二重層固体電池
電子システムの製造及びそのシステムが提供される。電子システムは、第１の表面（２０２ａ）を持つ第１の基板（２０２）及び第２の表面（２０８ａ）を持つ第２の基板（２０８）を含む。前記システムはまた、前記第１及び第２の表面（２０３，２０９）上の複数の横方向に間隔が開けられた領域上に設けられた複数の電池セル（１０６から１１２）を含む。前記システムにおいて、前記第１の表面上の前記電池セル層の部分は、前記第２の表面上の前記電池セル層の部分と物理的接触し、前記第１の表面及び第２の表面上の電池セル層は前記第１及び第２の表面上の複数の電気的に相互接続された電池セル（２０６，２１２）を形成し、これは横方向に間隔が開けられて１又はそれ以上の電池（２００）を定める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池及びその形成方法に関し、さらに具体的には二重層固体電池及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）は通常電子部品及び機械部品、センサ、アクチュエータなどをミクロ製造技術を用いてシリコン基板上に集積する。単一基板上へのこれらの部品の製造及び集積は１チップ上に完全なシステムの実現を可能とする。しかしＭＥＭＳラジオ周波数及び光学リレーは通常操作のために８０から１２０ボルトのＤＣを必要とする静電アクチュエータを用いる。従って、ＭＥＭＳ技術の開発は、一般的に安価なコンパクトなエネルギー源の利用によって制限されてきた。
【０００３】
例えばノートブックコンピュータ及びカメラなどの大規模な消費者用装置において、電池は通常、より大きな電力及び高電圧を作るために複数の個々のパッケージ化された電池を直列に接続することで形成される。高電圧を作る他の方法は、カソード及びアノード電極層を非浸透性導電箔の反対側に形成させ、かつ前記バイポーラシートをイオン性導電性電解質セパレータとを交互にスタックさせることで形成される。得られるいわゆるバイポーラ電池は電極のそれぞれのペアを効果的に直列に接続し、それにより相当な大きさの空間を必要とすることなく高電圧を形成する。かかるバイポーラ電池は製造が難しく、かつ一般的には普及していない。さらに、半導体技術に基づく現在の電池は一般的にかかるマルチレイヤーバイポーラ電池の形成を可能としない。例えばＭＥＭＳ中のリチウム薄膜電池の場合に、アノード材料は一般的にカソード材料のために必要なアニール温度への対象とはされ得ない。従って、共通の基板上にアノードとカソードの製造は、一般的に前記カソード、イオン伝導性電解質セパレータを連続して製造したその後に、前記アノードを個別に製造することで製造され得る。その結果、ＭＥＭＳ基板の相当な領域が、その装置のために十分な高電圧を与えるための多数の単層電池を形成するために必要とされる。このことが集積電池のいくつかのタイプにとって可能な前記最小サイズを限定する。従って、かかる電池を含むＭＥＭＳ装置にとって可能な前記最小サイズもまた制限されることとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施態様は、二層固体電池及びそれを含む装置の製造方法に関する。本発明の第１の実施態様では、電子システムが提供される。前記システムは、第１の表面を含む第１の基板及び前記第１の表面に面する第２の表面を持つ第１の基板を含む。前記システムはさらに、前記第１及び第２の表面上の複数の横向きに間隔が開けられた領域上に配置される複数の電池セル層を含む。前記システムで、前記第１の表面上の前記電池セル層の部分が、前記第２の表面上の前記電池セル層の部分と物理的接触している。前記第１の表面と第２の表面上の前記電池セル層は、横方向に間隔を開けて離された前記第１及び第２の表面上で複数の電気的に相互接続された電池セルを形成して、１又はそれ以上の電池を定める。
【０００５】
本発明の第２の実施態様では、電子システムの形成のための方法が提供される。前記方法は、第１の表面を持つ第１の基板と第２の表面を持つ第２の基板を準備することを含む。前記方法はまた、前記第１及び第２の表面上の横方向に間隔が開けられた複数の領域のそれぞれの上に複数の電池セル層を配列形成することを含む。前記方法はさらに、前記第１及び第２の基板を、前記第１の表面上の前記電池セル層の部分が前記第２の表面上の前記電池セル層の部分と物理的接触をするように整列させることを含み、前記第１の表面及び第２の表面上の前記電池セル層が、横向きの間隔が開けられた前記第１及び第２の表面上に複数の電気的に相互接続された電池セルを形成し、それらが１又はそれ以上の電池を定める。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明の１つの実施態様による電池バンクを含む、電池基板の１部分を模式的に示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の１つの実施態様による電池の分解図面である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の１つの実施態様による電池の組立図面である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の１つの実施態様による電池を含むシステムの分解図面である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の１つの実施態様による電池を含むシステムの組立図面である。
【図４】図４は、本発明の１つの実施態様による、電池と、電源接続の他の構成を含むシステムの組立図面である。
【図５】図５は、本発明の１つの実施態様による電池を含むスタックシステムの組立図面を示す。
【図６】図６は、本発明の他の実施態様による、電池と、電源接続の他の構成を含む他のスタックシステムの組立図である。
【図７】図７は、本発明の１つの実施態様による、他の電池基板の部分の模式図である。
【図８】図８は、本発明の１つの実施態様による、図７の電池基板に基づく、電池を含む装置の部分の模式図である。
【図９】図９は、本発明の１つの実施態様による、さらに他の電池基板の部分の模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の１つの実施態様による、図９の電池基板に基づく、電池を含む装置の部分の模式図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は添付の図面を参照して説明され、図中類似の数字は類似又は均等な要素に与えられている。前記図面は寸法の通りには描かれていない。また図面は本発明を図示するためだけの目的である。本発明のいくつかの側面が、以下説明のための例示応用を参照して説明される。理解されるべきことは、多くの具体的な詳細、関係及び方法は、本発明を完全に理解するために提供されている、ということである。しかし当業者は、本発明は、１つ又はそれ以上の詳細な説明がなくても又は他の方法でも実施可能であるということを理解できる。他の例では、よく知られた構造又は操作については本発明を曖昧にすることを避けるために詳細には示されていない。本発明は、図示された作用又は事象の順番に限定されず、ある作用は他の作用又は事象とは異なる順で及び／又は同時に起こり得る。さらに、全ての図示された作用又は事象が本発明による方法論を実施するために必要ではない。
【０００８】
上述のように、ＭＥＭＳ及び絶縁性基板及び／又は半導体基板上に形成される類似の装置のための電池形成のための本来的な制限の１つは、これらの電池中の材料のいくつかは追加の電池層形成のために続いて必要とされる高温度の対象とはできない、ということである。例えば、リチウム電池セルのアノードとして共通に使用されている金属リチウム材料は、リチウムコバルト酸化物カソードを形成するために必要とされるアニール温度の対象とはできない。従って、電極層スタックを含む集積電池は一般的にはＭＥＭＳ又はその他の類似の装置では可能ではない。ここで定められる用語「集積電池」とは、セル間の電気的相互接続が前記電池パッケージ内で作られる電池を意味し、これは別々にパッケージ化された個々のセル間の外部相互接続を作るために組み立てられる電池とは対照的な電池である。結果として、ＭＥＭＳのための集積電池は、ＭＥＭＳのために必要な高電圧を与えるために多数の横向きに間隔の開けられた電池セルの形成を必要とする。さらにかかる構成はまた、前記横向きに間隔の開けられた電池を相互接続するために結線構造の形成を必要とする。これらの結線構造はまた、さらなる空間を基板上に要求し、従ってさらに前記電池に必要となる表面が増加する。従って、コンパクトで高電圧集積電池の形成はＭＥＭＳ装置において達成することは通常困難である。
【０００９】
従来の前記制限を克服するために、本発明の実施態様は、コンパクトな二層基板電池及びその製造方法を提供する。本発明の種々の実施態様において、かかるコンパクトな電池を含む装置は、その上に形成された第１の電池バンクを持つ第１の基板及びその上に形成された第２の電池バンクを持つ第２の基板を準備することで形成される。それぞれの電池バンクは１つ又はそれ以上の電池セルを含む。本発明の種々の実施態様では、前記基板は、前記第１電池バンクを前記第２の電池バンクと物理的に接触させるように配置させる。この結果、前記電池セルの直列配置となり、空間と結線を低減させる。これは図１から３に概念的に説明されている。
【００１０】
本発明の種々の実施態様は、主にリチウム電池技術及び化学に関して説明されるが、本発明はこれに限定されるものではない。むしろ、ここで説明されるシステム及び方法は、全ての電池技術及びその化学種に等しく適用され得る。例えば、本発明の種々の実施態様は、亜鉛炭素、亜鉛塩化物、アルカリ、オキシニッケル水酸化物、水銀酸化物、亜鉛空気、銀酸化物（銀亜鉛）、ニッケルカドミニウム、ニッケル金属水素及びリチウムイオン化学種などその他の化学種と共に使用され得る。液体又は移動性固体又はゲル化電解質を用いる電池技術の場合には、前記電池セルは保持構造を必要とするか、又は製造の際に前記電解質の位置を保持するための他のプロセスを必要とする。
【００１１】
図１は、本発明の１つの実施態様による、電池バンク１０２を含む電池基板１００の部分を示す。図１に示されるように、電池バンク１０２は前記基板１００上に配置された一連の電池セル１０４を含む。前記電池セル１０４のそれぞれは、複数の電池セル層からなる。具体的には、前記電池セル層は基板１００上に設けられたカソード集電層部分１０６、部分１０６上に設けられたカソード層部分１０８、部分１０８上に設けられた電解質／セパレータ層部分１１０、及び部分１１０上に設けられたアノード層部分１１２を含む。例えば、リチウムイオン電池セルでは、部分１０６、１０８、１１０及び１１２はそれぞれ、銅含有部分、リチウムコバルト酸化物部分、リチウムリン酸化窒化物（ＬｉＰＯＮ）及び金属リチウム部分である。部分１０６から１１２は、基板１００上の表面上に、基板１００の横向きに間隔が開けられた領域１０１に設けられる。対象物又は異なる位置の配置に関してここで使用される用語「横向きに間隔が開けられた」とは、共通の表面上にお互いに隣接して設けられた対象物又は位置を意味する。しかし、用語「横向きに間隔が開けられた」はまた、以下説明されるように、部分的に重なった異なる表面上で隣接する領域をも意味する。
【００１２】
本発明の種々の実施態様で、電池セル１０４の前記部分１０６から１１２はまた、横向きに伸びる接触構造を持つように構成される。すなわち、前記電池セル１０４は、アノード層部分１１２及びカソード層部分１０８を接触するため基板１００に沿った第１及び第２の隣接領域を含み、例えば図１に示されるように、前記集電層部分１０６（電気的にカソード層部分１０８と接触する）はさらに、基板１００に沿って部分１０８から１１２に比較して伸びることができる。この伸びた部分は、それぞれの電池セル１０４のカソード接触領域１１４を定める。アノード接触領域１１６は、それぞれのアノード層部分１１２の頂部又は最上部により定められる。本発明の種々の実施態様で、前記カソード接触領域１１４及びアノード接触領域１１６は、それぞれのバンク１０２内で連続して交互に配置される。すなわち、前記それぞれのバンク１０２での電池１０４は、１つのカソード接触領域１１４のみが、２つのアノード接触領域１１６の間に定められるように構成される。その結果、カソード接触領域及びアノード接触領域の交互連続が基板１００に亘って提供されることとなる。
【００１３】
さらに、本発明の種々の実施態様では、前記電池セル１０４は、基板１００上に電気的に接続されず、分離されている。即ち、電気接続は、同じバンク内の２つのセル間には一般的に与えられない。従って、前記基板１００の上部表面は電気的絶縁材料を含むことができ、これにより電池バンク１０２中の隣接する電池セル１０４間を分離する。例えば、１つの実施態様では、前記電気的絶縁材料は、基板を含むシリコン上に設けられたシリコン酸化物（ＳｉｘＯ１−ｘ）を含み得る。しかし本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。むしろ全ての電気的絶縁材料が使用され得る。又は、電流集電層部分１０６の底部表面が電気的絶縁材料を含み得る。
【００１４】
図１に示されるように、前記電池セル１０４は前記基板１００で物理的に分離される。本発明の種々の実施態様で、電池セル１０４間の横向き間隔は、第２の基板上に設けられた電池セルの第２のバンクが、前記カソード接触領域１１４とアノード接触領域１１６に接触できるように選択され、前記電池セル１０４が前記第２の基板上の前記電池セルと連続して電気的に接続され得る。かかる構成が、図２Ａ及び２Ｂに関して説明される。
【００１５】
図２Ａ及びＢは、本発明の１つの実施態様による、電池２００の部分の分解図面及び組立図面を示す。図２Ａ及び２Ｂに示されるように、電池２００はその上に設けられた電池２０６の第１の電池バンク２０４を持つ第１の電池基板２０２、及びその上に設けられた電池２１２の第２の電池バンク２１０を持つ第２の電池基板２０８とを含む。前記第１の電池基板２０２及び第１の電池バンク２０４の構成は、図１に示された構成と類似する。従って、上の説明は、第１の電池基板２０２及び第１の電池バンク２０４を説明するために十分である。同様に、第２の電池基板２０８及び第２の電池バンク２１０の構造は、図１に示される構造に類似する。従って、上の記載は、第２の電池基板２０８及び第２の電池バンク２１０を説明するために十分である。
【００１６】
電池２００を組み立てるために、電池基板２０２及び２０８を、それらの上部表面２０２ａ及び２０８ａ（その上に電池セル２０６及び２１２を持つ）のそれぞれが、お互いにそれぞれ面するように配置させる。その結果、電池セル２１２は電池セル２０４に関して上下逆にされる。さらに、電池基板２０２と２０８はお互いに近づけて、電池セル２０６が電池セル１２１と物理的に電気的に接触するように配置される。具体的には、基板２０２及び２０８は、電池セル２０６のアノード接触領域２０６ａが、電池セル２１２のカソード接触領域２１２ｂと電気的に物理的に接触するように配置される。さらに、電池セル２１２のａのカソード接触領域２１２ａは、電池セル２０６のカソード接触領域２０６ｂと電気的物理的に接触する。従ってその結果、一連のアノード／カソード接触が複数の直列接続された電池セルを得る。
【００１７】
図２Ａ及び２Ｂに示される実施態様では、前記基板２０２及び２０８は接近して並列である。しかし、本発明の種々の実施態様はこれには限定されるものではない。本発明のいくつかの実施態様では、それぞれのバンクに沿ったそれぞれの電池セルの種々の層の厚さに依存して、実質的に並列配置ではない場合もあり得る。
【００１８】
上述のように、電池バンク２０４と２１０のそれぞれにおいて横向きに間隔を開けて配置された電池セルは、電池セル２０６と２１２が物理的および電気的に接触することを可能にする。具体的には、電池セル２０４と２１０において横向き間隔は、１つの電池セル２０６のアノード接触領域２１２ａの少なくとも１部分が、電池バンク２０１の２つの隣接する電池セル２１２の間に挿入され得るように選択される。さらに、電池セル２０６及び２１２の前記アノード、カソード及び電解質部分は、電池セル２０６の前記アノード接触領域２０６ａが、第１の隣接する電池セル２１２の前記カソード接触領域１２１ｂに接触し、かつ電池セル２０６の前記カソード接触領域２０６ｂが、第２の隣接する電池セル２１２のアノード接触領域２１２ａに接触することができるように選択される。
【００１９】
同様に、電池バンク２０４及び２１０内の横向き間隔はまた、電池セル２１２の１つのアノード接触領域２１２ａの少なくとも１部分が、電池バンク２１０の２つの隣接する電池セル２０６間に挿入されることができるように選択される。さらに、電池セル２０６と２１２の前記アノード、カソード及び電解質の組み合わせた高さは、電池セル２１２の前記アノード接触領域２１２ａが、第１の隣接する電池セル２１２の前記カソード接触領域２０６ｂと接触し、かつ電池セル２１２の前記カソード接触領域２１２ｂが、第２の隣接する電池セル２０６のアノード接触領域２０６ａに接触できるように選択される。
【００２０】
図２Ｂは、電池セル２０６のアノード接触領域２０６ａが、電池セル２１２の１つのカソード接触領域２１２ａの比較的小さい部分に接触することを示しているが、本発明はそれに限定されるものではない。本発明の種々の実施態様において、アノード接触領域とカソード接触領域との間の接触の程度は変化し得る。例えば、前記アノード接触領域及び前記カソード接触領域を与える材料が比較的高抵抗を与える場合には、前記カソード接触領域のサイズは、接触抵抗を下げるために大きくされ得る。他の実施態様では、前記カソード接触領域のサイズは、製造公差や設計上の制約に基づいて調節され得る。
【００２１】
上述のように、本発明の種々の実施態様は、ＭＥＭＳシステムなどの集積システムのためのコンパクトな集積電池を与えるために使用され得る。従って、本発明の１つの実施態様による電池は、単一の基板上の集積システムを提供するために使用され得る。これは図３Ａ及び３Ｂを参照して説明される。
【００２２】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の１つの実施態様による、電池３０２（図３Ａでは分解）を含むシステム３００の分解及び組立図を示す。図３Ａ及び３Ｂで示されるように、装置及びその他の回路３０４は、１つ又はそれ以上の装置領域３０８内にシステム基板３０６上に形成され得る。さらに、第１の電池バック３１０は前記システム基板３０６の電池領域３１２内に形成され得る。第１の電池バンク３１０の構造は、図１に示された構造と類似する。従って、上での説明は、第１の電池バンク３１０を説明するために十分である。
【００２３】
システム３００で、電池３０２は、第２の基板３１６上の電池セルの第２の電池バンク３１４を準備することで形成される。基板３１６上の電池バンク３１４の構造は、図１で示される構造と類似する。従って、上の説明は電池バンク３１４の説明のために十分である。図３Ｂに示されるように、その後前記第２の電池バンク３１４が、電池バンク３１２と電気的及び物理的に接触されるように配置される。得られる電池３１０は、図２Ｂに関して上で説明した電池と類似し、上下逆向きにされた電池セル３１４が電池バンク３１０の電池セルと物理的に電気的に接触する。従って、電池バンク３１０と３１４から電池セルの交互に直列する配置が提供され、これは図２Ｂと類似する配置である。従って、図２Ｂで説明された配置及び操作は、電池３０２の構造及び操作を説明するために十分である。
【００２４】
組み立てられると、電池３０２はシステム３００で装置３０４に電力を提供するために使用され得る。図３Ａ及び３Ｂに示される実施態様では、前記電池３０２は、電力接続３１８と３２０を介して装置３０４に電気的に接続される。前記電力接続３１８と３２０は、電池３０２内の最端部電池セルを装置３０４に電気的に接続するために使用され得る。ここで電池セルに関して使用される用語「最端部」とは、電池内の一連の電池セルの最初及び最後の電池を意味する。例えば、システム３００の場合には、前記接続された電池バンク３１０と３１４は、基板３０６上の第１の最端部電池セル３２２を有し、かつ基板３１６上に第２の最端部３２４を持つ。電力接続３１８と３２０は、前記最端部の電池セルの構成に依存して種々の方法で設けられ得る。
【００２５】
電力接続の第１の構成では、最端部電池セルは、前記システム基板と異なる基板上であり、アノード接触が前記電池内の他の電池セルと接続されていないアノード接触領域を持ち得る。かかる構成は、最端部電池セル３２４により図３Ａ及び３Ｂに示される。図３Ａ及び３Ｂで示されるように、最端部電池セル３２４は上下逆にされ、カソード接触領域３２４ｂが電池３０２内の次の電池セル３２５に接触する。しかし、最端部電池セル３２４の前記アノード接触領域は全ての他の電池セルと接触していない。その代わり、図３Ａ及び３Ｂに示されるように、電力接続３１８は、装置３０４の一つから、最端部電池セル３２４の前記アノード接触領域３２４ａの下側に伸ばされている。従って、基板３１６が基板３０６と近づけられると、最端部電池セル３２４の前記アノード接触領域３２４ａは電力接続３１８と物理的に電気的に接触する。かかる実施態様では、前記電力接続３１８は、種々の方法で構成され得る。例えば、電力接続３１８は、第１の部分を持ち、それが装置３０４から伸びてアノード接触領域３２４ａの下のパッド部分と接触して終り、これにより最端部電池セル３２４の前記アノード接触領域３２４ａの接触を容易にする。しかし本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。
【００２６】
電力接続の第２の構成では、最端部電池セルがシステム基板上にあり、前記電池内に他の電池セルとは接続されないカソード接触領域を持ち得る。かかる構成は図３Ａ及び３Ｂに、最端部電池セル３２２により示される。図３Ａ及び３Ｂに示されるように、最端部電池３２２のアノード接触領域３２２ａは、電池３０２内で１つ前の電池セル３２３と接触する。しかし、最端部電池セル３２２の前記カソード接触領域３２２ｂは他の全ての電池セルとは接触していない。その代わりに、図３Ａ及び３Ｂに示されるように、電力接続３２０は装置の１つから伸ばされて最端部電池セル３２２の前記カソード接触領域３２２ｂに接触する。かかる実施態様では、電力接続３２０は種々の方法で構成され得る。例えば、電力接続及び最端部電池セル３２２の前記カソード集電部分は一体で形成され得る。他の例では、電力接続３２０は、最端部電池セル３２２の前記カソード集電部分と少なくとも部分的に重なり得る。しかし、本発明の種々の実施態様はこれには限定されるものではない。
【００２７】
電池セルの他の構成において、追加のセル構造が、本発明のいくつかの実施態様における前記最端部電池セルに接触するために必要となる場合がある。これは図４に示されている。図４は、システム４００の組立図面を示し、電池４０２及び本発明の１つの実施態様による電池接続の他の構成を有する。図４に示される前記システム４００の構成は、図３Ａ及び３Ｂに示される構成に類似する。具体的には、図４は、図３Ａ、及び３Ｂに関して説明された部品３０２から３２０に類似する部品を含む。しかしシステム４００の場合には、接続された電池バンク４１０と４１４が含まれる。前記電池バンク４１０と４１４は、一連の電池セルの配置を与え、基板３１６上に第１（最初）の最端部電池セル４２７と基板３０６上に第２の最端部電池セル４２９を持つ。
【００２８】
従って、電力接続の第３の構成において、１つの最端部電池セルは前記システム基板とは異なる基板上に存在し、前記電池内の他の電池と接続されていないカソード接触領域を持つ。かかる構成は最端部電池セル４２７により図４に示されている。図４に示されるように、最端部電池セル４２７は、アノード接触領域４２７ａと共に上下逆にされ電池４０２内の先行する電池セル４２８と接触する。しかし最端部電池セル４２７の前記カソード接触領域４２７ｂは全ての他の電池セルとは接触していない。さらに、電力接続３２０が横に伸ばされて最端部電池セル４２７と接触する場合には、この電池セルの前記アノード接触領域４２７ａが接触し得る。結果として、最端部電池セル４２７により与えられる前記電力、電流及び電圧は電池４０２のためには利用できないものであろう。従って、かかる構成での電池セルとの接触のために、電力端子４２６が電力接続３２０から垂直に伸びるように構成される。さらに、電力接続３２０と電力端子４２６は、合わせた高さが、電池バンク３１０での電池セルの高さに等しくなるように構成される。従って、基板３１６が基板３０６に近づけられると、最端部電池セル４２７の前記カソード接触領域が物理的に電気的に電力端子４２６と接触する。かかる実施態様では、前記電力端子４２６は種々の方法で設けられ得る。例えば、本発明のいくつかの実施態様では、電力端子４２６は、導電性エポキシやはんだ材料などの導電性接着剤を電力接続３２０に供することで与えられ得る。その後基板３１６は基板３０６上に配置され得る。他の例では、電力端子４２６及び電力接続３２０は、装置３０４及び／又は電池バンク４１０を形成するために使用された同じ製造方法を用いて形成され得る。しかし本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。
【００２９】
電力接続の第４の構成は、最端部電池セルは前記システム基板上に存在し得るが、前記電池内の他の電池に接続されていないアノード接触領域を持ち得る。かかる構成は最端部電池セル４２９により図４に示される。図４に示されるように、最端部電池セル４２９は、電池４０２内でつぎの電池セル４３０に接触するカソード接触領域４２９ｂを持つ。しかし、最端部電池セル４２９の前記アノード接触領域４２９ａは全ての他の電池セルとは接触していない。さらに、電力接続３１８が横に伸ばされて最端部電池セル４２９に接触する場合には、この電池セルの前記カソード接触領域４２９ｂのみが接触され得る。結果として、最端部電池セル４２９により与えられる前記電力、電流及び電圧は利用されないこととなる。又は、電力接続３１８が横及び最端部電池セル４２９の上に縦に伸ばされる場合には、追加の絶縁材料が、電力接続３１８が最端部電池セル４２９の前記アノードとカソードが短絡することを避けるために必要となるであろう。これは電池セル４０２の設計及び製造に新たな複雑性を導入することとなり望ましくない。
【００３０】
従って、かかる構成の電池セルは、基板３１６上の接触パッド４３２及び、電力接続３１８と接触パッド４３２との間を垂直に伸びる接触端子４３４を設けることで接触させ得る。さらに、接触パッド４３２と電力端子４３４は、その組み合わせた高さが、電池バンク４１４内の電池セルの高さと等しい高さを持つように構成される。さらに、接触パッド４３２は、電池バンク４１４内の前記電池セルの前記カソード集電部分の厚さと等しい高さを持つように構成される。従って、基板３１６が基板３０６と近づけられると、最端部電池セル４２９の前記アノード接触領域は物理的に電気的に接触パッド４３２と接触し、電力端子４３４は電力接続３１８と接触する。かかる実施態様において、前記電力端子４３４は種々の方法で与えられ得る。例えば、本発明のいくつかの実施態様では、電力端子４３４は、導電性エポキシやはんだなどの導電性接着剤を電力接続３１８又は接触パッド４３２へ供することで与えられ得る。その後基板３１６を基板３０６上に配置され得る。他の例では、電力端子４３４と接触パッド４３２は、電池バンク４１４を形成するために使用された同じ製造ステップを用いて形成され得る。さらに他の例では、電力端子４３４と電力接続３１８は、装置３０４及び／又は電池バンクを形成するために使用される同じ製造ステップを用いて形成され得る。しかし本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。
【００３１】
本発明の種々の実施態様は、図３Ｂ及び４に示される接続構成にのみ限定されるものではない。本発明の種々の実施態様では、前記電池バンクの電池セルの構成に依存して上で説明された全てのタイプの接続の組合せが単一のシステムで使用され得る。
【００３２】
図３Ａ、３Ｂ及び４で示される種々の実施態様において、前記装置は本発明による電池に関して横方向に配置される。即ち、装置は電池セルと同じ表面上に形成される。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、その他の構成もまた可能である。例えば、他の構成は図５及び６に示される。
【００３３】
図５は、本発明の１つの実施態様による、電池３０２を含むスタックシステム５００の組立図面である。図５に示されるシステム５００の構成は図３Ａ及び３Ｂで示された構成に類似する。図６は、本発明の他の実施態様による、電池４０２と他の電力接続の構成を含む他のスタックシステム６００の組立図面である。図６で示されるシステム６００の構成は図４で示された構成に類似する。しかしシステム５００及び６００において、前記装置５０４は、それぞれ、それぞれの電池が上に形成されるシステム基板の同じ表面上に設けられていない。むしろ前記装置は、システム５００及び６００ではシステム基板３０６の対抗する表面上に形成される。かかる構成は電池と装置のスタック構造を与える。その結果、システム５００及び６００のサイズはシステム３００及び４００とそれぞれ比較して低減され得る。
【００３４】
システム５００及び６００では、電池３０２及び４０２への電気接続は種々の方法で与えられ得る。第１に、電池３０２と４０２は、図３Ａ、３Ｂ及び４に関して上で説明されたように、電力接続３１８及び３２０へ接続され得る。例えば、いくつかの実施態様では、電池３０２の最端部電池セル３２２と３２４を電力接続３２０と３１８にそれぞれ接続するための図５の構成が使用され得る。他の実施態様では、最端部電池セル３２３と３２５を電力接続３２０と３１８にそれぞれ接続するために図６の構成が使用され得る。さらに、これらの全ての組合せがまた、与えられる前記電池バンクの構成に依存して使用され得る。
【００３５】
次に、装置５０４への電力接続３１８と３２０の接続はいくつかの方法で達成され得る。第１の構成では、接続はシステム基板３０６を通じて作られ得る。例えば、電気的導電性要素が基板３０６内に、基板貫通ビア５３６と５３８を用いて形成され得る（図５及び６に示される）。かかる構成においては、開口部又はビアは、その上部及び下部表面の間の基板３０６内に形成され得る。前記開口部又はビアはその後少なくとも部分的に電気的導電性材料で埋められて電気的導電性接続を与える。第２の構成では、接続は基板３０６の回りに作られる。かかる構成では、電力接続３１８と３２０は基板３０６の回りに伸ばされ、電気的に装置３０４と接続する。これは図５および６に、電力接続３１８及び３２０の伸びた部分５１８及び５２０のそれぞれにより示される。しかし、本発明の種々の実施態様は、電池３０２と装置３０４の間の１つの接続タイプに限定されるものではない。本発明の種々の実施態様では、上で説明された種々のタイプの接続の全ての組合せもまた単一のシステムで使用され得る。
【００３６】
上で説明された種々の実施態様において、前記電池セルは、その上に形成される前記基板へ平行に伸びる層を含む。しかし、かかる構成は最終的に供給可能な前記電流と電圧を限定する。というのはかかるパラメータは最終的には、種々の層又はそれぞれの電池セルの部分の表面積により定められるからである。この限定に関して、本発明の他の側面は、少なくとも部分的に垂直方向に伸びる、電池セル内の層を提供する。その結果、それぞれの電池セルの層の全表面積を、基板上で必要とされる面積の全量を増やすことを必要としないで増やすことができる。これは概念的に図７から１０に示される。
【００３７】
図７は、本発明の１つの実施態様による、電池基板７００の部分を模式的に示す。図１の電池基板同様に、前記電池基板７００は電池バンクを含み、これは少なくとも基板７００上に設けられたカソード集電層部分７０６、部分７０６上に設けられるカソード層部分７０８、部分７０８上に設けられた電解質／セパレータ層部分７１０及び部分７１０上に設けられたアノード層部分７１２を持つ少なくとも１つの電池セル７０３を含む。
【００３８】
図１の電池セルと同様に、電池セル７０２の前記部分７０６から７１２はまた、横に伸びる接触構成を持つように構成される。即ち、電池セル７０２は、アノード層部分７１２とカソード層部分７０８に接触するために基板７００に沿って伸びる第１及び第２の隣接表面領域を含む。例えば図７に示されるように、集電層部分７０６（電気的接触カソード層部分７０８）はさらに部分７０８から７１２に比べて横に伸びて電池セル７０２のためのカソード接触領域７１４を定める。アノード接触領域７１６はアノード層部分７１２の頂部又は上部部分により定められ得る。本発明の種々の実施態様では、前記カソード接触領域７１４及びアノード接触領域７１６は、図１において上で説明されたように交互に直列に配列される。即ち、基板７００上の電池セルは、１つだけのカソード接触領域７１４が、電池バンク内で２つのアノード接触領域７１６の間に定められるように構成される。その結果、カソード接触領域とアノード接触領域の交互直列配列が、電池バンク内の基板７００に亘り与えられることとなる。
【００３９】
図１の電池セルとは異なり、図７の電池セルはまた、縦方向及び横方向に伸びている。図７に示される実施態様では、これは、カソード接触領域７１４を定める前記伸びる部分よりも大きい厚さの少なくとも１部分を含むために層７０６を形成することで達成される。従って、層７０８から７１２ｈが形成された後、効果的な大きい面積を有する電池セルが形成されるが、しかし基板上７００では同じ面積である。かかる大きい面積の電池セルはそれにより、図１から６の電池セルのように横方向にのみ伸びた電池セルに比較して、より多くの電流を集めることができるより大きい容量を与える。従って、従来に集積電池と比較して、実質的により高い電圧、容量及び集電容量を与える、従来の集積電池と実質的に同じ足元の大きさを持つ集積電池が製造可能となる。かかる電池は図８に示される。
【００４０】
図８は、本発明の１つの実施態様による、図７の電池基板に基づく、電池８００の部分を示す。図８に示されるように、前記電池８００は、その上に設けられた電池セル８０６の第１の電池バンク８０４を持つ第１の電池基板８０２及びその上に設けられた電池セル８１２の第２の電池バンク８１０を持つ第２の電池基板８０８を含む。第１の電池基板８０２内の前記電池セル及び第１の電池バンク８０４の構成は図１から７に記載の構成に類似する。従って、上の説明は、第１の電池基板８０２及び第１の電池バンク８０４を説明するために十分である。同様に、第２の電池基板８０８内の前記電池セル及び第２の電池バンク８１０の構成は図１から７に記載の構成に類似する。従って、上の説明は、第１の電池基板８０８及び第１の電池バンク８１０を説明するために十分である。
【００４１】
電池８００を組み立てるために、電池基板８０２と８０８が、それらの上部表面８０２ａ及び８０８ａが対抗するように（即ちお互いが面するように）配置される。即ち、上に形成された電池セル８０６を持つ上部表面８０２ａ及び、上に形成された電池セル８１２を持つ上部表面８０８ａがお互いに面するように配置される。その結果、電池セル８１２が電池セル８０６に関して上下逆される。さらに、電池セル８０２及び８０８はお互いに近接して配置されることで、電池セル８０６が電池セル８１２と物理的に電気的に接触する。具体的には、基板８０２及び８０８は、電池セル８０６のアノード接触領域８０６ａが電池セル８１２のカソード接触領域８１２ｂに電気的に物理的に接触し、かつ電池セル８１２のアノード接触領域８１２ａが電池セル８０６のカソード接触領域８０６ｂに電気的に物理的に接触するように配置される。従って、アノード／カソード接触の前記集まりは、図１から６に示された構成に類似する、複数の直列接続された電池セルを与える結果となる。
【００４２】
図７及び８の実施態様は前記カソード集電層の厚い部分として三角形状断面を示すが、本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。本発明の種々の実施態様で、前記カソード集電層の断面形状は全ての他の形状を持つように構成され得る。例えば、前記断面形状は、長方形状、楕円形状又は台形状であり得る。しかし本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】
いくつかの場合において、前記アノード接触領域と前記カソード接触領域の直接接触は、前記アノード層及び前記カソード層を含む金属の合金化を起こし得る。前記アノード接触領域及び前記カソード接触領域が比較的大きい面積で接触する場合には、前記合金化は一般的には前記２つの領域の間の電気的接触には悪い影響は与えない。しかし、図８の電池の場合において、前記アノード接触領域は前記カソード接触領域と比較的小さい面積で接触する。従って、少量の合金化が生じた場合でも、電気的接触の性質が大きく変動し得ることとなる。これは、例えば、前記層間の接触抵抗を増加させて、電池により輸送される電流及び電圧を低下させる結果となる。従って、本発明のいくつかの実施態様では、バリア金属接触パッドが設けられ得る。これは図７及び８に示される。具体的には、図７で示されるように、電池セル７０２がさらに、カソード接触領域７１４上に形成されるバリア接触パッド７２６を含む。従って、かかる電池セルが図８の基板８０２及び８０８で使用される場合には、前記アノード接触領域８０６ａ及び８１２ｂでの合金化はほとんど又は全く生じない。
【００４４】
図７及び８の実施態様は、電池セル層を垂直に伸ばすためにより厚いカソード集電層部分を設けることが示されるが、本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のいくつかの実施態様では、前記基板は、凸部又は凹部などの構造を含み、前記電池セルのそれぞれにおいて前記層が少なくとも部分的に垂直方向に伸びるような構成を含むように構成され得る。凸部の場合には、得られる電池の構造は、より厚いカソード集電層部分の代わりに基板７００が図７で点線７１８で示される凸部を与えること以外は、図７及び８で示される構造に実質的に類似する構造である。凹部の場合は以下の図９及び１０に示される。
【００４５】
図９は、本発明の１つの実施態様による、他の電池基板９００の部分を模式的に示す。図１の電池基板同様、前記電池基板９００は、基板９００上に設けられたカソード集電層部分９０６、部分９０６上に設けられたカソード層部分９０８、部分９０８上に設けられた電解質／セパレータ層部分９１０及び部分９１０上に設けられたアノード層部分９１２を含む少なくとも１つの電池セル９０２を含む電池バンクを含む。
【００４６】
図９の実施態様は、凹部９１８について三角形上の断面を示すが、本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。本発明の種々の実施態様では、前記カソード集電層の断面形状は全ての形状であり得る。例えば、前記断面形状は、長方形上、楕円形状又は台形状であり得る。しかし本発明はこれに限定されるものではない。
【００４７】
図１の電池セルとは異なり、凹部９１８は電池セル９０２のために基板９００に設けられる。層９０６から９１４は、凹部９１８の輪郭に従い基板９００上に設けられ得る。その結果、電池セルは横方向と垂直方向に伸びて、その有効面積を増加し、それにより供給電圧及び電流を増加する。
【００４８】
図１の電池セルと同様に、電池セル９０２はまた、アノード層部分９１２及びカソード層部分９０８に接続するための第１及び第２の横方向に伸びる隣接領域を含む。例えば、図９に示されるように、前記集電層部分９０６（電気的接触カソード層部分９０８）は、部分９０８から９１２に比較して第１の方向へさらに横方向に伸びて電池セル９０２のためのカソード接触領域９１４を定める。具体的には、層９０６は、第１の方向に凹部９１８からさらに伸びるように構成され得る。
【００４９】
アノード接触領域９１６は、凹部９１８から第２の方向へ伸びてアノード層部分９１２の最上部を形成するアノード層９１２の部分を与えることで定められる。本発明の種々の実施態様では、図１に上で説明されたように、前記カソード接触領域９１４及びアノード接触領域９１６は直列に交互に配列される。すなわち、基板９００上の電池セルは、ひとつのカソード接触領域９１４のみが２つのアノード接触領域９１６の間に定められるように構成される。その結果、カソード接触領域とアノード接触領域の交互に直列する配列が基板９００に亘って提供される。
【００５０】
従って、凹部９１８及び層９０８から９１２が形成された後、有効なより大きい面積を持つ電池セルが形成される。かかるより大きい面積を持つ電池セルはそれゆえに、図１から６の電池セルなどの横方向にのみ伸びる電池セルに比較して、受け入れる電流容量が増加したより大きい容量を提供することができる。従って、従来の集積電池に比較して、従来の集積電池と実質的に同じ足元サイズであるが、実質的により高い電圧、容量及び集積容量を与える集積電池が製造され得る。かかる電池は図１０に示される。
【００５１】
図１０は、本発明の１つの実施態様による、図９に記載の電池基板に基づく電池１０００の部分を模式的に示す。図１０に示されるように、電池１０００は、そこに設けられた電池セル１００６の第１の電池バンク１００４を持つ第１の電池基板及びそこに設けられた電池セル１００８の第２の電池バンク１０１０を持つ第２の電池基板を含む。第１の電池基板１００２内の電池セル及び電池バンク１００４の構成は、図９に示される構成に類似する。従って、上の説明は、第１の電池基板１００２及び第１の電池バンク１００４のために十分である。同様に、第２の電池基板１００８及び第２の電池バンク１０１０の構成は、図９に示される構成に類似する。従って、上の説明は、第２の電池基板１００８及び第２の電池バンク１０１０のために十分である。
【００５２】
電池１０００を組み立てるために、電池基板１００２と１００８が、電池セル１００６と１０１２を持つそれらの上部表面１００２ａと１００８ａが、それぞれ、お互いに面するように配置される。その結果、電池セル１０１２は電池セル１００４に関して上下逆にされる。さらに、電池基板１００２と１００８は、お互いに近づけて配置され、それにより電池基板１００６が物理的に電気的に電池セル１０１２と接触する。具体的には、電池基板１００２と１００８は、電池セル１００６のアノード接触領域１００６ａが電池セル１０１２のカソード接触領域１０１２ｂと電気的物理的に接触し、かつ電池セル１０１２のアノード接触領域１０１２ａが電池セル１００６のカソード接触領域１００６ｂと接触するように配置される。従って、アノード／カソード接触の前記集まりは、図１から６に示される構成に類似した、複数の直列に配列された電池セルを与えることとなる。
【００５３】
図１から１０に示される電池基板は種々の方法で製造され得る。１つの例示的方法は、以下図１１Ａから１１Ｅに示される。図１１Ａから１１Ｅは、本発明の１つの実施態様による、例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面を示す。具体的には、図１１Ａから１１Ｅは、図９及び１０の電池セルを形成するための断面を示す。しかし、以下説明される方法において種々のステップは、本発明の種々の実施態様による電池基板を製造するために等しく適用可能なものである。
【００５４】
前記製造プロセスは、前記電池セル９０２が形成される基板９００を準備することから開始される。いくつかの実施態様では、前記基板９００は、半導体表面を含む。例えば、前記基板は、単結晶半導体ウェハ、絶縁体上半導体（ＳＯＩ）ウェハ、フラットパネルディスプレー（例えばガラスプレート上のシリコン層）又は電子装置を形成するために使用される全てのタイプの基板などであり得る。基板９００は、ｎータイプ又はｐ−タイプドーパントなどのドーパントを含む。さらに、基板９００は、その上にすでに形成された電子部品又は電子部品の一部を含むことができる。かかる電子部品は、例えば、注入領域、フィールド分離領域又はその他の、トランジスタ及びＭＥＭＳ装置などの電子部品を形成するために使用されるその他の層を含む。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、電子部品が電池９０２が形成された後に形成され得る。
【００５５】
基板９００が準備されると、垂直方向に伸びる構造が形成され得る。これは、図１１Ａに示され、基板９００に凹部９１８が形成される。凹部９１８は種々の方法で形成され得る。１つの実施態様では、凹部はフォトリソグラフィー技術により形成され得る。これには基板９００上に堆積されたレジスト層（図示されていない）の特定に部分に放射線を暴露するためにレチクルを用い、続いて暴露された部分を除去して開口部を持つパターン化されたレジスト層を形成することを含む。除去プロセスは前記基板の部分を除去して凹部９１８を形成するために使用され得る。一般には前記凹部９１８は選択的除去プロセスを用いて形成され得る。本発明の１つの実施態様では、凹部９１８の形成はエッチング技術を含み、これはプラズマ又はドライプロセスを用いる異方性エッチング又は等方性エッチングを含み得る。他の実施態様は湿式エッチング技術を使用し得る。類似のプロセスが凸部を形成するために使用され得る。
【００５６】
上で説明されたように、前記基板は半導体基板を含む。従って、その上に形成された前記電池セル間を電気的に分離するために、基板の残る表面は何らかの方法で電気的に非導電性表面に変化させる必要がある。１つの実施態様では、これは基板９００上及び凹部９１８内に電気的に絶縁層１１０２を堆積させることで達成され得る。例えば、シリコン含有基板の場合では、シリコン酸化物を含む層が、凹部が形成された後に基板上に成長させるか堆積させることができる。
【００５７】
凹部９１８（及び必要な場合層１１０２）を基板９００上に形成した後、前記カソード集電層部分９０６がそれぞれの電池セルのために基板９００上に形成され得る。カソード集電層部分９０６は種々の方法で形成され得る。第１に、材料を含むカソード集電層部分９０６が基板９００上に堆積され得る。例えば、リチウムセルの場合に、銅含有材料の層が前記基板上に堆積され得る。例えば、化学蒸着方法又は電気めっき方法が使用され得る。さらに、１又はそれ以上の接着層（図示されていない）がまた、前記カソード集電層部分９０６と前記下部基板９００との間の接着性を改善するために形成され得る。その後前記カソード集電層部分９０６が、それぞれの電池セルについてフォトリソグラフィー技術を用いて形成され、それにより上で説明されたように、凹部９１８内の前記カソード集電層部分９０６と凹部９１８外の前記カソード接触領域９１４を定める。除去プロセスがその後前記カソード集電層部分９０６を形成するために使用され得る。例えば、銅含有材料の場合に、エッチング技術が使用され、これにはプラズマ又はドライプロセスを用いる異方法エッチング又は等方性エッチングが含まれ得る。他の実施態様は湿式エッチング技術を使用し得る。このプロセスの結果が図１１Ｂに示される。
【００５８】
前記カソード集電層部分９０６が形成された後、前記カソード層部分９０８が形成され得る。カソード層部分９０８は種々の方法で形成され得る。第１に、材料を含む前記カソード層部分９０６が基板上に堆積され得る。例えば、リチウムセルの場合には、リチウムコバルト酸化物材料の層が少なくとも凹部９１８上に基板９００上に堆積され得る。例えば、スパッタリング又は化学蒸着技術が使用され得る。前記カソード層部分９０８はその後、それぞれの電池セルについて、フォトリソグラフィー技術を用いて形成され、上で説明されたように、凹部９１８内に前記カソード層部分９０８を形成するためのパターンを定めることができる。除去プロセスはその後使用されて、前記カソード層部分９０８を形成する。例えば、エッチング技術が使用され、これにはプラズマ又は他のドライエッチングプロセスを用いる異方性エッチング又は等方性エッチングが含まれ得る。他の実施態様は、湿式エッチング技術を使用し得る。さらに、リソグラフィー及びエッチングの前又は後に、アニーリングステップが前記リチウムコバルト酸化物を硬化させるために使用される。このプロセスの結果が図１１Ｃに示される。
【００５９】
前記カソード層部分９０８が形成されると、前記電解質／セパレータ層部分９１０が形成され得る。電解質／セパレータ層部分９１０は種々の方法で形成され得る。第１に、材料含有電解質／セパレータ層部分９１０の層が基板９００上に堆積され得る。例えば、電解質層は、１つ又はそれ以上の固体イオン伝導体又はゲル化電解質の層を含み得る。例えば、リチウムセルの場合には、リチウムイオンを伝動するが電気的に絶縁性であるＬｉＰＯＮ材料の層が少なくとも凹部９１８を覆うように基板９００上に堆積され得る。本発明のいくつかの実施態様では、かかるＬｉＰＯＮ材料は窒素プラズマ中でマグネトロンスパッタリングにより堆積され得る。しかし本発明の種々の実施態様はこれには限定されず、ＬｉＰＯＮを堆積する全ての他の方法が使用され得る。前記電解質／セパレータ層部分９１０がその後それぞれの電池セルについてフォトリソグラフィー技術を用いて形成され、それにより、上で説明されたように、凹部９１８内に前記電解質／セパレータ層部分９１０を形成するためのパターンを定めることができる。除去プロセスはその後、前記電解質／セパレータ層部分９１０を形成するために使用され得る。例えば、エッチング技術が使用され、これにはプラズマ又はその他のドライエッチングプロセスを用いる異方性エッチング又は等方性エッチングを含み得る。他の実施態様は湿式エッチング技術を使用し得る。このプロセスの結果が図１１Ｄに示される。
【００６０】
前記電解質／セパレータ層部分９１０が形成されると、前記アノード層部分９１２が形成され得る。アノード層部分９１２は種々の方法で形成され得る。第１に、材料含有前記アノード層部分９１２の層が基板９００上に堆積され得る。例えば、リチウムセルの場合、リチウム金属の層が基板９００上に堆積され得る。前記アノード層部分９１２はその後、それぞれの電池セルについて、フォトリソグラフィー技術を用いて形成され、上で説明されたように、凹部９１８内に前記アノード層部分９１２及び凹部９１８から伸びるアノード接触領域９１６を形成するためのパターンを定めることができる。除去プロセスはその後、前記アノード層部分９１２とアノード接触領域９１６を形成するために使用され得る。例えば、エッチング技術が使用され、これにはプラズマ又はその他のドライエッチングプロセスを用いる異方性エッチング又は等方性エッチングを含み得る。」他の実施態様は湿式エッチング技術を使用し得る。このプロセスの結果が図１１Ｅに示される。
【００６１】
本発明の種々の実施態様が上で説明されてきたが、理解されるべきことは、これらは例示の方法でのみ提示されたものであり、なんらを限定するものではない、ということである。開示された実施態様の多くの変更が、ここでの開示に基づき、本発明の本質又は範囲から離れることなく可能である。従って、本発明の本質及び範囲は上で説明された実施態様のいかなるものにも限定されるべきではない。むしろ本発明の範囲は以下の特許請求の範囲及びその均等の範囲で定められる。本発明は１又はそれ以上の実施に関して説明されてきたが、明細書及び添付の図面を読み、理解することにより、均等な変更及び修正などを当業者は想到するものであろう。さらに、本発明の具体的な構成が１つ又はいくつかの実施態様に関して開示されてきたが、かかる構成は、いかなる所与の又は具体的な応用にとって望ましい場合及び有利である場合には、他の実施における１つ又はそれ以上の構成と組合せ得るものである。
【００６２】
ここで使用される用語は具体的な実施態様を説明することのみを目的として使用されており本発明を制限することを意図するものではない。ここで使用される単数形「１つの」、「前記」には特別の記載がない限り複数形をも含む。さらに、用語「含む」、「持つ」、「と共に」又はこれらの変更用語は、詳細な説明及び／又は特許請求の範囲で使用されるが、かかる用語は用語「含む」と同様に包括的であることが意図される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池及びその形成方法に関し、さらに具体的には二重層固体電池及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）は通常電子部品及び機械部品、センサ、アクチュエータなどをミクロ製造技術を用いてシリコン基板上に集積する。単一基板上へのこれらの部品の製造及び集積は１チップ上に完全なシステムの実現を可能とする。しかしＭＥＭＳラジオ周波数及び光学リレーは通常操作のために８０から１２０ボルトのＤＣを必要とする静電アクチュエータを用いる。従って、ＭＥＭＳ技術の開発は、一般的に安価なコンパクトなエネルギー源の利用によって制限されてきた。
【０００３】
例えばノートブックコンピュータ及びカメラなどの大規模な消費者用装置において、電池は通常、より大きな電力及び高電圧を作るために複数の個々のパッケージ化された電池を直列に接続することで形成される。高電圧を作る他の方法は、カソード及びアノード電極層を非浸透性導電箔の反対側に形成させ、かつ前記バイポーラシートをイオン性導電性電解質セパレータとを交互にスタックさせることで形成される。得られるいわゆるバイポーラ電池は電極のそれぞれのペアを効果的に直列に接続し、それにより相当な大きさの空間を必要とすることなく高電圧を形成する。かかるバイポーラ電池は製造が難しく、かつ一般的には普及していない。さらに、半導体技術に基づく現在の電池は一般的にかかるマルチレイヤーバイポーラ電池の形成を可能としない。例えばＭＥＭＳ中のリチウム薄膜電池の場合に、アノード材料は一般的にカソード材料のために必要なアニール温度への対象とはされ得ない。従って、共通の基板上にアノードとカソードの製造は、一般的に前記カソード、イオン伝導性電解質セパレータを連続して製造したその後に、前記アノードを個別に製造することで製造され得る。その結果、ＭＥＭＳ基板の相当な領域が、その装置のために十分な高電圧を与えるための多数の単層電池を形成するために必要とされる。このことが集積電池のいくつかのタイプにとって可能な前記最小サイズを限定する。従って、かかる電池を含むＭＥＭＳ装置にとって可能な前記最小サイズもまた制限されることとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施態様は、二層固体電池及びそれを含む装置の製造方法に関する。本発明の第１の実施態様では、電子システムが提供される。前記システムは、第１の表面を含む第１の基板及び前記第１の表面に面する第２の表面を持つ第１の基板を含む。前記システムはさらに、前記第１及び第２の表面上の複数の横向きに間隔が開けられた領域上に配置される複数の電池セル層を含む。前記システムで、前記第１の表面上の前記電池セル層の部分が、前記第２の表面上の前記電池セル層の部分と物理的接触している。前記第１の表面と第２の表面上の前記電池セル層は、横方向に間隔を開けて離された前記第１及び第２の表面上で複数の電気的に相互接続された電池セルを形成して、１又はそれ以上の電池を定める。
【０００５】
本発明の第２の実施態様では、電子システムの形成のための方法が提供される。前記方法は、第１の表面を持つ第１の基板と第２の表面を持つ第２の基板を準備することを含む。前記方法はまた、前記第１及び第２の表面上の横方向に間隔が開けられた複数の領域のそれぞれの上に複数の電池セル層を配列形成することを含む。前記方法はさらに、前記第１及び第２の基板を、前記第１の表面上の前記電池セル層の部分が前記第２の表面上の前記電池セル層の部分と物理的接触をするように整列させることを含み、前記第１の表面及び第２の表面上の前記電池セル層が、横向きの間隔が開けられた前記第１及び第２の表面上に複数の電気的に相互接続された電池セルを形成し、それらが１又はそれ以上の電池を定める。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明の１つの実施態様による電池バンクを含む、電池基板の１部分を模式的に示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の１つの実施態様による電池の分解図面である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の１つの実施態様による電池の組立図面である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の１つの実施態様による電池を含むシステムの分解図面である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の１つの実施態様による電池を含むシステムの組立図面である。
【図４】図４は、本発明の１つの実施態様による、電池と、電源接続の他の構成を含むシステムの組立図面である。
【図５】図５は、本発明の１つの実施態様による電池を含むスタックシステムの組立図面を示す。
【図６】図６は、本発明の他の実施態様による、電池と、電源接続の他の構成を含む他のスタックシステムの組立図である。
【図７】図７は、本発明の１つの実施態様による、他の電池基板の部分の模式図である。
【図８】図８は、本発明の１つの実施態様による、図７の電池基板に基づく、電池を含む装置の部分の模式図である。
【図９】図９は、本発明の１つの実施態様による、さらに他の電池基板の部分の模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の１つの実施態様による、図９の電池基板に基づく、電池を含む装置の部分の模式図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、本発明の１つの実施態様による例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は添付の図面を参照して説明され、図中類似の数字は類似又は均等な要素に与えられている。前記図面は寸法の通りには描かれていない。また図面は本発明を図示するためだけの目的である。本発明のいくつかの側面が、以下説明のための例示応用を参照して説明される。理解されるべきことは、多くの具体的な詳細、関係及び方法は、本発明を完全に理解するために提供されている、ということである。しかし当業者は、本発明は、１つ又はそれ以上の詳細な説明がなくても又は他の方法でも実施可能であるということを理解できる。他の例では、よく知られた構造又は操作については本発明を曖昧にすることを避けるために詳細には示されていない。本発明は、図示された作用又は事象の順番に限定されず、ある作用は他の作用又は事象とは異なる順で及び／又は同時に起こり得る。さらに、全ての図示された作用又は事象が本発明による方法論を実施するために必要ではない。
【０００８】
上述のように、ＭＥＭＳ及び絶縁性基板及び／又は半導体基板上に形成される類似の装置のための電池形成のための本来的な制限の１つは、これらの電池中の材料のいくつかは追加の電池層形成のために続いて必要とされる高温度の対象とはできない、ということである。例えば、リチウム電池セルのアノードとして共通に使用されている金属リチウム材料は、リチウムコバルト酸化物カソードを形成するために必要とされるアニール温度の対象とはできない。従って、電極層スタックを含む集積電池は一般的にはＭＥＭＳ又はその他の類似の装置では可能ではない。ここで定められる用語「集積電池」とは、セル間の電気的相互接続が前記電池パッケージ内で作られる電池を意味し、これは別々にパッケージ化された個々のセル間の外部相互接続を作るために組み立てられる電池とは対照的な電池である。結果として、ＭＥＭＳのための集積電池は、ＭＥＭＳのために必要な高電圧を与えるために多数の横向きに間隔の開けられた電池セルの形成を必要とする。さらにかかる構成はまた、前記横向きに間隔の開けられた電池を相互接続するために結線構造の形成を必要とする。これらの結線構造はまた、さらなる空間を基板上に要求し、従ってさらに前記電池に必要となる表面が増加する。従って、コンパクトで高電圧集積電池の形成はＭＥＭＳ装置において達成することは通常困難である。
【０００９】
従来の前記制限を克服するために、本発明の実施態様は、コンパクトな二層基板電池及びその製造方法を提供する。本発明の種々の実施態様において、かかるコンパクトな電池を含む装置は、その上に形成された第１の電池バンクを持つ第１の基板及びその上に形成された第２の電池バンクを持つ第２の基板を準備することで形成される。それぞれの電池バンクは１つ又はそれ以上の電池セルを含む。本発明の種々の実施態様では、前記基板は、前記第１電池バンクを前記第２の電池バンクと物理的に接触させるように配置させる。この結果、前記電池セルの直列配置となり、空間と結線を低減させる。これは図１から３に概念的に説明されている。
【００１０】
本発明の種々の実施態様は、主にリチウム電池技術及び化学に関して説明されるが、本発明はこれに限定されるものではない。むしろ、ここで説明されるシステム及び方法は、全ての電池技術及びその化学種に等しく適用され得る。例えば、本発明の種々の実施態様は、亜鉛炭素、亜鉛塩化物、アルカリ、オキシニッケル水酸化物、水銀酸化物、亜鉛空気、銀酸化物（銀亜鉛）、ニッケルカドミニウム、ニッケル金属水素及びリチウムイオン化学種などその他の化学種と共に使用され得る。液体又は移動性固体又はゲル化電解質を用いる電池技術の場合には、前記電池セルは保持構造を必要とするか、又は製造の際に前記電解質の位置を保持するための他のプロセスを必要とする。
【００１１】
図１は、本発明の１つの実施態様による、電池バンク１０２を含む電池基板１００の部分を示す。図１に示されるように、電池バンク１０２は前記基板１００上に配置された一連の電池セル１０４を含む。前記電池セル１０４のそれぞれは、複数の電池セル層からなる。具体的には、前記電池セル層は基板１００上に設けられたカソード集電層部分１０６、部分１０６上に設けられたカソード層部分１０８、部分１０８上に設けられた電解質／セパレータ層部分１１０、及び部分１１０上に設けられたアノード層部分１１２を含む。例えば、リチウムイオン電池セルでは、部分１０６、１０８、１１０及び１１２はそれぞれ、銅含有部分、リチウムコバルト酸化物部分、リチウムリン酸化窒化物（ＬｉＰＯＮ）及び金属リチウム部分である。部分１０６から１１２は、基板１００上の表面上に、基板１００の横向きに間隔が開けられた領域１０１に設けられる。対象物又は異なる位置の配置に関してここで使用される用語「横向きに間隔が開けられた」とは、共通の表面上にお互いに隣接して設けられた対象物又は位置を意味する。しかし、用語「横向きに間隔が開けられた」はまた、以下説明されるように、部分的に重なった異なる表面上で隣接する領域をも意味する。
【００１２】
本発明の種々の実施態様で、電池セル１０４の前記部分１０６から１１２はまた、横向きに伸びる接触構造を持つように構成される。すなわち、前記電池セル１０４は、アノード層部分１１２及びカソード層部分１０８を接触するため基板１００に沿った第１及び第２の隣接領域を含み、例えば図１に示されるように、前記集電層部分１０６（電気的にカソード層部分１０８と接触する）はさらに、基板１００に沿って部分１０８から１１２に比較して伸びることができる。この伸びた部分は、それぞれの電池セル１０４のカソード接触領域１１４を定める。アノード接触領域１１６は、それぞれのアノード層部分１１２の頂部又は最上部により定められる。本発明の種々の実施態様で、前記カソード接触領域１１４及びアノード接触領域１１６は、それぞれのバンク１０２内で連続して交互に配置される。すなわち、前記それぞれのバンク１０２での電池１０４は、１つのカソード接触領域１１４のみが、２つのアノード接触領域１１６の間に定められるように構成される。その結果、カソード接触領域及びアノード接触領域の交互連続が基板１００に亘って提供されることとなる。
【００１３】
さらに、本発明の種々の実施態様では、前記電池セル１０４は、基板１００上に電気的に接続されず、分離されている。即ち、電気接続は、同じバンク内の２つのセル間には一般的に与えられない。従って、前記基板１００の上部表面は電気的絶縁材料を含むことができ、これにより電池バンク１０２中の隣接する電池セル１０４間を分離する。例えば、１つの実施態様では、前記電気的絶縁材料は、基板を含むシリコン上に設けられたシリコン酸化物（ＳｉｘＯ１−ｘ）を含み得る。しかし本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。むしろ全ての電気的絶縁材料が使用され得る。又は、電流集電層部分１０６の底部表面が電気的絶縁材料を含み得る。
【００１４】
図１に示されるように、前記電池セル１０４は前記基板１００で物理的に分離される。本発明の種々の実施態様で、電池セル１０４間の横向き間隔は、第２の基板上に設けられた電池セルの第２のバンクが、前記カソード接触領域１１４とアノード接触領域１１６に接触できるように選択され、前記電池セル１０４が前記第２の基板上の前記電池セルと連続して電気的に接続され得る。かかる構成が、図２Ａ及び２Ｂに関して説明される。
【００１５】
図２Ａ及びＢは、本発明の１つの実施態様による、電池２００の部分の分解図面及び組立図面を示す。図２Ａ及び２Ｂに示されるように、電池２００はその上に設けられた電池２０６の第１の電池バンク２０４を持つ第１の電池基板２０２、及びその上に設けられた電池２１２の第２の電池バンク２１０を持つ第２の電池基板２０８とを含む。前記第１の電池基板２０２及び第１の電池バンク２０４の構成は、図１に示された構成と類似する。従って、上の説明は、第１の電池基板２０２及び第１の電池バンク２０４を説明するために十分である。同様に、第２の電池基板２０８及び第２の電池バンク２１０の構造は、図１に示される構造に類似する。従って、上の記載は、第２の電池基板２０８及び第２の電池バンク２１０を説明するために十分である。
【００１６】
電池２００を組み立てるために、電池基板２０２及び２０８を、それらの上部表面２０２ａ及び２０８ａ（その上に電池セル２０６及び２１２を持つ）のそれぞれが、お互いにそれぞれ面するように配置させる。その結果、電池セル２１２は電池セル２０４に関して上下逆にされる。さらに、電池基板２０２と２０８はお互いに近づけて、電池セル２０６が電池セル１２１と物理的に電気的に接触するように配置される。具体的には、基板２０２及び２０８は、電池セル２０６のアノード接触領域２０６ａが、電池セル２１２のカソード接触領域２１２ｂと電気的に物理的に接触するように配置される。さらに、電池セル２１２のａのカソード接触領域２１２ａは、電池セル２０６のカソード接触領域２０６ｂと電気的物理的に接触する。従ってその結果、一連のアノード／カソード接触が複数の直列接続された電池セルを得る。
【００１７】
図２Ａ及び２Ｂに示される実施態様では、前記基板２０２及び２０８は接近して並列である。しかし、本発明の種々の実施態様はこれには限定されるものではない。本発明のいくつかの実施態様では、それぞれのバンクに沿ったそれぞれの電池セルの種々の層の厚さに依存して、実質的に並列配置ではない場合もあり得る。
【００１８】
上述のように、電池バンク２０４と２１０のそれぞれにおいて横向きに間隔を開けて配置された電池セルは、電池セル２０６と２１２が物理的および電気的に接触することを可能にする。具体的には、電池セル２０４と２１０において横向き間隔は、１つの電池セル２０６のアノード接触領域２１２ａの少なくとも１部分が、電池バンク２０１の２つの隣接する電池セル２１２の間に挿入され得るように選択される。さらに、電池セル２０６及び２１２の前記アノード、カソード及び電解質部分は、電池セル２０６の前記アノード接触領域２０６ａが、第１の隣接する電池セル２１２の前記カソード接触領域１２１ｂに接触し、かつ電池セル２０６の前記カソード接触領域２０６ｂが、第２の隣接する電池セル２１２のアノード接触領域２１２ａに接触することができるように選択される。
【００１９】
同様に、電池バンク２０４及び２１０内の横向き間隔はまた、電池セル２１２の１つのアノード接触領域２１２ａの少なくとも１部分が、電池バンク２１０の２つの隣接する電池セル２０６間に挿入されることができるように選択される。さらに、電池セル２０６と２１２の前記アノード、カソード及び電解質の組み合わせた高さは、電池セル２１２の前記アノード接触領域２１２ａが、第１の隣接する電池セル２１２の前記カソード接触領域２０６ｂと接触し、かつ電池セル２１２の前記カソード接触領域２１２ｂが、第２の隣接する電池セル２０６のアノード接触領域２０６ａに接触できるように選択される。
【００２０】
図２Ｂは、電池セル２０６のアノード接触領域２０６ａが、電池セル２１２の１つのカソード接触領域２１２ａの比較的小さい部分に接触することを示しているが、本発明はそれに限定されるものではない。本発明の種々の実施態様において、アノード接触領域とカソード接触領域との間の接触の程度は変化し得る。例えば、前記アノード接触領域及び前記カソード接触領域を与える材料が比較的高抵抗を与える場合には、前記カソード接触領域のサイズは、接触抵抗を下げるために大きくされ得る。他の実施態様では、前記カソード接触領域のサイズは、製造公差や設計上の制約に基づいて調節され得る。
【００２１】
上述のように、本発明の種々の実施態様は、ＭＥＭＳシステムなどの集積システムのためのコンパクトな集積電池を与えるために使用され得る。従って、本発明の１つの実施態様による電池は、単一の基板上の集積システムを提供するために使用され得る。これは図３Ａ及び３Ｂを参照して説明される。
【００２２】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の１つの実施態様による、電池３０２（図３Ａでは分解）を含むシステム３００の分解及び組立図を示す。図３Ａ及び３Ｂで示されるように、装置及びその他の回路３０４は、１つ又はそれ以上の装置領域３０８内にシステム基板３０６上に形成され得る。さらに、第１の電池バック３１０は前記システム基板３０６の電池領域３１２内に形成され得る。第１の電池バンク３１０の構造は、図１に示された構造と類似する。従って、上での説明は、第１の電池バンク３１０を説明するために十分である。
【００２３】
システム３００で、電池３０２は、第２の基板３１６上の電池セルの第２の電池バンク３１４を準備することで形成される。基板３１６上の電池バンク３１４の構造は、図１で示される構造と類似する。従って、上の説明は電池バンク３１４の説明のために十分である。図３Ｂに示されるように、その後前記第２の電池バンク３１４が、電池バンク３１２と電気的及び物理的に接触されるように配置される。得られる電池３１０は、図２Ｂに関して上で説明した電池と類似し、上下逆向きにされた電池セル３１４が電池バンク３１０の電池セルと物理的に電気的に接触する。従って、電池バンク３１０と３１４から電池セルの交互に直列する配置が提供され、これは図２Ｂと類似する配置である。従って、図２Ｂで説明された配置及び操作は、電池３０２の構造及び操作を説明するために十分である。
【００２４】
組み立てられると、電池３０２はシステム３００で装置３０４に電力を提供するために使用され得る。図３Ａ及び３Ｂに示される実施態様では、前記電池３０２は、電力接続３１８と３２０を介して装置３０４に電気的に接続される。前記電力接続３１８と３２０は、電池３０２内の最端部電池セルを装置３０４に電気的に接続するために使用され得る。ここで電池セルに関して使用される用語「最端部」とは、電池内の一連の電池セルの最初及び最後の電池を意味する。例えば、システム３００の場合には、前記接続された電池バンク３１０と３１４は、基板３０６上の第１の最端部電池セル３２２を有し、かつ基板３１６上に第２の最端部３２４を持つ。電力接続３１８と３２０は、前記最端部の電池セルの構成に依存して種々の方法で設けられ得る。
【００２５】
電力接続の第１の構成では、最端部電池セルは、前記システム基板と異なる基板上であり、アノード接触が前記電池内の他の電池セルと接続されていないアノード接触領域を持ち得る。かかる構成は、最端部電池セル３２４により図３Ａ及び３Ｂに示される。図３Ａ及び３Ｂで示されるように、最端部電池セル３２４は上下逆にされ、カソード接触領域３２４ｂが電池３０２内の次の電池セル３２５に接触する。しかし、最端部電池セル３２４の前記アノード接触領域は全ての他の電池セルと接触していない。その代わり、図３Ａ及び３Ｂに示されるように、電力接続３１８は、装置３０４の一つから、最端部電池セル３２４の前記アノード接触領域３２４ａの下側に伸ばされている。従って、基板３１６が基板３０６と近づけられると、最端部電池セル３２４の前記アノード接触領域３２４ａは電力接続３１８と物理的に電気的に接触する。かかる実施態様では、前記電力接続３１８は、種々の方法で構成され得る。例えば、電力接続３１８は、第１の部分を持ち、それが装置３０４から伸びてアノード接触領域３２４ａの下のパッド部分と接触して終り、これにより最端部電池セル３２４の前記アノード接触領域３２４ａの接触を容易にする。しかし本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。
【００２６】
電力接続の第２の構成では、最端部電池セルがシステム基板上にあり、前記電池内に他の電池セルとは接続されないカソード接触領域を持ち得る。かかる構成は図３Ａ及び３Ｂに、最端部電池セル３２２により示される。図３Ａ及び３Ｂに示されるように、最端部電池３２２のアノード接触領域３２２ａは、電池３０２内で１つ前の電池セル３２３と接触する。しかし、最端部電池セル３２２の前記カソード接触領域３２２ｂは他の全ての電池セルとは接触していない。その代わりに、図３Ａ及び３Ｂに示されるように、電力接続３２０は装置の１つから伸ばされて最端部電池セル３２２の前記カソード接触領域３２２ｂに接触する。かかる実施態様では、電力接続３２０は種々の方法で構成され得る。例えば、電力接続及び最端部電池セル３２２の前記カソード集電部分は一体で形成され得る。他の例では、電力接続３２０は、最端部電池セル３２２の前記カソード集電部分と少なくとも部分的に重なり得る。しかし、本発明の種々の実施態様はこれには限定されるものではない。
【００２７】
電池セルの他の構成において、追加のセル構造が、本発明のいくつかの実施態様における前記最端部電池セルに接触するために必要となる場合がある。これは図４に示されている。図４は、システム４００の組立図面を示し、電池４０２及び本発明の１つの実施態様による電池接続の他の構成を有する。図４に示される前記システム４００の構成は、図３Ａ及び３Ｂに示される構成に類似する。具体的には、図４は、図３Ａ、及び３Ｂに関して説明された部品３０２から３２０に類似する部品を含む。しかしシステム４００の場合には、接続された電池バンク４１０と４１４が含まれる。前記電池バンク４１０と４１４は、一連の電池セルの配置を与え、基板３１６上に第１（最初）の最端部電池セル４２７と基板３０６上に第２の最端部電池セル４２９を持つ。
【００２８】
従って、電力接続の第３の構成において、１つの最端部電池セルは前記システム基板とは異なる基板上に存在し、前記電池内の他の電池と接続されていないカソード接触領域を持つ。かかる構成は最端部電池セル４２７により図４に示されている。図４に示されるように、最端部電池セル４２７は、アノード接触領域４２７ａと共に上下逆にされ電池４０２内の先行する電池セル４２８と接触する。しかし最端部電池セル４２７の前記カソード接触領域４２７ｂは全ての他の電池セルとは接触していない。さらに、電力接続３２０が横に伸ばされて最端部電池セル４２７と接触する場合には、この電池セルの前記アノード接触領域４２７ａが接触し得る。結果として、最端部電池セル４２７により与えられる前記電力、電流及び電圧は電池４０２のためには利用できないものであろう。従って、かかる構成での電池セルとの接触のために、電力端子４２６が電力接続３２０から垂直に伸びるように構成される。さらに、電力接続３２０と電力端子４２６は、合わせた高さが、電池バンク３１０での電池セルの高さに等しくなるように構成される。従って、基板３１６が基板３０６に近づけられると、最端部電池セル４２７の前記カソード接触領域が物理的に電気的に電力端子４２６と接触する。かかる実施態様では、前記電力端子４２６は種々の方法で設けられ得る。例えば、本発明のいくつかの実施態様では、電力端子４２６は、導電性エポキシやはんだ材料などの導電性接着剤を電力接続３２０に供することで与えられ得る。その後基板３１６は基板３０６上に配置され得る。他の例では、電力端子４２６及び電力接続３２０は、装置３０４及び／又は電池バンク４１０を形成するために使用された同じ製造方法を用いて形成され得る。しかし本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。
【００２９】
電力接続の第４の構成は、最端部電池セルは前記システム基板上に存在し得るが、前記電池内の他の電池に接続されていないアノード接触領域を持ち得る。かかる構成は最端部電池セル４２９により図４に示される。図４に示されるように、最端部電池セル４２９は、電池４０２内でつぎの電池セル４３０に接触するカソード接触領域４２９ｂを持つ。しかし、最端部電池セル４２９の前記アノード接触領域４２９ａは全ての他の電池セルとは接触していない。さらに、電力接続３１８が横に伸ばされて最端部電池セル４２９に接触する場合には、この電池セルの前記カソード接触領域４２９ｂのみが接触され得る。結果として、最端部電池セル４２９により与えられる前記電力、電流及び電圧は利用されないこととなる。又は、電力接続３１８が横及び最端部電池セル４２９の上に縦に伸ばされる場合には、追加の絶縁材料が、電力接続３１８が最端部電池セル４２９の前記アノードとカソードが短絡することを避けるために必要となるであろう。これは電池セル４０２の設計及び製造に新たな複雑性を導入することとなり望ましくない。
【００３０】
従って、かかる構成の電池セルは、基板３１６上の接触パッド４３２及び、電力接続３１８と接触パッド４３２との間を垂直に伸びる接触端子４３４を設けることで接触させ得る。さらに、接触パッド４３２と電力端子４３４は、その組み合わせた高さが、電池バンク４１４内の電池セルの高さと等しい高さを持つように構成される。さらに、接触パッド４３２は、電池バンク４１４内の前記電池セルの前記カソード集電部分の厚さと等しい高さを持つように構成される。従って、基板３１６が基板３０６と近づけられると、最端部電池セル４２９の前記アノード接触領域は物理的に電気的に接触パッド４３２と接触し、電力端子４３４は電力接続３１８と接触する。かかる実施態様において、前記電力端子４３４は種々の方法で与えられ得る。例えば、本発明のいくつかの実施態様では、電力端子４３４は、導電性エポキシやはんだなどの導電性接着剤を電力接続３１８又は接触パッド４３２へ供することで与えられ得る。その後基板３１６を基板３０６上に配置され得る。他の例では、電力端子４３４と接触パッド４３２は、電池バンク４１４を形成するために使用された同じ製造ステップを用いて形成され得る。さらに他の例では、電力端子４３４と電力接続３１８は、装置３０４及び／又は電池バンクを形成するために使用される同じ製造ステップを用いて形成され得る。しかし本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。
【００３１】
本発明の種々の実施態様は、図３Ｂ及び４に示される接続構成にのみ限定されるものではない。本発明の種々の実施態様では、前記電池バンクの電池セルの構成に依存して上で説明された全てのタイプの接続の組合せが単一のシステムで使用され得る。
【００３２】
図３Ａ、３Ｂ及び４で示される種々の実施態様において、前記装置は本発明による電池に関して横方向に配置される。即ち、装置は電池セルと同じ表面上に形成される。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、その他の構成もまた可能である。例えば、他の構成は図５及び６に示される。
【００３３】
図５は、本発明の１つの実施態様による、電池３０２を含むスタックシステム５００の組立図面である。図５に示されるシステム５００の構成は図３Ａ及び３Ｂで示された構成に類似する。図６は、本発明の他の実施態様による、電池４０２と他の電力接続の構成を含む他のスタックシステム６００の組立図面である。図６で示されるシステム６００の構成は図４で示された構成に類似する。しかしシステム５００及び６００において、前記装置５０４は、それぞれ、それぞれの電池が上に形成されるシステム基板の同じ表面上に設けられていない。むしろ前記装置は、システム５００及び６００ではシステム基板３０６の対抗する表面上に形成される。かかる構成は電池と装置のスタック構造を与える。その結果、システム５００及び６００のサイズはシステム３００及び４００とそれぞれ比較して低減され得る。
【００３４】
システム５００及び６００では、電池３０２及び４０２への電気接続は種々の方法で与えられ得る。第１に、電池３０２と４０２は、図３Ａ、３Ｂ及び４に関して上で説明されたように、電力接続３１８及び３２０へ接続され得る。例えば、いくつかの実施態様では、電池３０２の最端部電池セル３２２と３２４を電力接続３２０と３１８にそれぞれ接続するための図５の構成が使用され得る。他の実施態様では、最端部電池セル３２３と３２５を電力接続３２０と３１８にそれぞれ接続するために図６の構成が使用され得る。さらに、これらの全ての組合せがまた、与えられる前記電池バンクの構成に依存して使用され得る。
【００３５】
次に、装置５０４への電力接続３１８と３２０の接続はいくつかの方法で達成され得る。第１の構成では、接続はシステム基板３０６を通じて作られ得る。例えば、電気的導電性要素が基板３０６内に、基板貫通ビア５３６と５３８を用いて形成され得る（図５及び６に示される）。かかる構成においては、開口部又はビアは、その上部及び下部表面の間の基板３０６内に形成され得る。前記開口部又はビアはその後少なくとも部分的に電気的導電性材料で埋められて電気的導電性接続を与える。第２の構成では、接続は基板３０６の回りに作られる。かかる構成では、電力接続３１８と３２０は基板３０６の回りに伸ばされ、電気的に装置３０４と接続する。これは図５および６に、電力接続３１８及び３２０の伸びた部分５１８及び５２０のそれぞれにより示される。しかし、本発明の種々の実施態様は、電池３０２と装置３０４の間の１つの接続タイプに限定されるものではない。本発明の種々の実施態様では、上で説明された種々のタイプの接続の全ての組合せもまた単一のシステムで使用され得る。
【００３６】
上で説明された種々の実施態様において、前記電池セルは、その上に形成される前記基板へ平行に伸びる層を含む。しかし、かかる構成は最終的に供給可能な前記電流と電圧を限定する。というのはかかるパラメータは最終的には、種々の層又はそれぞれの電池セルの部分の表面積により定められるからである。この限定に関して、本発明の他の側面は、少なくとも部分的に垂直方向に伸びる、電池セル内の層を提供する。その結果、それぞれの電池セルの層の全表面積を、基板上で必要とされる面積の全量を増やすことを必要としないで増やすことができる。これは概念的に図７から１０に示される。
【００３７】
図７は、本発明の１つの実施態様による、電池基板７００の部分を模式的に示す。図１の電池基板同様に、前記電池基板７００は電池バンクを含み、これは少なくとも基板７００上に設けられたカソード集電層部分７０６、部分７０６上に設けられるカソード層部分７０８、部分７０８上に設けられた電解質／セパレータ層部分７１０及び部分７１０上に設けられたアノード層部分７１２を持つ少なくとも１つの電池セル７０３を含む。
【００３８】
図１の電池セルと同様に、電池セル７０２の前記部分７０６から７１２はまた、横に伸びる接触構成を持つように構成される。即ち、電池セル７０２は、アノード層部分７１２とカソード層部分７０８に接触するために基板７００に沿って伸びる第１及び第２の隣接表面領域を含む。例えば図７に示されるように、集電層部分７０６（電気的接触カソード層部分７０８）はさらに部分７０８から７１２に比べて横に伸びて電池セル７０２のためのカソード接触領域７１４を定める。アノード接触領域７１６はアノード層部分７１２の頂部又は上部部分により定められ得る。本発明の種々の実施態様では、前記カソード接触領域７１４及びアノード接触領域７１６は、図１において上で説明されたように交互に直列に配列される。即ち、基板７００上の電池セルは、１つだけのカソード接触領域７１４が、電池バンク内で２つのアノード接触領域７１６の間に定められるように構成される。その結果、カソード接触領域とアノード接触領域の交互直列配列が、電池バンク内の基板７００に亘り与えられることとなる。
【００３９】
図１の電池セルとは異なり、図７の電池セルはまた、縦方向及び横方向に伸びている。図７に示される実施態様では、これは、カソード接触領域７１４を定める前記伸びる部分よりも大きい厚さの少なくとも１部分を含むために層７０６を形成することで達成される。従って、層７０８から７１２ｈが形成された後、効果的な大きい面積を有する電池セルが形成されるが、しかし基板上７００では同じ面積である。かかる大きい面積の電池セルはそれにより、図１から６の電池セルのように横方向にのみ伸びた電池セルに比較して、より多くの電流を集めることができるより大きい容量を与える。従って、従来に集積電池と比較して、実質的により高い電圧、容量及び集電容量を与える、従来の集積電池と実質的に同じ足元の大きさを持つ集積電池が製造可能となる。かかる電池は図８に示される。
【００４０】
図８は、本発明の１つの実施態様による、図７の電池基板に基づく、電池８００の部分を示す。図８に示されるように、前記電池８００は、その上に設けられた電池セル８０６の第１の電池バンク８０４を持つ第１の電池基板８０２及びその上に設けられた電池セル８１２の第２の電池バンク８１０を持つ第２の電池基板８０８を含む。第１の電池基板８０２内の前記電池セル及び第１の電池バンク８０４の構成は図１から７に記載の構成に類似する。従って、上の説明は、第１の電池基板８０２及び第１の電池バンク８０４を説明するために十分である。同様に、第２の電池基板８０８内の前記電池セル及び第２の電池バンク８１０の構成は図１から７に記載の構成に類似する。従って、上の説明は、第１の電池基板８０８及び第１の電池バンク８１０を説明するために十分である。
【００４１】
電池８００を組み立てるために、電池基板８０２と８０８が、それらの上部表面８０２ａ及び８０８ａが対抗するように（即ちお互いが面するように）配置される。即ち、上に形成された電池セル８０６を持つ上部表面８０２ａ及び、上に形成された電池セル８１２を持つ上部表面８０８ａがお互いに面するように配置される。その結果、電池セル８１２が電池セル８０６に関して上下逆される。さらに、電池セル８０２及び８０８はお互いに近接して配置されることで、電池セル８０６が電池セル８１２と物理的に電気的に接触する。具体的には、基板８０２及び８０８は、電池セル８０６のアノード接触領域８０６ａが電池セル８１２のカソード接触領域８１２ｂに電気的に物理的に接触し、かつ電池セル８１２のアノード接触領域８１２ａが電池セル８０６のカソード接触領域８０６ｂに電気的に物理的に接触するように配置される。従って、アノード／カソード接触の前記集まりは、図１から６に示された構成に類似する、複数の直列接続された電池セルを与える結果となる。
【００４２】
図７及び８の実施態様は前記カソード集電層の厚い部分として三角形状断面を示すが、本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。本発明の種々の実施態様で、前記カソード集電層の断面形状は全ての他の形状を持つように構成され得る。例えば、前記断面形状は、長方形状、楕円形状又は台形状であり得る。しかし本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】
いくつかの場合において、前記アノード接触領域と前記カソード接触領域の直接接触は、前記アノード層及び前記カソード層を含む金属の合金化を起こし得る。前記アノード接触領域及び前記カソード接触領域が比較的大きい面積で接触する場合には、前記合金化は一般的には前記２つの領域の間の電気的接触には悪い影響は与えない。しかし、図８の電池の場合において、前記アノード接触領域は前記カソード接触領域と比較的小さい面積で接触する。従って、少量の合金化が生じた場合でも、電気的接触の性質が大きく変動し得ることとなる。これは、例えば、前記層間の接触抵抗を増加させて、電池により輸送される電流及び電圧を低下させる結果となる。従って、本発明のいくつかの実施態様では、バリア金属接触パッドが設けられ得る。これは図７及び８に示される。具体的には、図７で示されるように、電池セル７０２がさらに、カソード接触領域７１４上に形成されるバリア接触パッド７２６を含む。従って、かかる電池セルが図８の基板８０２及び８０８で使用される場合には、前記アノード接触領域８０６ａ及び８１２ｂでの合金化はほとんど又は全く生じない。
【００４４】
図７及び８の実施態様は、電池セル層を垂直に伸ばすためにより厚いカソード集電層部分を設けることが示されるが、本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のいくつかの実施態様では、前記基板は、凸部又は凹部などの構造を含み、前記電池セルのそれぞれにおいて前記層が少なくとも部分的に垂直方向に伸びるような構成を含むように構成され得る。凸部の場合には、得られる電池の構造は、より厚いカソード集電層部分の代わりに基板７００が図７で点線７１８で示される凸部を与えること以外は、図７及び８で示される構造に実質的に類似する構造である。凹部の場合は以下の図９及び１０に示される。
【００４５】
図９は、本発明の１つの実施態様による、他の電池基板９００の部分を模式的に示す。図１の電池基板同様、前記電池基板９００は、基板９００上に設けられたカソード集電層部分９０６、部分９０６上に設けられたカソード層部分９０８、部分９０８上に設けられた電解質／セパレータ層部分９１０及び部分９１０上に設けられたアノード層部分９１２を含む少なくとも１つの電池セル９０２を含む電池バンクを含む。
【００４６】
図９の実施態様は、凹部９１８について三角形上の断面を示すが、本発明の種々の実施態様はこれに限定されるものではない。本発明の種々の実施態様では、前記カソード集電層の断面形状は全ての形状であり得る。例えば、前記断面形状は、長方形上、楕円形状又は台形状であり得る。しかし本発明はこれに限定されるものではない。
【００４７】
図１の電池セルとは異なり、凹部９１８は電池セル９０２のために基板９００に設けられる。層９０６から９１４は、凹部９１８の輪郭に従い基板９００上に設けられ得る。その結果、電池セルは横方向と垂直方向に伸びて、その有効面積を増加し、それにより供給電圧及び電流を増加する。
【００４８】
図１の電池セルと同様に、電池セル９０２はまた、アノード層部分９１２及びカソード層部分９０８に接続するための第１及び第２の横方向に伸びる隣接領域を含む。例えば、図９に示されるように、前記集電層部分９０６（電気的接触カソード層部分９０８）は、部分９０８から９１２に比較して第１の方向へさらに横方向に伸びて電池セル９０２のためのカソード接触領域９１４を定める。具体的には、層９０６は、第１の方向に凹部９１８からさらに伸びるように構成され得る。
【００４９】
アノード接触領域９１６は、凹部９１８から第２の方向へ伸びてアノード層部分９１２の最上部を形成するアノード層９１２の部分を与えることで定められる。本発明の種々の実施態様では、図１に上で説明されたように、前記カソード接触領域９１４及びアノード接触領域９１６は直列に交互に配列される。すなわち、基板９００上の電池セルは、ひとつのカソード接触領域９１４のみが２つのアノード接触領域９１６の間に定められるように構成される。その結果、カソード接触領域とアノード接触領域の交互に直列する配列が基板９００に亘って提供される。
【００５０】
従って、凹部９１８及び層９０８から９１２が形成された後、有効なより大きい面積を持つ電池セルが形成される。かかるより大きい面積を持つ電池セルはそれゆえに、図１から６の電池セルなどの横方向にのみ伸びる電池セルに比較して、受け入れる電流容量が増加したより大きい容量を提供することができる。従って、従来の集積電池に比較して、従来の集積電池と実質的に同じ足元サイズであるが、実質的により高い電圧、容量及び集積容量を与える集積電池が製造され得る。かかる電池は図１０に示される。
【００５１】
図１０は、本発明の１つの実施態様による、図９に記載の電池基板に基づく電池１０００の部分を模式的に示す。図１０に示されるように、電池１０００は、そこに設けられた電池セル１００６の第１の電池バンク１００４を持つ第１の電池基板及びそこに設けられた電池セル１００８の第２の電池バンク１０１０を持つ第２の電池基板を含む。第１の電池基板１００２内の電池セル及び電池バンク１００４の構成は、図９に示される構成に類似する。従って、上の説明は、第１の電池基板１００２及び第１の電池バンク１００４のために十分である。同様に、第２の電池基板１００８及び第２の電池バンク１０１０の構成は、図９に示される構成に類似する。従って、上の説明は、第２の電池基板１００８及び第２の電池バンク１０１０のために十分である。
【００５２】
電池１０００を組み立てるために、電池基板１００２と１００８が、電池セル１００６と１０１２を持つそれらの上部表面１００２ａと１００８ａが、それぞれ、お互いに面するように配置される。その結果、電池セル１０１２は電池セル１００４に関して上下逆にされる。さらに、電池基板１００２と１００８は、お互いに近づけて配置され、それにより電池基板１００６が物理的に電気的に電池セル１０１２と接触する。具体的には、電池基板１００２と１００８は、電池セル１００６のアノード接触領域１００６ａが電池セル１０１２のカソード接触領域１０１２ｂと電気的物理的に接触し、かつ電池セル１０１２のアノード接触領域１０１２ａが電池セル１００６のカソード接触領域１００６ｂと接触するように配置される。従って、アノード／カソード接触の前記集まりは、図１から６に示される構成に類似した、複数の直列に配列された電池セルを与えることとなる。
【００５３】
図１から１０に示される電池基板は種々の方法で製造され得る。１つの例示的方法は、以下図１１Ａから１１Ｅに示される。図１１Ａから１１Ｅは、本発明の１つの実施態様による、例示的電池基板を製造する種々のステップの間の断面を示す。具体的には、図１１Ａから１１Ｅは、図９及び１０の電池セルを形成するための断面を示す。しかし、以下説明される方法において種々のステップは、本発明の種々の実施態様による電池基板を製造するために等しく適用可能なものである。
【００５４】
前記製造プロセスは、前記電池セル９０２が形成される基板９００を準備することから開始される。いくつかの実施態様では、前記基板９００は、半導体表面を含む。例えば、前記基板は、単結晶半導体ウェハ、絶縁体上半導体（ＳＯＩ）ウェハ、フラットパネルディスプレー（例えばガラスプレート上のシリコン層）又は電子装置を形成するために使用される全てのタイプの基板などであり得る。基板９００は、ｎータイプ又はｐ−タイプドーパントなどのドーパントを含む。さらに、基板９００は、その上にすでに形成された電子部品又は電子部品の一部を含むことができる。かかる電子部品は、例えば、注入領域、フィールド分離領域又はその他の、トランジスタ及びＭＥＭＳ装置などの電子部品を形成するために使用されるその他の層を含む。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、電子部品が電池９０２が形成された後に形成され得る。
【００５５】
基板９００が準備されると、垂直方向に伸びる構造が形成され得る。これは、図１１Ａに示され、基板９００に凹部９１８が形成される。凹部９１８は種々の方法で形成され得る。１つの実施態様では、凹部はフォトリソグラフィー技術により形成され得る。これには基板９００上に堆積されたレジスト層（図示されていない）の特定に部分に放射線を暴露するためにレチクルを用い、続いて暴露された部分を除去して開口部を持つパターン化されたレジスト層を形成することを含む。除去プロセスは前記基板の部分を除去して凹部９１８を形成するために使用され得る。一般には前記凹部９１８は選択的除去プロセスを用いて形成され得る。本発明の１つの実施態様では、凹部９１８の形成はエッチング技術を含み、これはプラズマ又はドライプロセスを用いる異方性エッチング又は等方性エッチングを含み得る。他の実施態様は湿式エッチング技術を使用し得る。類似のプロセスが凸部を形成するために使用され得る。
【００５６】
上で説明されたように、前記基板は半導体基板を含む。従って、その上に形成された前記電池セル間を電気的に分離するために、基板の残る表面は何らかの方法で電気的に非導電性表面に変化させる必要がある。１つの実施態様では、これは基板９００上及び凹部９１８内に電気的に絶縁層１１０２を堆積させることで達成され得る。例えば、シリコン含有基板の場合では、シリコン酸化物を含む層が、凹部が形成された後に基板上に成長させるか堆積させることができる。
【００５７】
凹部９１８（及び必要な場合層１１０２）を基板９００上に形成した後、前記カソード集電層部分９０６がそれぞれの電池セルのために基板９００上に形成され得る。カソード集電層部分９０６は種々の方法で形成され得る。第１に、材料を含むカソード集電層部分９０６が基板９００上に堆積され得る。例えば、リチウムセルの場合に、銅含有材料の層が前記基板上に堆積され得る。例えば、化学蒸着方法又は電気めっき方法が使用され得る。さらに、１又はそれ以上の接着層（図示されていない）がまた、前記カソード集電層部分９０６と前記下部基板９００との間の接着性を改善するために形成され得る。その後前記カソード集電層部分９０６が、それぞれの電池セルについてフォトリソグラフィー技術を用いて形成され、それにより上で説明されたように、凹部９１８内の前記カソード集電層部分９０６と凹部９１８外の前記カソード接触領域９１４を定める。除去プロセスがその後前記カソード集電層部分９０６を形成するために使用され得る。例えば、銅含有材料の場合に、エッチング技術が使用され、これにはプラズマ又はドライプロセスを用いる異方法エッチング又は等方性エッチングが含まれ得る。他の実施態様は湿式エッチング技術を使用し得る。このプロセスの結果が図１１Ｂに示される。
【００５８】
前記カソード集電層部分９０６が形成された後、前記カソード層部分９０８が形成され得る。カソード層部分９０８は種々の方法で形成され得る。第１に、材料を含む前記カソード層部分９０６が基板上に堆積され得る。例えば、リチウムセルの場合には、リチウムコバルト酸化物材料の層が少なくとも凹部９１８上に基板９００上に堆積され得る。例えば、スパッタリング又は化学蒸着技術が使用され得る。前記カソード層部分９０８はその後、それぞれの電池セルについて、フォトリソグラフィー技術を用いて形成され、上で説明されたように、凹部９１８内に前記カソード層部分９０８を形成するためのパターンを定めることができる。除去プロセスはその後使用されて、前記カソード層部分９０８を形成する。例えば、エッチング技術が使用され、これにはプラズマ又は他のドライエッチングプロセスを用いる異方性エッチング又は等方性エッチングが含まれ得る。他の実施態様は、湿式エッチング技術を使用し得る。さらに、リソグラフィー及びエッチングの前又は後に、アニーリングステップが前記リチウムコバルト酸化物を硬化させるために使用される。このプロセスの結果が図１１Ｃに示される。
【００５９】
前記カソード層部分９０８が形成されると、前記電解質／セパレータ層部分９１０が形成され得る。電解質／セパレータ層部分９１０は種々の方法で形成され得る。第１に、材料含有電解質／セパレータ層部分９１０の層が基板９００上に堆積され得る。例えば、電解質層は、１つ又はそれ以上の固体イオン伝導体又はゲル化電解質の層を含み得る。例えば、リチウムセルの場合には、リチウムイオンを伝動するが電気的に絶縁性であるＬｉＰＯＮ材料の層が少なくとも凹部９１８を覆うように基板９００上に堆積され得る。本発明のいくつかの実施態様では、かかるＬｉＰＯＮ材料は窒素プラズマ中でマグネトロンスパッタリングにより堆積され得る。しかし本発明の種々の実施態様はこれには限定されず、ＬｉＰＯＮを堆積する全ての他の方法が使用され得る。前記電解質／セパレータ層部分９１０がその後それぞれの電池セルについてフォトリソグラフィー技術を用いて形成され、それにより、上で説明されたように、凹部９１８内に前記電解質／セパレータ層部分９１０を形成するためのパターンを定めることができる。除去プロセスはその後、前記電解質／セパレータ層部分９１０を形成するために使用され得る。例えば、エッチング技術が使用され、これにはプラズマ又はその他のドライエッチングプロセスを用いる異方性エッチング又は等方性エッチングを含み得る。他の実施態様は湿式エッチング技術を使用し得る。このプロセスの結果が図１１Ｄに示される。
【００６０】
前記電解質／セパレータ層部分９１０が形成されると、前記アノード層部分９１２が形成され得る。アノード層部分９１２は種々の方法で形成され得る。第１に、材料含有前記アノード層部分９１２の層が基板９００上に堆積され得る。例えば、リチウムセルの場合、リチウム金属の層が基板９００上に堆積され得る。前記アノード層部分９１２はその後、それぞれの電池セルについて、フォトリソグラフィー技術を用いて形成され、上で説明されたように、凹部９１８内に前記アノード層部分９１２及び凹部９１８から伸びるアノード接触領域９１６を形成するためのパターンを定めることができる。除去プロセスはその後、前記アノード層部分９１２とアノード接触領域９１６を形成するために使用され得る。例えば、エッチング技術が使用され、これにはプラズマ又はその他のドライエッチングプロセスを用いる異方性エッチング又は等方性エッチングを含み得る。」他の実施態様は湿式エッチング技術を使用し得る。このプロセスの結果が図１１Ｅに示される。
【００６１】
本発明の種々の実施態様が上で説明されてきたが、理解されるべきことは、これらは例示の方法でのみ提示されたものであり、なんらを限定するものではない、ということである。開示された実施態様の多くの変更が、ここでの開示に基づき、本発明の本質又は範囲から離れることなく可能である。従って、本発明の本質及び範囲は上で説明された実施態様のいかなるものにも限定されるべきではない。むしろ本発明の範囲は以下の特許請求の範囲及びその均等の範囲で定められる。本発明は１又はそれ以上の実施に関して説明されてきたが、明細書及び添付の図面を読み、理解することにより、均等な変更及び修正などを当業者は想到するものであろう。さらに、本発明の具体的な構成が１つ又はいくつかの実施態様に関して開示されてきたが、かかる構成は、いかなる所与の又は具体的な応用にとって望ましい場合及び有利である場合には、他の実施における１つ又はそれ以上の構成と組合せ得るものである。
【００６２】
ここで使用される用語は具体的な実施態様を説明することのみを目的として使用されており本発明を制限することを意図するものではない。ここで使用される単数形「１つの」、「前記」には特別の記載がない限り複数形をも含む。さらに、用語「含む」、「持つ」、「と共に」又はこれらの変更用語は、詳細な説明及び／又は特許請求の範囲で使用されるが、かかる用語は用語「含む」と同様に包括的であることが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子システムであり、前記電子システムは：
第１の表面を持つ第１の基板と、前記第１の表面から対抗する第２の表面を持つ第２の基板；及び
前記第１及び第２の表面の横方向に間隔が開けられた領域上に設けられた複数の電池セルを含み；
前記第１の表面上の前記電池セルの部分が、前記第２の表面上の前記電池セル層の部分に物理的に接触し、及び
前記第１の表面上と前記第２の表面上の前記電池セル層が、前記第１及び前記第２の表面上に複数の電気的に相互接続された電池セルを形成し、それらが横方向に間隔が開けられ１又はそれ以上の電池を定める、電子システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電子システムであり、前記第１の表面上の前記横方向に間隔が開けられた複数の領域上設けられた前記電池セル層が、第１の複数の横方向に間隔が開けられた電池セルを形成する、電子システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電子システムであり、前記物理的接触が、前記第１の本表面上の前記相互接続された電池セルのアノードと、前記第２の表面上の第２の前記相互接続された電池セルのカソードとの間の電気接続を与える、電子システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電子システムであり、前記第１の表面上の前記電池セル層の少なくとも１つの層が、前記第２の表面上の前記電池セルの少なくとも１つの層と重なって前記物理的接触を形成する、電子システム。
【請求項５】
請求項１に記載の電子システムであり、さらに、前記第１及び前記基板上に設けられ、及び前記電池の少なくとも１つにより電力が供給される少なくとも１つの装置を含む、電子システム。
【請求項６】
請求項１に記載の電子システムであり、前記少なくとも１つの電池セル層が、前記第１及び第２の表面を横切る少なくとも１つの方向に伸びる表面を持つ、電子システム。
【請求項７】
請求項１に記載の電子システムであり、前記少なくとも１つの電池セルが、前記第１及び第２の表面と平行な少なくとも１つの方向に伸びる表面を持つ、電子システム。
【請求項８】
請求項１に記載の電子システムであり、前記横方向に間隔が開けられた領域が、前記第１及び第２の表面の少なくとも１つの表面に形成された少なくとも１つの凹部表面構造を含む、電子システム。
【請求項９】
請求項１に記載の電子システムであり、前記第１及び第２の表面から突出する凸部表面構造を含む、電子システム。
【請求項１】
電子システムであり、前記電子システムは：
第１の表面を持つ第１の基板と、前記第１の表面から対抗する第２の表面を持つ第２の基板；及び
前記第１及び第２の表面の横方向に間隔が開けられた領域上に設けられた複数の電池セルを含み；
前記第１の表面上の前記電池セルの部分が、前記第２の表面上の前記電池セル層の部分に物理的に接触し、及び
前記第１の表面上と前記第２の表面上の前記電池セル層が、前記第１及び前記第２の表面上に複数の電気的に相互接続された電池セルを形成し、それらが横方向に間隔が開けられ１又はそれ以上の電池を定める、電子システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電子システムであり、前記第１の表面上の前記横方向に間隔が開けられた複数の領域上設けられた前記電池セル層が、第１の複数の横方向に間隔が開けられた電池セルを形成する、電子システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電子システムであり、前記物理的接触が、前記第１の本表面上の前記相互接続された電池セルのアノードと、前記第２の表面上の第２の前記相互接続された電池セルのカソードとの間の電気接続を与える、電子システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電子システムであり、前記第１の表面上の前記電池セル層の少なくとも１つの層が、前記第２の表面上の前記電池セルの少なくとも１つの層と重なって前記物理的接触を形成する、電子システム。
【請求項５】
請求項１に記載の電子システムであり、さらに、前記第１及び前記基板上に設けられ、及び前記電池の少なくとも１つにより電力が供給される少なくとも１つの装置を含む、電子システム。
【請求項６】
請求項１に記載の電子システムであり、前記少なくとも１つの電池セル層が、前記第１及び第２の表面を横切る少なくとも１つの方向に伸びる表面を持つ、電子システム。
【請求項７】
請求項１に記載の電子システムであり、前記少なくとも１つの電池セルが、前記第１及び第２の表面と平行な少なくとも１つの方向に伸びる表面を持つ、電子システム。
【請求項８】
請求項１に記載の電子システムであり、前記横方向に間隔が開けられた領域が、前記第１及び第２の表面の少なくとも１つの表面に形成された少なくとも１つの凹部表面構造を含む、電子システム。
【請求項９】
請求項１に記載の電子システムであり、前記第１及び第２の表面から突出する凸部表面構造を含む、電子システム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【公表番号】特表２０１３−５２１６２９（Ｐ２０１３−５２１６２９Ａ）
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５７０８２（Ｐ２０１２−５５７０８２）
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２６７９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１１２４００
【国際公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（５９４０７１６７５）ハリス コーポレイション (287)
【氏名又は名称原語表記】Ｈａｒｒｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２６７９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１１２４００
【国際公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（５９４０７１６７５）ハリス コーポレイション (287)
【氏名又は名称原語表記】Ｈａｒｒｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
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