(57)【要約】  複数の薄膜バッテリーが電気的に接続されている積層アレイを開示する。該積層アレイは、ずれた形の構造を有する。電子装置内のスペースを効果的に節約するために、好ましくは、積層アレイの一面にある側端の最外点は、その電子装置の内面もしくは、電子装置の部品の内面と略一致する。一実施形態において、積層アレイは、複数のバッテリーと接触する単一の面を有する少なくとも一つのバッテリーを備える。別の実施形態において、成形アレイであって、互いに電気的に接続された複数の薄膜バッテリーにより形成され、複数のバッテリーを、非長方形の基板上で互いに隣接するように並べて略基板の表面の形を成すようにした単層として配置している成形アレイを提供する。また、バッテリー・セルへ電子的接続するために、基板を貫通する少なくとも１つのビアと、絶縁層を貫通する少なくとも１つの別のビアを設けた薄膜バッテリーを記載する。
2013518394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に接続された複数の薄膜バッテリーの積層アレイであって、該積層アレイがずれた形の構造であることを特徴とする積層アレイ。
【請求項２】
上記積層アレイの一面にある側端の最外点が境界線を画定し、上記境界線が実質的に直線となるように選択されている、もしくは、上記境界線は直線ではないことを特徴とする請求項１に記載の積層アレイ。
【請求項３】
上記積層アレイはバッテリー室内にあり、該バッテリー室の内部の少なくとも２つの隣接する内面と一致することを特徴とする請求項１に記載の積層アレイ。
【請求項４】
請求項３に記載の積層アレイを含み、好ましくは、集積回路を含むことを特徴とする中間バッテリー部材。
【請求項５】
請求項３もしくは４に記載の積層アレイを含むことを特徴とする電子装置。
【請求項６】
上記積層アレイは、ピラミッド形、先端を切り取ったピラミッド形、円錐形、先端を切り取った円錐形、菱形、球形、先端を切り取った球形、楕円形、先端を切り取った楕円形、もしくは、好ましくは傾斜円筒か傾斜６面体である傾斜形状からなる群から選択された三次元形状を画定することを特徴とする請求項１に記載の積層アレイ。
【請求項７】
複数の薄膜バッテリーを使用し、電子装置へ電力を供給する電力供給方法であって、
上記複数の薄膜バッテリーをずらした形の構造で積層し、積層アレイを形成する工程と、
上記積層アレイの一面にある側端の最外点が、上記電子装置の内面もしくはその部品の内面に略一致するように、上記積層アレイを電子装置もしくはその部品に配置する工程と、
上記積層アレイを電子装置もしくはその部品に配置させる前もしくは後に、上記複数の薄膜バッテリーを電気的に接続させる工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
上記内面が平面もしくは曲面であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
成形アレイであって、互いに電気的に接続された複数の薄膜バッテリーにより形成され、複数のバッテリーを、非長方形の基板上で互いに隣接するように並べて略基板の表面の形を成すようにした単層として配置し、好ましくは、上記バッテリーは、上記基板の表面の約２０％しか露出されないように配置され、より好ましくは、上記バッテリーは、上記基板の表面の約１０％しか露出されないように配置されることを特徴とする成形アレイ。
【請求項１０】
上記バッテリーのサイズと形状が一様であり，
好ましくは、上記バッテリーの形状が長方形か三角形から選択されることを特徴とする請求項９に記載の成形アレイ。
【請求項１１】
上記基板の表面の形状が三角形の形状と円形の形状から選択された形状である、もしくは、上記基板の表面が環状穴を有することを特徴とする請求項９に記載の成形アレイ。
【請求項１２】
上記積層アレイは、複数のバッテリーと接触する単一の面を有する少なくとも一つのバッテリーを備えることを特徴とする請求項１に記載の積層アレイ。
【請求項１３】
（ａ）  第一面を有する基板と、
（ｂ）  上記基板の上記第一面上に設けられた第１電流コレクタと、
（ｃ）  第２電流コレクタであって、上記第１電流コレクタ及び第２電流コレクタの一方が陰極電流コレクタで、もう一方が陽極電流コレクタである第２電流コレクタと、
（ｄ）  電解質が上記陰極電流コレクタと陽極電流コレクタを分離する電解質層と、
（ｆ）  上記電解質層と共に上記陰極電流コレクタと陽極電流コレクタを分離する絶縁層とを備え、
上記第１電流コレクタは、上記基板の少なくとも１つのビアを介してバッテリーが電力供給する装置との電気的接続を可能にするために露出され、
上記第２電流コレクタは、上記絶縁層の少なくとも１つのビアを介してバッテリーが電力供給する装置との電気的接続を可能にするために露出されていることを特徴とする薄膜バッテリー。
【請求項１４】
上記基板と上記絶縁層のどちらか、もしくは、その両方が２つ以上のビアを有していることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜バッテリー。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本出願は、２０１０年１月２６日に出願された仮出願ＮＯ．６１／２９８、４４８の優先権を３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  １１９（ｅ）（１）に基づき主張し、参照によりその全体の内容を含むものである。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は薄膜固体エネルギー蓄積装置の分野に関し、より具体的には、薄膜固体バッテリーの応用の構成に関する。
【０００３】
〔関連技術の詳細〕
電子工学は、コンピュータ、携帯電話、トラッキングシステム、スキャナ、補聴器、リモートセンサーなどの多くの携帯機器に取り入れられている。このような携帯機器の欠点のひとつとして、電源を備える必要がある点が挙げられる。通常、携帯機器にはバッテリーが電源として使用されている。バッテリーは、少なくとも装置が使用される時間の間装置に電力を供給するのに十分な容量を有していなければならない。しかし、十分なバッテリー容量を持つ電源は、その装置には不釣り合いなほど重かったり大きかったりすることがある。したがって、より小さく、より軽いエネルギー蓄積装置（つまり電源）が望まれている。
【０００４】
このようなタイプのエネルギー蓄積装置として固体薄膜バッテリーがある。薄膜バッテリーの例は、米国特許番号５，３１４，７６５；５，３３８，６２５；５，４４５，９０６；５，５１２，１４７；５，５６１，００４；５，５６７，２１０；５，５６９，５２０；５，５９７，６６０；５，６１２，１５２；５，６５４，０８４；及び５，７０５，２９３に記載されており、本明細書は、これらの内容を参照により含むものである。米国特許番号５，３３８，６２５には、電気機器用の予備電源もしくは一次一体型電源として利用される、薄膜バッテリー、特に、薄膜マイクロバッテリー及びその製造方法が記載されている。米国特許番号５，４４５，９０６には、薄膜バッテリー構造の製造方法及び製造システムを記載するもので、この薄膜バッテリー構造は、複数の積層ステーションを利用する方法によって形成される。網目状の基板が自動的に各積層ステーションを通過していくにつれ、薄型バッテリーを構成する各層が該基板上に順に形成される。
【０００５】
米国特許出願公開番号２００５／０１４７８７７には、リチウム、もしくはリチウム化合物を含み、電気回路に接続される薄膜バッテリーが記載されている。環境障壁が互層として積層されており、少なくとも、その中の一層は、平滑化、平坦化、及び／もしくは、水平化を行う物理的形状調整機能を提供し、少なくとも、別の層は拡散障壁機能を提供する。
【０００６】
しかしながら、そのような蓄積装置は、サイズが比較的小型であることを少なくとも一因として、該蓄電装置を備える電子装置に十分な電力を提供することができないことがある。もちろん、複数のバッテリーを直列もしくは並列で接続し、装置の電圧や電流の要求に応じてバッテリーが１つしかない場合よりも電力出力を高めることはできる。しかし、そのような構成では、複数のバッテリーを必要とするので、サイズが小さい携帯機器内におけるスペースが再び問題となる。したがって、小型装置に電源を備えることを容易にする装置及び方法が必要とされ続けている。
【０００７】
〔発明の概要〕
その必要性に対応するために、電子機器への電力供給において省スペース化を図ることができるバッテリーの構成が開示されている。特に、電気的に接続された薄膜バッテリーをずらして配列した積層アレイが提示されている。
【０００８】
装置における省スペース化という効果を実現するために、積層アレイの一面の側端の最外点を、電子装置もしくはそのコンポーネントの内面に一致するように構成することが通常好ましい。このような内面は、例えば、平面もしくは曲面であってもよい。一実施形態において、上記積層アレイは複数のバッテリーに接する単面を持つバッテリーを少なくとも１つ含む。
【０００９】
他の実施形態において、共に電気接続された複数の薄膜バッテリーを所定の形状に並べた成形アレイを提供する。これにより、互いに隣接した複数のバッテリーが非長方形の基板上に略基板の表面の形で単層で配置される。本発明の一実施形態は、容易に大量生産することができるバッテリーを用いて所望の形状を有するバッテリーアレイを形成した、バッテリーの積層アレイを提供ことができるという効果を奏する。他の実施形態において、該バッテリーの積層アレイは、スペースを高効率に使用するようなバッテリーの配置になっており、これを、容易に大量生産できるバッテリーを用いて形成している。このように、本発明の装置は、態様において、容易に製造されるバッテリー部材を使用することで、生産規模による経済的効果を奏し、かつ、比較的小規模の特注という生産が適している独特な形を持つバッテリーアレイを提供できるという効果を奏する。したがって、本発明は、従来の単一のバッテリー電池を特注の形状で製造する技術を使用しては達成できなかった効率性を提供することができる。
【００１０】
本発明は、基板を貫通する少なくとも１つのビアと、絶縁層を貫通する少なくとも１つの他のビアを設けて、バッテリー電池に対して電気接続させる構成の薄膜バッテリーも提供する。このバッテリーの構成は、特殊な構成上の要件を有する装置に接続が可能なバッテリーを提供する際に特に有利であり、そして、バッテリーを収容するために、別にパッケージを使用することを回避するという選択肢も可能にする。さらに、本発明のバッテリーは、複数のバッテリーを直列もしくは並列で接続する代替的な接続構成を可能とする独特な接続端子の構成を有する。
【００１１】
〔図面の簡単な説明〕
添付の図面は、本願に含まれ、本願の一部を構成しており、本発明の態様のいくつかを示すものであり、実施形態の詳細とともに、本発明の原理を説明するものである。図面の簡単な説明は以下の通りである。
【００１２】
図１は、本発明に係る積層アレイと方法で好適に使用できる従来技術の薄膜バッテリーを示す図である。
【００１３】
図２は、本発明に係る、薄膜バッテリーの積層アレイの一実施形態を示す斜視図である。
【００１４】
図３は、図２の積層バッテリーアレイを、装置の筺体の断面図を含んで示す側面図である。
【００１５】
図４は、従来技術の単一のバッテリーを図示する側面図及び本発明に係る省スペースの構成を図示する装置筺体の断面図である。
【００１６】
図５は、本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第２実施形態を示す斜視図である。
【００１７】
図６は、本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第３実施形態を示す斜視図である。
【００１８】
図７は、本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第４実施形態を示す斜視図である。
【００１９】
図８は、本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第５実施形態を示す斜視図である。
【００２０】
図９は、電子装置に電力を供給するための、本発明に係る方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００２１】
図１０は、本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第６実施形態を示す斜視図である。
【００２２】
図１１は、本発明に係る薄膜バッテリーのアレイの第７実施形態を示す斜視図である。
【００２３】
図１２は、本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第８実施形態の詳細を示す斜視図である。
【００２４】
図１３は、本発明に係る薄膜バッテリーのアレイの第９実施形態を示す斜視図である。
【００２５】
図１４は、本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第１０実施形態の詳細を示す側面図である。
【００２６】
図１５は、本発明のバッテリーの断面図である。
【００２７】
図１６は、並列に配線された場合の本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの詳細を示す側面図である。
【００２８】
図１７は、直列に配線された場合の本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの詳細を示す側面図である。
【００２９】
図１８は、本発明のバッテリーの一実施形態の断面図である。
【００３０】
〔発明の詳細な説明〕
本発明に係る装置及び方法は、従来の部材の新規な構成を含むものであるが、それに限定されるものではなく、特に詳細に説明された構成のみを含むものではない。同様に、従来の部材や回路の構造、方法、機能、制御及び配列の大部分を容易に理解できるブロック図や回路図として図示するが、これは当業者にとって容易に理解できるであろう構造の細部も含む本願が開示する内容が不明瞭にならないようにするためであり、本明細書における説明に資するためのものである。さらに、本発明は、例示をするための図に示された特定の実施形態に限定されるものではなく、請求項の記載に基づいて解釈されるものである。
【００３１】
本発明によれば、比較的小さい寸法を有し、比較的平面状の形である複数のバッテリーを比較的小さな電気機器の中に配置して、積層されたバッテリーの端部により画定されてもよい平面であって装置の内面と一致する平面を少なくとも１つ有する立体物を形成する構成であってもよい。上記バッテリーは、電気機器に電力を供給するために互いと直列もしくは並列に接続されてもいい。
【００３２】
図１は、本発明に係って使用されうるタイプの単一のバッテリー１００を示す。バッテリー１００は比較的小さく、比較的平面状の形である。図１に示す実施形態のバッテリー１００は、長方形の箱状であり、略長方形の上面１１２と下面１１４、及び、長方形の端部を有する。バッテリー１００等のバッテリーの縦方向の厚さは、バッテリーの横幅と比べて、極端に薄い（横幅が、例えば、１０００ミクロン（１ｍｍと同じ）から、いくつかの実施形態においては１０、０００ミクロン（１０ｍｍと同じ）であり、他の実施形態において、最大が数センチメートルであるの比較して、バッテリーの縦方向の厚さはいくつかの実施形態においては、約１０ミクロン未満、他の実施形態においては、４ミクロン未満である）。一実施形態において、バッテリー１００は、接地接続１１０と、バッテリー１００が電力供給する装置への接続のためのバッテリー出力端子１２０を含んでもよく、さらに、バッテリー１００は、参照によりその全体の内容を本明細書において包含する同時係属の米国特許出願番号１２／０６９、４４０に記載されるような充電回路（図示されていない）を備えていてもよい。バッテリー１００がこのような充電回路を含む場合、バッテリー１００はさらに、チャージャー・インプット１３０を備える構成であってもよい。
【００３３】
本発明の積層アレイに使用される個々のバッテリーはフレキシブルであることが好ましい。これにより、バッテリーは、組み立て時や使用環境下に置かれたとき、もしくは、使用中に起こる屈曲に耐えることができる（例えば、バッテリーとしての機能を維持することができる）。バッテリーは、直径２０センチメートルの円の曲率と同等の屈曲に耐えられることが好ましく、直径５センチメートルの円の曲率と同等の屈曲に耐えられることがより好ましく、直径１センチメートルの円の曲率と同等の屈曲に耐えられることがさらに好ましく、直径０．５センチメートルの円の曲率と同等の屈曲に耐えられることが最も好ましい。
【００３４】
図２には、本発明の構成に従いそれぞれ相対的に配置された、図１に示したタイプの複数のバッテリー１００、２００、３００、４００、５００が示されている。具体例として、バッテリー１００は、回路基盤１５０上に装着されて示されており、該回路基盤１５０は例えば小型の電子装置である（なお、図２には、他のものは省略されている）。その電子装置は、一つ以上のタイプのバッテリー１００ないし５００の電力を必要とするいかなる比較的小型な装置であってもよい。バッテリー１００ないし５００は積層構造もしくはアレイ１０として配列され、各バッテリー１００ないし５００の主要面は、ずれた形状をなすように互いに接している。バッテリー１００ないし５００は、各バッテリーの厚さほどの距離だけ互いからずれている構成であることが好ましい。図２に示す回路基盤１５０上のバッテリー１００ないし５００の積層配列の側面図である図３に示すように、あるバッテリーとその下のバッテリーとのずれは仮想の境界線６００を画定する。この境界線６００は、バッテリー１００ないし５００の、境界線６００に隣接する側の側端の最外点によって定義される。図示するように、境界線６００は、略直線である。本発明の目的のためには、この境界線は、積層されたバッテリーの側端の最外点の曲線に最大限に適合させる。ときにはバッテリーの積層が外れた値をとることが予想されるので、当業者は、略直線である境界線ではデータ点の適合性が例えば５％変化することが予期されることを理解するであろう。
【００３５】
図３は、電子装置７００の内面７１０の断面図である。電子装置７００は、補聴器もしくはリモートセンサーのような比較的小型の装置であってもよく、例えば、装置７００の筺体の一部であってもよい内面７１０を有する。図示のように、バッテリー１００ないし５００によって形成される面６００は、電子装置もしくはそのコンポーネントの内面に一致するように、その電子装置の表面７１０の輪郭線に沿っている。このようにして、その電子装置の空間がより効率的に使用されることが可能という効果を奏し、その電子装置の全体の大きさをより小さいサイズに抑制することができる。
【００３６】
特に、装置７００に十分な電力を供給するために、単一のバッテリーを使用することも可能であるが、このような単一のバッテリーは、バッテリー１００ないし５００の個々のバッテリーよりも大きいものになるだろう。このようなより大きいバッテリーが、バッテリー１００ないし５００の一つと実質的に同じ設置面積を有するには、より高い高さが必要で、標準的な長方形の箱形もしくはディスク形の形状で製造されるだろう。図４には、内面７１０’を有する比較的小型の装置７００’内の回路盤１５０’に取り付けられた先行技術の単一のバッテリー１００’を示している。図４に示すように、バッテリー１００’を回路盤１５０’の装置７００’に密着させるためには、バッテリー１００’を回路盤１５０’上でずらしても、内面７１０’から離れたままになる。そうすると、破線７１２で示す空間は無駄になり、装置７００’の大きさを、バッテリー１００を収容するために大きくする必要がでてくる場合もある。その設置面積を拡大し、高さを低くして同じ容量のバッテリー１００’を備えることもできるが、これにより回路盤１００’を表面７１０’の方にずらすことができても、そのように拡大された設置面積を有するバッテリーは、回路盤１５０’の比較的広い場所を占めるので、回路盤１５０’を拡大する必要が生ずる。さらに、バッテリー１００’の実質的同じ容量を有し、バッテリー１００ないし５００（図２と３に記載）により形成される表面６００の形と略同じ形の曲面を有する単一のバッテリーを特注的に製造することも可能である。しかし、このようなバッテリーの特注的な製造は、コスト面で許されず、装置７００が享受する省スペースの効果を、異なる形を有する他の装置が享受することはできないであろう。
【００３７】
前述のように、バッテリー１００ないし５００によって電力が供給される電子装置は、バッテリー１００ないし５００が個々に単一のバッテリーとして供給する電力よりもさらに多くの電力を必要とする比較的小型な装置であってもよい。もし個々の単一のバッテリーによって供給される電力よりも、もっと多くの電流を必要とする電気装置の場合、バッテリー１００ないし５００を電気的に並列接続する構成としてもよい。電気装置がより多くの電圧を必要とする場合、バッテリー１００ないし５００を直列接続する構成としてもよい。
【００３８】
バッテリー１００ないし５００の積層状態は、例えば、バッテリーを、規定のコンテナ、もしくはケーシング内に入れる等の適切な機構によって固定されてもよい。バッテリーは、そのようなコンテナの中に滑らせて入れる構成であってもよい。また、バッテリーはブラケットもしくは、他の固定構造物に固定されてもよい。バッテリーは、最終的に好ましいアレイの状態で互いに固定されることが望ましい。バッテリーは半田溶接によって互いに固定されてよい。もしくは、ホットメルト接着剤、化学反応型接着剤もしくはセメント（シアノアクリレート、アクリル、エポキシ、ポリウレタン、シリコーン、フェノール、ポリイミド、プラスチゾル、等を含む一つもしくは二つの部分の接着剤等）、もしくは粘着剤のような、適切な接着剤によって互いに固定されてよい。
【００３９】
図５は、回路盤１６０上に薄膜バッテリー１１０ないし５１０を使用して形成される他の積層アレイ１５を図解する。図５に示すように、各バッテリー２１０ないし５１０は、下のバッテリーから横２方向にずれている。このような積層構造は、２つの壁が内部へ傾斜して端部で交わるような内面を有する装置において、省スペースの利点をもたらすことができる。図６は、回路盤１７０上で、薄膜バッテリー１２０ないし５２０を含む積層アレイ２０の別の実施形態を図解する。図６の実施形態において、バッテリー１２０ないし５２０は、各バッテリーが横方向にずれて下のバッテリーから回転するように積層される。そのような積層構造は、その境界線６２０に対応する表面のような動力装置の湾曲した内面に隣接する場所に配置される場合、省スペースの利点を有することができる。
【００４０】
本発明に係る積層薄膜バッテリーは、それぞれ異なるサイズであってもよい。例えば、図７は、本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイ３０の一実施形態を示す。アレイ３０は、基板１８０上で積層される、６つの長方形の薄膜バッテリー１３０、２３０、３３０、４３０、５３０及び６３０を含む。この基板１８０は薄膜バッテリー１３０ないし６３０によって電力供給される電子装置（図示せず）の基板であることが望ましい。図７に示すように、アレイ３０は、３次元のピラミッド型８００をなす。
【００４１】
本発明の他の実施形態において、本発明に係る薄膜バッテリー積層構造は、上面から見たときに四角形もしくは長方形以外の形状を有するバッテリーを含んでよい。例えば図８は、基板１９０上の、４つの円筒形薄膜バッテリー１４０、２４０、３４０及び４４０の積層アレイ４０を示す。薄膜バッテリー１４０ないし４４０は積層されて、円錐部９００を形成する。上面から見たときの形状については、三日月状、半円、三角形、及び台形等を有するバッテリーを含む積層アレイもまた考慮されるが、これに限るものではない。図１０は、基板１０６０上の、５つの、パイの形をした薄膜バッテリー１０１０、１０２０、１０３０、１０４０及び１０５０の積層アレイ１０００を示す。
【００４２】
言い換えると、上記積層アレイは、さまざまな形から選択された３次元形状を画定し、特定の電子装置中の空間を効率的かつカスタム的に使用することを可能にする。本発明の実施形態は、ピラミッド形、先端を切り取ったピラミッド形、円錐形、先端を切り取った円錐形、菱形、球形、先端を切り取った球形、楕円形、先端を切り取った楕円形から選択された三次元形状を有するアレイを含む。
【００４３】
本発明の目的について、菱形は、対面が平行である平行四辺形である６つの面を有する立体図形であり、少なくとも一つのアングルが傾斜している。楕円形は、例えば、偏円形、偏長形、もしくは、不等辺楕円形（scalene ellipsoid）から選択されてよい。
【００４４】
本発明の一実施形態において、この積層アレイは、斜めの円筒もしくは斜めの六面体のような傾斜形である三次元形状をなす。本発明の目的のためには、斜めの円筒の形は、円筒の各底面の中心同士が上下に直接、一列に合わせられていない形状である。
【００４５】
図９は電子装置に電力を供給するための本発明に係る方法１０００の一実施形態を示すフローチャートである。ステップ１００２において、複数の薄膜バッテリーを準備する。その後、ステップ１００４において、準備した薄膜バッテリーをずらした形に積層して、積層アレイの一面の側端の最外点が、電子装置の内面もしくはその部材の内面に対応する境界線に略一致しているような積層アレイを形成する。この境界線は上記で説明されており、図３では境界線６００、図６では境界線６２０として示されている。例えば電子装置の内面は、平面もしくは曲面としてもよい。
【００４６】
ステップ１００６において、電子装置に電力を供給するために、複数の薄膜バッテリーを電気的に、直列もしくは並列に接続する。
【００４７】
ステップ１００８において、ステップ１００４で準備された積層アレイを、電子装置もしくはその部材に配置する。
【００４８】
ステップ１００６は、電子装置もしくはその部材に積層アレイを配置する前に行ってもよいし、後で行ってもよい。
【００４９】
本発明に係る別の実施形態は、薄膜バッテリーを使用して、互いに電気的に接続された複数の薄膜バッテリーにより成形アレイを形成し、複数のバッテリーを、非長方形の基板上で互いに隣接するように並べて略基板の表面の形を成すようにした単層として配置する構成である。一実施形態において、バッテリーは、基板の表面の約２０％以下、好ましくは、約１０％以下が露出されているように配置される。よって、図１１に示すように、バッテリーアレイ１１００は、基板１１９０上に、薄膜バッテリー１１１０、１１２０、及び１１３０を備える。基板１１９０は、円形の基板表面の一部分を有し、さらに、基板表面には環状穴が設けられている。非長方形の形を有する基板を用いる場合、バッテリーのアレイを、空間的な要件が厳しい装置や場所に効率的に配置することができる。このようにして、従来の単一のバッテリー、もしくは、長方形のバッテリーアレイと比べて、特定の環境において、より多くの電力をバッテリーから供給することができる。薄膜バッテリー１１１０、１１２０及び１１３０の形は特別にデザインされたものであり、特異な形をした基板の利用できる表面エリアをできるだけ多く効率的に使用するように配置される。さらに、薄膜バッテリー１１１０、１１２０及び１１３０は、大量生産を効率的に利用するために、サイズ及び形が統一されることが好ましい。
【００５０】
単層アレイにおいて、アレイに配置される基板及び／もしくは個々のバッテリーの代替の形を使用してもよい。図１２は、基板１２９０上で、薄膜バッテリー１２１０、１２２０、１２３０及び１２４０を備えるバッテリーアレイ１２００を示す。本実施形態において、薄膜バッテリー１２１０、１２２０、１２３０及び１２４０の形は長方形であるので、容易に大量生産される。これらのバッテリーは、長方形と仮定して、可能な範囲内で、基板表面の形に略一致するように、効果的に基板１２９０に配置される。よって、図１１に示すようなバッテリーアレイ１１１０と比較して、基板１２００のより広い表面が露出されるが（表面にバッテリーを有さないが）、より標準の形を有する薄膜バッテリーを用いることによって得られる製造及び設計の効率化という利点によって、供給可能なバッテリー電力が低いという点は、ある応用例においては、相殺されうる。
【００５１】
図１３は、基板１３９０上に、薄膜バッテリー１３１０、１３１５、１３２０、１３２５、１３３０、１３３５、１３４０、１３４５及び１３５０を含むバッテリーアレイ１３００を示している。本実施形態において、薄膜バッテリー１３１０、１３１５、１３２０、１３２５、１３３０、１３３５、１３４０、１３４５及び１３５０の形は三角形であり、非常に容易に大量生産される。さらに、その三角形の薄膜バッテリーは、非常に効率的に並べられることができ、基板１３９０の三角形の形をした表面においては特に効率的である。
【００５２】
有利な点として、大量生産される薄膜バッテリーを用い、使用できる表面エリアを効率よく利用するこのやり方で、サイズと形が一様なバッテリーをさまざまな特異な形をした基板に取り付けることができる。限定されないが、三日月、半円、三角形、及び台形のような、非長方形の上面斜視図の形を有するバッテリー及び基板の両方が具体的には考えられる。図１２及び１３に例示されるように、バッテリー及び基板の形は、同じ、もしくは異なってもよい。
【００５３】
図１４は、基板１４９０上の、薄膜バッテリー１４１０、１４２０、１４３０、１４４０、及び１４５０を含む本発明に係るバッテリーアレイ１４００の側面図である。バッテリー１４２０は、バッテリー１４１０と１４３０と接する単一面１４２１を有する。同様に、バッテリー１４３０は、バッテリー１４２０と１４４０と接する単一面１４３１を有する。この構成により、ある装置の構造中の貴重な設置空間を効率的に使用することができ、バッテリーが近接することに起因して、特に、バッテリーの直列接続を可能にするために、バッテリー間を効果的に接続することを可能にする。一実施形態において、下方の列をなすバッテリー１４１０、１４３０及び１４５０は、アレイの基板側上で、全ての陰極もしくは陽極を同じ向きで配置され、上方の列の列をなすバッテリー１４２０及び１４４０は、下方の列の逆の向きで、同じ向きで配置されている。これにより、一方の列の陽極を他の列の陽極に隣接するように配置し、また、一方の列の陰極を他の列の陰極に隣接するように配置する。図示するように、バッテリーアレイ１４００は、２層の薄膜バッテリーを含む。３、４、５、６、７・・・１０層等のアレイのような、２層以上を含むアレイで、複数のバッテリーのそれぞれが、複数のバッテリー層と接する単一の面を有するアレイが具体的には挙げられる。
【００５４】
図１６は、並列に接続された薄膜バッテリー１６１０、１６２０、１６３０、１６４０、１６５０、及び１６６０を含む本発明に係るバッテリーアレイ１６００の側面図である。これらのバッテリーには、その一面が陽極として接続可能であり、別の面が陰極として接続可能である。図示のように、バッテリーはずらした状態で配置され、陰極が、例えば、バッテリー１６３０の陰極がバッテリー１６２０及び１６４０の陰極と接している。バッテリー１６１０、１６３０、及び１６５０の陽極は、導電性の基板１６８０と接している。そして、バッテリー１６２０、１６４０及び１６６０の陽極は、導電性の基板１６９０と電気的に接している。導電性の基板１６８０及び１６９０は、電線用導管１６９２を介して装置１６９５と電気的に接触している。陰極は、電気的接点１６９１を通して電気的に接続され、また、電線用導管１６９４を介して装置１６９５と電気接続される。
【００５５】
図１７は、非導電の基板１７８０及び１７９０上で、直列に接続された薄膜バッテリー１７１０、１７２０、１７３０、１７４０、１７５０及び１７６０を含む本発明に係るバッテリーアレイ１７００の側面図を示す。これらのバッテリーには、同じ側面の端部が交互に陽極または陰極として接続可能なようになっている。図示するように、バッテリーはずらした状態で配置され、例えば、バッテリー１７３０の陰極とバッテリー１７４０の陰極とが接触し、バッテリー１７３０の陽極にバッテリー１７３０の陰極が接触している。バッテリー１７１０の陽極は、電気的コンタクト１７９１と接触し、電気的コンタクト１７９１は、電線用導管１７９２を介して装置１７９５と電気的に接触している。バッテリー１７６０の陰極は、電気的接点１７９３と接触し、電気的接点１７９３は、電線用導管１７９４を介して装置１７９５と電気的に接触している。
【００５６】
図１５は、本発明に係るバッテリー１５００の断面図を示す。バッテリー１５００においては、基板を貫通するビアが少なくとも１つ設けられ、絶縁層を貫通する別のビアが少なくとももう１つ設けられ、これによりバッテリー・セルへの電子接続を可能にしている。具体的には、バッテリー１５００は、貫通するビア１５９１及び１５９２を有する基板１５９０を備える。その基板は、バッテリー構造を保持するものとしての役割を果たす物理的構造である。いくつかの実施形態において、その基板は、さまざまな加工工程を経て、望まれるマイクロ電子工学的な構造に加工された基材である。いくつかの実施形態において、基板は導電性材料（銅、ステンレス鋼、アルミニウムなど）、絶縁材（サファイア、セラミック、もしくは、プラスチック／ポリマー絶縁材など）、半導体材料（シリコンのような）、非半導体材料、もしくは、半導体材料と非半導体材料の組み合わせからなる。他のいくつかの実施形態において、基板は、シリコン・プロセッサー・チップのような隣接する構造物の熱膨張率（ＣＴＥ）とより緊密に一致するＣＴＥを持つことを理由に選択された材料（鉄ニッケル合金など）からなるコアシートやコア部分のような層状構造を含む。いくつかの、そのような実施形態において、そのような基板コアは、その電気的及びもしくは熱伝導率（銅、アルミニウム合金などのような）を理由として選択された材料のシートに積層され、次に、それを、電気的絶縁、持続性及びエンボス特性を理由として選択されたプラスチックの層で覆う。
【００５７】
いくつかの実施形態において、基板１５９０の厚さは、約５００ミクロンから１０００ミクロンである。一実施形態において、基板１５９０は、約５００から６５０ミクロンの厚さのシリコンウエハーである。別の実施形態において、基板１５９０は、約１から３０ミクロンの厚さのポリマー層（カプトンなど）を含む。
【００５８】
ビア１５９１及び１５９２は、エッチング、マスキング、及び他のフォトリソグラフィ技術、例としてレーザーによる掘削等の適切なやり方で基板１５９０に形成される。
【００５９】
陽極材料１５２０（酸化コバルトリチウム、ＬｉＣｏＯ２、酸化リチウムマンガン、リン酸リチウムイオン、酸化リチウムバナジウム、ニッケル酸リチウムなど）を、陽極電流コレクタ１５１０上に設ける。リチウムニッケルコバルト酸化物のような、金属酸化物の混合物（例えば、上記の金属の組み合わせを含むもの）もまた、陽極形成のために使用することができる。本発明の実施形態において、陽極材料１５２０は約１から３ミクロンの厚さを有する。
【００６０】
陽極電流コレクタ１５１０は、ビア１５９１及び１５９２を介してバッテリー１５００によって電力供給される装置（例えば集積回路）への電気的接続が可能になるように露出されている。
【００６１】
陰極電流コレクタ１５３０もまた設けられており、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、金、銀、白金、モリブデン、チタン、マンガン、合金、導電セラミック、または高ドープ多結晶シリコン等の導電性半導体等の導電性を有する物質からなる。本発明の実施形態において、陰極電流コレクタ１５３０は、約０．１から１ミクロンの厚さを有し、または、約０．５ミクロンの厚さを有すことが好ましい。
【００６２】
陰極（図示せず）を、製造の初期段階でバッテリーに設ける構成としてもよい。一実施形態において、陰極は、バッテリーの組み立て後に、バッテリーの初充電により形成される。好ましい実施形態において、バッテリー１５００の少なくとも１つの部材がリチウム源であり、バッテリーの初充電によって形成されるリチウム金属陰極は、リチウム金属の一つの層である。本発明の実施形態において、リチウムイオンは、グラファイトのような、インターカレーションされやすい材料から作られる陰極構造にインターカレーションされる。
【００６３】
電解質層１５５０は、陽極材料１５２０を、陰極電流コレクタ１５３０（及びもしも存在するなら、陰極）から分けるものである。本発明の実施形態において、電解質層１５５０は約０．１から１０ミクロンの厚さを有する。本発明の実施形態において、電解質層１５５０の厚さは約１から５ミクロンである。電解質層１５５０は、陽極部及び陰極部と物理的に接触しており、これらの間をイオンが移動できるようにしている。電解質は電子を通さない。電解質は液体でもよい。また、イオンが通過できる、固体、半固体もしくは、多孔質の固体と液体の組み合わせでもよい。いくつかの実施形態においては、電解質はバッテリーもしくはセル内で電流を発生させるのに使用されるイオン及び電極材料に対して、実質的に化学的に不活性、もしくは非反応性である。電解質層１５５０は、ＬｉＰＯＮ等の様な、リチウムイオンのソースと移動先がある場合にリチウムイオンが通過することができるガラス膜もしくはガラス層として積層されることが可能な電解質材料であれば、どのような物質からなっていてもよい。具体的な構成として、電解質層１５５０を、１つ以上の電解質材料を混合された状態、もしくは、複数の区別することができる層の状態で含む構成にすることも考えられる。多層式の電解質構成の好ましい例が米国特許出願番号１１／４５８、０９１「ソフト及びハード電解質層の薄膜バッテリー及び方法」に記載されており、その全ての内容は、参照によって本明細書に含まれるものとする。
【００６４】
絶縁層１５６０は、バッテリー１５００の導電性部材を保護し、絶縁するために設けられている。
【００６５】
本発明に係る実施形態において、絶縁層１５６０は、約１から約１０ミクロンの厚さを有する。絶縁層１５６０は、フォトレジストのような、電気的絶縁材料から作られる（例えば、Ｓｈｉｐｌｅｙ２２０フォトレジスト；ＨＤマイクロシステム社のさまざまなポリイミド（例えば、２７２７、２７２３、２７２９を含む２７２０シリーズ、２７７０及び２７７２を含む２７７０シリーズ、２７３１及び２７３７を含む２７３０シリーズ、ＰＩＸ−１４００、ＰＩＸ−３４７６、ＰＩＸ−Ｓ２００、ＰＩＸ−６４００を含むＰＩＸシリーズ；２５２５、２５５５、２５７５及び２５５６を含む２５００シリーズ）；及び、他のさまざまな高分子材料（例えば、ダウ・ケミカル・カンパニーのＣｙｃｌｏｔｅｎｅ製品番号  ３０２２−３５、３０２２−４６、３０２２−５７及び３０２２−６３；ダウ・ケミカル・カンパニーのＷＬ−５３５１及びＷＬ−３０１０のような感光性のシリコーン；及びＤｙｍａｘコーポレーションからの９００１のような紫外線硬化性エポキシ）が挙げられる）。いくつかの実施形態において、絶縁層１５６０は、１つ以上の材料を含む。例えば、酸化ケイ素、ＬｉＰＯＮ、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、窒化ホウ素、セラミック、サーメット、もしくは、他の金属酸化物、窒化金属、金属炭化物、金属酸化ホウ化物、及び、もしくは、金属酸窒化物（なお、該金属はアルミニウム、インジウム、スズ、インジウム−スズ、ジルコニウム、ニオビウム、タンタル、もしくは他の適切な金属である）、もしくは、他の適切な電気絶縁体が挙げられる。効率的に平坦化を行うために、絶縁層は、セルフレベリングをする材料からなることが好ましい。好ましい実施形態において、絶縁層は有機物質である。
【００６６】
ビア１５６１及び１５６２は、適切な方法で絶縁層１５６０に形成され、例えば、エッチング、マスキングなどのフォトリソグラフィ技術にて形成してもよいし、レーザー等を使用した穿孔加工などで形成してもよい。陰極電流コレクタ１５３０は、ビア１５６１及び１５６２を介してバッテリー１５００によって電力供給される装置（例えば、集積回路）への電気的接続を可能にするために露出される。
【００６７】
バッテリー１５００は、さらに１つ以上のパッシベーション層を含んでいてもよく、該パッシベーション層は、絶縁層と互層構造を形成している構成であってもよい。互層構造を形成しているパッシベーション層及び絶縁層を有するバッテリーは、米国特許公開番号ＵＳ２００９／０２１４８９９  Ａ１及び米国特許番号７、４９４、７４２に記載されており、その開示内容は、参照により本明細書に含まれているものとする。明らかに考えられるバッテリーとして、基板の少なくとも１つのビアを通して、バッテリー１５００によって電力供給される装置（例えば、集積回路）への電気接続を可能にするために最も下部の電流集電装置が露出される場合を除いた類似する構造のバッテリーが挙げられる。本明細書に記載されているパッシベーション層は、導電性のある金属、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、金、銀、白金、モリブデン、マンガン等の導体や、合金、導電セラミック、及び高ドープ多結晶シリコン等の導電性半導体などにより形成される。本発明の実施形態において、パッシベーション層は、約０．１１から約５ミクロンの厚さを有する。パッシベーション層は、陽極電流コレクタ、もしくは陰極電流コレクタと電気的結合を施すために使用されてもよく、適宜、バッテリー１５００によって電力供給される装置への電気的接続のためのコンタクトパッドを離れた位置に設けるために使用されてもよい。
【００６８】
バッテリー１５００にはさらに、バッテリーの部材を覆う包封材（図示せず）が備えられていてもよい。バッテリー材料が水蒸気や酸素、その他の環境内の汚染物にさらされることを防ぐために、包封を行うことが望ましい。特にリチウムは、他の元素や化合物と容易に化学反応を起こす。薄膜バッテリー部材には、環境内の元素に対して反応性が高いものがあるので、バッテリーの製造後に、バッテリー構造を外部から隔離する必要がある。最終的な包封を行う包封剤は、シリコーン、ポリイミド、エポキシのような有機材料や上記のようなその他のポリマーであることが好ましい。本発明の一実施形態において、包封材の厚さは、約８から１０ミクロンである。本発明の一実施形態において、最外層は、約０．５から１ミクロンの厚さを持つ窒化ケイ素である。この窒化ケイ素により、さらに密封保護を行うことができ、また、窒化ケイ素は、集積回路の包装材料と適合性を有する。この最外層は、磨耗や取扱時のダメージに対する物理的なバリアーの１つとしての機能をも果たす。
【００６９】
図中では複数のビアが基板１５９０と絶縁層１５６０に設けられている。一実施形態では、ただひとつのビアが基板１５９０と絶縁層１５６０のどちらか、または両方に設けられる。また、別の一実施形態においては、二つ以上のビアが基板１５９０と絶縁層１５６０のどちらか、または両方に設けられる。基板１５９０と絶縁層１５６０のどちらか、または両方に複数のビアを設けることが好ましい。これは、ビアの１つが不十分でも、良好な接触を保障することができるからである。さらに、図１４に示すようなバッテリー構造を設ける場合、基板１５９０と絶縁層１５６０のどちらか、または両方に複数のビアを設けることが好ましい。
【００７０】
図１８は、本発明に係るバッテリー１８００の断面図である。バッテリー１８００では、バッテリー・セルへの電子接続を可能にするために、少なくとも１つのビアが基板を貫通して設けられ、また、少なくとも１つの別のビアが絶縁層を貫通して設けられている。具体的には、バッテリー１８００は、基板１８９０を備え、基板１８９０には、該基板を貫通するビア１８９１及び１８９２が設けられている。この基板は上記のように、バッテリー構造を保持する役目を果たす物理的な構造である。
【００７１】
ビア１８９１及び１８９２は、適切な方法で基板１８９０に形成され、例えば、エッチング、マスキングなどのフォトリソグラフィ技術にて形成してもよいし、レーザー等を使用した穿孔加工などで形成してもよい。
【００７２】
陽極材料１８２０（酸化コバルトリチウム、ＬｉＣｏＯ２、酸化リチウムマンガン、リン酸リチウムイオン、酸化リチウムバナジウム、ニッケル酸リチウムなど）が基盤１８９０に設けられる。陽極電流コレクタを別途上記のように設けてもよい。
【００７３】
陰極電流コレクタ１８３０もまた設けられ、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、金、銀、白金、モリブデン、チタン、マンガン、合金、導電セラミック、高ドープ多結晶シリコンなどの導電性半導体等の導電性材料から成る。本発明に係る実施形態において、陽極電流集電装置１８３０の厚さは、約０．１から１ミクロンであり、好ましくは約０．５ミクロンである。
【００７４】
陰極（図示されない）は、製造の初期段階においてバッテリーに設けられてもよい。一実施形態において、陰極は、バッテリーの組み立て後に、バッテリーの初充電により形成される。好ましい実施形態において、バッテリー１８００の少なくとも１つの部材がリチウム源であり、バッテリーの初充電によって形成されるリチウム金属陰極は、リチウム金属の一つの層である。本発明に係る実施形態において、リチウムイオンは、グラファイトのような、インターカレーションされやすい材料から作られる陰極構造にインターカレーションされる。
【００７５】
電解質層１８５０は、陽極材料１８２０を、陰極電流コレクタ１８３０（及びもしも存在するなら、陰極）から分けるものである。本発明の実施形態において、電解質層１８５０は、約０．１から１０ミクロンの厚さを有する。本発明に係る実施形態において、電解質層１８５０は、約１から５ミクロンの厚さを有する。電解質層１８５０は、陰極部及び陽極部と物理的に接触しており、これらの間をイオンが移動できるようにしている。電解質の性質は上記の通りである。好ましい実施形態において、電解質層１８５０は、ＬｉＰＯＮ等の様な、リチウムイオンのソースと移動先がある場合にリチウムイオンが通過することができるガラス膜もしくはガラス層として積層されることが可能な電解質材料であれば、どのような物質からなっていてもよい。
【００７６】
バッテリー１８００の導電性部材を保護し、電気的に絶縁するために、第一絶縁性パッシベーション層１８６０を設ける。第一導電性パッシベーション層１８７０は、第一絶縁性パッシベーション層１８６０上に重なり、そして、主にバッテリー１８００の周辺にて基板１８９０に接続される。導電性パッシベーション層、特に、金属から作られた導電性パッシベーション層は、とりわけ、シリコンウエハー材料との良好な結合を可能にする。本構造において、電解質層１８５０、陽極材料１８２０、及び陰極電流コレクタ１８３０は、第一導電性パッシベーション層１８７０及び基板１８９０間に挟まれている。
【００７７】
ビア１８６１及び１８６２は、適切なやり方で第一有機質パッシベーション層１８６０に形成され、例えば、エッチング、マスキングなどのフォトリソグラフィ技術にて形成してもよいし、レーザー等を使用した穿孔加工などで形成してもよい。陰極電流コレクタ１８３０は、こうして、第一導電性パッシベーション層１８７０に電気接続される。
【００７８】
バッテリー１８００の導電性部材をさらに保護し電気的に絶縁するために、第二絶縁性パッシベーション層１８８０が設けられている。第二導電性パッシベーション層１８８２は、第二絶縁性パッシベーション層１８８０上に重なり、そして、主にバッテリー１８００の周辺にて第一導電性パッシベーション層１８７０に結合される。第二導電性パッシベーション層１８８２が第一導電性パッシベーション層１８７０に結合するので、電力供給される装置に対するバッテリー１８００の負の電気接続を第二導電性パッシベーション層１８８２のどの部分において確立してもよい。好ましい実施形態において、バッテリー本体に対応するポイントで電気接続（例えば、半田溶接による電気接続）が行われないように、別途導体パッド１８８４及び、もしくは１８８６を形成してもよい。図示するように、電力供給される装置へのバッテリー１８００の正の電気的な接続は、基板１８９０に形成されるビア１８９１及び１８９２にて確立してもよい。
【００７９】
本発明の実施形態において、第一絶縁性パッシベーション層１８６０及び第二絶縁性パッシベーション層１８８０はそれぞれ約１ミクロンから約１０ミクロンの厚さを有する。第一絶縁性パッシベーション層１８６０及び第二絶縁性パッシベーション層１８８０はそれぞれ、フォトレジストのような、電気的絶縁材料（例えば、Ｓｈｉｐｌｅｙ２２０フォトレジスト）；ＨＤマイクロシステム社のさまざまなポリイミド（例えば、２７２７、２７２３、２７２９を含む２７２０シリーズ、２７７０及び２７７２を含む２７７０シリーズ、２７３１及び２７３７を含む２７３０シリーズ、ＰＩＸ−１４００、ＰＩＸ−３４７６、ＰＩＸ−Ｓ２００、ＰＩＸ−６４００を含むＰＩＸシリーズ；２５２５、２５５５、２５７５及び２５５６を含む２５００シリーズ）；及び、他のさまざまな高分子材料（例えば、ダウ・ケミカル・カンパニーのＣｙｃｌｏｔｅｎｅ製品番号  ３０２２−３５、３０２２−４６、３０２２−５７及び３０２２−６３；ダウ・ケミカル・カンパニーのＷＬ−５３５１及びＷＬ−３０１０のような感光性のシリコーン；及びＤｙｍａｘコーポレーションの９００１のような紫外線硬化性エポキシ）から作られる。いくつかの実施形態において、第一絶縁性パッシベーション層１８６０及び第二絶縁性パッシベーション層１８８０は、１つ以上の材料を含む。例えば、酸化ケイ素、ＬｉＰＯＮ、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、窒化ホウ素、セラミック、サーメット、もしくは、他の金属酸化物、窒化金属、金属炭化物、金属酸化ホウ化物、及び、もしくは、金属酸窒化物（なお、該金属はアルミニウム、インジウム、スズ、インジウム−スズ、ジルコニウム、ニオビウム、タンタル、もしくは他の適する金属である）、もしくは、他の適切な電気絶縁体が挙げられる。効率的に平坦化を行うために、絶縁パッシベーション層は、セルフレベリングをする材料からなることが好ましい。好ましい実施形態において、絶縁パッシベーション層は有機物質である。
【００８０】
ここに記載されている導電性パッシベーション層はそれぞれ独立して、導電性のある金属、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、金、銀、白金、モリブデン、マンガン等や、合金、導電セラミック、高ドープ多結晶シリコンなどの導電性半導体等からなる。本発明の実施形態において、パッシベーション層は、約０．１１ミクロンから約５ミクロンの厚さを有する。
【００８１】
バッテリー１８００にはさらに、バッテリーの部材を覆う包封材（図示せず）が備えられていてもよい。実施形態において、バッテリー材料が水蒸気や酸素、その他の環境内の汚染物にさらされることを防ぐために、包封を行うことが望ましい。特にリチウムは、他の元素や化合物と容易に化学反応を起こす。薄膜バッテリー部材には、環境内の元素に対して反応性が高いものがあるので、バッテリーの製造後に、バッテリー構造を外部から隔離する必要がある。最終的な包封を行う包封剤は、シリコーン、ポリイミド、エポキシのような有機材料や上記のようなその他のポリマーであることが好ましい。本発明の一実施形態において、包封材の厚さは、約８から１０ミクロンである。本発明の一実施形態において、最外層は、約０．５から１ミクロンの厚さを持つ窒化ケイ素である。この窒化ケイ素により、さらに密封保護を行うことができ、また、窒化ケイ素は、集積回路の包装材料と適合性を有する。この最外層は、磨耗や取扱時のダメージに対する物理的なバリアーの１つとしての機能をも果たす。
【００８２】
本発明の一実施形態において、複数の導電性パッシベーション層が設けられたバッテリー１８００は、外側包封材を備えない構成である。本実施形態によれば、導電性のパッシベーション層を最も外側の層とすることによって、電気的結合を容易にする一方で、十分、環境的に保護されるので、さらに包封材を必要としない。
【００８３】
図示するように、複数のビアが基板１８９０及び絶縁性パッシベーション層１８６０に供給される。一実施形態において、ビアの１つのみが、基板１８９０及び絶縁性パッシベーション層１８６０のどちらか、もしくは両方に設けられている。一実施形態において、２つ以上のビアが基板１８９０及び絶縁性パッシベーション層１８６０のどちらか、もしくは両方に設けられている。基板１８９０及び絶縁性パッシベーション層１８６０のどちらか、もしくは両方に複数のビアを設けることが好ましい。これは、これは、ビアの１つが不十分でも、良好な接触を保障することができるからである。さらに、図１４に示すようなバッテリー構造を設ける場合、基板１８９０と絶縁性パッシベーション層１８６０のどちらか、または両方に複数のビアを設けることが好ましい。
【００８４】
発明の一態様において、バッテリーは層を成して、“ボトムアップ”構造として作られる。これにより、基板には、陽極電流コレクタ、陽極、固体電解質、陰極（上記に説明したように、製造中に既に備わっているかどうかは任意）、陰極電流コレクタ、及び１つ以上の包封材をこの順で備えている。任意で、陽極と陰極は並んで設けられていてもよく、もしくは他の配置でもよい。あるいは、バッテリーは、上記の説明とは逆の順序で構築して、陰極電流集電装置を、基板に隣接するバッテリーの下部に設けてもよい。この構造は、充電時に陰極が形成される実施形態においては、あまり好まれない。これは、ある実施形態の陰極形成では、陰極を形成する場所を確保するため、バッテリーの大部分の層を動かす必要があるからである。あるいは、当業者にとって容易に理解される通り、層を別々に形成し、積層プロセスによって結合するようにしてもよい。
【００８５】
別の実施形態において、最初、バッテリーは陽極なしで準備されてもよい。このような実施形態において、充電工程の間、上記の陰極の形成に類似するやり方で、バッテリーを充電することによって、陽極が形成される。より具体的には、電解質及び陽極電流コレクタの材料を厳密に選択することによって、陽極をバッテリー充電によって形成するようにしてもよい。例えば、電解質がＬｉＰＯＮで、陽極電流コレクタが銀である場合、金属銀を酸化させて銀カチオンを形成し、銀カチオンをＬｉＰＯＮ電解質に拡散させて移動性のリチウムカチオンを移動させ、移動されたリチウムカチオンで金属リチウム陰極を形成させる技術が報告されている（参考：Ｌｉｕ，  ｅｔ  ａｌ．，“Ａ’Ｌｉｔｈｉｕｍ−Ｆｒｅｅ’Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｂａｔｔｅｒｙ  ｗｉｔｈ  ａｎ  Ｕｎｅｘｐｅｃｔｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｌａｙｅｒ，”  Ｊ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  １５５（１）Ａ８−Ａ１３（２００８））。
【００８６】
上記のように、図２及び図３に示す表面６００と類似する外面を有する単一のバッテリーを特注的に製造すれば、ここに記載されるバッテリーの構造の省スペースの利点を持つことになるであろう。しかし、そのような特注的な製造はコスト面で許されず、例えば、装置７００が享受する省スペースの利点を、異なる形を有する他の装置が享受することはできないであろう。しかしながら、本発明に係るバッテリー構造においては、特注的な製造は必要なく、さまざまな形状と電源条件を有する装置において省スペースの効果を実現することができる。特に、さまざまな数のバッテリーと、さまざまな基本的なバッテリー形状を用いて積層構造を実現可能である。
【００８７】
本発明の一実施形態において、バッテリーは多数のバッテリーを含むシート状として作成され、そして、個々のバッテリーは、切断、スタンピング、レーザー切断等の単一化技術を用いて、該シートから、所望の二次元形状を有するように分離される。あるいは、バッテリーは、キャリア基板によって物理的にバッテリー同士を分離させる必要なしに、所望の平面図二次元形状を有するように個々に製造することが可能である。
【００８８】
薄膜バッテリーの積層アレイによって、スペースが最大限に効率よく使用され、非標準的な形に対応できる効果を奏する。本発明の一実施形態において、積層アレイは、バッテリーを格納する容器である、バッテリー室に設けられる。本発明の別の実施形態において、バッテリー室の積層アレイを備える電子装置を提供する。別の実施形態において、別の機能要素と積層アレイの組み合わせである中間バッテリー部材が設けられている。この別の機能要素の例として、電子装置で機能が実行されるようにバッテリーと組み合わせて使用されることが好ましい集積回路が挙げられる。別の実施形態において、別の機能要素と積層アレイの組み合わせである中間バッテリー部材が設けられている電子装置を提供する。この別の機能要素の例として、電子装置で機能が実行されるようにバッテリーと組み合わせて使用されることが好ましい集積回路が挙げられる。
【００８９】
本明細書中に引用された全ての特許、特許出願（仮出願を含む）及び公開公報は、参考により、それぞれが本明細書中に含まれているものとする。本明細書中に記載されることを意図する本発明の数多くの特性及び利点が、先の記載に詳述されている。発明の特定の形状もしくは実施形態を説明したが、形状や各部の配列の変更などを含む様々な変更を、本発明の精神及び範囲から逸脱しない範囲において行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係る積層アレイと方法で好適に使用できる従来技術の薄膜バッテリーを示す図である。
【図２】本発明に係る、薄膜バッテリーの積層アレイの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】図２の積層バッテリーアレイを、装置の筺体の断面図を含んで示す側面図である。
【図４】従来技術の単一のバッテリーを図示する側面図及び本発明に係る省スペースの構成を図示する装置筺体の断面図である。
【図５】本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第２実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第３実施形態を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第４実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第５実施形態を示す斜視図である。
【図９】電子装置に電力を供給するための、本発明に係る方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第６実施形態を示す斜視図である。
【図１１】本発明に係る薄膜バッテリーのアレイの第７実施形態を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第８実施形態の詳細を示す斜視図である。
【図１３】本発明に係る薄膜バッテリーのアレイの第９実施形態を示す斜視図である。
【図１４】本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの第１０実施形態の詳細を示す側面図である。
【図１５】本発明のバッテリーの断面図である。
【図１６】並列に配線された場合の本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの詳細を示す側面図である。
【図１７】直列に配線された場合の本発明に係る薄膜バッテリーの積層アレイの詳細を示す側面図である。
【図１８】本発明のバッテリーの一実施形態の断面図である。
【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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【国際調査報告】
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