專利名稱：用于固態(tài)微電池光刻制造、切單和鈍化的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及固態(tài)能量存儲器件領域，更具體地涉及用來制造固態(tài)電池和切單該器件(主要是相互分離，同時可選地留下對周圍廢棄基板的少量連接，或者完全分離該器件) 以及在該電池器件例如具有LiPON電解質的鋰電池器件周圍創(chuàng)建鈍化的方法和設備，其中該電池器件可選地還包括作為鈍化和保護阻擋層的LiPON，和得到的電池單元、器件和/或電池。
背景技術：
電子設備已經(jīng)集成在許多便攜裝置中，如計算機、移動電話、跟蹤系統(tǒng)、掃描儀等。 這種便攜裝置的一個缺點是需要包括隨同該裝置的電源。便攜裝置典型地使用電池作為電源。電池必須具有足夠的容量，以為該裝置供電至少持續(xù)該裝置處于使用中的時間長度。足夠的電池容量會導致該電源十分重和/或相比該裝置的其余部分更大。因此，期望具有足夠能量儲備的更小且更輕的電池(即，電源)。其它能量存儲器件，如超級電容器，和能量轉化器件，如光伏和燃料電池，是用作便攜電子設備和非便攜電子器械中的電源的電池的選擇方案。常規(guī)電池的另一個缺點是如下事實其中一些是由潛在的有毒材料制造的，這些材料可能會泄露且受制于政府的管制。因此，期望提供一種電子電源，其在許多次充電/放電壽命周期期間可充電、安全且是固態(tài)的。一種類型的能量存儲器件是固態(tài)薄膜電池。在美國專利No. 5，314，765、 No. 5，338，625、No. 5，445，906、No. 5，512，147、No. 5，561，004、No. 5，567，210、 No. 5，569，520、No. 5，597，660、No. 5，612，152、No. 5，654，084 和 No. 5，705，293 中描述了薄膜電池的實例，它們每個都作為參考包含在這里。美國專利No. 5，538，625描述了一種薄膜電池，尤其是一種薄膜微電池，以及使這種電池用作電子器件的備選或首選集成電源的方法。美國專利No. 5，445，906描述了一種用來制造利用多個沉積臺的方法形成的薄膜電池結構的方法和系統(tǒng)，其中當基板自動地移動通過該臺時，在沉積臺處在網(wǎng)狀基板上順序地建立薄電池部件膜。由 Mark L. Jenson 和 Jody J. Klaassen 在 2004 年 10 月 19 日出版的美國專利 No. 6，805，998(其通過參考結合在這里)，且轉讓給本發(fā)明的受讓人，其描述了一種用于將薄膜鋰電池沉積到移動過一系列沉積臺的聚合物網(wǎng)上的高速低溫方法。標題為“LITHIUM/AIR BATTERIES WITH LIPON AS SEPARATOR AND PROTECTIVE BARRIER AND METHOD”(通過參考將其結合在這里)的美國專利申請10/895，445描述了一種用于制備鋰電池的方法，包括通過真空濺射沉積500人的鉻之后沉積5000人的銅，通過在氧化硅的電絕緣層上沉積鉻粘接層而在導電基板(例如，金屬如銅或鋁)上沉積LiPON。 在一些實施例中，隨后通過在氮氣中低壓(< IOmtorr =濺射沉積正磷酸鋰(Li3PO4)從而形成LiPON(氮氧化鋰磷)薄膜。在Li-空氣電池單元的一些實施例中，在銅陽極接觸上方沉積LiPON至2. 5微米厚，并且在碳酸丙烯(propylene carbonate) /LiPF6電解液中穿過 LiPON層通過電鍍將鋰金屬層形成到銅陽極接觸上。在一些實施例中，空氣陰極是使用碳酸丙烯/LiPF6有機電解液浸泡的碳粉/聚氟代丙烯酸酯-結合劑涂層(Novec-1700)。在其它實施例中，沉積具有碳顆粒的陰極接觸層，使得大氣氧能用作陰極反應物。該結構需要提供空氣接觸基本整個陰極表面，限制了致密地疊置用于較高電容量(即安培-小時)的層的能力。美國專利申請公開No. 20070067984描述了一種用于制造鋰微電池的方法，其中包含鋰化的化合物的電解質是通過在提供有集電器和陰極的基板上連續(xù)沉積電解質薄膜、 關于鋰化學惰性的第一保護薄膜、以及第一掩蔽薄膜形成的。如那里的段落W033]所述的，“目前，對氧、氮和水很敏感的、構成包含鋰化的化合物的鋰微電池的元素不能用實現(xiàn)制造集電器加和2b以及陰極3的技術、尤其是通過光刻和蝕刻的技術形成”。需要一種制造可再充電的、具有提高的可制造性、密度和可靠性，和低成本的鋰基電池。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種制造薄膜鋰電池的方法，包括將陰極集電器、陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電極的電解質層應用到基板上，其中至少一層包含鋰化的化合物。 在該方法中，通過光刻操作至少部分圖案化含有鋰化的化合物的至少一層的結構，該光刻操作包括通過包含濕法化學處理的工藝從含有鋰化的化合物的層去除光刻膠材料。與現(xiàn)有技術的教導相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以利用使用濕法化學處理的光刻操作制備薄膜鋰電池。相比現(xiàn)有技術的制造技術，如這里描述的方法減少了步驟數(shù)并使用復雜程度降低的設備，提供了這些器件的有效且經(jīng)濟的制造。由此，可以優(yōu)選進行制造薄膜鋰電池的本工藝，除了可以利用濕法化學處理去除的光刻掩模材料之外，沒有利用額外的保護層。另一方面，本發(fā)明包括制造鋰電池的方法和設備，提供第一片材，其包括具有陰極材料的基板、陽極集電極、任意的陽極材料和隔開陰極材料與陽極集電極的LiPON阻擋/電解質層；激光燒蝕或在第一材料的子部分上進行一個或多個材料去除操作，以從第一片材分離多個電池單元。在一些實施例中，該方法進一步包括在該片材上沉積第二材料以覆蓋多個電池單元；和在第二材料的子部分上進行一個或多個材料去除操作，以從第一片材分離多個電池單元。一個或多個材料去除操作可以是激光燒蝕或進行一個或多個光刻操作， 或它們的組合。


圖IA是用來制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的部分制造的層狀結構100A 的示意截面圖。圖IB是用來制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的層狀結構100B的示意截面圖。圖2A是用來制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的燒蝕的層狀結構200A的示意截面圖。圖2B是用來制造本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的燒蝕的層狀結構200B的示意截面圖。圖3A是本發(fā)明一些實施例的燒蝕和填充的固態(tài)電池單元在步驟300A的示意截面圖。圖;3B是用來制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的燒蝕和填充了的固態(tài)電池單元在步驟300B的示意截面圖。圖4A是本發(fā)明一些實施例的再燒蝕的固態(tài)電池單元400A的示意截面圖。圖4B是本發(fā)明的一些實施例的再燒蝕的固態(tài)電池單元400B的示意截面圖。圖5是本發(fā)明一些實施例的再燒蝕的固態(tài)電池單元500的自頂向下的示意圖。圖6是用來制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的部分制造的層狀結構600的示意截面圖。圖7是用來制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的燒蝕的層狀結構700的示意截面圖。圖8是本發(fā)明一些實施例的燒蝕和填充的固態(tài)電池單元在步驟800的示意截面圖。在一些實施例中，填充材料810是金屬，例如銅或鋁等。圖9是本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元在步驟900的示意截面圖。在一些實施例中，填充材料810在溝道812中被燒蝕，留下一薄層材料810。在一些實施例中，基板移回到激光燒蝕系統(tǒng)或劃片機中，用于接觸定義和電池單元分離。在一些實施例中，激光束或劃片鋸燒蝕穿過鈍化材料層直到每個電池單元頂部的接觸(圖9)。在接觸定義之后，將激光設定在原始燒蝕切口寬度的百分比(小于百分之百)。光束燒蝕穿過鈍化材料，并穿過除了拐角中很小的支撐片1017之外的基板，以及每個電池單元邊的開口中心(圖10)。圖10是本發(fā)明的一些實施例的固態(tài)電池單元在步驟1000的示意截面圖。在一些實施例中，通過燒蝕后操作，使電池單元保留在基板中。最后，電池單元的分離是通過拾取和放置系統(tǒng)在單個電池單元上的向上或向下的力實現(xiàn)的。圖11是覆蓋電池單元工藝之后本發(fā)明的一些實施例的固態(tài)電池單元在步驟1100 的示意截面圖。在通過電池單元的頂部可接觸兩個接觸的電池單元中；除了燒蝕限定之外， 該工藝與上面描述的工藝相同。圖12是固態(tài)電池單元在步驟1200的示意截面圖，示出了通過燒蝕限定的電池單元和頂部側接觸。圖13是示出涂覆了第一鈍化層的固態(tài)電池單元在步驟1300的示意截面圖。圖14是示出燒蝕第一層鈍化材料以均勻覆蓋該電池單元的固態(tài)電池單元在步驟 1400的示意截面圖。圖15是示出涂覆了附加鈍化材料(金屬)層的固態(tài)電池單元在步驟1500的示意截面圖。圖16是示出電池單元的接觸區(qū)域被燒蝕并且除了基板支撐片之外的電池單元被燒蝕的固態(tài)電池單元在步驟1600的示意截面圖。圖17是示出具有接觸焊墊識別和支撐片識別的電池單元頂視圖的固態(tài)電池單元在步驟1700的示意頂視圖。圖18是通過本方法制備的固態(tài)電池單元1800的示意截面圖。
具體實施例方式在下面優(yōu)選實施例的詳細描述中，參考形成本發(fā)明一部分的附圖，且附圖借助說明示出了可以實踐本發(fā)明的具體實施例。應該理解，也可以使用其它實施例，并且在沒有偏離本發(fā)明的范圍的前提下可以進行結構變化。在圖中出現(xiàn)的附圖標記的前導數(shù)位通常對應于圖號，其中首先引入部件，以便相同的附圖標記通篇用來指示出現(xiàn)在多個圖中的相同的部件。信號(例如，流壓、流速或表示這種壓力或流量的電子信號)，運載該流體的導管、管或管道，運載電子信號的導線或其它導體，和連接可以用相同的附圖標記或標志指示，并且由其在上下文描述中的使用，其實際意義將變得更清楚。術語在該描述中，術語金屬既應用到基本純的單一金屬元素，也應用到至少一種元素是金屬性元素的兩種或多種元素的合金或組合物。術語基板或型芯通常指物理結構，該物理結構是通過各種工藝操作變形成所希望的微電子結構的基本工件。在一些實施例中，基板包括導電材料(例如銅、不銹鋼、鋁等)、 絕緣材料(例如藍寶石、陶瓷或塑料、聚合物絕緣體等)、半導體材料(例如硅)、非半導體、 或半導體和非導體材料的組合。在一些其它的實施例中，基板包括層狀結構，例如為使其熱膨脹系數(shù)(CTE)更緊密地匹配相鄰結構例如硅處理器芯片的CTE而選擇的材料(例如鐵-鎳合金等)的型芯片材或片材。在一些這種實施例中，這種基板型芯被層疊到為了電和/或熱傳導而選擇的片材(例如銅、鋁合金等)，該片材隨后覆蓋有為了電絕緣、穩(wěn)定性和壓印特性而選擇的塑料層。電解質是通過使離子移動(例如具有正電荷的鋰離子)同時對電子不導電而導電的材料。電池單元或電池是具有被電解質隔開的陽極和陰極的裝置。 電介質是不導電的材料，例如塑料、陶瓷或玻璃。在一些實施例中，當用于鋰的源或接收器 (sink)與LiPON層相鄰時，例如LiPON的材料可以用作電解質，當設置在兩個金屬層例如銅或鋁之間時也可以用作電介質，其不會形成穿過LiPON的離子。在一些實施例中，器件包括具有布線跡線和通孔的絕緣塑料/聚合物層(電介質)，其中布線跡線水平地載送信號和電能，通孔在多層跡線之間垂直地載送信號和電能。將術語垂直定義為基本垂直于基板的主表面的含義。高度或深度指的是在垂直于基板主表面的方向上的距離。將術語“含鋰化的化合物的層”定義為以任何形式含有鋰的層，包括金屬鋰、鋰的合金和含鋰化合物。含鋰化的化合物的層的實例包括陽極，尤其是金屬鋰；電解質，尤其是 LiPON ；和陰極，尤其陰極層是可以用作鋰離子源的材料，例如LiCoO2t5如這里使用的，LiPON 通常指的是鋰磷氮氧化物材料。一個實例是Li3P04N。其它的實例結合了更高比率的氮，目的是增加整個電解質的鋰離子遷移率。如上所述，本發(fā)明一方面提供一種制造薄膜鋰電池的方法，其中通過光刻操作至少部分圖案化至少一個含鋰化的化合物的層的結構，該光刻操作包括通過包括濕法化學處理的工藝將光刻膠材料從含鋰化的化合物的層去除。在優(yōu)選實施例中，含鋰化的化合物的層是陰極材料，或者是電解質。在本發(fā)明的實施例中，薄膜電池最初被構造為沒有陽極，但是具有可用作鋰離子源的陰極層。一旦這種薄膜電池實施例進行充電，金屬鋰就在電解質和陽極集電器之間被電鍍，形成陽極。應該理解，在本發(fā)明的一個方面中，該電池成層地被構造為“自下而上”的結構， 由此基板提供有陰極集電器、陰極、固體電解質、陽極(如上所述其在結構階段期間是可選的)、陽極集電器和一種或多種密封材料。可選地，陰極和陽極可以并排配置或以其它結構配置?？蛇x地，電池可以以“自上而下”的次序構造，其中以與上面論述的相反的次序形成各層。可選地，這些層可以分開形成并通過層壓工藝結合，這種工藝現(xiàn)在將很容易被本領域的普通技術人員所理解。在本發(fā)明的結構中，電解質位于陰極之上，優(yōu)選具有每邊約5到約20微米的位于其上的距離。具體考慮了電解質位于陰極之下的結構，優(yōu)選具有每邊約5到約20微米的位于之下的距離。本方法的光刻操作優(yōu)選包括a)將光刻膠材料施加到至少一層包含鋰化的化合物的層的表面上；b)處理該光刻膠材料以提供圖案；c)施加顯影劑以去除部分光刻膠材料，由此限定含鋰化的化合物的層的掩模和非掩模部分；d)去除含鋰化的化合物層的非掩模部分；和e)通過濕法化學處理，從含鋰化的化合物層去除剩余的光刻膠材料。在一個實施例中光刻膠是正性光刻膠，在另一個實施例中是負性光刻膠。這種光刻膠的實例在本領域內(nèi)是眾所周知的。用來從含鋰化的化合物層去除剩余光刻膠材料的濕法化學工藝優(yōu)選是無水工藝。 優(yōu)選的，濕法化學處理包括應用有機溶劑，例如N-甲基吡咯烷酮(N-Methylpyrrolidone)。 該濕法化學工藝可以可選地通過涂覆等離子體化學劑、例如等離子體O2化學劑來增加。在本發(fā)明的一個方面中，至少兩個應用陰極集電器、陰極材料、陽極集電器和電解質層的工藝步驟在不同的處理設備中進行。很驚訝地發(fā)現(xiàn)，在制造薄層鋰電池期間，即使在工藝步驟之間至少一層含鋰化的化合物的層暴露在普通的空氣條件下，也能夠獲得滿意的電池。在本發(fā)明的一個方面中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當在最初形成含鋰化的化合物層的大約72小時內(nèi)，通過光刻操作對含鋰化的化合物層進行圖案化時，就獲得了電池的良好性能。優(yōu)選的，在最初形成含鋰化的化合物層的大約48小時內(nèi)，更優(yōu)選在30小時內(nèi)，通過光刻操作對含鋰化的化合物層進行圖案化?！矫?，本發(fā)明提供一種用來從具有在大材料基板上加工的多層陰極-電解質陽極結構的較大片材(通過在基本均勻的覆蓋工藝，在基板的表面上沉積材料)，限定各個電池單元的邊界和分開各個電池單元的方法和設備。
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在一些實施例中，說明書描述了電池單元如何限定、鈍化和去除材料。在一些實施例中，本發(fā)明利用激光燒蝕和/或劃片機技術來去除該材料，作為用來限定單個電池單元的溝槽，用鈍化材料(例如，絕緣和均化材料(來拉平或平整表面的材料，使后面的材料具有更好的表面覆蓋)例如聚合物、光刻膠、LiPON或其它合適的材料，和/或用于電導體的金屬層和/或蒸汽和氧阻擋物)涂覆電池單元的側面。在其它實施例中，(見圖18的描述，在下面)光刻技術被用來代替激光燒蝕來掩蔽和去除材料，留下期望的電池材料圖案， 該圖案然后通過鈍化和/或導體涂覆。此外，所描述的與激光燒蝕技術一起使用的技術也用在了光刻技術的某些實施例中，反之亦然。注意，這里使用的示意圖是不按比例的與器件橫向寬度(例如，在一些實施例中為1000微米(Imm)到10，000微米(IOmm)，并且在其它實施例中高達幾厘米)相比，描述的薄膜電池的垂直厚度是非常薄的(例如，在一些實施例中，大約小于10微米，并且在其它實施例中甚至小于4微米)。此外，本發(fā)明的一些實施例中的溝槽大約為10微米寬或更小。 尤其是，與遮光掩模技術相比，光刻技術允許溝槽寬度和其它尺寸非常小和/或非常精確。在一些實施例中，本發(fā)明的電池單元器件使用了不同專利和專利申請(例如，美國臨時專禾U申請60/700，425、美國專利申請10/895，445、美國專利申請11/031，217 (2005 年 1 月 6 日由 Tarnowski 等人提交的、標題為 “LAYERED BARRIER STRUCTURE HAVING ONE OR MORE DEFINABLE LAYERS AND METHOD，，)、美國專利申請 11/458，091 (2006 年 7 月 17 日由 J. Klaassen 提交的、標題為"THIN-FILM BATTERIES WITH SOFT AND HARD ELECTROLYTE LAYERS AND METHOD”)和美國專利6，805，998)的材料、工藝、技術，這些專利作為參考包含在這里，并且通常不在這里進一步描述這些專利。激光燒蝕和/或劃片技術圖IA是用于制成本發(fā)明一些實施例的多個固態(tài)電池單元(用于存儲電能的電池單元)的部分制造的層狀結構100A(也稱為“敷層”)的示意截面圖。在一些實施例中，結構100A從基板110開始，其在各種實施例中，是金屬箔、或者硅或藍寶石晶片、或者塑料膜例如Kapt0nTM(在稱為基板110的載體材料上制備固態(tài)電池單元)。基板可以包括一種或多種材料的選擇，例如包括硅、陶瓷、金屬箔(含鐵的、不含鐵的和合金)、柔性聚合物(例如Kapton 、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等)和包括上述聚合物、剛性聚合物和復合物的合成物(即印刷電路板(PCB)材料)。在一些實施例中，提供所選片尺寸的基板，或者在其它實施例中，提供為連續(xù)卷材料。在一些實施例中，在基板110上沉積可選的絕緣層112(例如氮化硅或氧化硅(SiO2))，這取決于所使用的基板和是否希望通過基板110的底部或側面導 H1^ ο在一些實施例中，多層防潮(vapor)層(其還用作絕緣層)用于層112，例如在由 David Tarnowski 等人于 2005 年 1 月 6 日申請的、標題為 “LAYERED BARRIER STRUCTURE HAVING ONE OR MORE DEFINABLE LAYERS AND METHOD”的美國專利申請 11/031，217 中所描述的，其通過參考全部結合在這里。在一些實施例中，接著沉積粘接層114(金屬例如鉻或鈦或其它適合的粘接材料)，并且接著沉積陰極接觸層116(例如金屬如銅、鎳或鋁或合適的導電材料，例如選擇使得不會遷移到陰極中)。接著沉積陰極材料118 (例如氧化鋰鈷，LiCoO2)，并且陰極材料 118覆蓋有一個或多個電解質層120 (如LiPON和/或鋰導電聚合物電解質或其它合適的電解質，例如如在標題為 “THIN-FILM BATTERIES WITH SOFT AND HARD ELECTROLYTE LAYERS AND METHOD”的美國專利申請11/458，091中所描述的多層電解質)。在一些實施例中，沉積陽極和/或陰極接觸材料(例如銅、鎳或鋁和/或被銅、鎳或鋁覆蓋的鋰)(在一些實施例中，在LiPON電解質上沉積陽極接觸材料(例如銅或鎳)，隨后鍍鋰(例如，通過電池的第一次充電))。在一些實施例中，隨后通過穿過電解質120鍍鋰到陽極接觸材料122上給該電池充電。在一些實施例中，一個或多個保護或鈍化層123和/或124(或其它的多對交替層，例如絕緣平滑層如光刻膠(例如Siipley 220光刻膠；來自HD Microsystems的各種聚酰亞胺，如2720系列，其包括2727,2723,2729 ；2770系列，其包括2770和2772 ；2730，其包括 2731 和 2737 ；PIX 系列，其包括 PIX-1400、PIX-3476、PIX-S200、PIX_6400 ；2500 系列，其包括2525、2555、2575和2556 ；和各種其它聚合物材料，如來自Dow Chemical Company的 Cyclotene 產(chǎn)品號 3022-35、3022-46、3022_57 和 3022-63 ；來自 Dow Chemical Company 的光可限定的硅樹脂，如WL-5351和WL-3010 ；和來自Dymax Corporation的UV可固化環(huán)氧樹脂，等)和金屬層例如鋁或銅等)。每層都沉積有所需厚度的適當材料，以容許所希望的電池單元能量密度。在一些情況下，基板(例如，如果由導體如金屬箔(例如銅箔)制成的) 可以用作電池單元的電接觸。在一些實施例中，形成正部分(即基板110、絕緣體112、粘接層116、陰極接觸116、陰極材料118和一個LiPON層(電解質120的一部分))作為第一子片，而被LiPON層(電解質120的另一部分)覆蓋在其低(相對于該圖)表面上的陽極接觸層112作為第二子片，接著第一和第二子片利用它們之間的軟電解質層(電解質120的又一部分)層壓在一起。在一些實施例中，軟電解質層包括聚磷腈(polyphosphazene)和鋰鹽，或如在標題為 “THIN-FILM BATTERIES WITH SOFT AND HARD ELECTROLYTE LAYERS AND METHOD”的美國專利申請11/458，091中描述的任何合適的聚合物層(固體、凝膠體、或液體 /海綿體)。在一些實施例中，基板110為約500微米(或更薄)至約1000微米(或更厚)厚 (在一些實施例中，例如，525或625微米的硅晶片)。在其它實施例中，基板110包括可以薄至25微米或更薄的聚合物層(例如Kapton)。在一些實施例中，層112為約1微米的氮化硅，層114為約0. 5微米的鈦，層116為約0. 5微米的鎳，層118為約5至10微米的氧化鋰鈷，電解質層120為約1至2. 5微米的LiPON，和層122為約3微米的銅。在一些實施例中，將附加層加到頂部上(例如10微米的聚合物如Siipley 220光刻膠，接著是7微米的金屬如銅或鋁，接著是10微米以上的聚合物如Siipley 220光刻膠，接著是3至7微米以上的金屬如銅或鋁)。圖IB是用于制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的層狀結構100B的示意截面圖。在一些實施例中，層狀結構100B具有與如上所述的圖IA類似參考標記的層。注意 這里描述的切單工藝可以用于單層或多層鈍化工藝?？梢岳脽g工藝(這里定義為通過激光或其它輻射燒蝕去除材料(這里稱為“激光燒蝕”)和/或(切割或劃片切口)和 /或光刻膠限定的蝕刻或分解)來開口至多個結構(甚至同一片上的不同結構)中底層特征(金屬接觸)的接觸區(qū)，以提供不同的電池單元尺寸或電接觸結構，和/或暴露被一個或多個保護層覆蓋的側壁。然后可以沉積(覆蓋沉積(可以利用光刻膠技術圖案化的)或通過遮光板限定的)電池單元器件和/或其它器件的后續(xù)層，且以與半導體工藝類似的方式， 激光燒蝕或其它方式選擇性地去除其它圖案。在一些實施例中，利用一系列較淺燒蝕-去除步驟(例如橫跨覆蓋層上下左右的多個激光燒蝕路徑被燒蝕多次，每次都去除少量的附加材料)將激光燒蝕完成到小于完全穿過的所希望的深度，目的是避免周圍區(qū)域的過熱或熔融。在一些實施例中，激光燒蝕路徑沿著交替圖案(例如，第一次，燒蝕到第一深度，每三個相鄰垂直線的第一個和每三個相鄰水平垂直線的第一個；第二次，燒蝕到第一深度，每三個相鄰垂直線的第二個和每三個相鄰水平垂直線的第二個；和第三次，燒蝕到第一深度，每三個相鄰垂直線的第一個和每三個相鄰水平垂直線的第一個，然后重復燒蝕每個線到第二 (較深的)深度，且可選地在隨后輪次時燒蝕到甚至更深的深度)。在一些實施例中，將電池單元材料100A或100B的卷軸部分的全部覆蓋或片或一部分定位在定位臺上用于燒蝕和/或切割。在各種實施例中，編程激光、或者干或濕晶片劃片機以從用于燒蝕工藝的覆蓋材料切單適當尺寸的電池單元。電池單元之間去除的區(qū)域稱為切口(例如下面描述的溝道211或212)。在一些實施例中，切割電池單元材料100A或100B到一半以彼此分離單個電池單元，同時留下了基板一部分未被切割。在一些實施例中，切割基板并將其分成多片，每片都具有一個或多個電池單元。然后添加一個或多個鈍化層以密封電池單元當前暴露的側面。 在一些實施例中，隨后從彼此切單(完全分離)電池單元。圖2A是用于制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的燒蝕的層狀結構200A的示意截面圖。在一些實施例中，例如，通過激光燒蝕該材料來切割(例如，利用單個切割或通過重復較淺的切割)一系列切口或溝道。在一些實施例中，切割垂直壁的溝道211，如圖2A 所示，留下電池層的多個島210。在其它實施例中，切割斜壁的溝道212，如圖2B所示。在一些實施例中，從上觀察，每個島形狀都是矩形的。在其它實施例中，島是所期望的選出其他形狀。在一些實施例中，在橫跨片材100A的面的兩個維度上形成很多個島。圖2B是用于制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的燒蝕的層狀結構200B的示意截面圖。在一些實施例中，切割斜壁溝道212，目的是隨后沉積的層更完全地覆蓋側壁。 在一些實施例中，在橫跨片材100B的面的兩個維度上形成許多個島。在一些實施例中，燒蝕工藝包括通過以準確控制的速率汽化或切割材料來去除沉積的材料。在ζ軸(圖2A和圖2B中垂直的)上控制激光或劃片機以便恰當?shù)乜刂粕疃龋?設置切口寬度以容許待沉積的額外材料。燒蝕(即，利用多個淺切割)的受控速率確保了沉積層不會受到導致熔融、涂抹或材料跨接的點的熱影響。在一些實施例中，在活性材料的初始層下面朝著基板以約1-5微米的深度燒蝕或切穿該材料(圖幻。剩余的基板在從基板上全部分離之前用作電池單元的機械支撐。然后將限定電池單元的基板移入用于鈍化應用的區(qū)域中。在一些實施例中，鈍化可以包括單個聚合物層、聚合物和金屬層的疊層、或者固態(tài)絕緣材料和金屬層的疊層。圖3A是本發(fā)明一些實施例的燒蝕和填充了的固態(tài)電池單元在步驟300A的示意截面圖。在一些實施例中，該工藝使用單個聚合物保護涂層，其中聚合物材料膜涂覆在基板上方，在燒蝕區(qū)中填充切口 211或212并且覆蓋電池單元的頂部(圖3A或圖;3B)。在一些實施例中，聚合物材料3M經(jīng)由噴霧、蒸氣填涂(vapor prime)，或者分散并且利用刮粉刀平整，這取決于材料的粘性。在一些實施例中，將鈍化材料固化到適當?shù)膹姸取D;3B是用于制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的燒蝕和填充了的固態(tài)電池單元在步驟300B的示意截面圖。在一些實施例中，聚合物材料3 填充溝道并覆蓋島210
11的頂部。圖4A是本發(fā)明一些實施例的再燒蝕的固態(tài)電池單元400A的示意截面圖。在一些實施例中，將基板移回到激光燒蝕系統(tǒng)(或切割機或蝕刻/分解臺)中用于限定接觸和分離電池單元。激光束或劃片機燒蝕(切割)垂直壁溝道411穿過鈍化材料3M并且燒蝕開口 413至每個電池單元頂部上的接觸(例如陽極接觸層122)(圖4A)；或燒蝕(切割)斜壁溝道412穿過鈍化材料3 和燒蝕開口 414至每個電池單元頂部(圖4B)上的接觸。在限定了接觸之后，以初始燒蝕切口寬度的百分率設置激光器或劃片機。除了每個電池單元側的拐角和中心的小支撐片之外，激光燒蝕穿過鈍化材料和基板(圖4A、4B和5)。圖4B是本發(fā)明一些實施例的再燒蝕的固態(tài)電池單元400B的示意截面圖。在這些實施例中，電池單元的側壁是傾斜的，目的是提供鈍化層324的更好的密封。(參見對于圖 1B、2B和;3B的以上描述)。圖5是本發(fā)明一些實施例的再燒蝕固態(tài)電池單元500自頂向下的示意圖。在一些實施例中，電池單元500表示圖4A的再燒蝕的固態(tài)電池單元400A的頂視圖，而在其它實施例中，電池單元500表示圖4B的再燒蝕的固態(tài)電池單元400B的頂視圖。 該圖示出了切割穿通的溝道411(對于圖4A的實施例)或412(對于圖4B的實施例)的部分(即貫通槽416)，而留下其它部分作為小片417以保持切單的電池暫時連接，便于處理。 也就是，通過燒蝕后的操作使電池單元保持連接到廢棄的外部基板上。通過拾取和放置系統(tǒng)在單獨電池單元上用向上或向下的力完成電池單元的最后分離。圖6是用于制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的部分制造的層狀結構 600(在一些實施例中，與圖2A或2B類似)的示意截面圖。在如部分1中所描述的初始電池單元限定之后，在基板上方涂覆聚合物材料膜，填充燒蝕的區(qū)域并且覆蓋電池單元的頂部(圖6)。聚合物材料經(jīng)由噴霧、蒸氣填涂，或者分散并且利用刮粉刀平整，這取決于材料的粘性。使鈍化材料固化到適當?shù)膹姸?。在使用絕緣固態(tài)膜時，通過磁控濺射或真空蒸發(fā)沉積來涂覆材料(圖6)。圖7是用于制成本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元的燒蝕的層狀結構700(在一些實施例中，與圖3A或;3B類似)的示意截面圖。將基板移回激光燒蝕系統(tǒng)或劃片機中用于去除多余的聚合物或絕緣材料。激光束或劃片機燒蝕穿通鈍化材料，留下完全覆蓋該電池單元的層(圖7)。圖8是本發(fā)明一些實施例的被燒蝕和填充的固態(tài)電池單元在步驟800的示意截面圖。在一些實施例中，沉積金屬層810。將基板放置在真空室中用于金屬沉積。在一些實施例中，通過磁控濺射或真空蒸發(fā)完成了沉積(圖8)。將基板移回到激光燒蝕系統(tǒng)或劃片機中用于接觸限定和電池單元分離。激光束或劃片機燒蝕穿過鈍化材料層至每個電池單元頂部上的接觸(圖9)。在接觸限定之后，以初始燒蝕切口寬度的百分比來設置該激光。除了每個電池單元側的拐角和中心的小支撐片之外，光束燒蝕穿過鈍化材料和基板(圖10)。圖9是本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元在步驟900的示意截面圖。在一些實施例中，填充材料810在溝道812中被燒蝕了，留下了薄層材料810。在一些實施例中，將基板移回到激光燒蝕系統(tǒng)或劃片機中用于接觸限定和電池單元分離。在一些實施例中，激光束或劃片機燒蝕穿過鈍化材料層至每個電池單元頂部上的接觸(圖9)。在接觸限定之后，以初始燒蝕切口寬度的百分比(小于百分之百)來設置該激光。除了每個電池單元側的拐角和開口中心的小支撐片1017之外，光束燒蝕穿過鈍化材料和基板(圖10)。圖10是本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元在步驟1000的示意截面圖。在一些實施例中，通過燒蝕后操作使電池單元保留在基板中。通過拾取和放置系統(tǒng)在單獨電池單元上用向上或向下的力完成電池單元的最后分離。圖11是本發(fā)明一些實施例的固態(tài)電池單元在覆蓋電池單元工藝之后在步驟1100 的示意截面圖。在通過電池單元頂部達到接觸的電池單元中，該工藝除了燒蝕限定之外與以上所描述的類似。圖12是示出通過燒蝕限定的電池單元和頂部側接觸的固態(tài)電池單元在步驟1200 的示意截面圖。圖13是示出涂覆了第一層鈍化的固態(tài)電池單元在步驟1300的示意截面圖。圖14是示出燒蝕第一層鈍化材料以均勻覆蓋該電池單元的固態(tài)電池單元在步驟 1400的示意截面圖。圖15是示出涂覆額外層的鈍化材料(金屬)的固態(tài)電池單元在步驟1500的示意截面圖。圖16是示出電池單元的接觸區(qū)域被燒蝕并且除了基板支撐片之外的電池單元被燒蝕的固態(tài)電池單元在步驟1600的示意截面圖。圖17是固態(tài)電池單元在步驟1700的示意頂視圖，示出了電池單元頂視圖具有識別的接觸焊墊和識別的支撐片。光刻技術用來提供微電子應用中的備用電源的電池出現(xiàn)了各種尺寸，但一般是利用焊接到電路板上的跡線的金屬片來安裝到電路板上的硬幣電池。將這些電池的最小尺寸限制為幾微米的直徑和l_2mm的厚度，主要是由于需要以保護電池不受環(huán)境的影響的金屬罐和襯墊的限制。該限制排除了電池直接集成在還包含電池將為其提供電力的集成電路的封裝內(nèi)。薄膜固態(tài)電池單元可以制備在各種厚度的各種基板上。迄今，已利用遮光掩模技術制備了固態(tài)薄膜電池，由此通過掩模中的開口沉積用在電池的構造中的每個膜。由于考慮到例如層與層重疊、掩模容差、在掩模開口周邊下面的沉積膜的破裂等，該方法將電池的最小實際尺寸限制為或許邊長10微米。由于在給定的掩模操作下掩模到基板的物理施加和已經(jīng)殘留在基板上的膜，因此該方法易于產(chǎn)生微粒。這些微粒是潛在的故障點，這是因為當電池充電或放電時，它們已嵌入電池結構中且很可能導致不可預測的性能。本發(fā)明公開了一種沉積各種膜、接著在不希望的區(qū)域中被圖案化和去除的技術。該技術允許電池的占用區(qū)的范圍從邊長約1毫米到邊長幾十厘米。而且，利用該技術，可以在與用于集成電路制造類似的基板上構造電池，由此使得最終的組裝和集成工藝更簡單和成本有效。關于層與層上/下重疊，若干中實現(xiàn)都是可能的，且用于選擇性去除特定區(qū)域中的材料的幾種方法也都是可能的。濕和干蝕刻可以用于電池結構中的許多膜，且?guī)追N光敏材料可用于圖案化任何給定的層。電池結構中的一些材料是水溶性的；因此，優(yōu)選使用不合水的光刻膠顯影劑和后蝕刻光刻膠剝離器，以避免去除將要留下材料的區(qū)域中的材料?？梢允秦撔怨饪棠z和正性光刻膠，這取決于與待被圖案化的材料和/或待提供的設計特征的兼容性。為了制備微電池，必須或者以它們沉積的順序、或者相反的順序、或者二者組合的
13順序沉積和光成形若干層材料。一層相對于相鄰層的重疊距離取決于許多因素，包括掩模對準器容差、蝕刻尺寸改變、掩模偏置和涉及電池性能的任何因素，包括鍍鋰、密封封裝等。圖18是固態(tài)電池單元1800的示意截面圖，示出了光刻限定的電池單元的接觸區(qū)域和/或層?？蛇x地，除了可選的基板支撐片之外，還使用光刻技術來切單該電池單元。在一些實施例中，通過沉積在基板1801上的連續(xù)層形成電池單元1800。在其它實施例中，在基板1801上沉積一些連續(xù)層，而在層壓基板和它的層的頂側層上沉積其它層，如以上引用的美國專利申請11/458，091中所描述的。在一些實施例中，基板1801被陰極集電器層1802、陰極材料1803、電解質層1804(例如LiPON或如以上引用的美國專利申請 11/458，091中所描述的多個電解質層)、在組裝之后給電池充電的情況下的陽極集電器層 1805(或在首先沉積陽極材料的情況下，陽極材料之后緊跟著陽極集電器層180 、密封劑 1807和金屬層1807(其通過穿過密封劑1807的孔或通路接觸陽極集電器層180 覆蓋。對于基板層1801，一些實施例使用硅、氧化鋁、銅、不銹鋼或鋁。在一些實施例中， 基板厚度范圍從對于金屬箔的0.001"到對于硅和氧化鋁約0.030"。電池尺寸范圍可以從約1平方mm或更小到2平方厘米或更大。該尺寸范圍的電池給出了實際的放電容量且對于制造還是很經(jīng)濟實用的。電池可以是正方形、長方形、圓形或如本申請所需的各種其它形狀。在一些實施例中，除了在金屬箔的情況下之外，構造電池從沉積陰極集電器1801 開始，基板可以用作集電器。在一些這樣的實施例中，基板被絕緣層(例如SiO2，其使陰極接觸基板與頂金屬層1807絕緣)覆蓋，然后將其圖案化以在用于陰極接觸的絕緣體中留下孔。在一些實施例中，集電器1801包括Ti/Ni疊層，Ti直接沉積在基板上以促進粘接性， Ni與陰極1803接觸，這是因為陰極(例如LiCo02)很好地黏著于Ni。另一種方式使用Al/ Ni, Al用作應力減緩層以防止或減少成核位置，并且尤其是當陰極厚度增加到幾微米時防止陰極中出現(xiàn)裂縫。在一些實施例中，集電器膜厚度，對于Ti為約0. 05至0. 2微米，對于 Ni為約0. 1至0. 5微米。使用Al時，膜厚度范圍從約0. 5至9微米。在利用光刻膠圖案化集電器和利用濕或干蝕刻化學劑限定集電器之后，利用溶劑和等離子體O2化學劑去除光刻膠并沉積下一層，在該情況下，為陰極。在一些實施例中，陰極1803厚度范圍從約3至15微米，這取決于用于給定應用的充電/放電容量需求。該材料一般是LiCo02。還制造了厚度小于約3微米的陰極，但用于微電池的放電容量通常太低而不能滿足應用需求。存在薄陰極就足夠的情況，且制造技術和電池幾何圖形也應用到這些薄陰極器件上。在一些實施例中，利用正性光刻膠如sra 220圖案化該陰極和利用濕化學劑蝕刻該陰極。陰極相對于底層陰極集電器的覆蓋為每個邊緣約5至20微米(小尺寸的)。設計光掩模的尺寸來考慮最差的兩層之間的未對準的情形，以及來考慮由于兩個膜的蝕刻和過蝕刻引起的尺寸變化。利用溶劑如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，可選地與等離子體O2化學劑結合，來去除光刻膠。陰極的側壁形狀是很重要的， 這是因為其決定了隨后的層(例如LiPON、陽極金屬等)將會多好地覆蓋那個側壁。陡峭或凹狀側壁會導致不良的臺階覆蓋，且在一些情況下，會導致不連續(xù)的膜覆蓋。這牽連到隨后處理的復雜性、密閉度和可靠性；由此希望是斜側壁。遮光掩模沉積物自然會導致長的、 錐形形狀，當從膜是全厚度的點測量到錐度為零的點時，延伸至差不多100微米以上。在光圖案化和濕蝕刻的LiCoO2中，側壁可以制成垂直的、負斜率的或正斜率的，后者是優(yōu)選的斜率。偏離法線20至70度的斜率適合于防止垂直或凹狀側壁的不希望的副作用，而不會犧牲對于該膜的錐形區(qū)域的太多的器件面積。該角度范圍可以利用光刻膠材料、曝光、顯影時間、LiCoO2蝕刻化學劑和蝕刻參數(shù)(例如溫度、攪拌等)的適當組合來實現(xiàn)。一旦圖案化了陰極，就進行退火并沉積固態(tài)電解質，LiP0N1804，利用負性光刻膠進行光圖案化，負性光刻膠例如是來自HDMicrosystems的各種聚酰亞胺，如2720系列，其包括2727、2723、2729 ；2770系列，其包括2770和2772 ；2730系列，其包括2731和2737 ；和來自Dow Chemical Company的光可限定的硅樹脂，如WL-5351和WL-3010。由于LiPON是水溶性的，大多數(shù)可商業(yè)獲得的正性光刻膠不適合于圖案化LiPON，這是因為水基顯影劑與這些光刻膠一起使用。電解質厚度一般為約0.5至2. 5微米厚?？蛇x地，可以在圖案化陰極之前沉積LiPON，之后如上所述地圖案化陰極。在第一種情況下，LiPON范圍相對于下層的陰極可以是小尺寸的或大尺寸的；在后一情況下，LiPON相對于陰極必須是小尺寸的，目的是為了使陰極光掩模圖案延伸超過LiPON。LiPON邊界可以延伸超過陰極集電器邊緣， 或者在達不到集電器邊界處終止。通過將LiPON限制到集電器邊界內(nèi)，可以通過留下集電器或它的一部分來制造與陰極的接觸，暴露用于隨后引線鍵合、焊接、導電環(huán)氧樹脂等的連接。當要使用頂和底表面接觸方案時，代替地通過導電基板接觸陰極集電器。上覆蓋/下覆蓋的距離為每個邊緣約5至20微米。利用不含水的溶劑和可選地等離子體化化學劑來去除光刻膠。然后沉積約0. 5至3微米厚的陽極和/或陰極集電器1805。這里可以使用Cu或 Ti或Ni作為陽極集電器鍍Li陽極。也可以使用鋁，盡管其將用作合金，而不是電鍍陽極，且器件性能、充電電壓等將不同。在一些實施例中，在LiPON相對于陰極尺寸小的情況下(否則電池將電性短路)，或者，在LiPON相對于尺寸大的情況下，陽極必須位于LiPON的整個頂部，陽極可以相對于陰極和LiPON尺寸小或尺寸大。在基板導電或陰極集電器超過LiPON 周邊的情況下，陽極必須不延伸過LiPON周邊，否則器件將被短路。在一些實施例中，利用負或正性光刻膠圖案化陽極，這取決于在陽極形成期間下面的LiPON是暴露于光刻膠顯影劑還是其它含水溶液。再次，一般的上覆蓋/下覆蓋距離范圍為每邊約5至20微米。在一些實施例中，陽極在Ti和Al的情況下用反應性離子蝕刻(RIE)進行蝕刻，且在Cu和Ni的情況下用濕化學劑蝕刻。在一些實施例中，還可以使用濕化學劑用于蝕刻Ti和Al，但為了清潔和蝕刻控制而優(yōu)選干蝕刻，且在利用含水蝕刻溶液的情況下防止?jié)窕瘜W劑不利地蝕刻 LiPON。在一些實施例中，在成形任何下層材料之前還成形陽極。在一些實施例中，利用溶劑和等離子體O2化學劑的組合來去除光刻膠。在錐形疊層具有一個或多個連續(xù)沉積層且該沉積層隨后相對于位于正下方的膜為小尺寸的情況下，可以順序地沉積電池疊層中具有這種結構的層，圖案化則從疊層中的最上部的小尺寸的層開始。在一些實施例中，下一步驟是密封或鈍化器件，且在一個實現(xiàn)中，使陽極/陽極集電器到達用于接觸的電池的周邊，以便引線鍵合、焊接、與導電環(huán)氧樹脂連接等。封裝是期望的，以便保護電池材料不被暴露到水蒸汽、氧和其它環(huán)境污染。鋰容易與其它元素和化合物反應，因此在電池制造之后應當與外界隔離。在一些實施例中，這是通過使用多層來完成的，所述多層是旋涂材料的交替疊層，用于消除缺陷和非平面狀表面，其中旋涂材料的交替疊層通常是有機材料，用于每個層1806，所述材料例如是硅樹脂、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂或如上所述的其它聚合物，然后以交替的方式沉積金屬化層1807，如Al或Cu，用于防止外部污染物移動到活性電池結構中。在本發(fā)明的實施例中，構想了包括一層或多層氮化物和一個或多個金屬層的交替密封結構。在一些實施例中，該多層疊層的每個連續(xù)層延伸超過前述層的邊界約15至30微米。這提供了密封環(huán)。有機層厚度為約8至10微米，且包括用于允許上覆蓋金屬層電連接到陽極/陽極集電器的通路。對于每個沉積層，金屬化一般為約1 至3微米厚。最后一層通常是約0. 5至1微米厚的氮化硅，其提供了附加的密封保護且與集成電路封裝材料能共存。還多少用作燒蝕和處理損傷的物理阻擋。在使用基板接觸陰極集電器的情況下，可以完全密封陰極集電器，由此與其中在用于為了電連接的隨后接觸的鈍化工藝期間陰極集電器片必須保持暴露的情況相比，提供了更好的密封。有機/金屬/ 有機/金屬的多層疊層的替換方式是使用有機材料的單個平滑層，然后電鍍厚層的銅或鎳或金，以提供濕氣和氧阻擋以及與陽極的電接觸。在一些實施例中，對于電池疊層中的一些層，還希望斜切拐角，而不是具有直角。 在一些實施例中，這是通過在光掩模中利用兩個或多個線段形成拐角來完成的。相比于在光掩模上繪制，光和蝕刻工藝自然會更逐步地圓化拐角。在一些實施例中，好處主要是應力減緩，以減小膜應力破裂的可能性。第二個好處是高側壁上的光刻膠覆蓋率，尤其是當陰極制作得更厚時，相對于具有直角的結構，高側壁上的光刻膠覆蓋率將增加。本發(fā)明的一些實施例的一方面包括一種設備，其包括具有陽極接觸的基板、沉積在陽極接觸上的LiPON電解質隔離物、和在LiPON和陽極接觸之間的鋰陽極材料鍍層。在一些實施例中，該陽極接觸包括銅且基板包括聚合物。本發(fā)明的另一方面包括一種設備，該設備包括將LiPON沉積到陽極接觸上的沉積臺、將鋰鍍到陽極接觸上形成陽極襯底的任意鍍臺、將陰極材料沉積在襯底上并將LiPON 沉積在陰極材料上形成陰極襯底的陰極沉積臺、和利用夾在陰極襯底和陽極襯底之間的聚合物電解質材料將陽極襯底裝配到陰極襯底上的裝配臺。在本發(fā)明的一些實施例中，沉積臺包括LiPON的濺射沉積。在一些實施例中，LiPON沉積到陽極接觸上，具有大約0. 1微米和大約1微米之間的厚度。在一些實施例中，陽極的LiPON層厚度小于0. 1微米。在一些實施例中，該LiPON 層大約為0.1微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.2微米。在一些實施例中，該 LiPON層大約為0.3微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.4微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.6微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.7微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.8微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.9微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1. 0微米。 在一些實施例中，該LiPON層大約為1. 1微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1. 2微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1.3微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為 1.4微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1.5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1.6微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1.7微米。在一些實施例中，該LiPON 層大約為1.8微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1.9微米。在一些實施例中，該 LiPON層大約為2. 0微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 1微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 2微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 3微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 4微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 6微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 7微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 8微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 9微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為3微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為3. 5 微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為4微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為 4. 5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為5. 5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為6微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為7微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為8微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為7微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為9微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為10微米。在一些實施例中，該LiPON層大于10微米。在一些實施例中，LiPON沉積在陰極接觸上，具有大約0. 1微米和大約1微米之間的厚度。在一些實施例中，陰極的LiPON層厚度小于0. 1微米。在一些實施例中，該LiPON 層大約為0.1微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.2微米。在一些實施例中，該 LiPON層大約為0.3微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.4微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.6微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.7微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.8微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為0.9微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1. 0微米。 在一些實施例中，該LiPON層大約為1. 1微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1. 2微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為13微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1.4 微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1.5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為 1.6微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1.7微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1. 8微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為1. 9微米。在一些實施例中，該LiPON 層大約為2.0微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2.1微米。在一些實施例中，該 LiPON層大約為2. 2微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 3微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 4微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2.5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 6微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 7微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 8微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為2. 9微米。 在一些實施例中，該LiPON層大約為3微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為3. 5微米。 在一些實施例中，該LiPON層大約為4微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為4. 5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為5微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為5.5 微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為6微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為7 微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為8微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為7 微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為9微米。在一些實施例中，該LiPON層大約為10 微米。在一些實施例中，該LiPON層大于10微米。在一些實施例中，電鍍臺在陽極的鍍鋰和鋰相對電極之間，以0. 6mA、大約40mV的電壓以及以大約0. 9mA/cm2的密度進行電鍍。在本發(fā)明的一些實施例中，通過液體碳酸丙烯/LiPF6電解質溶液和對于鋰的 LiPON阻擋/電解質層傳導鋰，以將鋰鍍在陽極連接器上。在本發(fā)明的一些實施例中，通過液體碳酸丙烯/LiPF6電解質溶液和LiPON阻擋/電解質層，以將鋰鍍在陰極連接器上。本發(fā)明的一些實施例包括一種設備，其包括具有陽極、陰極和電解質結構的電池， 其中陽極包括含有鋰的陽極材料和至少覆蓋一部分陽極的LiPON阻擋/電解質層；陰極包括含有鋰的陰極材料和至少覆蓋一部分陰極的LiPON阻擋/電解質層；和電解質結構包括夾在覆蓋陽極的LiPON阻擋/電解質層和覆蓋陰極的LiPON阻擋/電解質層之間的聚合物電解質材料。在該設備的一些實施例中，陰極材料包括沉積在陰極接觸材料上的LiCoO2，和然后沉積覆蓋陰極的LiPON阻擋/電解質層。在該設備的一些實施例中，通過覆蓋陽極的LiPON阻擋/電解質層，將鋰陽極材料鍍在銅陽極接觸上。在該設備的一些實施例中，陽極材料沉積在至少部分被LiPON阻擋/電解質層覆蓋的金屬片材的兩個主面上。在該設備的一些實施例中，陰極材料沉積在金屬片材的兩個主面上并且至少部分被LiPON阻擋/電解質層覆蓋。在該設備的一些實施例中，陰極接觸材料包括金屬網(wǎng)，在金屬網(wǎng)周圍沉積陰極材料。在該設備的一些實施例中，通過覆蓋陽極接觸層的LiPON阻擋/電解質層，將鋰陽極材料鍍在陽極接觸箔的兩個主面上。在該設備的一些實施例中，鋰陽極材料通過覆蓋接觸箔的LiPON阻擋/電解質層被鍍在接觸箔的第一主面上，鋰陰極材料沉積在該接觸箔的第二主面上，并且隨后通過濺射沉積覆蓋該陰極的LiPON阻擋/電解質層。在該設備的一些實施例中，鋰陰極材料沉積在陰極接觸箔的兩個主面上，并且隨后通過濺射沉積覆蓋陰極的LiPON阻擋/電解質層。在該設備的一些實施例中，鋰陰極材料沉積在陰極接觸網(wǎng)的兩個主面上，并且隨后通過濺射沉積覆蓋陰極的LiPON阻擋/電解質層。在一些實施例中，本發(fā)明的另一方面包括一種方法，其包括提供第一片材，第一片材包括含有鋰的陽極材料和覆蓋該陽極材料的LiPON阻擋/電解質層；提供第二片材，第二片材包括含有鋰的陰極材料和覆蓋該陰極材料的LiPON阻擋/電解質層；和將聚合物電解質材料夾在覆蓋第一片材的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層和覆蓋第一陰極片材的陰極材料的LiPON阻擋/電解質層之間。該方法的一些實施例進一步包括提供第三片材，其包括含有鋰的陽極材料和覆蓋該陽極材料的LiPON阻擋/電解質層；提供第四片材，其包括含有鋰的陰極材料和覆蓋該陰極材料的LiPON阻擋/電解質層；將聚合物電解質材料夾在覆蓋第三片材的陽極材料的 LiPON阻擋/電解質層和覆蓋第四片材的陰極材料的LiPON阻擋/電解質層之間；和將聚合物電解質材料夾在覆蓋第一片材的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層和覆蓋第四片材的陰極材料的LiPON阻擋/電解質層之間。在本方法的一些實施例中，陽極被沉積為通過LiPON層的銅陽極接觸層上的層。在一些方法實施例中，通過在碳酸丙烯/LiPF6電解液中電鍍來完成鋰陽極的沉積。在一些方法實施例中，第一片材包括在與陽極材料相對的面上的陰極材料和覆蓋陰極材料的LiPON阻擋/電解質層；且第二片材包括含有鋰的陽極材料和覆蓋陽極材料的LiPON阻擋/電解質層；該方法進一步包括提供第三片材，其包括含有鋰的陽極材料和覆蓋第一面上的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層，和包括鋰的陽極材料和覆蓋與第一面相對的第二面上的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層；并且在覆蓋第一片材的陽極材料的 LiPON阻擋/電解質層和覆蓋第三片材的陰極材料的LiPON阻擋/電解質層之間夾入聚合物電解質材料。在一些實施例中，本發(fā)明的另一方面包括一種設備，該設備包括第一片材，該第一片材包括含有鋰的陽極材料和覆蓋陽極材料的LiPON阻擋/電解質層；第二片材，該第二片材包括含有鋰的陰極材料和覆蓋陰極材料的LiPON阻擋/電解質層；和用于在覆蓋第一片材的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層和覆蓋第一陰極片材的陰極材料的LiPON阻擋/電解質層之間夾入聚合物電解質材料的裝置。該設備的一些實施例包括第三片材，該第三片材包括含有鋰的陽極材料和覆蓋陽極材料的LiPON阻擋/電解質層；第四片材，該第四片材包括含有鋰的陰極材料和覆蓋陰極材料的LiPON阻擋/電解質層；用于在覆蓋第三片材的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層和覆蓋第四片材的陰極材料的LiPON阻擋/電解質層之間夾入聚合物電解質材料的裝置， 和用于在覆蓋第一片材的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層和覆蓋第四片材的陰極材料的 LiPON阻擋/電解質層之間夾入聚合物電解質材料的裝置。在一些實施例中，本發(fā)明包括一種方法，該方法包括提供第一片材，該第一片材包括基板、陰極材料、陽極集電器、任意的陽極材料、和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層；穿過陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層進行一種或多種材料的去除操作，以及去除基板的第一部分但不穿過基板的第二部分，以留下相互分離的第一多個電池單元，但其中多個第一多個電池單元保持連附到第一片材的至少單個未分離部分。該方法的一些實施例進一步包括在片材上沉積第二材料，以覆蓋至少在它們側面上的多個電池單元。該方法的一些實施例進一步包括執(zhí)行第一材料去除操作以去除第二材料的子部分，從而使多個電池單元相互分離。在一些實施例中，第二材料是被沉積以鈍化該電池單元的電絕緣體。在一些實施例中，第二材料包括LiPON。在一些實施例中，材料去除操作包括激光燒蝕。在一些實施例中，材料去除操作包括光刻。在一些實施例中，材料去除操作在具有約10微米或以下的寬度的電池單元之間形成溝槽。該方法的一些實施例進一步包括在該片材上沉積鈍化材料以至少在電池單元的側面上覆蓋多個電池單元。在一些實施例中，本發(fā)明包括一種設備，該設備包括第一片材的源，包括襯底、陰極材料和陽極集電器、可選的陽極材料、和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層；和用于去除穿過陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層以及去除穿過基板的第一部分但不穿過基板的第二部分以留下相互分離的多個電池單元但多個電池單元中的每一個都保持連附到第一片材的至少一個部分的材料的裝置。該設備的一些實施例進一步包括用于在該片材上沉積第二材料以至少在電池單元的側面上覆蓋多個電池單元的裝置；和用于去除第二材料的子部分材料以使多個電池單元相互分離的裝置。該設備的一些實施例進一步包括用于在該片材上沉積第二材料以至少在電池單元的側面上覆蓋多個電池單元的裝置。在一些實施例中，第二材料是被沉積以鈍化該電池單元的電絕緣體。在一些實施例中，第二材料包括LiPON。在一些實施例中，用于去除的裝置包括激光燒蝕。在一些實施例中，用于去除的裝置包括光刻。在一些實施例中，材料去除操作在具有約10微米或以下的寬度的電池單元之間形成溝槽。在一些實施例中，本發(fā)明包括一種設備，該設備包括第一片材的源，包括襯底、陰極材料、陽極集電器、可選的陽極材料、和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層；和第一材料去除臺，被配置為去除陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層，以及去除穿過基板的第一部分但不穿過基板的第二部分以留下相互分離的多個電池單元但多個電池單元中的每一個都保持連附到第一片材的至少一個部分。該設備的一些實施例進一步包括沉積臺，其在該片材上沉積鈍化材料以至少在電池單元的側面上覆蓋多個電池單元；和第二材料去除臺，被配置為去除第二材料的子部分以使多個電池單元相互分離?？蛇x地，該方法和設備可包括另一沉積臺，其在該片材上沉積鈍化材料，以如上所述的至少在電池單元的側面上覆蓋多個電池單元，且可在另一沉積臺之后設置第一材料去除臺并配置為去除鈍化材料、陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層，以及去除穿過基板的第一部分但不穿過基板的第二部分以留下相互分離的多個電池單元但多個電池單元中的每一個都保持連附到第一片材的至少一個部分。在一些實施例中，鈍化材料包括與一個或多個聚合物層交替的一個或多個金屬層。在一些實施例中，第一片材包括在與陽極材料相對的面上的陰極材料和覆蓋陰極材料的LiPON阻擋/電解質層，第二片材包括含有鋰的陽極材料和覆蓋陽極材料的LiPON 阻擋/電解質層；且該設備進一步包括第三片材，該第三片材包括含有鋰的陽極材料和覆蓋第一面上的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層，以及含有鋰的陽極材料和覆蓋與第一面相對的第二面上的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層；和用于在覆蓋第一片材的陽極材料的LiPON阻擋/電解質層和覆蓋第三片材的陰極材料的LiPON阻擋/電解質層之間夾入聚合物電解質材料的裝置。要明白，以上描述指的是說明性的，且不是限制性的。盡管已在前面的描述中提出了如這里描述的各種實施例的眾多特性和優(yōu)點、以及各種實施例的結構和功能的細節(jié)，但一旦回顧了上面的描述，許多其它實施例和細節(jié)的改變對于本領域技術人員來說就將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的范圍應當參考所附的權利要求、連同給這些權利要求授權的等價的整個范圍確定。在所附的權利要求中，術語“包括”和“其中”分別用作各個術語“包含” 和“在其中”的通俗易懂的話的等價物。而且，術語“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標記，且不是指在它們的物體上強加數(shù)字需求。
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權利要求
1.一種方法，包括提供第一片材，該第一片材包括基板、陰極集電器、陰極材料、陽極集電器、和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層；和執(zhí)行一個或多個材料去除操作，以去除穿過陰極集電器、陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層的材料，以及去除基板的第一部分但不穿過基板的第二部分，以留下相互分離的第一多個電池單元，但其中多個第一多個電池單元保持連附到第一片材的至少一個未分離的部分上。
2.如權利要求1所述的方法，其中該一個或多個材料去除操作包括激光燒蝕操作。
3.如權利要求1所述的方法，其中該一個或多個材料去除操作包括光刻操作。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包括在該片材上沉積第二材料以至少在電池單元的側面上覆蓋多個電池單元。
5.如權利要求4所述的方法，進一步包括進行一個或多個材料去除操作，以去除第二材料的子部分從而使多個電池單元相互分離 O
6.如權利要求4所述的方法，其中第二材料是被沉積以鈍化該電池單元的電絕緣體。
7.如權利要求4所述的方法，其中第二材料包括LiPON。
8.如權利要求4所述的方法，其中第二材料包括聚合物。
9.一種設備，包括第一片材的源，該第一片材包括基板、陰極集電器、陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層；和材料去除裝置，用于去除穿過陰極集電器、陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層的材料，以及去除穿過基板的第一部分但不穿過基板的第二部分，以留下相互分離的多個電池單元，但多個電池單元中的每一個保持連附到第一片材的至少一部分。
10.如權利要求9所述的設備，其中該材料去除裝置包括激光燒蝕裝置。
11.如權利要求9所述的設備，其中該材料去除裝置包括光刻裝置。
12.—種設備，包括第一片材的源，該第一片材包括基板、陰極集電器、陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層；和第一材料去除臺，被配置為去除陰極集電器、陰極材料、陽極集電器和隔開陰極材料與陽極集電器的電解質層，以及去除穿過基板的第一部分但不穿過基板的第二部分，以留下相互分離的多個電池單元，但多個電池單元中的每一個保持連附到第一片材的至少一部分。
13.如權利要求12所述的設備，其中該材料去除臺包括激光燒蝕臺。
14.如權利要求12所述的設備，其中該材料去除臺包括光刻臺。
15.如權利要求12所述的設備，進一步包括沉積臺，其在該片材上沉積鈍化材料，以至少在電池單元的側面上覆蓋多個電池單元；和第二材料去除臺，被配置為去除第二材料的子部分從而使多個電池單元相互分離。
16.如權利要求15所述的設備，其中該鈍化材料包括與一個或多個聚合物層交替的一個或多個金屬層。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于固態(tài)微電池光刻制造、切單和鈍化的方法和設備。提供一種用于制備鋰電池的方法和設備，提供第一片材，包括具有陰極材料、陽極材料、和隔開陰極材料與陽極材料的LiPON/電解質層的基板；去除第一材料的子部分以從第一片材分離多個電池單元。在一些實施例中，該方法進一步包括在該片材上沉積第二材料以覆蓋多個電池單元；且去除第二材料的子部分以從第一片材分離多個電池單元。
文檔編號H01M4/52GK102290605SQ20111021398
公開日2011年12月21日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權日2006年7月18日
發(fā)明者J·J·克拉森, J·J·薩瑟, M·A·沃萊斯, S·莎士比亞 申請人:西姆貝特公司