接觸301和柔性印刷電路板305之間的絕緣。在一些實施方式中，第 一嵌入導體320可以編織在結合層310中。第一嵌入導體320可以是例如 嵌入在結合層310中的盤。在一些實施方式中，可以在結合層310中形成 狹縫，從而在結合層310中編織或設置第一嵌入導體320。而且，例如，可 以使用孔或其它方式在結合層310中設置第一嵌入導體320。在一些實施方 式中，第二嵌入導體321可以編織在結合層310中。第二嵌入導體321可 以是例如嵌入在結合層310中的盤。在一些實施方式中，可以在結合層310 中形成狹縫，從而在結合層310中編織或設置第二嵌入導體321。而且，例 如，可以使用孔或其它方式在結合層310中設置第二嵌入導體321。
電化學器件315可包括陰極、陽極和電解質。例如，陰極可包括LiCo02， 陽極可包括鋰，電解質可包括LIPON。按照需要，可以使用其它電化學器件。
電化學器件315可以多種方式與柔性印刷電路板305相連。在一個實 施方式中，例如，可以使用膠水將電化學器件315與柔性印刷電路板305 相連。本申請中所用的膠水范圍擴展到可將電化學器件315與柔性印刷電 路板305粘合在一起的任何材料。膠水可在兩層之間產生機械或化學結合。 膠水還可以包括在不引入其它材料或層情況下兩層之間的化學結合。例如， 膠水可包括但不限于膠泥和樹脂膠。膠水可以是導電性、半導體或絕緣的。
電化學器件315可以多種方式與第一電接觸301相連。在一個實施方 式中，例如，可以使用膠水將電化學器件315與第一電接觸301相連。本 申請中所用的膠水范圍擴展到可將電化學器件315與第一電接觸301粘合 在一起的任何材料。膠水可在兩層之間產生機械或化學結合。膠水還可以 包括在不引入其它材料或層情況下兩層之間的化學結合。例如，膠水可包 括但不限于膠泥和樹脂膠。膠水可以是導電性、半導體或絕緣的。在另一個實施方式中，柔性印刷電路板305用作電池組的基板，電池
組可以沉積在電路板上。
在另一個實施方式中，第一電接觸301用作電池組的基板，電池組可 以沉積在第一電接觸上。
在另一個實施方式中，柔性印刷電路板305用作電池組的包封。 在另一個實施方式中，第一電接觸301用作電池組的包封。 在圖4A所示的另一個示例性實施方式中，在半導體器件的半導體表面 或導電或絕緣表面上設置薄膜電池組，在它們之間設置阻擋層。圖4A中與 圖1A所示相似的元件用相同的附圖標記表示。在該實施方式中，第一接觸 101與結合層110相連，第一接觸101的一部分延伸超過結合層110。結合 層IIO可以例如與電池結構115結合。具有阻擋層107的半導體器件105A 的半導體表面或導電或絕緣(例如封裝)表面設置在電池組電池結構115之下。
在該實施方式中，阻擋層107可包括例如氮化鈦。阻擋層107還可以 包括半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面。導電表面可包 括例如導電接觸墊片、導電線路、導電通路(via)或形成在器件表面上的其 它導電層。導電表面還可以與絕緣表面一起形成，例如在半導體器件的封 裝表面上形成導電表面。半導體器件105的絕緣表面可以是例如半導體器 件的絕緣封裝表面或半導體器件的上絕緣表面。如圖所示，嵌入結合層110 中的是導體120。例如，該導體120產生選擇性導電結合層。選擇性導電結 合層IIO允許在特定點從電池結構115通過結合層IIO導電到第一接觸 101，而仍然保持第一接觸101與阻擋層107之間的絕緣。還可以包括其它 類型的電池組電池結構。
可以多種方式使電化學器件115與半導體器件105的半導體表面或導 電或絕緣(例如封裝)表面和阻擋層107相連。在一個實施方式中，例如，可 以使用膠水使電化學器件與阻擋層相連。本申請中所用的膠水范圍擴展到 可將電化學器件115粘合到阻擋層107上的任何材料。膠水可在兩層之間 產生機械或化學結合。膠水還可以包括在不引入其它材料或層情況下兩層 之間的化學結合。例如，膠水可包括但不限于膠泥和樹脂膠。膠水可以是導電性、半導體或絕緣的。
在另一個示例性實施方式中，半導體器件105的半導體表面或導電或 絕緣封裝表面用作電池組的基板。提供半導體器件105的半導體表面或導 電或絕緣封裝表面，在該表面上沉積阻擋層107。還可以將阻擋層107膠粘 到半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面上。一旦阻擋層107 和基板105制備完成后，可以將電化學器件115直接沉積在阻擋層107上。
在一個示例性實施方式中，通過上述方法將LiCo02陰極層沉積在阻擋 層107上。
在圖4B所示的另一個示例性實施方式中，將薄膜電池組設置在柔性電 路板上。圖4B中與上述圖3A所示類似的元件用相同的附圖標記表示。在 該實施方式中，第一接觸301與結合層310相連，第一接觸301的一部分 延伸超過結合層310。結合層310可以例如與電池結構315結合。將如上所 述的柔性印刷電路板305和阻擋層307設置在電池組電池結構315之下。 在該實施方式中，阻擋層307可例如包括氮化鈦。如圖所示，嵌入結合層 310中的是導體320。例如，該導體320產生選擇性導電結合層。選擇性導 電結合層310允許在特定點從電池結構315通過結合層310導電到第一接 觸301，而仍然保持第一接觸301與阻擋層307之間絕緣。導體320可如 上所述設置在結合層310中。在各實施例中，導體320可提供電池結構315 和第一接觸301之間的導電，而仍然保持第一接觸301和阻擋層307之間 的絕緣。
可以多種方式使電化學器件315與半導體器件305的半導體表面或導 電或絕緣封裝表面和阻擋層307相連。在一個實施方式中，例如，可以使 用膠水使電化學器件與阻擋層相連。本申請中所用的膠水范圍擴展到可將 電化學器件315粘合到阻擋層307上的任何材料。膠水可在兩層之間產生 機械或化學結合。膠水還可以包括在不引入其它材料或層情況下兩層之間 的化學結合。例如，膠水可包括但不限于膠泥和樹脂膠。膠水可以是導電 性、半導體或絕緣的。
在另一個實施方式中，柔性印刷電路板305用作電池組的基板，可以 在該電路板上沉積阻擋層307。還可以將阻擋層307膠粘到柔性印刷電路板305上。 一旦阻擋層107和印刷電路板305制備完成后，可以將電化學器件 315直接沉積在阻擋層307上。
雖然圖4A和4B僅僅分別顯示了一個導體120、 320，但是應理解示例 性實施方式還包括至少一個第二導體，例如圖1A和3A中分別顯示的121、 321。此外，第一接觸IOI、 301與下面的半導體器件的半導體表面、導電 或絕緣表面或柔性電路板之間的電連接可通過導體121、 321通過結合和/ 或阻擋層實現。
上述示例性實施方式還可包括堆疊在半導體器件的半導體表面或導電 或絕緣(例如封裝)表面上的多個電化學器件。
上述示例性實施方式還可包括堆疊在第一電接觸301上的多個電化學 器件。
本發(fā)明的示例性實施方式提供包封電化學器件的化學和機械敏感層的 另一種方案，這種方案與使用金箔的現有包封方案相比成本降低。上述示 例性實施方式還避免了其它現有方案中由于溫度變化導致包封電化學器件 的金屬和塑料袋內的氣體膨漲和/或收縮引起的金屬和塑料袋密封條爆裂的 問題。
文中所述的示例性實施方式還提供直接制造在半導體器件如集成電路 上的可再充電二次電池組。這類電池組在電路切斷時提供電力，在電力重 啟時快速且簡便地再充電。應急電路可以受益于這種電池組提供的局部供 電。示例性實施方式還提供不那么昂貴且更可靠的包封方法，以及提供導 電接觸的更好的方法，包括比已知的包封方法明顯更薄的包封。示例性實 施方式還提供在其上連接有薄膜柔性電池組的柔性集成電路和/或柔性印刷 電路板。
盡管上 述實施例描述了設置在結合層的開口(例如狹縫)中的導電材料， 但是應理解可以通過許多方法提供電池組電池結構115、 315與第一電接觸 101、 301之間的電接觸。例如，在粘合劑形成的結合層110、 310中嵌入導 電粉末可提供電池結構115、 315與第一接觸101、 301之間的導電。例如， 可以在粘合劑結合層110、310中位于接觸10K301和電池組電池結構115、 315之間的一個或多個選擇區(qū)域嵌入金屬粉末(例如鎳粉)之類的導電粉末。本領域技術人員意識到可以在粘合劑中摻入其它導電材料用于選擇性導 電，例如導電球、鐵心(slugs)、金屬絲網等。使電池組電池結構115、 315 和第一接觸101、 301之間實現導電同時又保持接觸和電池組電池結構之間
絕緣的方法不應認為限制于所解釋的實施例。
同樣適用于電池組電池結構115、 135與半導體器件105的半導體表面 或導電或絕緣封裝表面或柔性印刷電路板305之間的電接觸。同樣適用于 第一接觸101、 301與半導體器件105的半導體表面或導電或絕緣封裝表面 或柔性印刷電路板305之間的電接觸。
另外，應理解電化學器件可包括位于半導體器件的半導體表面、導電 或絕緣表面或柔性印刷電路板上的分立器件(例如，被自身的基板和自身的 包封物全封裝的)。例如，在集成到半導體器件的半導體表面或導電或絕緣 表面上或集成到柔性印刷電路板之中或之上之前，可以將電化學器件作為 分立器件制造，然后與其基板和包封物一起整合為整體。
上述實施方式僅僅是示例性的。本領域技術人員可以認識到文中具體描述 的實施方式的變化形式，它們旨在落在本發(fā)明的范圍內。這樣，本發(fā)明僅僅由 所附權利要求限定。因此，本發(fā)明旨在覆蓋所述內容的修改，只要它們落在所 附權利要求及其等同項的范圍內。
權利要求
1. 一種包括電池組的集成電路，其包括第一電接觸；與所述第一電接觸相連且包括至少一個嵌入導體的結合層；通過所述至少一個嵌入導體與所述第一電接觸選擇性電接觸的至少一個電池組電池結構；和半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面；其中，所述結合層和所述至少一個電池組電池結構夾在所述第一接觸層與所述半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表面之間。
2. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，還包括所述第一電接 觸通過至少一個嵌入導體與半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表 面選擇性電接觸。
3. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述第一電接觸還包 括包封金屬。
4. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述半導體器件的半 導體表面或導電或絕緣封裝表面用作所述至少一個電池組電池結構的包 封。
5. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述結合層包含選自 下組的材料粘合劑材料、絕緣材料、塑料、玻璃、Kevlar⑧、加強材料和 玻璃纖維。
6. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述嵌入導體選自下 組垂片、金屬線、金屬條、金屬絲、多根金屬線、多根金屬條、多根金 屬絲、金屬線網、穿孔金屬、施加在粘合劑層上的金屬涂層、以及盤。
7. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述導體編織在所述 結合層中。
8. 如權利要求7所述的集成電路，其特征在于，所述結合層包括其中 編織有所述嵌入導體的狹縫。
9. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述第一接觸包含選自下組的材料金、鉑、不銹鋼、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、 鋯、鋁、銦、鎳、銅、銀、碳、青銅、黃銅、鈹、以及它們的氧化物、氮 化物、碳化物和合金。
10. 如權利要求l所述的集成電路，其特征在于，所述電池組電池結構 至少包括陽極；電解質；和 陰極。
11. 如權利要求IO所述的集成電路，其特征在于，所述陰極是經過退 火的。
12. 如權利要求IO所述的集成電路，其特征在于，所述陰極是結晶的。
13. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述第一接觸用作所 述電池組電池結構的正端。
14. 如權利要求l所述的集成電路，其特征在于，所述第一接觸用作所 述電池組電池結構的負端。
15. 如權利要求l所述的集成電路，其特征在于，還包括位于所述電池 組電池結構和所述半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表面之間的阻擋 層。
16. 如權利要求l所述的集成電路，其特征在于，所述第一接觸包括金 屬箔。
17. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，還包括多個依次堆疊 的電池組電池結構，其中至少一個金屬箔包封各電池組電池結構。
18. 如權利要求l所述的集成電路，其特征在于，所述第一接觸的一部 分涂布了絕緣材料。
19. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述電池組電池結構 還包括夾在所述電池組電池結構和所述第一電接觸之間的基板。
20. 如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，還包括夾在所述結合 層和所述第一電接觸之間的包封。
21. —種包括電池組的集成電路，其包括具有表面的半導體器件；與所述半導體器件的所述表面相連的結合層，所述結合層包括至少一 個嵌入導體；通過所述至少一個嵌入導體與所述半導體器件的所述表面選擇性電接觸的至少一個電池組電池結構；和 第一電接觸；其中，所述結合層和所述至少一個電池組電池結構夾在所述半導體器 件的所述表面和所述第一接觸層之間。
22. 如權利要求21所述的集成電路器件，其特征在于，所述半導體器 件的所述表面選自半導體表面、導電表面和絕緣封裝表面。
23. 如權利要求21所述的集成電路，其特征在于，還包括所述半導體 器件的所述表面通過所述至少一個嵌入導體與所述第一電接觸選擇性電接 觸。
24. 如權利要求21所述的集成電路，其特征在于，還包括位于所述電 池組電池結構和所述第 一 電接觸之間的阻擋層。
25. 如權利要求21所述的集成電路，其特征在于，所述電池組電池結 構還包括夾在所述電池組電池結構和所述第一電接觸之間的基板。
26. 如權利要求21所述的集成電路，其特征在于，還包括夾在所述結 合層和所述半導體器件的所述表面之間的包封。
27. —種在半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表面上制造電池組 的方法，其包括形成選擇性導電結合層； 將所述結合層與第一接觸層相連；將電池組電池結構的第一側與半導體器件的半導體表面或導電或絕緣 表面相連；和將所述電池組電池結構的第二側與所述結合層相連。
28. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述將電池組電池結構 的第一側與半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表面相連的步驟包括將電池組電池結構的第一側和半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表面膠粘。
29. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括在所述半導體器 件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面上沉積陰極。
30. 如權利要求29所述的方法，其特征在于，還包括用激光使所述陰 極結晶。
31. 如權利要求29所述的方法，其特征在于，還包括通過快速熱退火 對所述陰極進行退火。
32. —種在第一電接觸上制造電池組的方法，其包括 形成選擇性導電結合層；將所述結合層與半導體器件的表面相連； 將電池組電池結構的第一側與第一電接觸相連；和將所述電池組電池結構的第二側與所述結合層相連。
33. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，還包括從下組中選擇半 導體器件的表面半導體表面、導電表面和絕緣表面。
34. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，所述將電池組電池結構 的第一側與第一電接觸相連的步驟包括將電池組電池結構的第一側和第一電接觸膠粘。
35. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，還包括制造夾在所述電 池組電池結構的第 一 側和第 一 電接觸之間的基板。
36. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，還包括制造夾在所述結 合層和所述半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表面之間的包封。
37. —種位于柔性印刷電路板上的電池組，其包括 第一電接觸；與所述第一電接觸相連且包括至少一個嵌入導體的結合層； 通過所述至少一個嵌入導體與所述第一電接觸選擇性電接觸的至少一 個電池組電池結構；和 柔性印刷電路板；其中，所述結合層和所述至少一個電池組電池結構夾在所述第一接觸 層和所述柔性印刷電路板之間。
38. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，還包括所述第一電接觸通過至少一個嵌入導體與柔性印刷電路板選擇 性電接觸。
39. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述柔性印刷電路板選自下組具有或不具有跡線的多級電路板層， 單側印刷電路板，雙側印刷電路板和半剛性印刷電路板。
40. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述柔性印刷電路板包括聚酰亞胺膜。
41. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述第 一 電接觸還包括包封金屬。
42. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述結合層包含選自下組的材料粘合劑材料、絕緣材料、塑料、玻 璃、Kevlar⑧、加強材料和玻璃纖維。
43. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述導體選自下組垂片、金屬線、金屬條、金屬絲、多根金屬線、 多根金屬條、多根金屬絲、金屬線網、穿孔金屬、施加在粘合劑層上的金 屬涂層、以及盤。
44. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述導體編織在所述結合層中。
45. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述結合層包括其中編織有所述嵌入導體的狹縫。
46. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述第一接觸包含選自下組的材料金、鉑、不銹鋼、鈦、釩、鉻、 錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋯、鋁、銦、鎳、銅、銀、碳、青銅、黃銅、鈹、 以及它們的氧化物、氮化物、碳化物和合金。
47. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述電池組電池結構至少包括陽極；電解質；和陰極。
48. 如權利要求47所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述陰極是經過退火的。
49. 如權利要求47所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述陰極是結晶的。
50. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，還包括位于所述電池組電池結構與所述半導體器件的半導體表面或導 電或絕緣表面之間的阻擋層。
51. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述第一接觸包括金屬箔。
52. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，還包括多個依次堆疊的電池組電池結構，其中至少一個金屬箔包封各 電池組電池結構。
53. 如權利要求37所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，所述第一接觸的一部分涂布了絕緣材料。
54. —種位于柔性印刷電路板上的電池組，其包括 柔性印刷電路板；與所述柔性印刷電路板相連且包括至少一個嵌入導體的結合層； 通過所述至少一個嵌入導體與所述柔性印刷電路板選擇性電接觸的至 少一個電池組電池結構；和 第一電接觸；其中，所述結合層和所述至少一個電池組電池結構夾在所述柔性印刷 電路板和所述第一接觸層之間。
55. 如權利要求54所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，包括所述柔性印刷電路板通過至少一個嵌入導體與第一電接觸選擇性 電接觸。
56. 如權利要求54所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，還包括位于所述電池組電池結構和所述第一電接觸之間的阻擋層。
57. 如權利要求54所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在于，所述電池組電池結構還包括夾在所述電池組電池結構和所述第一電接 觸之間的基板。
58. 如權利要求54所述的位于柔性印刷電路板上的電池組，其特征在 于，還包括夾在所述結合層和所述柔性印刷電路板之間的包封。
59. —種在柔性印刷電路板上制造電池組的方法，其包括 形成選擇性導電結合層； 將所述結合層與第一接觸層相連；將電池組電池結構的第一側與柔性印刷電路板相連；和將所述電池組電池結構的第二側與所述結合層相連。
60. 如權利要求59所述的方法，其特征在于，所述將電池組電池結構 的第一側與柔性印刷電路板相連的步驟包括將電池組電池結構的第一側和 柔性印刷電路板膠粘。
61. 如權利要求59所述的方法，其特征在于，還包括在所述柔性印刷 電路板上沉積陰極。
62. 如權利要求61所述的方法，其特征在于，還包括用激光使所述陰 極結晶。
63. 如權利要求61所述的方法，其特征在于，還包括通過快速熱退火使所述陰極退火。
64. —種在柔性印刷電路板上制造電池組的方法，其包括形成選擇性導電結合層；將所述結合層與柔性印刷電路板相連； 將電池組電池結構的第一側與第一電接觸相連；和將所述電池組電池結構的第二側與所述結合層相連。
65. 如權利要求64所述的方法，其特征在于，所述將電池組電池結構的第一側與第一電接觸相連的步驟包括將電池組電池結構的第一側和第一 電接觸膠粘。
66. 如權利要求64所述的方法，其特征在于，還包括制造夾在所述電 池組電池結構的第一側和所述第一電接觸之間的基板。
67. 如權利要求64所述的方法，其特征在于，還包括制造夾在所述結合層和所述半導體器件的半導體表面或導電或絕緣表面之間的包封。
68. —種設備，其包含包括電池組的集成電路，所述包括電池組的集 成電路選自包括如權利要求1和21所述的電池組的集成電路。
69. 如權利要求68所述的設備，其特征在于，所述設備選自計算機、 蜂窩電話、計算器、器具、儲存器、相機、智能卡、識別標簽、計算機外 圍硬件。
70. —種包括位于柔性印刷電路板上的電池組的設備，所述位于柔性印 刷電路板上的電池組選自如權利要求37和54所述的位于柔性印刷電路板 上的電池組。
71. 如權利要求70所述的設備，其特征在于，所述設備選自計算機、 蜂窩電話、計算器、器具、儲存器、相機、智能卡、識別標簽、計算機外 圍硬件。
全文摘要
本發(fā)明涉及位于半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面上的柔性薄膜電池組，以及構建這種電池組的方法?？梢詫㈦娀瘜W器件膠粘到半導體器件的半導體表面或導電或絕緣封裝表面上或者直接沉積在其上。本發(fā)明還涉及位于柔性印刷電路板上的柔性薄膜電池組，所述電化學器件也可以膠粘或沉積到柔性印刷電路板上。
文檔編號H01M2/22GK101443937SQ200780016760
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月14日 優(yōu)先權日2006年5月12日
發(fā)明者B·J·紐德克爾, P·C·布蘭特納, R·R·約翰遜, S·W·辛德爾, T·J·布拉多 申請人:無窮動力解決方案股份有限公司