(57)【要約】【課題】アノード構造体、カソード構造体および導電性保護膜を含む電池およびそれを形成する方法を提供する。【解決手段】アノード構造体は、アノード基板、アノード基板に形成されるアノード、およびアノードと接触しているアノード導電性ライナを含む。カソード構造体は、カソード基板、カソード基板に形成されるカソード、およびカソードと接触しているカソード導電性ライナを含む。導電性保護膜は、アノード構造体およびカソード構造体によって形成される空洞を封止するためにアノード構造体およびカソード構造体にわたって形成される。アノード基板およびカソード基板の少なくとも一方は、それぞれのアノード導電性ライナまたはカソード導電性ライナと接触している貫通ビアによって貫通される。【選択図】図１
2019520669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池であって、
アノード基板と、
前記アノード基板に形成されるアノードと、
前記アノードと接触しているアノード導電性ライナとを備える、
アノード構造体と、
カソード基板と、
前記カソード基板に形成されるカソードと、
前記カソードと接触しているカソード導電性ライナとを備える、
カソード構造体と、
前記アノード構造体および前記カソード構造体によって形成される空洞を封止するために前記アノード構造体および前記カソード構造体にわたって形成される導電性保護膜とを備え、前記アノード基板および前記カソード基板の少なくとも一方が、前記それぞれのアノード導電性ライナまたはカソード導電性ライナと接触している貫通ビアによって貫通される、電池。
【請求項２】
前記アノード基板が、前記アノード導電性ライナと接触しているアノード貫通ビアによって貫通され、前記カソード基板が、前記カソード導電性ライナと接触しているカソード貫通ビアによって貫通される、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記アノード貫通ビアおよび前記カソード貫通ビアから成る群の１つだけが前記導電性保護膜と電気的接触している、請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記貫通ビアが、前記それぞれのビアを封止する絶縁性充填材を備える、請求項１に記載の電池。
【請求項５】
前記絶縁性充填材がポリマー接着剤を含む、請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記導電性保護膜が前記アノード構造体の外面を露出したままにする、請求項１に記載の電池。
【請求項７】
前記導電性保護膜が前記カソード構造体の外面を露出したままにする、請求項１に記載の電池。
【請求項８】
前記カソード構造体から前記アノード構造体を切り離す垂直壁をさらに備える、請求項１に記載の電池。
【請求項９】
前記アノード構造体と前記垂直壁との間の接合が金属継手であり、前記垂直壁と前記カソード構造体との間の接合がポリマー接着剤である、請求項８に記載の電池。
【請求項１０】
露出されるカソード基板のふちが前記アノードと前記カソードとの間の接触点で露出されるように、前記カソード基板が前記アノード基板より大きい直径を有する、請求項１に記載の電池。
【請求項１１】
電池を形成する方法であって、
アノード基板を形成することと、
カソード基板を形成することと、
前記アノード基板および前記カソード基板の少なくとも一方に、前記それぞれの基板を貫通する貫通ビアを形成することと、
前記アノード基板にアノード導電性ライナを形成することと、
前記アノード導電性ライナにアノードを形成することと、
前記カソード基板にカソード導電性ライナを形成することと、
前記カソード導電性ライナにカソードを形成することと、
前記アノード基板および前記カソード基板を組み立てて電池構造体を形成することと、
前記アノード基板および前記カソード基板によって形成される空洞を封止するために、前記アノード基板および前記カソード基板にわたって導電性保護膜を形成することとを含む、方法。
【請求項１２】
貫通ビアを形成することが、前記アノード基板に、前記アノード導電性ライナと接触しているアノード貫通ビアを形成することと、前記カソード基板に、前記カソード導電性ライナと接触しているカソード貫通ビアを形成することとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性保護膜を形成することが、前記導電性保護膜と前記アノード貫通ビアおよび前記カソード貫通ビアから成る群の１つだけとの間の電気的接続を形成することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記貫通ビアに絶縁性充填材を形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記絶縁性充填材がポリマー接着剤を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記導電性保護膜を形成することが、前記アノードの外面を露出したままにすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記導電性保護膜を形成することが、前記カソードの外面を露出したままにすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記アノード基板および前記カソード基板を組み立てることが、前記カソード基板に垂直壁を位置決めすることと、前記垂直壁に前記アノード基板を位置決めすることとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記アノード基板および前記カソード基板を組み立てることが、前記垂直壁に前記アノード基板を金属接合で接続することと、前記カソード基板に前記垂直壁をポリマー接着剤で接続することとを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
露出されるカソード基板のふちが組立後の前記アノードと前記カソードとの間の接触点で露出されるように、前記カソード基板が前記アノード基板より大きい直径を有する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電池に関し、より一般的には、金属保護膜およびシリコン貫通ビア電気的接触を含む電気的接触を有するマイクロ電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば１ｍＡｈ以下程度の電荷容量を有する小型薄型電源の需要が増えつつある。この大きさの機能電池が比較的容易に製造されることができるとはいえ、当該の小さい物理的寸法および薄型が、そのような電池を完全かつ気密に封止することを困難にする。一定の電池化学作用、特にリチウムに基づくものは、水分にさらされることができない。湿式化学電池は、水および他の電解質を保持するために封止される。
【０００３】
現存の商業的解決策は、かしめ封止をもつ円筒対称の金属缶型パッケージか、数ミリメートルの非常に広い封止幅をもつ屈曲性ポリマー・パッケージかである。一定の長寿命リチウム・イオン電池は、完全な気密性を確保するためにガラス金属封止を利用する。しかしながら、１００μｍ幅以下の良質な封止を作成するためのパッケージング・オプションはほとんど存在しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アノード構造体、カソード構造体および導電性保護膜を含む電池ならびにそれを形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
電池は、アノード構造体、カソード構造体および導電性保護膜を含む。アノード構造体は、アノード基板、アノード基板に形成されるアノード、およびアノードと接触しているアノード導電性ライナを含む。カソード構造体は、カソード基板、カソード基板に形成されるカソード、およびカソードと接触しているカソード導電性ライナを含む。導電性保護膜は、アノード構造体およびカソード構造体によって形成される空洞を封止するためにアノード構造体およびカソード構造体にわたって形成される。アノード基板およびカソード基板の少なくとも一方は、それぞれのアノード導電性ライナまたはカソード導電性ライナと接触している貫通ビアによって貫通される。
【０００６】
電池を形成する方法は、アノード基板を形成すること、およびカソード基板を形成することを含む。アノード基板およびカソード基板の少なくとも一方に、それぞれの基板を貫通する貫通ビアが形成される。アノード構造体にアノード導電性ライナが形成される。アノード導電性ライナにアノードが形成される。カソード基板にカソード導電性ライナが形成される。カソード導電性ライナにカソードが形成される。アノード基板およびカソード基板が組み立てられて電池構造体を形成する。アノード基板およびカソード基板によって形成される空洞を封止するために、アノード基板およびカソード基板にわたって導電性保護膜が形成される。
【０００７】
これらおよび他の特徴および効果は、添付図面と関連して読まれることになるその例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００８】
本開示は、以下の図を参照しつつ好ましい実施形態の以下の説明において詳細を提供することになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本原理に従うマイクロ電池構造体の切欠図である。
【図２】本原理に従うカソード構造体の形成におけるステップの図である。
【図３】本原理に従うカソード構造体の形成におけるステップの図である。
【図４】本原理に従うカソード構造体の形成におけるステップの図である。
【図５】本原理に従うカソード構造体の形成におけるステップの図である。
【図６】本原理に従うカソード構造体の形成におけるステップの図である。
【図７】本原理に従うカソード構造体の形成におけるステップの図である。
【図８】本原理に従うカソード構造体の形成におけるステップの図である。
【図９】本原理に従うアノード構造体の形成におけるステップの図である。
【図１０】本原理に従うアノード構造体の形成におけるステップの図である。
【図１１】本原理に従うアノード構造体の形成におけるステップの図である。
【図１２】本原理に従うアノード構造体の形成におけるステップの図である。
【図１３】本原理に従うアノード構造体の形成におけるステップの図である。
【図１４】本原理に従う垂直電池壁の形成の図である。
【図１５】本原理に従うマイクロ電池構造体の組立におけるステップの図である。
【図１６】本原理に従うマイクロ電池構造体の組立におけるステップの図である。
【図１７】本原理に従うマイクロ電池構造体の組立におけるステップの図である。
【図１８】本原理に従うマイクロ電池構造体の組立におけるステップの図である。
【図１９】本原理に従うカソード構造体を形成するための方法のブロック／フロー図である。
【図２０】本原理に従うアノード構造体を形成するための方法のブロック／フロー図である。
【図２１】本原理に従うマイクロ電池構造体を組み立てるための方法のブロック／フロー図である。
【図２２】本原理に従うカソード構造体の上視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態は、空気および水分にさらすことから電池部品を封止するための金属皮膜を使用するマイクロ電池を提供する。これを達成するために、装置の側面からよりもむしろ上部および下部から電気的接触がなされることができるように、アノードおよびカソードの背後を貫いて電気ビアが形成される。これは、金属皮膜を通じてカソードにアノードを短絡させるリスクのない電気的アクセスを提供する。
【００１１】
ここで図１を参照すると、本実施形態に従ってマイクロ電池構造体１００が図示される。マイクロ電池構造体１００は、カソード構造体１０２、壁１０４およびアノード構造体１０６に基づく三点構成を含む。代替の二点実施形態において、壁１０４はカソード構造体１０２またはアノード構造体１０６と一体に形成されてもよい。カソード構造体１０２、壁１０４およびアノード構造体１０６は接着点１０８によって互いに結合される。
【００１２】
カソード１１２が壁１０４間の空間を充填し、かつカソード構造体１０２に接続する。同様に、アノード１１４がアノード構造体１０６に接続する。電解質含浸スペーサ１１６が、カソード１１２がアノード１１４に触れるのを防止し、かつ電気化学反応が起こるための空間を提供する。マイクロ電池構造体１００は金属ケース１１０内に封止される。
【００１３】
アノード構造体１０６と壁１０４との間か壁１０４とカソード構造体１０２との間かの接合のために、接着剤１０８の代わりに金属性のはんだ接合が使用されてもよいことが理解されるべきである。そのような金属接合は、導電性金属がそれぞれの構造体と金属ケース１１０との間の電気的接続を形成するので、そのそれぞれの構造体のビアの必要性を不要にする。金属接合に適する金属は、例えば、インジウム、またはインジウム、スズ、鉛、ビスマス、カドミウム、銀、金もしくは以上の組合せを含む低融点はんだを含んでもよい。インジウム、鉛スズ共晶はんだまたは金が使用されてもよいことが特に企図される。特定の一実施形態において、カソード構造体１０２に壁１０４を接合するために接着剤が使用されてもよいこと、および壁１０４にアノード構造体１０６を接合するために金属接合が使用されてもよいことが企図される。
【００１４】
カソード構造体１０２およびアノード構造体１０６にビア１１８が形成される。ビア１１８は、導電性ライニング１２０および絶縁性充填材１２２を含む。ビア１１８は、金属ケース１１０と接触しなければならないことのないカソード１１２への電気的アクセスを提供する。ビア１１８は、金属ケース１１０がアノード電極の一部である設計の場合、アノード１１４と金属ケース１１０との間の電気的接続を確保し、また電気的アクセスを許容するために金属ケース１１０の間隙が設けられる場合、金属ケース１１０がケースから電気的に分離されるオプションを許容する。
【００１５】
一実施形態において、アノード構造体１０６の直径は壁１０４の直径より小さく、それもまたカソード構造体１０２の直径より小さい。各部分はそれによって、その下の部分から材料のふちが露出したようにしておく。これは、金属ケース１１０が、そのための材料が上から蒸着されて、接着剤１０８の保護膜となることを確実にする。コンフォーマル金属蒸着であれば、これは必要とされなくてもよく、そのため実施形態によっては、同じであるそれぞれの部分の直径を有することになる。
【００１６】
ここで図２を参照すると、カソード構造体１０２の形成におけるステップが図示される。基板２０２にウェル２０４が形成される。基板２０２を形成するためにシリコンが使用されてもよいことが特に企図されるが、しかしその代わりに任意の適切な材料が使用されてもよいことが理解されるべきである。基板のために半導体または導体材料が使用される場合、基板は絶縁性誘電体（図７、７０４）で被覆される。ウェル・パターンを画定するためにフォトリソグラフィが使用されてもよく、そして基板２０２にウェル２０４をエッチングするために深掘り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）が使用されてもよい。
【００１７】
エッチングされることになる表面にフォトレジストを塗布し、フォトレジストを放射のパターンに露光し、次いでレジスト現像液を活用してフォトレジストにパターンを現像することによって、フォトリソグラフィ・パターンが生成される。一旦フォトレジストのパターニングが完了されると、フォトレジストによって覆われた部分が保護される一方、露出した領域は、保護されていない領域を除去する選択エッチング工程を使用して除去される。本明細書で使用される場合、材料除去工程に関する用語「選択」は、第１の材料に対する材料除去率が、材料除去工程が適用されている構造体の少なくとも別の材料に対する除去率より大きいことを示す。
【００１８】
反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）は、エッチングの間、エッチングされることになる表面が無線周波給電電極に置かれるプラズマ・エッチングの一形態である。その上、ＲＩＥの間、エッチングされることになる表面は、表面に向けてプラズマから引き出されるエッチング種を加速する電位を帯びており、表面に垂直な方向に化学エッチング反応が起こっている。本発明のこの時点で使用されることができる異方性エッチングの他の例は、イオン・ビーム・エッチング、プラズマ・エッチングまたはレーザ・アブレーションを含む。ＤＲＩＥは、垂直エッチング・プロファイルをもつ高アスペクト比構造を形成するために使用されてもよいプラズマ・エッチングの一形態である。ＤＲＩＥのためにボッシュ工程が使用されてもよいことが特に企図されるが、他の実施形態も企図される。
【００１９】
ここで図３を参照すると、カソード構造体１０２の形成におけるステップが図示される。ウェル２０４におよび基板２０２の表面にライナ３０２が形成される。ライナ３０２がチタンまたは窒化チタンから形成されてもよいことが特に企図されるが、タンタルまたはタングステンなどの他の導電性ライナ材料が使用されてもよいことが企図される。ライナ３０２は約３００ｎｍ〜約１，０００ｎｍの例証的な厚さを有してもよく、かつ化学蒸着（ＣＶＤ）などのコンフォーマル蒸着工程を使用して形成される。
【００２０】
ＣＶＤは、室温超過（例えば、約２５°Ｃから約９００°Ｃ）で気体反応物間の化学反応の結果として蒸着種が形成される蒸着工程である。反応の固体生成物は、固体生成物の膜、皮膜または層が形成されることになる表面に蒸着される。ＣＶＤ工程の変形は常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）および有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）を含むが、これらに限定されず、その組合せも利用されてもよい。
【００２１】
ここで図４を参照すると、カソード構造体１０２の形成におけるステップが図示される。例えば、結合ポリマーからウェル２０４に充填材４０２が形成される。充填材４０２は、例えば、基板２０２の表面を別の表面に結合してウェル２０４へ結合ポリマーを圧入し、次いでその他の表面を剥離することによって形成される。充填材４０２が絶縁材料を使用して形成されてもよいことが特に企図されるが、非絶縁実施形態も企図される。
【００２２】
ここで図５を参照すると、カソード構造体１０２の形成におけるステップが図示される。ライナ３０２におよびウェル２０４にわたって追加金属がコンフォーマルに蒸着される。追加金属は約３００ｎｍの厚さを有してもよく、かつチタン・シード層または、代替的に、チタン、銅およびチタンのもしくはチタン、ニッケル、銅およびホールドの多層から形成されてもよい。銅またはニッケルあるいはその両方などのさらなる金属がフォトレジスト・マスクを通して電気めっきによって蒸着されて、電池のためのカソード接触パッドを形成することができる。パッド下でないシード金属は、ハード・マスクとして電気めっき金属を使用してＲＩＥまたはウェット・エッチングで除去されることができる。
【００２３】
電気めっき工程は、シード金属の薄層を蒸着すること、およびシード金属をフォトレジストでマスキングして、金属が必要とされる領域だけが露出したようにすることを含む。次いで露出した金属領域へ金属がめっきされて、露出したシード金属のない領域へは広がらない金属領域を作成する。次いでフォトレジストが剥離され、そしてシード層がウェットもしくはドライ・エッチングを使用してまたはＲＩＥを使用して前もって覆われた領域で除去される。めっき膜はシード層より厚く、そのためシード層がエッチングで最初に消失する。
【００２４】
ここで図６を参照すると、カソード構造体１０２の形成におけるステップが図示される。基板２０２が、例えば、ガラスまたはシリコンなどの任意の適切な材料から形成されてもよいハンドラ６０２に結合される。結合は、例えば、ポリマー結合剤６０４を使用して形成されるが、任意の適切な結合剤が使用されてもよいことが理解されるべきである。基板２０２は次いで、例えば、化学機械平坦化などの任意の適切な工程を使用して薄肉基板６０６に薄化される。
【００２５】
ＣＭＰは、装置の上層を徐々に除去するために、例えば、化学または粒状スラリーおよび機械力を使用して行われる。スラリーは、例えば、仕事関数金属層材料を溶解することができないように調製されてもよく、結果としてＣＭＰ工程はその層より先に進むことができないことになる。
【００２６】
ここで図７を参照すると、カソード構造体１０２の形成におけるステップが図示される。例えば、フォトリソグラフィ・パターニングおよびＤＲＩＥを使用して薄肉基板６０６に分離チャンネル７０２が形成されてカソード基板７０６を形成する。分離チャンネル７０２におよびカソード基板７０６の上面に酸化物層７０４が形成されてもよい。酸化物層は任意の適切な酸化工程を使用して形成されてもよく、かつ最初にカソード基板７０６の全表面にわたって形成され、次いでウェル２０４上方のカソード基板７０６の表面の領域を露出させるようにパターン化されてもよい。
【００２７】
ここで図８を参照すると、カソード構造体１０２の形成におけるステップが図示される。カソード基板７０６の露出した部分がビア充填材４０２のレベル下方にエッチングされ、そして露出した表面にライナ材料の追加層が形成されてライナ８０２を形成する。上記したように、ライナ８０２が、例えば、チタンまたは窒化チタンから形成されてもよいことが特に企図される。
【００２８】
ライナ８０２が形成された後、例えば、フォトパターン化可能なポリマー熱可塑性接着剤をスピン・オンすることによって、電池空洞周りの接着封止リング８０４が形成される。接着剤材料は露光、現像および硬化されて接着リング８０４を形成する。代替実施形態において、接着リング８０４が、例えば、壁１０４に適用されてもよいことが留意されるべきである。
【００２９】
ここで図２２を参照すると、カソード構造体１０２の上視図が図示される。この図から見られることができるように、接着剤はカソードの全中心領域周りのリング８０４を形成し、それによって組み立てられるとき気密封止を形成する。
【００３０】
ここで図９を参照すると、アノード構造体１０６の形成におけるステップが図示される。この時点までのアノード構造体１０６の形成は上記図２、図３および図４に従い、基板９０２へのウェルの形成、ウェルへのライナ９０４のコンフォーマル蒸着、およびライナ９０４にわたるウェルへの充填材９０６の形成を伴う。基板９０２は次いで、例えば、ポリマー結合剤９１０を使用してハンドラ９０８に結合される。ポリマー結合剤は、一実施形態において、ウェルに結合剤を圧入することによって充填材９０６を形成するために使用されてもよい。
【００３１】
ここで図１０を参照すると、アノード構造体１０６の形成におけるステップが図示される。例えば、フォトリソグラフィ・パターニングおよびＲＩＥを使用して基板９０２に分離チャンネル１００２が形成される。追加エッチングが行われて、ビアのライナ９０４を露出させ、かつ整列リム１００６を形成する。アノード構造体１００４が残る。
【００３２】
ここで図１１を参照すると、アノード構造体１０６の形成におけるステップが図示される。追加材料１１０２がライナ９０４にコンフォーマルに蒸着され、かつ約３００ｎｍ〜約１，０００ｎｍの厚さを有してもよい。追加材料１１０２はチタン・シード層または、代替的に、チタン、銅またはニッケルあるいはその組合せ、およびチタンの多層から形成されてもよい。適宜、他の金属が代わりに使用されてもよい。
【００３３】
ここで図１２を参照すると、アノード構造体１０６の形成におけるステップが図示される。シード層として追加材料１１０２を使用して、アノード１２０２がめっき形成される。アノード材料が蒸着されることになる開口を作成するようにフォトレジスト・マスクがパターン化されてもよい。例えば、亜鉛または任意の他の適切なアノード材料の層が電気めっき形成され、そしてフォトマスクが除去される。具体的な一実施形態において、シード層１１０２が、インジウム、ビスマスおよび亜鉛を含む均質固体で電気めっきされてアノード１２０２を形成してもよい。ビスマスの濃度は約１００ｐｐｍ〜約１，０００ｐｐｍでもよく、インジウムの濃度は約１００ｐｐｍ〜約１，０００ｐｐｍでもよく、そして残りが亜鉛でもよい。代替的に、アノード１２０２は純亜鉛から形成されてもよい。アノードが約１μｍと約５０μｍ厚との間の例証的な厚さを有してもよいことが企図されるが、しかし適宜他の厚さが使用されてもよい。また、シード層１１０２からの余剰材料はＲＩＥ工程を使用して除去されてもよい。
【００３４】
ここで図１３を参照すると、アノード構造体１０６の形成におけるステップが図示される。例えば、フォトパターン化可能なポリマー熱可塑性接着剤をスピン・オンすることによって接着封止リング１３０２が形成される。接着剤材料は露光、現像および硬化されてパッド１３０２を形成する。代替実施形態において、接着パッド１３０２が、例えば、壁１０４に適用されてもよいことが留意されるべきである。
【００３５】
代替実施形態において、接着パッド１３０２は、シード層１１０２が任意選択で適所に残されたまま、金属継手（例えば、インジウムから形成される）と置き換えられてもよい。これはアノード１０６への代替の電気的アクセスを提供することができる。
【００３６】
ここで図１４を参照すると、壁１０４の形成が図示される。例えば、シリコンの基板層が、接着剤１４０４を使用して、例えば、ガラス製のハンドラ１４０２に結合される。基板は次いで、ＲＩＥなどの方向性エッチングを使用してエッチングされて壁１４０６を形成する。例えば、ＣＶＤを使用して誘電体層１４０８が形成されて約０．５μｍと約１．０μｍ厚との間の層を形成する。誘電体層１４０８は、例えば、二酸化シリコンまたは窒化シリコンから形成されてもよい。
【００３７】
ここで図１５を参照すると、マイクロ電池構造体１００の組立におけるステップが図示される。壁ハンドラ１４０２は、カソード構造体１０２の接着層８０４上方に壁１４０６を位置決めするために使用される。壁１４０６はそれによってカソード構造体１０２に結合される。壁１４０６は、高圧力または熱あるいはその両方を印加することによってカソード構造体１０２に封止されてもよい。例証的な一実施形態において、約１００ｍｍ２程度の封止領域のために約０．１ＭＰａと約１０ＭＰａとの間の圧力が使用されてもよい。
【００３８】
ここで図１６を参照すると、マイクロ電池構造体１００の組立におけるステップが図示される。壁１４０６へ壁ハンドラ１４０２を保持する接着剤がガラス・ハンドラを通してレーザーで切除され、そして壁ハンドラ１４０２が除去される。残存するハンドラ接着剤は次いで灰化によって除去されることができる。壁間の空間はカソード材料１６０２で充填される。一実施形態において、カソード材料１６０２は二酸化マンガンから形成されてもよいが、しかし任意の適切なカソード材料が代わりに使用されてもよいことが理解されるべきである。カソード材料１６０２は電気めっき水酸化ニッケルまたは、結合剤の有無にかかわらず二酸化マンガンの混合物であることができる。例えば、塩化亜鉛などの電解質溶液も添加されてもよい。
【００３９】
ここで図１７を参照すると、マイクロ電池構造体１００の組立におけるステップが図示される。アノード１２０２にスペーサ１１６が形成または配置され、そしてアノード・ハンドラ９０８は、整列リム１００６が壁１４０６と整列するようにアノード構造体１００４を位置決めするために使用される。接着パッド１３０２が壁１４０６に接触して、壁１４０６へアノード構造体１００４を結合する。
【００４０】
スペーサ１１６は電解質材料が含浸されてもよい。例証的な実施形態において、電解質材料は、塩化アンモニウム、水酸化カリウムなどの塩水溶液、塩化亜鉛、または酸化亜鉛などの添加物を伴う酢酸亜鉛の１つまたは複数を含んでもよい。スペーサ１１６は、セルロース、セロハン、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）、ＰＶＡ／セルロース混合品、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンおよびポリプロピレンの混合物から形成される、約１０μｍと約１００μｍとの間の例証的な厚さを有する、例えば、可撓性多孔質材料、ゲルまたはシートから形成されてもよい。一実施形態において、スペーサ１１６は、電解質材料を分配することによって蒸着されてもよい。電解質材料はインク・ジェット、ロボット配置またはスピン・オン工程を使用して蒸着されてもよい。
【００４１】
ここで図１８を参照すると、マイクロ電池構造体１００の組立におけるステップが図示される。構造体に金属保護膜１８０２が適用されて、上部ビアおよびライナ９０４との電気的接触を形成する。金属保護膜１８０２はそれによってアノード１０６への電気的アクセスを提供する。カソード・ハンドラ６０２が除去されて、完全なマイクロ電池構造体１００を切り離し、かつカソード・ライナ５０２を露出させてもよく、それがカソード接点として作用する。上記したように、金属保護膜１８０２は上から適用されてもよく、または代わりに、例えば、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤもしくはスパッタリングを使用してコンフォーマルに適用されてもよい。
【００４２】
金属保護膜がカソード構造体１０２の下部を除いてあらゆる表面を覆ってもよいことが特に企図されるが、代替実施形態が代わりにアノード構造体１０６の上部が露出したようにしてもよいことが理解されるべきである。
【００４３】
本発明が所与の例示的なアーキテクチャの観点で記載されることになることが理解されるはずであるが、しかしながら、他のアーキテクチャ、構造、基板材料ならびに工程特徴およびステップが本発明の範囲内で変更されてもよい。
【００４４】
層、領域または基板などの要素が別の要素「に」または「にわたって」あると言及される場合、それが直接その他の要素にあることができ、または介在要素も存在してもよいことも理解されるであろう。逆に、要素が別の要素「に直接」または「にわたって直接」あると言及される場合、介在要素は存在しない。要素が別の要素に「接続」または「連結」されると言及される場合、それがその他の要素に直接接続または連結されることができ、または介在要素が存在してもよいことも理解されるであろう。逆に、要素が別の要素に「直接接続」または「直接連結」されると言及される場合、介在要素は存在しない。
【００４５】
本実施形態は集積回路チップの設計を含んでもよく、それはグラフィカル・コンピュータ・プログラミング言語で作成され、そして（ディスク、テープ、物理ハード・ドライブ、またはストレージ・アクセス・ネットワークにあるものなど仮想ハード・ドライブなどの）コンピュータ記憶媒体に記憶されてもよい。設計者がチップ、またはチップを製造するために使用されるフォトリソグラフィ・マスクを製造しない場合、設計者は、結果的な設計をそのようなエンティティに物理的手段によって（例えば、設計を記憶した記憶媒体のコピーを提供することによって）または電子的に（例えば、インターネットを通じて）、直接的または間接的に伝送してもよい。記憶された設計は次いで、ウエハに形成されることになる当該チップ設計の複数のコピーを典型的に含むフォトリソグラフィ・マスクの製造に適切な形式（例えば、ＧＤＳＩＩ）へ変換される。フォトリソグラフィ・マスクは、エッチングまたはその他加工されることになるウエハの領域（またはその上の層あるいはその両方）を画定するために活用される。
【００４６】
本明細書に記載される方法が集積回路チップの製造に使用されてもよい。結果的な集積回路チップは、未加工ウエハ形態で（すなわち、複数の未パッケージ化チップを有する単一ウエハとして）、ベア・ダイとして、またはパッケージ化形態で製造者によって流通されることができる。後者の場合、チップは、（マザーボードまたは他の高レベル・キャリアに添付されるリード付きの、プラスチック・キャリアなどの）シングル・チップ・パッケージにまたは（表面相互接続または埋込み相互接続の一方または両方を有するセラミック・キャリアなどの）マルチチップ・パッケージに装着される。いずれの場合も、チップは次いで、（ａ）マザーボードなどの中間製品か（ｂ）最終製品かの一部として他のチップ、ディスクリート回路要素または他の信号処理装置あるいはその組合せと集積される。最終製品は、玩具および他のローエンド用途からディスプレイ、キーボードまたは他の入力装置および中央処理装置を有する高度コンピュータ製品に及ぶ、集積回路チップを含む任意の製品であることができる。
【００４７】
本原理の「一実施形態」または「実施形態」、ならびにその他の変形への本明細書における言及は、実施形態と関連して記載される特定の特徴、構造、特性などが本原理の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な場所に出現する句「一実施形態において」または「実施形態において」、ならびに任意の他の変形の出現は、必ずしも全て同じ実施形態に言及しているわけではない。
【００４８】
例えば「Ａ／Ｂ」、「ＡまたはＢあるいはその両方」ならびに「ＡおよびＢの少なくとも一方」の場合における以下「／」、「〜または〜あるいはその両方」および「〜の少なくとも一方」のいずれかの使用は、第１の列記した選択肢（Ａ）だけの選択、または第２の列記した選択肢（Ｂ）だけの選択、または両選択肢（ＡおよびＢ）の選択を包含するものと意図されることが認識されるはずである。さらなる例として、「Ａ、ＢまたはＣあるいはその組合せ」ならびに「Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つ」の場合において、そのような語法は、第１の列記した選択肢（Ａ）だけの選択、または第２の列記した選択肢（Ｂ）だけの選択、または第３の列記した選択肢（Ｃ）だけの選択、または第１および第２の列記した選択肢（ＡおよびＢ）だけの選択、または第１および第３の列記した選択肢（ＡおよびＣ）だけの選択、または第２および第３の列記した選択肢（ＢおよびＣ）だけの選択、または全ての３つの選択肢（ＡおよびＢおよびＣ）の選択を包含するものと意図される。これは、当業者によって直ちに明らかなように、列記されるだけの項目に対して拡張されることができる。
【００４９】
ここで図１９を参照すると、カソード構造体１０２を形成する方法が図示される。ブロック１９０２は、例えば、フォトリソグラフィおよびＲＩＥを使用して基板２０２にウェル２０４を形成する。ブロック１９０４は、ウェル２０４に導電性ライナ３０２をコンフォーマルに形成し、そしてブロック１９０６は、ウェル２０４を、例えば、ポリマー充填材４０２で充填する。ポリマー充填材は、基板２０２を表面に結合してウェル４０２へポリマー接着剤を圧入することによって形成されてもよい。
【００５０】
ブロック１９０８は、ウェル２０４の露出端にわたって導体５０２の追加層を形成する。この導体５０２はライナ３０２と同じ材料から形成されてもよく、または任意の他の適切な導電材料でもよく、完成した装置においてカソード接点を形成する。
【００５１】
ブロック１９１０は、例えば、接着剤６０４を使用して基板２０２をハンドラ６０２に結合する。基板２０２はブロック１９１２でパターン化され、そしてブロック１９１４は、さらなるエッチングでビアを露出させる。ブロック１９１６は、露出したビアに追加導体材料８０２の層を形成し、そしてブロック１９１８は、接着封止リングを形成する。
【００５２】
ここで図２０を参照すると、アノード構造体１０６を形成する方法が図示される。ブロック２００２は、基板９０２にウェルを形成し、そしてブロック２００４は、ウェルに導電性ライナ９０４を形成する。ブロック２００６で、ウェルはポリマー９０６で充填され、そしてブロック２００８で、基板９０２はハンドラ９０８に結合される。一実施形態において、ブロック２００６および２００８が組み合わされてもよく、結合接着剤がウェルへ圧入されてポリマー充填材９０６を形成する。
【００５３】
ブロック２０１０は、基板からアノード構造体１００４をパターン化して、ビアを露出させる。ブロック２０１２は、アノード構造体１００４およびビアにわたってシード層を形成し、その結果ブロック２０１４は、例えば、電気めっきおよびフォトリソグラフィ工程を使用してシード層にアノード１２０２を形成することができる。ブロック２０１６は、アノード構造体１００４に接着パッド１３０２を形成する。ブロック２０１８は、次いでアノード１２０２にスペーサ１１６を形成し、スペーサ１１６は構造体材料および電解材料を含んでいる。
【００５４】
ここで図２１を参照すると、マイクロ電池構造体１００を構築する方法が図示される。ブロック２１０２は、例えば上記図１９に記載されるように、カソード構造体１０２を形成する。ブロック２１０４は、例えば上記図２０に記載されるように、アノード構造体１０６を形成する。ブロック２１０６は、例えば、ハンドラに結合されるシリコン基板から適切な大きさの壁をエッチングすることによって壁１０４を形成する。
【００５５】
ブロック２１０８は、接着剤および圧力を使用してカソード構造体１０２に壁１０４を結合して結合を形成する。一旦壁１０４が取り付けられると、ブロック２１１０で空洞にカソード１６０２が形成される。ブロック２１１２は、壁１０４にアノード構造体１０６を結合する。ブロック２１１４は、次いでスタックにわたって金属保護膜１８０２を形成する。金属保護膜１８０２はアノード接点を形成し、そして導体５０２は下部に露出したままにされて、カソード接点を形成する。壁１０４が最初にアノード構造体１０６に取り付けられ、そしてカソード１０２が最後に取り付けられるよう、組立の順序が逆転してもよいことが留意されるべきである。
【００５６】
シリコン貫通ビア電極を備えたマイクロ電池の好ましい実施形態（例示的であり限定的ではないものと意図される）を記載したが、上記教示を考慮して当業者によって変更および変形がなされることができることが留意される。したがって、開示した特定の実施形態において変更がなされてもよく、添付の特許請求の範囲によって概説される本発明の範囲内であることが理解されるはずである。このように、特許法によって必要とされる詳細および特殊性とともに本発明の態様を記載したが、特許証によって特許請求され、かつ保護されることが望まれるものは添付の特許請求の範囲に明らかにされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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