(57)【要約】システムは薄いフィルムバッテリーと起動作用スイッチを含む。そのシステムは背面の粘着層で基板上に配置される。いくつかの具体化では、基板はフレキシブルである。エレクトロニクスを含む電子回路も基板上に形成される。起動作用スイッチは、薄いフィルムバッテリーを、回路およびエレクトロニクスと電気的に通信状態にする。バッテリーおよび回路は、基板上に形成され、１つ以上の堆積からなる。
2006515952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に接続された回路と、
前記基板に接続され、かつ、前記回路に接続され、前記回路に給電するための薄いフィルムバッテリーと、および
前記回路を電気的に起動させるために、基板に接続された、加速度でイネーブルにされるスイッチを備えるシステム。
【請求項２】
加速度でイネーブルにされるスイッチは、MEMS 装置である請求項１記載のシステム。
【請求項３】
加速度でイネーブルにされるスイッチは、少なくとも１つのカンチレバーのビームである請求項２記載のシステム。
【請求項４】
加速度でイネーブルにされるスイッチは、少なくとも１つのカンチレバーのビームおよび電気的コンタクトを含み、前記、少なくとも１つのカンチレバーのビームは、加速に応答して電気的コンタクトに接触する請求項２記載のシステム。
【請求項５】
加速度でイネーブルにされるスイッチは、第１のカンチレバーのビームの閉スイッチと、第２のカンチレバーのビームの閉スイッチとを含む請求項２記載のシステム。
【請求項６】
第１のカンチレバーのビームの閉スイッチは、第１の加速度に応答して電気的接触を形成し、そして、第２のカンチレバーのビームの閉スイッチは、第２の加速度に応答して電気的接触を形成し、第１の加速度と第２の加速度は異なる請求項５記載のシステム。
【請求項７】
加速度でイネーブルにされるスイッチは、第１の加速度に応答して第１の電気的接触を形成し、そして第２の加速度に応答して第２の電気的接触を形成し、第１の加速度と第２の加速度は異なる請求項２記載のシステム。
【請求項８】
第１の加速度でイネーブルにされるスイッチは、二つの異なる面での一方の加速度に応答して回路を異なって起動させる請求項２記載のシステム。
【請求項９】
第１のカンチレバーのビームの閉スイッチは、第１の面での第１の加速度に応答して電気的接触を形成し、そして、第２のカンチレバーのビームの閉スイッチは、第２の面での第２の加速度に応答して電気的接触を形成する請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
更にメモリおよびタイマを備え、第１のカンチレバーのビームの閉スイッチが第１の加速度に応答して電気的接を形成した時のタイム、または、第２のカンチレバーのビームの閉スイッチが第２の加速度に応答して電気的接を形成した時のタイムがメモリに記憶される請求項６記載のシステム。
【請求項１１】
第１のカンチレバーのビームの閉スイッチの他のものが第１の加速度に応答して電気的接を形成した時のタイム、または、第２のカンチレバーのビームの閉スイッチが第２の加速度に応答して電気的接を形成した時のタイムがメモリに記憶される請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
バッテリーは基板上にスパッター形成される請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
回路はバッテリー上に形成される請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
回路は基板上にスパッター形成される請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
バッテリーは回路上にスパッター形成される請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
本システムは装置内に適用される請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
装置はパッケージである請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
装置は法令に基づくものである請求項１６記載のシステム。
【請求項１９】
システムが装置に粘着的に取り付けられる箇所で、基板に取り付けられる粘着層を備える請求項２記載のシステム。
【請求項２０】
基板に取り付けられる粘着層を更に備える請求項２記載のシステム。
【請求項２１】
基板および前記基板上に位置する薄いフィルムバッテリーを備えるシステムであり、
前記薄いフィルムバッテリーは更に、
第１のリードと、
第１のリードと電気的に通信状態の第１の電気的コンタクトと、
第２のリードと、
第２のリードと電気的に通信状態の第２の電気的コンタクトと、および、
薄いフィルムバッテリーを第１の電気的コンタクトおよび第２の電気的コンタクトに電気的に接続するために、基板上で第１および第２のリードに接続された起動作用スイッチを含むシステム。
【請求項２２】
基板に取り付けられる粘着層を更に備える請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記起動作用スイッチは、加速度に応答して起動される請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
前記起動作用スイッチは、磁界に応答して起動される請求項２１記載のシステム。
【請求項２５】
前記起動作用スイッチは、湿気に応答して起動される請求項２１記載のシステム。
【請求項２６】
前記起動作用スイッチは、無線周波に応答して起動される請求項２１記載のシステム。
【請求項２７】
前記起動作用スイッチは、圧力に応答して起動される請求項２１記載のシステム。
【請求項２８】
前記起動作用スイッチは、光に応答して起動される請求項２１記載のシステム。
【請求項２９】
エレクトロニクスが第１のリードおよび第２のリードに取り付けられ、そのエレクトロニクスは基板にも関連づけられる請求項２１記載のシステム。
【請求項３０】
エレクトロニクスが基板に取り付けられ、そして薄いフィルムバッテリーはそのエレクトロニクスに取り付けられる請求項２９記載のシステム。
【請求項３１】
薄いフィルムバッテリーは基板に取り付けられ、そして、エレクトロニクスの少なくとも一部は薄いフィルムバッテリーに取り付けられる請求項２９記載のシステム。
【請求項３２】
更に起動作用スイッチがマイクロ電子組立技術を用いて形成される請求項２１記載のシステム。
【請求項３３】
薄いフィルムバッテリーを１組のエレクトロニクスと通信状態にするために、起動作用スイッチを起動させ、
給電されたエレクトロニクスを用いて法令に合致させることを備える方法。
【請求項３４】
薄いフィルムバッテリーを１組のエレクトロニクスと通信状態にするために、起動作用スイッチを起動させ、
給電されたエレクトロニクスを用いて保証のための開始時間わわ格納することを備える方法。
【請求項３５】
起動作用スイッチを起動することは、起動作用スイッチを選択されたレベルで加速させることを含む請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
自己チェックを実行し、そして
起動作用スイッチの起動に応答して、自己チェックの結果を格納する請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
他の加速度を格納することを更に含む請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
選択されたしきい値を超える他の加速度に関係するタイムを格納することを更に含む請求項３４記載の方法。
【請求項３９】
前記他の加速度のタイムを、荷主が起動作用スイッチを所有した時のタイムと比較することを更に備える請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
真空チャンバーと、
第１のストリップの基板材料を供給する第１のソースリールおよび第１の巻き取りリールおよび、複数の異なるマスクを有する第１のマスクストリップを供給する第２のソースリールおよび第２の巻き取りリールを含む、前記真空チャンバー内の複数対のソースおよび巻き取りリールと、
第１のソースリールと第１の巻き取りリールの間を走向する第１のストリップの基板上に材料を、第２のソースリールと第２の巻き取りリールとの間を走向する第１のマスクストリップにより定義されたように、堆積するよう構成された第１の堆積ステーションと、および
第１のソースリールと第１の巻き取りリールの間で第１のストリップの基板を第１の独立した速度および張力で走向させるように、かつ、第２のソースリールと第２の巻き取りリールとの間でマスクストリップを走向させるように結合されたコントローラとを備えるシステム。
【請求項４１】
第２のストリップの基板材料を供給する第３のソースリールおよび第３の巻き取りリールを更に備え、
前記コントローラは、第３のソースリールと第３の巻き取りリールの間で第２のストリップの基板を第２の独立した速度および張力で走向させるように結合する請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
堆積ステーションを通して第１のストリップの基板材料を供給し、
堆積ステーションを通して第１のマスクストリップを移動し、
第１のマスクストリップの第１のエリアで決定されたパターンで、堆積ステーションからの第１の層の材料を、第１の基板上に堆積し、そして
第１のマスクストリップの第２のエリアで決定されたパターンで、堆積ステーションからの第２の層の材料を、第１の基板上に堆積することを含む方法。
【請求項４３】
第２のストリップの基板材料を堆積ステーションを通じて供給し、
第２のストリップの基板を堆積ステーションを通じて供給し、
堆積ステーションからの第１の層の材料を、第２のマスクストリップの第１のエリアによって決定されたパターンで、第２の基板材料上に堆積し、そして、
堆積ステーションからの第２の層の材料を、第２のマスクストリップの第２のエリアによって決定されたパターンで、第２の基板材料上に堆積することを更に備える請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
そ  装置を形成するための方法であり、
フレキシブルな基板を与え、
マスクのストリップ上の異なったマスクエリアにより、アノード、カソードおよびアノードとカソードを分離する電極を含むバッテリーを堆積し、
配線層を堆積し、
堆積された層の上に電子回路を配置し、
剥ぎ取って貼り付けるアプリケーションを可能にするために、感圧性粘着層を堆積し、そしてRFID装置を覆うことを備え、
前記電子回路は、配線層により動作可能に接続される方法。
【請求項４５】
RFID装置の要素の層順として、
(i) カバー
(ii) 電子回路、
(iii) 配線層、
(iv) バッテリー、
(v) 基板、および
(vi) 感圧粘着層
を備える請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
剥ぎ取って貼り付けるフレキシブルなバッテリー動作の装置であり、
単一のパッケージとして互いに保持された複数の層、
フレキシブルな基板、
電子回路、
給電するために電子回路に動作可能に結合された薄いフィルムバッテリー、
電子回路2130に動作可能に結合された無線周波(RF)アンテナ、および
粘着層を備える装置。
【請求項４７】
前記電子回路は、電子回路を電気的に起動させる、RFでイネーブルにされるスイッチを含む請求項４６記載の装置。
【請求項４８】
RFID装置を製作するためのシステムであり、
１つ以上のソース基板を供給する１つ以上の供給リールと、
１つ以上の電子回路およびRFアンテナを供給する１つ以上の供給リールと、
１つ以上の基板上に層を堆積する１つ以上の堆積ステーションとを備え、
前記層は、
(i) ソリッドステートのリチウムベースのバッテリーを形成するための層を含み、前記バッテリーの層は、
a) カソードの層と、
b) 電解質の層と、
c) アノードの層とを含み、
(ii) バッテリーを電子回路の層に結合するための、かつ、RFアンテナを電子回路に結合するための配線層と、
異なる堆積動作のために用いられる複数の異なるマスクを有する可動マスクストリップと、
剥ぎ取ってはり付ける粘着層を供給する供給リールと、および
供給リールおよび堆積ステーションを含む真空チャンバーとを含むシステム。
【請求項４９】
真空チャンバー内に、第１のソースリールおよび第１の巻き取りリール、および第２のソースリールおよび第２の巻き取りリールを含む、複数対のソースリールおよび巻き取りリールを含む堆積チャンバーと、
第１のソースリールと第１の巻き取りリールの間で走向する第１のストリップの基板上に材料を堆積するように、かつ、第２のソースリールと第２の巻き取りリールの間で走向する第２のストリップの基板上に材料を堆積するように構成された堆積ステーションと、および
第１のソースリールと第１の巻き取りリールの間で、第１のストリップの基板を第１の独立した速度および張力で走向させるために、かつ、第２のソースリールと第２の巻き取りリールの間で、第２のストリップの基板を第２の独立した速度および張力で走向させるために結合されたコントローラとを備えるシステム。
【請求項５０】
複数の可動マスクストリップを更に備え、各々のマスクストリップは、複数のソースリールおよび巻き取りリールの１つに関連し、各々のマスクストリップは、多数のマスクエリアを含み、各々のマスクエリアは、各々のストリップの基板に堆積されるべきパターンを決定する請求項４９記載のシステム。
【請求項５１】
複数の基板ストリップを、堆積ステーションを通じて独立した移動速度で移動し、そして
基板ストリップの各々の上の層内に材料を堆積することを備える方法。
【請求項５２】
複数の可動マスクストリップを、堆積ステーションを通じて移動することを更に備え、
各々のマスクストリップは、複数の基板ストリップの１つに関連し、各々のマスクエリアは、堆積動作を制御するパターンを決定する請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
複数の基板のストリップを堆積ステーションを通じて独立した移動速度で移動させるための手段を含む堆積チャンバーと、
各々の基板ストリップ上の層内に材料を堆積する堆積ステーションとを備えるシステム。
【請求項５４】
複数の可動マスクストリップを更に備え、各々のマスクストリップは、複数のソースリールおよび巻き取りリールの１つに関連し、各々のマスクストリップは、多数のマスクエリアを含み、各々のマスクエリアは、各々のストリップの基板に堆積されるべきパターンを決定する請求項４９記載のシステム。
【請求項５５】
遠隔の無線周波(RF)の送信機および／または受信装置と通信するための無線周波識別(RFID)装置を備え、
そのRFID装置は、
フレキシブルな基板と、
そのRFID装置を表面に接続するための感圧粘着層と、
フレキシブルな基板上に堆積される薄いフィルムバッテリーと、
バッテリー上に配置され、そのバッテリーに結合される電子回路と、
電子回路に接続された無線周波(RF)アンテナとを備え、
前記バッテリーは、給電するために電子回路に動作可能に結合されるシステム。
【請求項５６】
バッテリーは二次電池であり、そのバッテリーは、RFアンテナおよび電子回路を通じて遠隔装置から送信されたエネルギーが送信された時に充電される請求項５５のシステム。
【請求項５７】
マルチビット識別子の値およびフレキシブルな基板に堆積された薄いフィルムバッテリーを含む剥ぎ取って貼り付けるフレキシブルなRFID装置を供給し、
RFID装置を物品に圧力付着し、
RFID装置にてRFエネルギーを受けとり、そして
回路をアクティブにするため、およびRFID内のタスクを開始するために、RFエネルギーの受信に基づき、バッテリーパワーをRFID装置に結合することを含み、
そのタスクは、RFIDのマルチビット識別子に基づく識別子(ID)値を送ることを含む方法。
【請求項５８】
前記タスクは、RFID装置の起動に対する開始時間を格納することを含む請求項５７記載の方法。
【請求項５９】
RFID装置0を形成する方法であり、
フレキシブル基板を備え、
アノード、カソードおよび、アノードとカソードを電気的に分離する電解液、
配線層を堆積し、
バッテリー上に、そのバッテリーに接続される電子回路を配置し、
剥ぎ取って貼り付けるアプリケーションを可能にするために、感圧粘着材を堆積し、そして
RFID装置を覆うことを備える方法。
【請求項６０】
RFID装置の要素の層の順序の整列は、
カバー、
電子回路、
配線層、
バッテリー、
基板、および
感圧粘着材
を含む請求項５９記載の方法。
【請求項６１】
フレキシブルな基板、
電子回路、
給電するために動作可能に電子回路に結合される薄いフィルムバッテリー、
電子回路2130に動作可能に結合される無線周波(RF)アンテナ2140、および
粘着剤を備える、剥ぎ取って貼り付けるフレキシブルなバッテリー駆動の装置。
【請求項６２】
前記電子回路は、その電子回路を電気的に起動すめRFイネーブルスイッチを含む請求項６１記載の装置。
【請求項６３】
RFID装置を作るシステムであり、
１つ以上のソース基板を与える１つ以上の供給リール、
１つ以上の電子回路およびRFアンテナを与える１つ以上の供給リール、
１つ以上の基板上に層を堆積する１つ以上の堆積ステーションを備え、
前記層は、
(iii) ソリッドステートのリチウムベースのバッテリーを形成するための層を含み、
前記バッテリーの層は、
a) カソード層と、
b) 電解質層と、
c) アノード層と、
(iv) バッテリーを電子回路の層に結合するための、および、RFアンテナを電子回路に結合するための配線層と、剥ぎ取って貼り付ける粘着層を供給する供給リールと、および、供給リールおよび堆積ステーションを含む真空チャンバーとを含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
[発明の分野]
この発明はソリットステートのエネルギー蓄積装置および、これらの装置を起動させるスイッチおよび回路との統合に関する。より特に、この発明は、ソリッドステートのエネルギー蓄積装置(例えば、バッテリー)を備える様々な装置に提供する方法およびシステムに関し、いくつかの実施例では、種々の機能を達成するために遅れて自動的に起動されるか、および／または、監視・処罰適用のためのアクティブ方式の無線周波(RF)タグシステムに関する。また、この発明は、リールからリールへ移動するタイプのマスクおよび／または堆積極の独立した制御速度で移動する基板ウェブを用いた薄いフィルムソリットステートのエネルギー蓄積装置に関する。
【０００２】
[発明の背景]
エレクトロニクスは、コンピュータ、携帯電話、トラッキング・システム、スキャナなどの多くの携帯機器に組み込まれている。携帯機器への１つの欠点は、機器に電源を含む必要性がある。携帯機器は電源としてバッテリーを通常使用する。バッテリーは、少なくとも装置が使用中である時間の長さに対応して装置を駆動できる容量がなければならない。通常の現行のバッテリーを用いた十分なバッテリー容量は、一般に、重くて、大きく、小型のサイズに組み入れることができない。別の欠点は、ほとんどのバッテリーが、使用のために手動でスイッチオンされなければならないことである。多くのアプリケーションは、ある種のイベントの発生に対応して自動的にスイッチオンできるバッテリーの必要がある。
【０００３】
トラッキング、セキュリティ、財務、アクセスなどのためにエレクトロニクスを多くの安価な形状のタグに組み入れてある。タグ化する従来の方法は、典型的に受動素子、すなわち、外部ソースから、例えば、RFエネルギーからそれらのパワーを受ける装置を含む。これはタグの機能性を制限する。バッテリーを使用することの１つの欠点は、少なくともバッテリーには装置が使用される時間の長さに対して装置を駆動できる容量がなければならないということである。十分なバッテリー容量を持つと、装置の他の部分に比べて、かなり重いか、または大きい電源がもたらされる結果となる。言い換えれば、従来のバッテリーは、一般に、かなり大きく、タグなどの小容積に組み入れることができない。現在のほとんどのバッテリーがかなり高価である。結果、小売業者は、多くの項目に関係しているパッケージの一部として、バッテリーを提供することをほとんど考えていないので、経済理由によってバッテリーの普及使用を防げる。バッテリーを通常、出荷される製品の一部として提供され、パッケージの一部として提供するというわけではない。
【０００４】
[発明の概要]
この発明のいくつかの実施例は、薄いフィルムバッテリーおよび起動作用スイッチを提供する。例えば、システムは、基板、基板に接続された回路、および、基板と回路に接続された薄いフィルムバッテリーを含む。薄いフィルムバッテリーは回路に給電する。また、加速度でイネーブルにされるスイッチは、電気的に回路を動かすために基板に接続される。いくつかの実施例では、加速度でイネーブルにされるスイッチはMEMS 装置である。別の具体化では、加速度でイネーブルされるスイッチは少なくとも１本のカンチレバー構造のビームと電気的コンタクトを含む。少なくとも１本のカンチレバー構造のビームが加速度に応じて電気的コンタクトに接触する。別の具体化では、加速度でイネーブルにされるスイッチは、第１のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチと、第２のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチを含む。第１のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチは、第１の加速度に応答して電気的な接触を形成し、そして、第２のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチは、第２の加速度に応答して電気的な接触を形成する。第１の加速度は第２の加速度と異なる。別の具体化では、加速度でイネーブルにされるスイッチは、第１の加速度に応答して第１の電気的接触を形成し、第２の加速度に応答して第２の電気的コンタクトを形成する。第１の加速度は第２の加速度と異なる。第１の加速度でイネーブルにされるスイッチは、二つの異なる面でのいずれかの加速度に応答して回路を異なって作動させる。第１のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチは、第１の面での第１の加速度に応答して電気的接触を形成し、そして、第２のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチは、第２の面での第２の加速度に応答して電気的接触を形成する。
【０００５】
いくつかの具体化では、さらにメモリ、および/または、タイマを含む。タイマは、第１のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチの１つが、第１の加速度に応答して電気的接触を形成した時を記録するか、または、第２のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチが、第２の加速度に応答して電気的接触を形成した時間がメモリに記録される。いくつかの具体化では、第１のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチの他方が、第１の加速度に応答して電気的接触を形成した時間、または、第２のカンチレバー構造のビームによる閉スイッチが、第２の加速度に応答して電気的接触を形成した時がメモリに記録される。
【０００６】
いくつかの具体化では、バッテリーは、基板上にスパッター形成され、そして、回路はバッテリー上に形成される。別の具体化では、回路は基板上にスパッター形成され、そして、バッテリーは回路上にスパッター形成される。さらに別の具体化では、システムは、パッケージや規格などの装置内に適合する。さらに別の具体化では、システムが装置に粘着的に取り付けられる箇所に粘着層が基板に施される。その粘着層は基板に取り付けられる。
【０００７】
いくつかの具体化は、基板および基板に置かれた薄いフィルムバッテリーを含む。薄いフィルムバッテリーは、第１のリード、第１のリードと電気的に通信する第１の電気的コンタクト、第２のリード、第２のリードと電気的に通信する第２の電気的コンタクトを更に含む。また、システムは、薄いフィルムバッテリーを第１の電気的コンタクトおよび第２の電気的コンタクトに電気的に接続するために、基板で第１および第２のリードの１つに接続される起動作用スイッチを含む。 粘着層は基板に取り付けられる。いくつかの具体化では、磁場に応答して起動作用スイッチが能動にされる。別の具体化では、湿気に応答して起動作用スイッチが能動にされる。更に別の具体化では、無線信号に応答して起動作用スイッチが能動にされる。更に別の具体化では、圧力に応答して起動作用スイッチが能動にされる。更に別の具体化では、光に応答して起動作用スイッチが能動にされる。また、システムは、第１のリードと第２のリードに取り付けられたエレクトロニクスを含む。また、エレクトロニクスも基板に関連する。いくつかの具体化では、エレクトロニクスは基板に取り付けられ、そして、薄いフィルムバッテリーはエレクトロニクスに取り付けられる。別の具体化では、薄いフィルムバッテリーは基板に取り付けられ、そして、少なくともエレクトロニクスの１部は薄いフィルムバッテリーに取り付けられる。起動作用スイッチは、マイクロ電子工学の製作技術を使用することで形成される。
【０００８】
いくつかの具体化は、薄いフィルムバッテリーを、１セットのエレクトロニクスと通信状態にするために、起動作用スイッチを能動にし、そして給電されたエレクトロニクスを使用して命令を指示することを含む方法を提供する。別の具体化は、薄いフィルムバッテリーを、１セットのエレクトロニクスと通信状態にするために、起動作用スイッチを能動にし、そして保証のためにスタート時間を記録することを含む方法を提供する。いくつかの具体化では、起動作用スイッチは、選択されたレベルで起動作用のスイッチを加速することを含む。また、別の具体化では、この方法は、起動作用スイッチを能動にすることに対応して、自己チェックを実行して、自己チェックの結果を保存することを含む。他の具体化では、他の加速度が格納される。また、選択されたしきい値以上の他の加速度で加速された時間が記録される。その時間への加速度の回数が、荷主が起動作用スイッチの所持にいた時のような、他の期間と比較される。
【０００９】
１つ以上バッテリー、および、１つの以上のバッテリーおよび回路をイネーブルにするか能動にするための装置を含むシステムは、フィルム上に形成し、そして小さいパッケージか製品内に設けられることができる。さらに、パッケージが本質的にパッケージの外部、または、製品パッケージか製品か装置に置くことができるラベルであるように、バッテリー、起動装置、および回路は、上に粘着層を持っているフレキシブルなシートに形成することができる。また、装置の様相を制御するか、または製品か装置に関する情報を記録するために、完全なシステムを製品か装置に組み入れることができる。装置をイネーブルにするか起動することは、イベントに応答して後でスイッチを起動する。システムは手動で動く必要はない。むしろ、システムは、急速な加速(銃から発砲するように)、遅い加速(棚から積み卸しするように)、または中間的な加速(床に落とされるように)などのようなイベントに応答して、自動的に能動にされる。
【００１０】
全体のシステムは安価である。その結果、広範囲でこれらのシステムを手頃に使用することができる。その結果、メーカー、卸売業者、およびイベント小売業者は、そのようなシステムを、装置に取り付けて、または多くの装置か製品に関係したパッケージの一部として提供することができる。さらに、これらのシステムは、小型、軽量で、そして少なくとも１つの機能を達成することができるくらいのエネルギー貯蔵を提供する。システムは、非有毒物質から作られるので、危険の要因が装置に供されることはない。
【００１１】
いくつかの具体化では、この発明は、様々な堆積動作に対して多数の異なるマスクパターンを有するロールからロールへのマスクを用いるロールからロールへの堆積システムを提供する。この概要は、この特許出願の主眼とする事項の概要を提供することを意図する。それは、発明の排他的であるか徹底的な説明を提供することを意図していない。詳述は、この特許出願の内容に関する詳細を提供するために含まれる。図面で、同じ数字は、いくつかの画面中で実質的に同様のコンポーネントを述べる。信号および接続は、同じ参照番号によって言及され、そして、その意味は記述に関する文脈から明確になるであろう。
【００１２】
[詳細な説明]
好ましい実施例についての以下の詳細な詳述では、それの一部を形成する添付図面を参照し、それは、この発明を実施する特定の実施例を図示したものである。この発明の範囲からそれることなく、他の実施例が利用され、かつ、構造を変化することが理解されるであろう。
【００１３】
この発明の異なった具体化では、図中のおよび記述内のバッテリーは、１つ以上のセルを使用して実施でき、そして、多くのセルが実施されるなら、そのセルは並列か直列に接続できる。したがって、バッテリーか１つ以上のセルが示され、記述されている場合、他の実施例では単一のセルを用いることができ、また、シングルセルの場合に、他の実施例では、バッテリーか１つ以上のセルを使用できる。さらに、トップ、底、上部、下部、および図面で用いられたような、例示的な方位に関する他の参照的な用語に対する記述は、必ずしも組立時および使用時での方位ではない。
【００１４】
ここで用いた「ウエハー」および「基板」という用語は、集積回路(IC)構造かエネルギー蓄積装置を形成するために、例えばフィルムまたは層が堆積される露出表面を持ついずれの構造をも含む。「基板」という用語は、この発明の教示に従って組立られたエネルギー格納装置が上面に形成される、半導体ウエハース、プラスチックフィルム、金属ホイル、成形プラスチックの箱および他の構造を含むことが理解される。また、基板の用語も、処理の間に、その上にまえもって、または組立後に他の層を含む基板としても用いられる。いくつかの具体化では、ウエハーおよび基板の両方が、ドーピングされた半導体およびドーピングされていない半導体、ベース半導体か絶縁体によって支えられたエピタキシャルな半導体層を、当業者に周知な他の半導体構造と同様に含む。「基板」は、ここで述べたような組立法で利用できるいずれかの開始用の材料の説明としても使用される。
【００１５】
ここで用いた「バッテリー」の用語は、エネルギー蓄積装置の１例を示す。バッテリーは、単一のセルまたは、直列か並列に接続された複数のセルで形成される。セルは、化学エネルギー、例えばイオンのエネルギーを電気エネルギーに変換する直流のユニットである。セルは、イオンが移動できる電解質で互いに隔てられている異なった２つの材料による電極を通常含む。
【００１６】
ここで用いた「タスク」の用語は、実行されると、特定の機能を実行するように適合されたソフトウェア、ファームウェア、ルーチン、状態マシン、および/または、結合ロジックに広く関係する。ここで用いた"adatom"の用語は、まだ基板かフィルムに形成されていない材料の粒子、分子、またはイオンに関係する。
【００１７】
ここで用いた「インターカレーション(intercalation)」の用語は、材料がその相を変えることなく、イオンが容易に材料の中へ、およびそこから出ることを可能にする材料の特性を示す。従って、ソリッドステートのインターカレーションのフィルムは、エネルギー蓄積装置の放出と充電の間、固体状に留まる。ここで用いた「無線周波(RF)」の用語は、HzからMHzからギガヘルツまで及ぶ送信無線信号だけでなく、例えば、相互インダクタンスにより結合された極めて低い周波数の電磁信号を含む。
【００１８】
図１Ａはこの発明に従ったエネルギー蓄積装置50の具体化を示す。基板55を有し、その上にコンタクトフィルム57が形成される。コンタクトフィルム57は、電流コレクタとして機能し、リード58に接続される。これはいくつかの具体化では、このエネルギー蓄積装置50の１つの極を外部回路に接続する。いくつかの具体化では、形成されたとき、電子回路がバッテリーに取り付けられる。他の具体化では、形成された時、回路は例えばバッテリーに取り付けられずに、バッテリーから隔てられるかもしれない。電極フィルム59はコンタクトフィルム57上に形成される。いくつかの具体化では、電極フィルム59は、フィルム間のインタフェース領域を最大にすることによって抵抗を最小にするために、実質的にコンタクトフィルム57の表面を覆う。いくつかの具体化では、電極フィルム59は薄いフィルムバッテリーのためのカソードである。他の具体化では、電極フィルム59は「スーパー コンデンサー」の電極である。電解質フィルム61は電極フィルム59上に形成される。電極フィルム63は電解質フィルム61上に形成される。電解質フィルム61は電極フィルム63から電極フィルム59を隔離する。 コンタクトフィルム65は電極フィルム63上に形成される。コンタクトフィルム65は、電流コレクタとして機能して、リード67に接続される。それは、このエネルギー蓄積装置50の１つの極を外部回路に接続する。いくつかの具体化では、コンタクトフィルム65は、これらのフィルム間のインタフェース領域を最大にすることによって抵抗を最小にするように、実質的に電極フィルム63の表面を覆う。いくつかの具体化では、電極フィルム63は薄いフィルムバッテリーのためのアノードである。この具体化では、電極フィルム63は「スーパー コンデンサー」の電極である。
【００１９】
図１Ｂはエネルギー蓄積装置50の別の具体化を示す。この特定の実施例は密接に図１Ａに示された具体化に関連し、簡略化のために、違いだけを議論する。主な違いは粘着層56が基板55上に置かれることである。粘着層56が除去可能なタイプの粘着層か永久的な粘着層を含む粘着層のいずれのタイプであってもよいことに注意されるべきである。いくつかの具体化では、粘着層50は、剥ぎ取りが可能なペーパーか、プラスチックフィルム層156によりカバーされた、剥ぎ取って貼り付ける粘着層のタイプである。いくつかの具体化では、粘着性の層56は全体の基板55の表面を覆い、他の具体化では、粘着性の層は、基板表面55の一部をカバーするだけである。他での具体化では、粘着層56は直接基板55にというよりむしろエネルギー蓄積装置50(例えば、コンタクト65の上)に取り付けられる。
【００２０】
図１Ｃは、エネルギー蓄積装置50Cの具体化の横断面の図を示す。基板55を有し、いくつかの具体化では、追加的な層、および/または、それで形成された装置を含む。以下に議論して、示されるように、そのような他の装置は、起動作用スイッチと回路を含む。いくつかの具体化では、バッテリーまたはエネルギー蓄積装置、または他の装置は、バッテリー上に、または、バッテリーの上に形成される。他の具体化では、バッテリーは回路の上に形成されるか、回路および起動作用スイッチの上に形成される。いくつかの具体化では、基板55は、上述またはここで説明されるように基板を含む。ここで説明する方法によると、コンタクトフィルム57と電極59は基板55上に形成される。いくつかの具体化では、コンタクトフィルム57と電極59は、公知の他の方法によると、基板上に堆積する金属フィルムである。コンタクトフィルム57および電極59は、エネルギー蓄積装置50Cを他の回路素子(不図示)に接続するためのコンタクトとして機能する。
【００２１】
電極第１フィルム59はコンタクト57上に形成される。電極第１フィルム59は、いくつかの具体化では、金属かインターカレーション部材を含み、例えば、薄いフィルムバッテリー具体化では、電極第１フィルム59がカソードとして機能する。そのようないくつかの具体化では、電極第１フィルム59は、リチウム金属、および/または、リチウムインターカレーション部材を含む。「スーパー コンデンサー」などの他の具体化では、電極第１フィルム59は金属酸化物ですある。電極第１フィルム59とコンタクトフィルム57との接触インタフェースを最大にするのは望ましい。従って、いくつかの具体化では、電極第１フィルム59は、実質的に接続のために外部回路に予定された部分以外のコンタクトフィルム57を実質的に覆う。
【００２２】
電解質フィルム61Cは、電極第１フィルム59に形成されるか、またはそれの少なくとも部分的に形成される。いくつかの具体化では、電解質フィルム61Cは電極第１フィルム59を完全に囲む。電解質フィルム61Cは、ここで説明したシステムと方法使用することで形成される。いくつかの具体化では、電解質フィルム61Cの第１の材料は、第１のソースを使用することで堆積される。そのソースは、第１の電極フィルム61Cを基板上に向けるか、図１Ｃで示されるように、電極第１フィルム59の箇所に向ける。
【００２３】
電極第２フィルム63は電解質フィルム61C上に形成される。電解質フィルム61Cは電極第２フィルム63から電極第１フィルム59を完全に分離する。電極第２フィルム63は、金属かインターカレーション材料を含み、いくつかの具体化では、例えば、薄いフィルムバッテリーの具体化を含み、その具体化では電極第２フィルムがアノードである。「スーパー コンデンサー」のような他の具体化では、電極第２フィルム63は金属酸化物である。いくつか具体化での電極第２フィルム63は、ここで述べる方法によって堆積される。他の具体化では、公知の方法によって、電極第２フィルム63が形成される。
【００２４】
電解質フィルム61Cは堆積された時、電解質の材料を含む。いくつかの具体化では、電解質の材料の第１のソース(この場所で説明される例えば、ソース311、511、511A、および711)は物理的気相成長法のソースである。別の具体化では、第１のソースは化学蒸着のソースである。第２のソースは励起された粒子をその位置に供給する。励起された粒子は、電解質の材料に衝突して、電解質フィルム61Cの必要な構造を形成するのを助ける。いくつかの具体化では、第２のソースは、電解質の材料を供給する第１のソースと同時に励起された粒子に提供する。励起された粒子の使用は、電解質フィルム61Cを電極第１フィルム59に順応させ、その結果、電解質フィルムは必要な絶縁特性を提供し、つまり、電極第１フィルム59と電極第２フィルム63との間で電極が移動(電極間でショート)するのを阻止し、一方、イオン(例えばリチウムイオン)を、カソード50とアノード63間で移動(その移動方向は、装置が充電か放電によって変化する)させる。いくつかの具体化では、電極59は「アノード」に指定され、そして、電極63は「カソード」に指定され、その結果、イオンの移動のどの方向が充電であり、どの方向が放電であるかを切り替える。いくつかの具体化では、第２のソースは、この場所に説明されるイオンソース、例えば、ソース313、413、または713である。第２のソースは、エネルギーを第１のソースから電解質の材料に供給する、励起されたイオンを供給する。ここで言及されたエネルギー範囲の励起された粒子の使用は、前のフィルム表面に、拡張された移動期間、成長する電解質の材料を供給すると信じられている。この拡張された移動期間は、より欠陥の無い方法で電解質材料が成長するのを可能にする。
【００２５】
いくつかの具体化では、エネルギー蓄積装置の内部抵抗への貢献を低下するために、電解質フィルム61Cをできる限り薄くする(「超薄」)ことが望ましい。電解質を超えてイオンの流れ(これがバッテリーの機能をもたらす)を許可する一方、電子の流れ(陽極への陰極のショートをもたらす)を妨げる電極の特性を維持することも望ましい。ここで述べる方法とシステムを用いると、電解質フィルム61Cは、およそ5000オングストローム以下の厚さ61C'に形成される。いくつかの具体化では、電解質フィルム61Cは2500オングストローム以下の厚さ61C'を持つ。いくつかの具体化では、電解質フィルム61Cは1000オングストローム以下の厚さ61C'を持つ。いくつかの具体化では、電解質フィルム61Cは500オングストローム以下の厚さ61C'を持つ。いくつかの具体化では、電解質フィルは250オングストローム以下の厚さ61C'を持つ。いくつかの具体化では、電解質フィルム61Cは100オングストローム以下の厚さ61C'を持つ。いくつかの具体化では、電解質フィルム61Cは10オングストロームから200オングストロームの範囲の厚さ61C'を持つ。いくつかの具体化では、電解質フィルム61Cは10オングストロームから100オングストロームの範囲の厚さ61C'を持つ。
【００２６】
いくつかの具体化では、電解質フィルム61CはLiPONを含み、第２のソース313 または413と共に第１のソース311を用いて形成される。一般に、ここで使用されるように、LiPONはリチウムリン窒化酸化物の材料に関係する。１つの例はLi3PO4Nである。他の例は、電解質を横切るリチウムイオンの移動性を増大させるように窒素の、より高い比率を取り入れる。いくつかの具体化では、第１のソース311は、窒素雰囲気中でLi3PO4を提供する。他の具体化では、第１のソース311は、真空環境(バックグラウンド圧力が1E3 Torrより低い)でLi3PO4を提供する。第２のソース313か413は、ソースガスから励起された粒子を供給する。いくつかの具体化では、第２のソースは酸素(例えば、O2)か窒素(例えば、N2)を含むソースガスからエネルギッシュなイオンを供給するイオンソースである。他の具体化では、ソースガスは、貴ガス、例えば、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、およびクリプトンを含む。励起された粒子、および/または、イオンは、電解質フィルム61Cを形成する材料のエネルギーを増加させ、その結果、層成長を高める。従って、電解質フィルムには、従来の電解質層より高い品質がある。
【００２７】
LiPON電解質フィルム61Cを形成するための具体化は、LiPON電解質フィルムが形成されることになっている位置にて、またはその位置へLi3PO4を提供する第１のソースおよび、同じ位置へまたはその近傍に励起された窒素粒子を提供する第２のソースを含む。励起された窒素粒子は、その位置で電解質フィルムを形成するためのLi3PO4と反応する。これはLiPON電解質フィルムの窒素の量を増加させる。窒素含有量を増加させることは、電解質を横切るリチウムイオンの移動性を増大させることに望ましい。
【００２８】
さらなる具体化では、内部に基板55が置かれるチャンバーは、窒素が強化された雰囲気を持つ。 LiPON電解質フィルム61Cは、チャンバー内で、窒素と反応する、第１のソースによって供給されたLi3PO4によって形成される。第２のソースは、電解質フィルムの構成を助ける励起された粒子を供給する。また、別の具体化では、第２のソースは、その位置にて、窒素をLi3PO4に供給する。したがって、Li3PO4は、チャンバー内の窒素と、第２のソースにより供給された窒素を含む励起された粒子の双方と反応する。これは電解質フィルム61Cの窒素含有量を増加させる。いくつかの具体化では、オークリッジ、エネルギー省研究室からの公表データから、電解質フィルム61Cの窒素含有量を増加させることは望ましい。テネシーは、窒素含有量の増加が電解質フィルムでイオン伝導率か移動性を増大させることを示す。この発明を読むことにより理解されるように、フィルムを堆積させるためにここで示したシステムは、この発明に従って電解質フィルム61Cを形成することに適用できる。このようなシステムのいくつかの例は図３Ａ〜７に示される。
【００２９】
図１Ｄはこの発明に関する教えに従った、エネルギー蓄積装置の別の具体化を示す。「スーパー コンデンサー」70は、超薄層電解質フィルム61を持つエネルギー蓄積装置50Cで形成される。「スーパー コンデンサー」70を形成する前に、基板上で形成されるエネルギー蓄積装置50Cは、エネルギー蓄積および/または変換装置を形成するために、ここで説明された技術を適用する前に、基板上で形成される層/装置の具体化を表す。「スーパー コンデンサー」70は電極フィルム71と75と物理的に接触して形成された中間的フィルム73を含む。いくつかの具体化では、中間的フィルム73は、ファラディック工程による電荷を格納して、放出するための電解質である。いくつかの具体化では、中間的フィルム73は誘電体を含む。コンタクトフィルム65は電極71に物理的に電気的に接触する。したがって、この具体化では、コンタクトフィルム65は、エネルギー蓄積装置50Cと「スーパー コンデンサー」70の両方に対して共有されるコンタクトフィルムである。他の具体化では、エネルギー蓄積装置50C、および「スーパー-コンデンサー」70は別々のコンタクトフィルムを持つ。いくつかの具体化では、中間的フィルム73はLiPONを含む。いくつかの具体化では、電解質フィルム73はTaOを含む。いくつかの具体化では、電極フィルムはRuO2である。コンタクトフィルム77は電極フィルム75に形成される。リード76は、「スーパー コンデンサー」の１つのプレートを外部回路に接続するためにコンタクトフィルム77から延在する。
【００３０】
いくつかの具体化では、コンタクトフィルム65は省略され、そして、単一の電極フィルムが、装置70の電極71と装置50Cの電極63の双方に役立つ。
【００３１】
ソリッドステートのエネルギー蓄積装置50を作るための方法250Aは、図１Ａと２Ａに関して以下説明される。その方法は、基板55を与え(プロセス操作251)、そして、基板55上にカソードコンタクトフィルム57を堆積させる(プロセス操作253)ことを含む。いくつかの具体化では、プロセス操作251は、その上に形成された絶縁体層か他の層/装置を持つ基板を提供することを含む。その方法はさらに、基板上の位置に電極材料を堆積させ、他方、励起された粒子を基板にて電極材料に供給するプロセス操作255を含む。いくつかの具体化では、補助(アシスト)のソースは、励起された粒子を供給する。そのようないくつかの具体化では、励起された粒子ビームが電極の材料と同じ基板上の位置に向けられる。１つの具体化では、励起された粒子は励起されたイオンである。１つの具体化では、励起されたイオンが、電極材料と異なった材料を含む。励起された粒子かイオンビームは、その位置で電極材料の構造の成長を制御するのを助ける。いくつかの具体化では、プロセス操作255は、ソリッドステートの薄いフィルムのバッテリーのためにカソードフィルムか層59を形成するのに使用される。カソードフィルム59は、カソードコンタクトと電気的かつ物理的に接触する。電解質フィルム61は、プロセス操作257でカソードフィルム59上で堆積される。電解質フィルム61は、エネルギー蓄積装置50(例えば、バッテリー)をショートするのを防ぐために陰極と陽極のフィルム59と61を分離する。アノードコンタクトは、プロセス操作261でアノードフィルムと電気的、物理的に接触して形成される。この発明による薄いフィルムバッテリーは、形成されて、エネルギー蓄積装置の組立プロセス操作263を行うために供せられる。
【００３２】
カソードフィルムの堆積は、最初の材料(例えば、アドアトム)を基板上の位置に指向させ、他方で、第２の材料を基板上の位置に励起された粒子(例えばイオン)を同時に供給することを含む。いくつかの具体化では、第２の材料は第１の材料と異なる。励起された粒子は、カソードフィルムにおける望ましい結晶構造の成長を助けるために、エネルギーを第１の材料に供給する。そのうえ、これは基板上の位置で、成長しているフィルムの化学定量法を制御する。いくつかの具体化では、第１の材料は、ソリッドステートの薄いフィルムのバッテリーカソードとして使用されるリチウムインターカレーションの材料である。アシストのソースは、5eVから3000eVの範囲のエネルギーを、リチウムインターカレーション材料に供給するイオンを提供する。アシストのソースによって作り出されたイオンにおけるエネルギーの制御は、結晶構造を持っているリチウムインターカレーションフィルムを成長させるための適した制御を提供する。イオンからのエネルギーは、堆積時に、リチウムインターカレーション材料の構成の水晶構造への形成を促進する。いくつかの具体化では、イオンを形成するのに使用されるガスは、成長(水晶のフィルム)の化学定量法を制御するのに使用される。例えば、イオン化されたO2のアシストビームは、LiCoO2インターカレーション材料の成長と化学定量法を制御するのに使用される。そのようないくつかの具体化では、イオンのアシストビームのO2は、その位置にて、LiCoO2インターカレーション材料を形成するために、LiCoと結合する。
【００３３】
ここでの教示によって形成された薄いフィルムの水晶構造は、従来のカソードフィルム形成技術により達成されたこれらのものに比べてより高い品質を達成する。従来の技術は、従来のカソードフィルムの構造を再処理して結晶化するために、高温の主カソードの堆積に頼っている。残念ながら、そのような従来の技術は、全体の構造を同じ温度まで焼き戻し、これは、基板がそのような温度(この温度は、適した基板材料を排除する)に耐えなければならない点で望ましくない。さらに、異なった層を、それらの異なった要求に適した異なる焼きなましで提供することができない。所望される高い品質で、かつ、適切に方位した結晶構造を、カソードコンタクトフィルムを含む、基板および基板上に形成された層に高温の焼き鈍しを課すことなく、形成するために、好ましくはここで説明した教えにより、必要なエネルギーを提供することにより、高い精度で結晶したカソードフィルムが達成される。さらに、異なった焼きなましのプロセス(異なった層に異なったエネルギーを持つイオンアシスのトビームを使用するか、または、異なった速度で、または、異なった期間で堆積して焼き鈍しするなどのように)を使用することで各層を焼きなますことができる。さらに、前の層の表層を焼きなますことによって、その後の層は、特定の方法(例えば特定の結晶配向性、または特定のイオン接合表面を達成する)で注文された表面に堆積することができる。
【００３４】
図２Ｂは、エネルギー蓄積装置を作るために方法250Bの１つの具体化を示す。プロセス操作251、253、259、261、および263は、実質的に図２Ａに関して上で説明されたプロセス操作と同様である。プロセス操作255Cは、カソードコンタクトフィルム上にカソードフィルムを少なくとも部分的に堆積させるためのプロセス操作である。１つの具体化では、カソードフィルムは、上で述べたプロセス操作255で堆積される。他の具体化では、公知の他の堆積プロセスに従って、カソードフィルムが堆積される。電解質フィルムは、カソードフィルムと少なくとも部分的に接触する位置に電解質の材料を堆積させることによって、形成される(プロセス操作257C)。都合のよい具体化では、電解質の材料は、カソードフィルムのかなりの部分(すべてでないなら)と接触状態にある。いくつかの具体化では、アシストソースは、電解質フィルムを形成するとき、同時に、励起された粒子を電解質の材料に供給する。１つの具体化では、アシストソースは、電解質の材料と異なったアシストの材料による励起されたイオンのビームを供給する。いくつかの具体化では、第２の材料のビームは、電解質の材料と同じ基板上の位置に指向される。励起されたイオンビームは、電解質フィルムの構造の成長を制御するのを助ける。そのイオンビームはいくつかの具体化で「非合焦」にされる。別の具体化ではイオンビームは合焦にされる。電解質フィルムの堆積は、カソードフィルムに少なくとも部分的に接触する位置へ電解質の材料を指向させ、他方で、電解質材料へ同時にエネルギーを供給することを含む。いくつかの具体化では、励起された粒子はエネルギーが供給される。いくつかの具体化では、励起された粒子は励起された粒子である。そのようないくつかの具体化では、アシストのソースからの励起された粒子は、電解質の材料と異なった材料のものである。励起された粒子は、ソリッドの電解質フィルム構造の所望の成長を助けるために、エネルギーを第１の電解質材料に供給する。そのうえ、これは、成長している電解質フィルムの化学定量法を制御する。
【００３５】
１つの例では、電解質の材料はリチウムリン窒化酸化物である。いくつかの具体化では、アシストのソースは、およそ5eVからおよそ5000eVの範囲のエネルギーをリチウムリン窒化酸化物("LiPON")に供給するイオンを提供する。アシストのソースによって作り出されたイオンにおけるエネルギーの制御は、その位置でリチウムリン窒化酸化物構造を成長させるための制御を提供する。イオンからのエネルギーは、堆積時に、リチウムリン窒化酸化物材料の望ましい構造への形成を促進する。いくつかの具体化では、イオンを形成するのに使用されるガスは、成長している電解質フィルムの化学定量法を制御するのに使用される。例えば、O2のイオン化アシストビームは、リチウムリン窒化酸化物の材料の成長と化学定量法を制御するのに使用される。別の具体化では、N2のイオン化アシストビームが使用される。この具体化では、N2は電解質フィルムの成長および化学定量法を制御するだけでなく、電解質フィルムに追加的に窒素を注入する。これは、LiPON電解質フィルムのイオン移動率が、フィルムの窒素の量に依存するため、望ましい。
【００３６】
図２Ｃは、エネルギー蓄積装置を作るために方法250Cの１つの具体化を示す。プロセス操作251、253、257、261、および263は、図２Ａに関して上で説明したプロセス操作と実質的に同様である。プロセス操作255Cは、カソードコンタクトフィルム上に、カソードフィルムを少なくとも部分的に堆積させるためのプロセス操作である。１つの具体化では、カソードフィルムは図２Ａに関して上で説明したように堆積する。プロセス操作259Dは、電解質フィルム上の少なくとも部分的な位置に電極の材料を堆積させ、他方で励起された粒子を電解質材料に同時に供給するためのプロセス操作である。プロセスの操作259Dは、電解質フィルム上の少なくとも部分的な位置に電極の材料を堆積させ、他方で電解質材料に励起された粒子を同時に供給するプロセス操作である。いくつかの具体化では、励起された粒子は、電極の材料と同じ位置に指向される。１つの具体化では、励起された粒子は励起されたイオンである。１つの具体化では、励起されたイオンは、第１の材料と異なった第２の材料を含む。励起された粒子かイオンビームは、電極の材料の構造の成長を制御するのを助ける。いくつかの具体化では、プロセス操作259Dは、ソリッドステートの薄いフィルムバッテリーのためにアノードフィルムを形成するのに使用される。アノードフィルムは、アノードコンタクトおよび電解質フィルムと電気的かつ物理的に接触する。
【００３７】
アノードフィルムの堆積は、電解質フィルムと少なくとも部分的に接触する位置に電極の材料を指向させ、他方で、励起された第２の材料を同時に供給することを含む。励起された粒子は、アノードフィルムにおける望ましい結晶構造の成長を助けるためにエネルギーを電極材料に供給する。 そのうえ、これは成長しているフィルムの化学定量法を制御する。 いくつかの具体化では、電極の材料はバッテリーアノードとして使用されるリチウムインターカレーションの材料を含む。１つの具体化では、そのアノードは、リチウム金属かリチウム合金を含む。別の具体化では、そのアノードは、グラファイトかダイヤモンドのような炭素などのカーボンのようなカーボン質の材料を含む。別の具体化では、そのアノードは、金属酸化物、例えばRuOまたはVaOを含む。別の具体化では、そのアノードは窒化物の材料を含む。第２のソースは、粒子(それはイオンであり、いくつかの具体化では、5eVからおよそ3000eVの範囲のエネルギーを提供する)をリチウムインターカレーションへ供給する。いくつかの具体化では、イオンはおよそ135eVのエネルギーを提供する。いくつかの具体化では、イオンはおよそ5eVからおよそ100eVの範囲のエネルギーを提供する。いくつかの具体化では、イオンはおよそ5eVからおよそ1000eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ50eVからおよそ90eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ55eVからおよそ85eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ60eVからおよそ80eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ65eVからおよそ75eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ10eVからおよそ100eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ10eVからおよそ90eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ30eVからおよそ300eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ60eVからおよそ150eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、イオンはおよそ60eVからおよそ150eVの範囲のエネルギーを提供する。別の具体化では、第２のソースからのエネルギーはおよそ70eVである。別の具体化では、イオンはおよそ45eVからおよそ95eVの範囲のエネルギーを提供する。
【００３８】
第２のソースによって作り出されたイオンにおけるエネルギーの制御は、その位置にて、リチウムインターカレーションの構造を成長させるための制御を提供する。イオンからのエネルギーは、堆積時に、リチウムインターカレーション材料の結晶構造への形成を促進する。いくつかの具体化では、イオンを形成するのに使用されるガスは、成長している結晶フィルムの化学定量法を制御するのに使用される。
【００３９】
ここでの教えにより形成された電極の薄いフィルムの結晶構造は、通常のフィルム形成技術により達成されたそれらのものよりもより高いオーダーを達成する。通常の技術は、高温による主堆積の焼き鈍しに頼っており、それは、フィルムの構造を再処理して結晶化することを目的としたフィルムだけでなく、基板および他の層に影響する。対照的に、この発明は、下層または基板を実質的に加熱することなく、堆積フィルムの表面を再処理する堆積時に、または堆積時の後に、制御されたエネルギーソースを提供する。いくつかの具体化では、フィルムへの結晶時に、それぞれの原子層が要求されるように、フィルムのそれぞれの原子層を堆積している間、エネルギーが供給される。そのようなエネルギーソースに関する例は、堆積されたadatomと反応する、および/またはフィルムの堆積を助けるために運動エネルギーを提供するイオンビームを含む。エネルギーソースに関する他の例は、他の層または基板に影響することなく、フィルムの表面に接近する結晶構造を再処理する、高温の短期間発熱ソース、短期間プラズマソース、レーザ、および他の高強度フォトソースを含む。高度に要求された結晶のカソードまたはアノードは、望ましくは、ここで述べた教示に従って達成される。
【００４０】
上の製作プロセスは、ある順序でカソードとアノードのフィルムを形成することを説明しているが、他の具体化は、カソードのフィルムとアノードのフィルムの順を逆にする。そのうえ、製作プロセスは、例えば、バッテリーではカソードとアノードのフィルムを形成することを説明している。いくつかの具体化では、カソードとアノードのフィルムはバッテリーの電極である。他の具体化は「スーパー コンデンサー」の様々な層を形成するフィルムを含む。この実施例では、 スーパー コンデンサーは少なくともスーパー コンデンサーを形成する少なくとも１つのフィルムで作用し、例えば、電極フィルム71,75と、電解質、および/または、誘電性のフィルム73は、次の特性を提供するために、基板全体の高温焼き鈍しを受けることなく、改善された結晶構造、結晶サイズ、または、より少ない欠陥を持つ。従って、ここで説明したようなにエネルギー蓄積装置での使用のための薄いフィルムを作る技術およびシステムは、ソリッドステートのバッテリーとソリッドステートのコンデンサーの両方に適用できる。
【００４１】
別の具体化では、薄いフィルムエネルギー蓄積装置は基板で形成される。コンタクトフィルム(それは電気的に伝導であり、後の堆積で隣接しているカソードフィルムと反応しない)は基板で形成される。コンタクトフィルムは、基板とカソードフィルムの間のバリアとして作用する。コンタクトフィルムは、電流コレクタとして、また、カソードフィルムと、エネルギー蓄積装置への外部である回路との間の接続として機能する。ひとつの具体化では、コンタクトフィルムは0.3ミクロン以上の厚みを持つ。
【００４２】
図３Ａは、堆積装置305を示し、反応チャンバー307を含み、その内部に基板308が位置し、その基板上にエネルギー蓄積装置が作られることになっている。いくつかの具体化では、反応チャンバー307は、反応のためのガスを保持し、かつ、サブの雰囲気の気圧を提供する密封されたチャンバーである。いくつかの具体化では、チャンバー内は圧力をおよそ1×10-3Torrに保持するのが望ましい。第１の材料ソース311は、チャンバー307内に備えられる。第１のソース311は、基板309に堆積される第１の材料によるadatomのビームを生成する。いくつかの具体化では、第１の材料ソース311は、物理的気相成長法のソースである。そのような具体化の１つでは、材料ソース311は電子ビームソースである。別のそのような具体化では、第１のソース311は、例えばカソードアークソース、アノードアークソース、およびCAVADアークソースを含むアークソースである。アークソースは、低温で操作されるチャンバー内で効果的に機能するソースとしての使用に特に適する。別の具体化では、第１のソース311は、例えばスパッタリングソースを含む物理的な堆積ソースである。別の具体化では、ソース311は、例えば炭化水素先駆ガスを使用するダイレクトイオンソースを含む化学蒸着ソースである。ビーム312は、基板309上の位置319に焦点を合わせられ、そこで、ビーム312の材料は、エネルギー蓄積装置のフィルムを形成するために堆積される。アシストソース313は、チャンバー307内に備えられ、それは、基板309の位置319に少なくとも隣接した箇所に指向した励起された粒子314のビームを発生させる。いくつかの具体化では、そのアシストソースは、励起されたイオン生成ソースである。ある具体化では、アシストソース313は、第１のソース311からオフセットされるので、これらのソースからのビームは同期しない。励起された粒子ビーム314は、以下の詳しく述べるように、第１のビーム312の材料の成長および化学定量法を制御するのに必要であるエネルギーを、基板309上の結晶構造に与える。また、いくつかの具体化では、励起された粒子ビーム314は、堆積されるフィルムで必要である要素を提供する。別の具体化では、ビーム314は少なくとも位置319の近くに指向されるので、堆積されるフィルムの必要な結晶構造および化学定量法を形成することができるくらいのエネルギーを、第１のビーム312内の材料に提供する。いくつかの具体化では、堆積システム305は少なくとも１つの追加的なアシストソース313Aを含む。いくつかの具体化では、それぞれの追加的なソース313Aは、基板で到達するアドアトムにエネルギーを供給する別のアシストビーム314Aを提供する。 アシストビーム314の様々な具体化は以下で説明される。
【００４３】
図３Ｂは堆積装置305の別の具体化を示す。アシストソース313は、本質的には基板319への通常の経路に沿って伝わるエネルギー・ビーム314を発生させる。そのエネルギー・ビームはここで説明されるように、エネルギーをビーム312からのアドアトムに供給する。
【００４４】
堆積装置405が、チャンバー307内に、回転可能にブラケットで固定された、励起されたビームを発生させるためのアシストソース413を含むのを除いて、図４は実質的に図３Ａと同様の図である。アシストソース413は、励起された粒子ビーム414を基板309の表面に対する必要な衝突角度に向けるために旋回する。１つの具体化では、衝突角度401は、法線から基板まででおよそ15度からおよそ70度の範囲にある。従って、いくつかの具体化では、衝突角度401は可変である。いくつかの具体化では、衝突角度はおよそ45°である。 いくつかの具体化では、堆積システム405は少なくともある追加的なアシストソース413Aを含む。いくつかの具体化では、それぞれのソース413Aは、基板で到達するアドアトムにエネルギーを供給する追加的なアシストビーム414Aを角度402で提供する。いくつかの具体化では、アシストビーム414によって提供されたエネルギーは、アシストビーム414Aの少なくとも１つによって提供されたエネルギーと異なる。いくつかの具体化では、アシストのビーム414および414Aは、エネルギーをアドアトムに同時に伝える必要はない。いくつかの具体化では、ビーム414および414Aがエネルギーを伝える手段は異なる。いくつかの具体化では、ビーム414および414Aでの材料は異なる。
【００４５】
堆積装置505が多数の第１の堆積ソース511を含むことを除くと、図５Ａは実質的に図３と同様の図である。いくつかの具体化では、第１の堆積ソース511の各々の１つは、それぞれのビーム512を、基板309上絵の位置319へ指向する。いくつかの具体化では、第１のソースの各々の１つは、同じ材料を含むビーム512を生成する。他の具体化では、少なくとも１つの第１のソース511は、第１のソース511の別のものと異なる材料のビーム512を生成する。いくつかの具体化では、複数の第１のビーム512からの材料は、必要なフィルムを形成するために、位置319で合体する。他の具体化では、第１のビーム512の材料は、アシストビーム314からの材料と結合して、必要なフィルムを形成する。いくつかの具体化では、第１のソース511の１つは、それのビーム512を、位置319から離れている基板319に指向する。いくつかの具体化では、２つ以上のアシストビーム313がビーム512のアドアトムへエネルギーを提供する。
【００４６】
５Ｂは堆積装置505Bの別の具体化を示す。多くのアシストソース313が、基板319でフィルムを形成するためにエネルギーを供給するよう位置決めされる。多数の材料ソース511A、511B、および511Cは、材料をチャンバー307および基板319の表面に隣接して材料を供給する。いくつかの具体化では、それぞれの材料ソース511A、511B、および511Cは、同じ材料を供給して、その結果、単独の１つのソースより大きい量を提供する能力を持つ。いくつかの具体化では、少なくとも材料ソース511A、511B、および511Cの１つは、材料ソースの別のものと異なった材料を供給する。いくつかの具体化では、これらの異なった材料は、基板319上にフィルムを形成するアドアトムの生成するために、チャンバー309内で反応する。いくつかの具体化では、少なくとも材料ソース511A、511B、および511Cの１つは、先駆の材料をチャンバー307に供給し、そして、材料ソースの別のものは反応剤の材料をそのチャンバー供給します。先駆および反応剤の材料は、フィルムを形成する材料を作成するために協働して反応する。いくつかの具体化では、少なくとも材料ソース511A、511B、および511Cの１つは、化学物質が反応する化学反応器を含む。そして、このソースは、生じた材料をチャンバー内に注入する。 この生じた材料はフィルム組立プロセスに含まれる。
【００４７】
堆積装置605が多数の第１の堆積ソース511および回転可能なアシストソース413を含むのを除いて、図６は実質的に図５Ａと同様の図である。いくつかの具体化では、これは、与えられた堆積位置により多くの材料を供給する。いくつかの具体化では、これは複数の位置での堆積を提供する。 さらに他の具体化では、これは、異なったソースからの異なった材料が結合されることを可能にする。
【００４８】
図７はこの発明に関する教えに基づく堆積装置705の別の具体化を示す。堆積装置705は、反応チャンバー707を含み、それの内部に細長いフレキシブルな基板709が位置し、その基板上にエネルギー蓄積装置が作られることになっている。第１の材料ソース711は、チャンバー707内に備えられる物理的堆積ソースである。第１のソース711は、基板709に堆積されるべき材料によるアドアトムのビーム712を発生させる。いくつかの具体化では、第１のソース711は、例えばカソードアークソース、アノードアークソース、およびCAVADアークソースを含むアークソースである。別の具体化では、第１のソース711は、例えばスパッタリングのソースを含む物理的気相成長法ソースである。別の具体化では、ソース711は化学蒸着ソースである。 そのうえ、ソース711はいくつかの具体化では、多くの異なった材料ソースを示す。ビーム712は、基板709上の位置719に焦点を合わせられ、そこに、ビームのアドアトムは、エネルギー蓄積装置のフィルム層を形成するために堆積される。アシストソース713は、チャンバー707内に備えられ、基板709に指向された励起粒子714のビームを発生させる。１つの具体化では、アシストソース713は励起されたイオン714のビームを発生させる。励起された粒子ビーム714は、第１のビーム714による堆積された材料の成長および化学定量法を制御するのに必要であるエネルギーを提供する。したがって、結晶構造は、以下詳しく述べるように基板709上に形成される。基板709は、いくつかの具体化では、弾性体で重合体によるプラスチックのウェブまたはシートであり、その上にエネルギー蓄積装置が作られる。細長く延在する基板709は、多くのエネルギー蓄積装置が基板の連続した位置に堆積されるのを許容し、その結果、エネルギー装置の生産速度を改善する。そのうえ、基板709上の異なった位置に多くのフィルムを同時に堆積させるために、多くの堆積装置705かソース711がいくつかの具体化で備えられる。
【００４９】
熱制御表面715は、表面温度を制御する熱ソース725に接続される。その基板7096は、表面715と熱的に接触し、それにより、特定の基板上の特定の堆積処理のために要求されるような、基板の温度を制御する。いくつかの具体化では、熱ソースは冷却剤ソースであり、例えば、それを冷やすために圧縮されたヘリウムを表面715に向かって解放する極低温の真空ポンプである。基板709に直接に接触して、熱的に制御される表面715の使用は、特に、直接接触が、薄いフィルムが形成される位置に並べられるか、または、一致する時、通常のソリッドステートの薄いフィルムバッテリーの組立プロセスを用いる可能性よりも低い熱劣化温度を持つ基板の使用を可能にする。
【００５０】
上記は、この発明がエネルギー蓄積装置かエネルギー転換装置を生産するために実施される、システムの様々な具体化の記述を提供する。ここで説明された方法がそのようなシステムで実行可能である限り、示され、説明されたものと異なった方法でシステムの原理を結合することは、この発明の範囲の中にある。例えば、いくつかの具体化では、フレキシブルな基板709とロール710、713を図３Ａ−６に示される具体化のいずれにも結合することができる。また、いくつかの具体化では、熱ソース725も図３Ａ−６の具体化のいずれとも結合可能である。いくつかの具体化では、枢軸旋回可能なアシストソース413は、図３Ａ、３Ｂ、５Ａ、５Ｂ、および７の具体化のいずれとも結合可能である。いくつかの具体化では、材料ソース511A、511B、および511Cは図３Ａ−５Ａと６−７の具体化と結合可能である。
【００５１】
いくつかの具体化では、電極の第２のフィルム、例えば、フィルム59か71は、第１のフィルム例えばコンタクトフィルム57 か 63の少なくとも一部を覆う(第１のフィルムの境界を超えて延在しない)リチウムのインターカレーションである。したがって、インターカレーションの第２のフィルムは、エネルギー蓄積装置の放出と充電の間、固体状に留まる。いくつかの具体化では、第２のフィルムは、第１の堆積ソースを用いると同時に、エネルギッシュなイオンを成長している第２のフィルムに供給する第２のソースを用いることで堆積される。いくつかの具体化では、第１の堆積ソースは物理的気相成長法のソースである。いくつかの具体化では、第２のソースは酸素(例えば、O2)か窒素(例えば、N2)を含むソースガスからエネルギッシュなイオンを供給するイオンソースである。別の具体化では、ソースガスは貴ガス、例えば、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、およびクリプトンを含む。さらに別の具体化では、ソースガスは、炭化水素の先駆などの炭化水素の材料を含む。第２のソースガスの選択は、堆積されたフィルムの化学定量法での所望の効果に基づく。第２のソースは、いくつかの具体化では、励起されたイオンの合焦したビームを供給する。第２のソースは、いくつかの具体化では、励起されたイオンの非合焦のビームを供給する。励起されたイオンは、およそ5eVからおよそ3,000eVの範囲のエネルギーをリチウムのインターカレーションに供給する。いくつかの具体化では、エネルギー範囲は、およそ5eVからおよそ1000eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ10eVからおよそ500eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ30eVからおよそ300eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ60eVからおよそ150eVである。別の具体化ではそのエネルギー範囲は、およそ140eVである。別の具体化ではそのイオンはおよそ135eVのエネルギーを与える。別の具体化ではそのイオンはおよそ5eVからおよそ100eVのエネルギーを与える。いくつかの具体化では、エネルギー範囲は、およそ5eVからおよそ1000eVである。 そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ50eVからおよそ90eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ55eVからおよそ85eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ60eVからおよそ80eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ65eVからおよそ75eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ10eVからおよそ100eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ10eVからおよそ90eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ30eVからおよそ300eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化ではおよそ60eVからおよそ150eVである。別の具体化では、第２のソースからのイオンのエネルギーは、およそ70eVである。別の具体化では、そのイオンは、およそ45eVからおよそ95eVの範囲のエネルギーを与える。１つの具体化では、第２のフィルムは10ミクロン以上の厚みを持つ。いくつかの具体化では、第２のフィルムはおよそ10から20ミクロンの範囲の厚みを持つ。いくつかの具体化では、第２のフィルムはおよそ1から5ミクロンの範囲の厚みを持つ。
【００５２】
イオン伝導特性を持つが、電気的に導電性でない、電解質の第３のフィルム、例えば、フィルム61、61Cか73(電解質)は、第２の堆積されたフィルムを完全に覆うように堆積される。いくつかの具体化では、第３のフィルムは、成長しているフィルムにエネルギッシュなイオンを供給する第１の堆積ソースおよび第２の堆積ソースを使用することで堆積される。いくつかの具体化では、第１の堆積ソースは物理的気相成長法ソースである。
いくつかの具体化では、第２のソースは、5eV以上のエネルギーを持っているエネルギッシュなイオンを供給する能力があるイオンソースである。別の具体化では、エネルギー範囲は、およそ5eVからおよそ3,000eVである。別の具体化では、エネルギー範囲は、およそ5eVからおよそ1,000eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ10eVからおよそ500eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ30eVからおよそ300eVである。別の具体化では、エネルギー範囲は、およそ60eVからおよそ150eVである。別の具体化では、第２のソースからのイオンのエネルギーは、およそ140eVである。いくつかの具体化では、そのイオンはおよそ135eVのエネルギーを供給する。いくつかの具体化では、そのイオンはおよそ5eVからおよそ100eVの範囲のエネルギーを供給する。いくつかの具体化では、そのエネルギー範囲は、およそ5eVからおよそ1000eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ50eVからおよそ90eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ55eVからおよそ85eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ60eVからおよそ80eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ65eVからおよそ75eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ10eVからおよそ100eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ10eVからおよそ90eVである。そのエネルギー範囲は、別の具体化では、およそ30eVからおよそ300eVである。別の具体化では、そのエネルギー範囲は、およそ60eVからおよそ150eVである。別の具体化では、第２のソースからのイオンのエネルギーは、およそ70eVVである。いくつかの具体化では、そのイオンはおよそ45eVからおよそ95eVの範囲のエネルギーを供給する。
【００５３】
いくつかの具体化では、第２のソースは酸素(例えば、O2)か窒素(例えば、N2)ガスを含む。別の具体化では、第２のソースガスは貴ガス、例えば、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、およびクリプトンを含む。第２のソースガスは、別の具体化では先駆の炭化水素などの炭化水素の材料を含む。第２のソースガスの選択は、堆積されたフィルムの化学定量法での所望の効果に基づく。第２のソースは励起されたイオンの合焦したビームをいくつかの具体化にて供給する。第２のソースは励起されたイオンの非合焦のビームをいくつかの具体化にて供給する。電解質の第３の層をできるだけ薄くして、カソードとアノード層にショートするのを防止することが望ましい。１つの具体化では、第３のフィルムは1ミクロン未満の厚みを持つ。いくつかの具体化では、第３のフィルムは5,000オングストローム以下の厚みを持つ。別の具体化では、第３のフィルムは、1,000オングストロームの厚みを持つ。別の具体化では、第３のフィルムは、およそ10オングストロームからおよそ1,000オングストロームの厚みを持つ。
【００５４】
別の具体化では、第３のフィルムは、15から70度の衝突角度でエネルギッシュなイオン(5から3000eV)を材料ソース(ターゲット)に供給する第１のソースおよび、成長しているフィルムへエネルギッシュなイオンを供給する第２のソースを使用することで堆積される。第１の堆積ソースは、ソースガスからの合焦されたエネルギッシュなイオンのビームを入れる。ソースガスは、ここで述べたソースガスの１つを含む。
【００５５】
アノードである第４のフィルム、例えば、フィルム65または75は、第３のフィルム上に堆積され、それを覆うが、第１のフィルム(バリア)または第２のフィルム(カソード)には接触しない、リチウムのインターカレーション材料からのものを含む。いくつかの具体化では、第４のフィルムは、成長しているフィルムへエネルギッシュなイオンを供給する第２のソースと同時に第１の堆積ソースを使用することで堆積される。いくつかの具体化では、第１の堆積ソースは物理的気相成長法ソースである。いくつかの具体化では、第２のソースは酸素(例えば、O2)か窒素(例えば、N2)を含むソースガスからエネルギッシュなイオンを供給するイオンソースである。別の具体化では、ソースガスは、貴ガス、例えば、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、およびクリプトンを含む。別の具体化では、ソースガスは先駆の炭化水素などの炭化水素の材料を含む。第２のソースガスの選択は、堆積されたフィルムの化学定量法への所望される効果に基づく。第２のソースは、いくつかの具体化では、励起されたイオンの合焦されたビームを供給する。第２のソースは、別の具体化では、励起されたイオンの非合焦のビームを供給する。励起されたイオンは、およそ5eVからおよそ3000eVの範囲のエネルギーを、リチウムのインターカレーションの材料に供給する。いくつかの具体化では、エネルギーの範囲は、およそ5eVからおよそ1000eVである。いくつかの具体化では、エネルギーの範囲は、およそ10eVからおよそ500eVである。いくつかの具体化では、エネルギーの範囲は、およそ30eVからおよそ300eVである。別の具体化では、エネルギーの範囲は、およそ60eVからおよそ150eVの範囲である。別の具体化では、第２のソースからのエネルギーの範囲は、およそ140eVである。１つの具体化では、第４のフィルムは10ミクロン以上の厚みを持つ。いくつかの具体化では、第４のフィルムは10から40ミクロンの範囲の厚みを持つ。
【００５６】
別の具体化では、第４のフィルムは、基板の表面に先駆の炭化水素プラズマ分解で堆積され、その結果、リチウムのインターカレーションのアノードを形成する。いくつかの具体化では、堆積は、炭化水素先駆を使用してプラズマ強化の化学的気相成長法で実行される。いくつかの具体化では、その堆積は、N2などのドーパントを含む。いくつかの具体化では、第２のソースは、第４のフィルムの堆積を助けるために励起されたイオンを供給する。励起されたイオンは、ここで説明されるような範囲のエネルギーを提供する。いくつかの具体化では、第２のソースはいずれもここで説明したものと同じである。
【００５７】
別の具体化では、アノードである第４のフィルムは、炭化水素先駆を使用して、リチウムのインターカレーションの材料による直接イオンビーム蒸着で堆積される。第１の堆積ソースは、ターゲット材に向けられたソースガス炭化水素先駆から合焦されたエネルギッシュなイオン(5から3000eV)のビームを供給する。いくつかの具体化では、第２のソースは、成長している第４のフィルムを助けるためにエネルギッシュなイオンを供給し、ここで説明されるように第２のソースである。
【００５８】
コンタクトである第５のフィルム、例えば、フィルム65か77は、電気的に伝導であり、第４のフィルムと反応せず、かつ、少なくとも第４のフィルムの一部に接触して形成される。第５のフィルムは、第２のフィルム(カソード)と接触しない。１つの具体化では、第５のフィルムは0.5ミクロン以上の厚みを持つ。第５のフィルムは、外部回路へのコンタクトのために、アノード電流のコレクタとして作用する。
【００５９】
いくつかの具体化では、不動態の第６のフィルム79(電気的に絶縁性であって化学的に不活性)は、本質的に、形成されたようなエネルギー蓄積装置を覆い、つまり、第２、第３、および第４のフィルムすべてを覆い、その結果、パッケージ化され、これらのフィルムと反応して、エネルギー蓄積装置の性能を下げるかもしれない環境汚染物質が回避される。エネルギー蓄積装置が統合していた状態で、環境汚染物質はそのほかに装置のためのさらなる製作の材料を含むかもしれません。いくつかの具体化では、第１と第５のコンタクトフィルムは、エネルギー蓄積装置の外部回路への接続のために、第６のフィルムの外へ部分的に露出する。
【００６０】
ここで述べたフィルムが堆積される、基板55,309か709は、薄いフィルムを支持でき、かつ、ここで述べた堆積プロセスに耐えることができるいずれかの材料を含む。いくつかの具体化では、摂氏700度未満の熱影響のためを劣化し始める材料で形成される。さらなる具体化は、摂氏およそ300度以下かそれに等しい温度で熱劣化を被るような温度特性を持つ基板を含む。基板の熱劣化は、基板の形の損失、エネルギー蓄積装置を支えることができるくらいの剛性の損失、基板の化学的なブレークダウン、基板および/またはフィルム上の材料の架橋、溶解、および燃焼を含む。基板に関する例は、絶縁体構造の上のシリコン・ウエハーとシリコンを含む。基板の材料に関する他の例は、ここで述べたようなエネルギー蓄積装置の形成の前に絶縁体層が形成される金属を含む。別の例では、その金属は、電解質フィルムから電気的に分離している絶縁層を有するエネルギー蓄積装置に対するコンタクト、アノードフィルム、および金属基板からのアノードコンタクトとして機能してもよい。ここで述べたようなエネルギー蓄積装置を作るのに適した低い熱劣化温度を持つ他の材料の例は、紙、織物(自然および合成)、重合体、プラスチック、ガラス、およびセラミックを含む。
【００６１】
基板55、309、または709は、ここでの教えにより、エネルギー蓄積装置を作るのに使用される装置のタイプに適用できるフォームがある。基板の形に関する１つの例は半導体ウエハースである。基板の他の形態は、細長いウェブ、織りもの、ホイル、およびシートを含む。多くのエネルギー蓄積装置、および/または、多くのエネルギー転換装置が作られる十分なサイズを持つ基板を提供することも、この発明の範囲の中にある。
【００６２】
基板55、309、または709のいくつかの具体化は、適した温度処理の間、特性をサポートの特性を保有する基板を含む。適した温度処理では、基板は、熱的に制御される基板、たとえば表面715と緊密に接触して位置する。いくつかの具体化では、熱的に制御された表面が冷やされた表面であるので、基板または基板上に以前に形成されたいずれかの他の構造要素を熱劣化しないように、ここで説明されるいずれかのフィルムの堆積に関連する熱は熱的にバランスする。したがって、いくつかの具体化では、低い融点か低燃焼温度などの低熱劣化温度を持っている基板が基板としてこの製作方法で使用される。例えば、基板は、セラミック、ガラス、重合体、プラスチック、および紙ベースの材料を含む。この教えに基づく具体化では、基板は、多くのエネルギー蓄積装置が堆積されるプラスチックか金属基板である。 基板はその後、別々の状態で分割されたその時がその上に少なくとも１個のエネルギー蓄積装置を持つ個別のダイに分割される。このダイは、例えば、冷間加工され、エネルギー蓄積装置のアプリケーションで指示されるような所望の形状にされる。
【００６３】
別の具体化では、基板は可撓性材料、例えば、基板709で作られる。そのフレキシブルな基板は、湾曲したオブジェクト上を通過することで(このとき、湾曲したオブジェクトの表面に材料が緊密に接触する)細長いロールに形成される。基板温度を制御し、そして、堆積の間、基板およびフィルム上に発生された熱の効果をバランスさせるために、湾曲したオブジェクトは、熱的に制御される装置(図７で示される装置725)である。例えば、そのオブジェクトは、堆積の容器の環境から空洞であって、密封される。いくつかの具体化では、その空洞のスペースは冷却剤例えば、液体N2か液体ヘリウムから得られたガスなどの極低温のガスで満たされ、その冷却剤は絶えず補給される。基板とオブジェクトとの緊密な接触の領域は、一致し、そして、材料の位置の反対側は、堆積ソースから基板上に衝突する。別の具体化では、冷却剤は絶えず補給される冷水である。別の具体化では、電熱の冷却装置が、熱的に湾曲したオブジェクトを制御する。別の具体化では、湾曲したオブジェクトは、静止または、基板の移動方向に軸を持つ回転可能なドラムである。
【００６４】
別の具体化では、基板55か309は、堅い材料のストリップで形成される。 堅い基板は、冷やされて、熱的に制御された表面を通り過ぎることで作られる。冷やされた表面に関する例はここで説明される。その一例は、冷却される表面は、堆積チャンバー内の環境からシールされた表面を持つオブジェクトの本体内に、液体N2か液体ヘリウムなどの極低温の流体の解放により冷やされる。他の冷却剤ソースは冷水、極低温のガス、および電熱の装置を含む。
【００６５】
図８Ａは統合されたバッテリーおよび共通端子を共有する装置を持つ具体化の起動用基板810の平面図を示す。図８Ｆは図８Ａの起動用基板の正面図を示す。
【００６６】
図８Ｂは、統合されたバッテリー820および共通端子を共有する装置2430の堆積後の図８Ａの基板810の平面図を示す。いくつかの具体化では、統合されたバッテリー820および装置2430は、薄いフィルムバッテリーと回路であり、それぞれ電気的な接続2322、2324、および2431を持つ。図８Ｇは図８Ｂの部分的に組立の装置の正面図を示す。
【００６７】
図８Ｃは、ワイヤ 2441, 2442, および 2443 により、統合されたバッテリー2320および共通端子2324を共有する装置2430に接続された、個別組立のチップ2440を配置しワイヤ接続した後の図８Ｂの基板の平面図に示します。 図８Ｈは図８Ｃの部分的に組立の装置の正面図を示す。
【００６８】
図８Ｄは、いくつかの具体化に使用したループアンテナ850を配置し接続した後の図８の基板810の平面図を示す。 図８Ｉは図８Ｄの部分的に組立の装置の正面図を示す。
【００６９】
図８Ｅは、チップのカプセル化層860が堆積された後の部分的組立の図８Ｄの最終の装置800の平面図を示す。いくつかの具体化では、装置800は、エンボス化、および/または、印刷物880、および/または、磁気的に読み込み可能なトスリップ870を含む。
【００７０】
図８Ｊは図８Ｅの装置800の断面の正面図を示す。図８Ｅから８Ｊの正面図は同一のスケールではない。いくつかの具体化では、装置800は、一般的なクレジットカードのサイズおよび厚さにほぼ等しい。また、いくつかの具体化では、磁気ストリップ870と浮き出し文字880も装置800で作られる。
【００７１】
図８Ｋは磁化ステーションでの図８Ｅの装置の斜視図を示す。示された具体化では、コイル890は、60Hzの磁場を発生させるためにハウス電流を用い、そして、コイル850と共に、そのコイル850に流れる電流を発生させるトランスを形成し、その電流は整流されてスイッチの閉を可能にする。スイッチが閉じられるとき、付属の回路はタスクを遂行する。そのようなシステムの１例の応用についてここで述べる。現在、磁化ステーションは、盗難防止回路を無効にするのに使用される。磁場は、小売店で購入者がリーダーを通って歩くときアンテナがアラームを可能にしないように、本質的に盗難防止装置の共鳴周波数アンテナを無効にする。発明のこの具体化では、盗難防止装置を無効するのに使用される磁場は、スイッチをイネーブルにし、次いで回路に給電する。いくつかの具体化では、回路は、購入する製品に関連する保証期間の開始をクロックマークすることを開始する。
【００７２】
図８Ｌは、図８Ｅの装置800の斜視図を示すが、光電池2650を更に含む。いくつかの具体化では、装置800は出荷ラベルの一部として作られる。その出荷ラベルは、剥ぎ取られる不透明な包装を含む。いったん剥ぎ取られると、光は、写真電圧セルに当たり、回路を動作させるためにスイッチを閉じる。いくつかの具体化では、その回路は、購入した製品に関連する保証期間の開始をクロックマークすることを始める。
【００７３】
図８Ｍは、無線波ステーション892での図８Ｅの装置の概要を示す。無線波ステーション892からの無線波は、アンテナ850によって収集され、そして、受信された無線波のパワーは、スイッチを閉じ、回路2440を実行するために使用される。いくつかの具体化では、回路は、購入した製品に関連する保証期間の初めをクロックマークすることを開始する。
【００７４】
上で説明されたものなどのソリッドステートの二次電池は、それらが動かすエレクトロニクスと直接に統合していることに特異な能力がある。図８Ｋに示されたような２つの部分の変圧器のコイルを１つとして使用されるために、薄い針金アンテナ/コイル850、および/または、キーレスエントリシステムで用いられるようなRF-実施技術のさらなる統合は、ソリッドステートの薄いフィルムバッテリー820り無線(大気を介した)による再充電を可能にする。RF I. D.タグで周知な技術を使用して、通信しているエネルギーは、D.C.電圧に変換されて、車の機能を実行するのに使用される。バッテリーがボード上に既に存在する場合では、D.C.電圧は、無線で車載バッテリーを再充電するのにパワーアップ再充電回路に使用されます。
【００７５】
ある必要性は、単一のプラットホームでエネルギー、ストレージ、およびエレクトロニクスの統合の利益を得る産業で存在する。
【００７６】
この発明は、エレクトロニクス、ソリッドステートのバッテリー、およびイベントで作動させられたスイッチを単一のプラットホームに統合するプラットホームを提供する。多くの例では、システムかプラットホームが非常に小さい形状因子を持つ。図９Ａから２０は、そのようなシステムかプラットホームの概要を示す。明細書の説明は以下に続く。
【００７７】
図９Ａと９Ｂは、バッテリー908、回路910、および起動作用スイッチ930を含むシステム900の回路図を示す。バッテリー908は、図１Ａ〜８Ｍに関して議論したように形成されるか、または形成されてもよい。通常、バッテリー908は、図１Ａ〜１Ｄに示した基板55のような基板で形成された薄いフィルムバッテリーである。代替手段として、回路910は、基板55上に形成され、そして、バッテリー908は、その回路910上に形成さてもよい。また、起動作用スイッチ930(以下で説明されるように加速、磁気、帯電などによって機能化されるMEMSスイッチなど)もバッテリー908および回路910を伴う基板上に形成される。図９Ａは、回路910、ソリッドステートのバッテリー908、およびイベント活性スイッチ930の形態でエレクトロニクスを統合するシステム900またはプラットホームを示し、そのイベント活性スイッチは、非活性にされるか、開である。図９Ｂは、ソリッドステートのバッテリーを回路かエレクトロニクス910と電気的に通信状態に置くことで、能動化される同じシステム900またはスイッチ930を示す。そして、サーキット910またはエレクトロニクスは、起動作用スイッチ930によって能動にされることに対応してあるタスクを実行するために給電される。
【００７８】
図９Ｃはバッテリー908、回路910、および起動作用スイッチ930を含むシステム900またはプラットホームを示す。図９Ｃに示されるように、バッテリー908、回路またはエレクトロニクス910、および起動作用回路930を含むプラットホーム900は、非活性化された状態にある。
【００７９】
図９Ｃと９Ｄに示されたプラットホーム900は、非活性化された状態もしくは、スイッチ又は起動作用スイッチ930(図示目的のために単に開として示す)を備える。また、プラットホームは、機能活動化型スイッチ930が閉にされた能動状態で示されることもできることに気付くべきである。メモリ912は示されるように、通常、不揮発性(NV)のメモリである。NVメモリはサーキット910が給電されるか、給電されていないという情報を格納する。言い換えれば、NVメモリ912とタイミング回路914を使用すると、バッテリー908が回路910を動かすことができる時間枠の間、メモリ912内に、あるイベントの回数を記録することが可能となる。例えば、いくつかの例では、ショックのイベントまたは、起動作用回路930が閉にされると、アクティブ状態にされる時間をメモリ912内に記録できる。そのタイミング回路914は、スイッチ930が能動にされる特定の活動が起きた日および時間または単に時間を記録するのに使用されるためのタイマを含む。
【００８０】
図９Ｄは、バッテリー908、回路910、および、開もしくは非活性化された位置の活動活性のスイッチ930を含んでいるさらに別のシステム900かプラットホームを示す。その回路910はメモリ912、タイマ914、およびマイクロプロセッサ916を含む。図９Ｄの特定の実施例では、起動作用スイッチ930は、能動にされることができ、そして、タイマ914は、能動化の日時をNVメモリ912内に記録することができる。いったん能動にされると、マイクロプロセッサ916は具体的な機能を実行するかもしれない。マイクロプロセッサ916は、極めて特殊で限定されたタスクを持つことができて、そしてマイクロコントローラは、特定のタスクを実行するように委ねられているので、マイクロコントローラと呼ばれるかもしれない。図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、および９Ｄのソリッドステートのバッテリー908は、１回使用のバッテリーであるかもしくは、繰り返して充電できるように形成されることに気付くべきである。バッテリー908は、光電池を使用し、プラットホームを光にさらすことで再充電できるか、または無線周波の周期的なバースト波を使用することで再充電されるか、またはいずれかの他の同様の手段により再充電されるかもしれない。二次電池の使用については、2001年3月23日に出願(出願番号 No. 09/815,884)されたタイトル名「バッテリーで操作された無線通信装置とメソッド」の出願で議論されており、これは、本出願の出願人と共有され、参考のためにここで取り込まれる。
【００８１】
図１０は、図９Ａから９Ｄで示された回路に対する操作方法のフローチャートを示す。図１０に示されるように、バッテリー908、回路910、および起動作用スイッチ930を含むプラットホームまたはシステム900は、参照番号1010で示されるように。初期には非活性化された状態にある。一般に非活性化された状態はスイッチ930が開位置にある時であることに注意されるべきである。しかしながら、非活性化された状態が、起動作用スイッチが閉位置にある時である場合もある。さらに、多くのスイッチ機構があり、そして、他のスイッチが活性である間、１つの特定のスイッチが非活性化されるかもしれない。非活性化された状態1010から、起動の動作1020が起こる。その起動動作は、一般に、起動活性スイッチ930を閉じて、バッテリーと、回路およびエレクトロニクス910間の電気通信を設定する。言い換えれば、起動作用スイッチは閉じ、そして、バッテリー908は、回路910に供給する。起動動作1020の後に、回路910かエレクトロニクス910が、作動するか、または操作1030に置かれる。操作1030は、タイミング回路914に応じて特定の時間にメモリ912にイベントを格納することを含むことができる(図９Ａから９Ｄに示す)。その上、マイクロプロセッサかマイクロコントローラ916(図９Ｄで示す)によって実行されるように、操作は特定のタスクを含むことができます。
【００８２】
図１１はこの発明の別の実施例を示す。バッテリー1110と起動作用スイッチ1130はこの特定の実施例に含まれる。言い換えれば、バッテリー1110は図１から８で示されたような薄にフィルムバッテリーであり、そして、起動作用スイッチ1130はバッテリー1110に取り付けられるかまたは、統合される。その起動作用スイッチ1130は、薄いフィルムバッテリーの一部として形成でき、より正確に言えば、基板55上のバッテリー1110に沿って形成できる。回路または他のエレクトロニクスは、基板55上にないが、後でコンタクト1141と1142に接続される。言い換えれば、共に基板55上にある、薄いフィルムのソリッドステートのバッテリー1110および起動作用スイッチ1130から隔てられたエレクトロニクスは、基板上にない、いずれかの形態のエレクトロニクスに接続される。
【００８３】
図１２Ａと１２Ｂは、図９Ａ−９Ｄと他の適当な装置の装置で使用することができる１つのタイプの起動作用スイッチを示す。図１２Ａと１２Ｂで示した起動作用スイッチはMEMS装置である。 図１２ＡはMEMSの起動作用スイッチ1230の平面図を示し、一方、図１２ＢはMEMSの起動作用スイッチは1230の正面図か端面図を示す。起動作用スイッチ1230はベース1201を含む。ベース1201には、第１の(長い)カンチレバーのビーム1210、第２の(中間の長さの)カンチレバーのビーム1212、および第３の(短い)カンチレバーのビーム1214が取り付けられる。第１のカンチレバーのビーム1210の端部には、ウエイトまたはウエイト端1211がある。同様に第２のカンチレバーのビーム1212の端部には、ウエイト端1213があり、そして、第３のカンチレバーのビーム1214の端部には、ウエイト端1215がある。また、それぞれのカンチレバーのビームの端は電気的なコンタクト材料を含む。そのカンチレバーのビームは、電気的パスまたは電気的トレースに沿って電気を伝えることができる。第１のカンチレバーのビーム1210は、コンタクトまたはパッドエリア1241で終端する電気的トレース1240を持つ。第２のカンチレバーのビーム1212は、電気的パッドまたは端部1243で終端する電気的トレース1242を含む。一方、第３のカンチレバーのビーム1214は、パッドまたは端部1245で終端する。そのカンチレバーのビーム1210,1212および1214はそれぞれが異なる長さを持つ。その結果、それぞれのビームを曲げるために必要な力は異なる。言い換えれば、ウエイト端を有する長いカンチレバーのビームは、カンチレバーのビーム1212を曲げて電気的パッド1222に接触させるために必要なショック負荷に比べ、より小さい力で曲がって電気的パッド1220に接触する。第３のカンチレバーのビーム1214は、カンチレバーのビーム1210、または1212のいずれよりも短い。その結果、カンチレバーのビーム1214がコンタクト1224と接触するには、そのカンチレバーのビーム1214の曲げにより大きいショック負荷または力を必要とする。その起動作用スイッチ1230(図１２Ａと１２Ｂで示す)は、基本的にそれが異なったレベルのショックで機能する３レベルスイッチである。この特定の起動作用スイッチ1230の他の実施例では、各々のカンチレバーのビームは同じ長さであり、そしてそのカンチレバーのビームの端部でのウエイトを変え、その結果、より重いウエイトはより小さいショック負荷で応答し、より軽いウエイトのビームはより大きいショックレベルのみに応答する。さらに熟考されるように、１本のカンチレバーのビームまたは複数のカンチレバーのビームがあってもよい。言い換えれば、この起動作用スイッチの発明は、必ずしも３片のカンチレバーのビーム構造に限定されるというわけではない。
【００８４】
図１３は起動作用スイッチ1330の別の具体化を示す。その起動作用スイッチ1330は実際にX-軸、Y-軸、およびZ-軸の起動のための別々のスイッチを含む。Z-軸のスイッチ1330Aは、それぞれ実質的に等しい長さおよびウエイト端を1311、1313、および1315を持っている３本のカンチレバーのビームを含むMEMS装置である。それぞれの端部1311、1313、および1315のウエイトは実質的に同じである。しかしながら、各々のカンチレバーのビーム1310,1312および1314の本体または幅が変化しており、その結果、第１のカンチレバーのビーム1310の幅は僅かであり、そして最後のカンチレバーのビーム1314の幅は、カンチレバーのビーム1312の幅より大きく、そのカンチレバーのビーム1312の幅は、ビーム1310の幅とビーム1341の幅との中間である。このように、同じサイズのウエイトであっても、アームまたはカンチレバーのビーム1310、1312および1314に異なるショック負荷に応答する。カンチレバーのビームの端部は、パッド1320、1322、および1324と電気的なコンタクトを形成する。それぞれのビームは、それぞれのスイッチがショック負荷のためイネーブルにされるとき、スタティックメモリ内にイベントの時間を格納することができるように、電気的なトレーを持つ。
【００８５】
以前言及したように、1330AはZ-軸のための起動作用スイッチを示す。また、システム、プラットホームまたは起動作用スイッチ1330は、X方向へのスイッチ1330B、およびY方向へのスイッチ1330Cを含む。それぞれのこれらのスイッチは同様であり、したがって、簡略化のためにスイッチ1330Bの１つのみを説明する。また、起動作用スイッチ1330Bは、１セットのカンチレバーのアーム1310'、1312'、および1314'を含む。他方、カンチレバーのビーム1310の端部にはウエイト1311'があり、カンチレバーのビーム1312'の端部にはウエイト1313'があり、そして、カンチレバーのビーム1314'の端部にはウエイト1315'がある。１セットのコンタクトは、起動作用スイッチ1330Bのベースに付けられる。スイッチ1320は、第１のカンチレバーのビーム1310'の端部1311'に接触して位置する。同様に、コンタクト1322'は、第２のカンチレバーのビーム1312'の端部1313'を受け取ると、接触するように位置する。さらに、コンタクト1324'は、カンチレバーのビーム1314'の端部1315'を受け取るために位置する。スイッチのそれぞれが異なるショック負荷のレベルで、または異なるショック負荷のレベルの近傍で活性化するように、起動作用スイッチ1330Bが設計される。したがって、カンチレバーのアーム1310'、1312'と、1314'は、より実質的に製作できるか、端部のウエイトを変更できるか、または異なったショック負荷で作用する種々のスイッチ位置を形成するために、長さを変えることができる。起動作用スイッチ1330Bは、図中のMEMS装置1330Aとわずかに異なった変形である。また、スイッチ1330BはMEMS装置である。同様のスイッチ1330Cは、ショック負荷をY方向に検出するために位置決めされる。X、Y、およびZ-軸のショック負荷で起動されるスイッチは、ある軸で起こるショックが非検出されるのを防ぐためのものであることに気付くべきである。ショック負荷の様々なコンポーネントがX軸、Y軸、およびZ軸で検知されることに気付くべきである。
【００８６】
図２０はバッテリー2008、回路2010、および起動作用スイッチ2030を含んでいるシステム2000の別の具体化を示す。バッテリー2008、回路2010、および起動作用スイッチ2030は基板2001に位置する。その基板は粘着層56を含む。 背面材156は粘着層56をカバーする。背面材156は、いくつかの具体化では、粘着性の56を露出するために取り外すことができる除去可能な剥ぎ取り紙かプラスチックフィルムである。起動作用スイッチ2030は、第１のカンチレバーのバー2031および第２のカンチレバーのバー2032を含む。第１のカンチレバーのバー2031は、第１のコンタクト2033、第２のコンタクト2034および第３のコンタクト2035の間に位置する。コンタクト2033と2034は、Lの形をしていて、実質的にカンチレバーのアーム2031の一部を含む基板と平行な面に位置決めされた部分を含む。したがって、基板の面でのXかY方向のどちらかへの選択されたレベルにある加速度は、カンチレバーのアーム2031を、電気的コンタクト2033か電気的コンタククト2034のどちらかに接触させる。電気的なコンタクト2035は、カンチレバーのアームの下に位置するか、カンチレバーのアーム2031の端部と平行な面内に位置する。 Z方向への加速度は、アーム2031を、コンタクト2035に接触させるか、接続させる。ビームが初期の加速後に別の方向に伝わるとき、ビームをコンタクト2035から向きをそらす加速度は、さらにコンタクト2035に接続する。言い換えれば、ビーム2031は、電気的接続を作るために接触2035をパシッと叩く。
【００８７】
カンチレバーのビーム2032は、コンタクト2036と別のコンタクト2037の間に置かれる。そのコンタクト2036と2037は、Lの形をしていて、そして、基板2001の面と実質的に平行な面に位置する部分を含む。カンチレバーのビーム2032の端も同じ面内にある。いくつかの具体化では、カンチレバーのアーム2031と2032は、ある面での選択された加速レベルが様々なコンタクトとの電気的な接触または接続をもたらすように、等しく形成される。他の具体化では、カンチレバーのビーム2031、およびカンチレバーのビーム2032は、加速度に対して異なった応答の特性を持つように形成され、その結果、カンチレバーのビームのコンタクト要素2031、2032の１つは、カンチレバーのビームのコンタクト要素の他方より敏感であるかもしれない。カンチレバーのビームのコンタクト要素2031、2032の１つがそのビーム要素に関連するコンタクト要素に接触するか電気的な接続を形成する時、バッテリーは回路に給電する。回路2010は具体的な１つの機能か複数の機能を実行する。 
【００８８】
稼働時、そのような１つのスイッチか複数スイッチは、ショック負荷を検出して、それらの時間を記録するのに使用されるかもしれない。例えば、そのようなスイッチまたは起動作用スイッチ1330、1230、2030の１セットは、いくつかの出荷状況で役に立つ。起動作用スイッチのより多くの応答部の１つを初期に起動させるために、荷主は、ショック負荷の非常に低いしきい値を持つ起動作用スイッチを含む。言い換えれば、荷主は、棚からパッケージを取る時に、起動するスイッチ(極めて低いショック負荷で起動する)を持つようにしてもよい。棚は非常に低い衝撃荷重によって動かされるであろう)。次に、この起動はタイマかタイミング回路914で検知され、次に、メモリ912に置くことができる。出荷の間、または出荷後の別の時間に、パッケージが落とされたか、激しいショック負荷を受けたなら、カンチレバーのビームの別のものにおいて、それのコンタクトポイントで接触するようになる。言い換えれば、大きいショックの発生は、より短いか、それほど敏感でないビームの１つによって検知されるであろう。別の方法で言い換えれば、大きいショック負荷の場合、少なくとも２本のビームがそれぞれのコンタクトと接触するか、起動作用スイッチの３つすべてが接触する可能性がある。この時は、検知され、そして、だれが出荷される壊れた製品の代金を支払うかを決定され得るかもしれない。言い換えれば、荷主がパッケージの所持しいてた時間枠の間に製品を出荷するなら、荷主は支払うべきである。それが届けられたのを示すことができるなら、消費者が損傷した製品の代金を支払うべきか、またはメーカーや荷主が、製品への損害を償う必要はないはずである。
【００８９】
ショック負荷に対するこの特定の起動作用スイッチの別の使用例は、保証の期間の開始時間をマークするようにしてもよい。例えば、ショック負荷で起動されるスイッチの１つが、パッケージと出荷時点で極めて敏感であるなら、保証か他の時間枠の開始を示すスイッチの起動に基づいて時計かタイマを始動することができる。後で、消費者が保証使用を求めたとき、その要件は製品と共にパッケージを返すということであるかもしれない。保証の時間をチェックすることができる。これは、消費者が、別の製品を注文して、保証下の新しい製品を返却することを防止する。
【００９０】
いくつかの具体化では、ショック負荷で起動するスイッチ1330、1230または2030を含むシステムは、製品に直接取り付けることができるか、製品のパッケージに直接取り付けできる、剥ぎ取りラベルまたは出荷用ラベル内に含まれることができる。図１４Ａと１４Ｂ(スイッチは不図示)は、1230、1330、または2030などのようなショック負荷で起動されるスイッチを含むシステを用いる二つの特定のラベルを示す。また、ショック負荷で起動されるスイッチ230, 1330, and 2030 は、加速度計と呼ばれるかもしれない。バッテリー、薄いフィルムのソリッドステートのバッテリー、加速度計またはエレクトロニクス910(図の９Ａと９Ｂで示す)は、図１４Ａで示した出荷ラベルか図１４Ｂで示した製品ラベルなどのラベルの一部として形成できる。それぞれのラベルは、プラットホームか、薄いフィルムのソリッドステートのバッテリー908(図９Ａと９Ｂで示す)、回路910(図9Ａと９Ｂで示す)および起動作用スイッチ930(図９Ａと９Ｂで示す)を含む1410、1410'を含む。
【００９１】
いくつかの実施例で備えられたように、図１５は、プラットホームかシステム1520を含む。図１５は、バッテリー908、回路910、および、スイッチ1230か1330か2030(図１５では不図示)のような起動作用スイッチ930(図９Ａと９Ｂで示す)を含む砲丸または他の法令を示す。図１５は砲丸または法令1510を含む。弾丸か砲丸の中に収容されるのは、バッテリー908、回路910(図９Ａと９Ｂで示す)、および、起動作用スイッチまたは加速度計1230か、1330か、2030(図１５では不図示)を含むシステム又はプラットホームである。回路910は、マイクロプロセッサかマイクロコントローラ916(図９Ａと９Ｂで示す)を含むかもしれない。弾丸か砲丸1510は、参照番号1512を持つのが示されたものなどの１つのフィンか複数のフィンを含む。そのフィン1515は制御可能である。弾丸1510が撃たれるか、または加速されるとき、起動作用スイッチはシステム1520を非活性化された状態から活性状態に持って行く。砲丸をターゲットら１つのフィンか複数のフィン1512は、その後、システム1520の中のマイクロプロセッサに向けるために、マイクロコントローラにより制御できる。バッテリー908と起動作用スイッチ930に取り付けた回路またはエレクトロニクス910が追加センサ1530を含むかもしれない。例えば、センサ1530は、熱を検出するための赤外線センサか、光を検出するための光起電性のユニットか、目標の別の特性を検出するためのある他のセンサであるかもしれない。システム1520を持っている弾丸か砲丸1510は、ライフル銃か手の銃から発火された弾丸を含む非常に小さいサイズか、または銃から放たれた非常に大きいサイズのものである。
【００９２】
図１６Ａは磁力によって起動される起動作用スイッチ1630の平面図を示す。図１６Ｂは磁力によって起動されるスイッチの別の実施例を示す。また、スイッチ1630かスイッチ1630'は、一連のカンチレバーのビーム1610、1612、1614があるMEMS装置である。そのMEMS装置は、磁場に敏感な常磁性端がある。ビーム1610、1612、1614は、異なった横断面の幅を持ち、特定強度の磁場に異なって反応する。図１６Ｂで示された磁気スイッチは、カンチレバーのビーム1610'、1612'、および1614'を含む。これらのカンチレバーのビームまたはアームも、異なる磁場に応答する。そのアーム1610、1612、1614は、電気的コンタクト1620、1622、および1624に接触する。一旦、アーム1610、1612、1614、1610'、1612'、または1614'の１つが、電場内の電気的コンタクト1620、1622、1624、1620'、1622'、または1624'に接触すると、図９Ｂに示されるように、それの下のバッテリーは回路910に接続される。この特定の起動作用スイッチ1630、1630'は、保証期間を開始するために、または保証期間の開始を記録するために役に立つ。消費者が小売店のときに品物を買うとき、例えば、しばしば、磁気装置は、盗難防止メカニズムを取り外すのに使用される。磁気装置は盗難防止装置を非活性化する磁場を生成する。図１６Ａか１６Ｂに示されたアーム1610、1612、1614、1610'、1612'、または1614'の１つ以上を動かすために、同じ磁場を使用することができる。したがって、保証時間を活性化するか、または開始するために、盗難防止装置を非活性化するのに使用される同じ磁場は使用することができる。別の潜在的な使用は、購入され、盗難防止装置が磁力によって非活性化されるパッケージ内のアイテムか装置は、磁気検出器1630、1630'が、購入された製品またはアイテムの自己診断のトリガーとなるということである。後日の検索のために、スタティックRAMかスタティックメモリ912の中に、自己診断の結果と時間を記録することができる(図９のように)。したがって、購買箇所では、装置が自己診断に合格し、これがその後の保証ワークに使用することができることに気付くべきである。
【００９３】
図１７は起動作用スイッチ930の別の具体化である。図１７は圧力検知スイッチ1730の概略を示す。圧力検知スイッチ1730は、第１の細長い電気的コンタクト1710と第２の細長い電気的コンタクト1712を含む。第１の電気的コンタクト1710は、第２の電気的コンタクト1712から切り離されている。圧力検知スイッチ1730は、図１４Ａか１４Ｂで示されたラベルなどのラベル内に置くことができる。ラベルは剥ぎ取りのバック材が備えられ、そして、メインラベルの可撓性および湾曲を要求するバック材を剥ぎ取る単なる行為は、圧力検知スイッチ1730の第１のコンタクト1710が第２のコンタクト1712に接触させる。また、圧力検知である起動作用スイッチは、出荷用のアプリケーションまたは保証仕事に使用することができる。起動作用スイッチ1230と1330に関してこれらのアプリケーションに関する例について議論する。
【００９４】
図１８はいくつかの具体化の湿気起動作用スイッチ1830における概要を示す。湿気起動のスイッチ1830は、第１の傾斜面1801および第２の傾斜面1802を含む。第１の電気的コンタクト1810は、第１の傾斜面1801に取り付けられ、関連づけられる。そして第２の電気的コンタクト1812は、第２の傾斜面1802に取り付けられ、関連づけられる。湿気が遭遇するか、または発生すると、傾斜面は最も低い可能なポイント(湿気起動スイッチ1830が位置する)に湿気を移動させ、その結果、重力は、傾斜面1801、1802で最も低い可能なポイントに湿気を移動させる。湿気が最も低い可能なポイントに移動したとき、湿気は貯水池1820の中に集まる。貯水池1820内の湿気が、第１の電気的コンタクト1810と第２の電気的コンタクト1812間のギャップをブリッジするまで、貯水池1820は湿気で満たす。したがって、その領域に受け取られる雨でスイッチを起動させることができ、または装置が湿気やぬれた環境の中に潜水した時に起動させることができる。十分な湿気がそのようなスイッチ1830を閉じるか電気的接触を与えた時に、スイッチは、バッテリー908を回路やエレクトロニクス910(図９Ａと９Ｂを参照)に接続することができる。
【００９５】
起動作用スイッチの他のアプリケーションもは熟考される。熱起動作用スイッチ930はいくつかの具体化で使用される。構造はビル内のスプリンクラー装置に必要である構造と同様である。この特定の実施例では、熱起動作用スイッチは、バッテリー908を回路910かエレクトロニクス910と接続状態にする。アプリケーションはスプリンクラー装置で使用される例であろう。それにより、イネーブルにされた後、スプリンクラーは、煙がもう検出されなくなったとき、または部屋内の温度はあるしきい値以下に下降した時に、ディセーブルにされる。
【００９６】
起動作用スイッチ930のもう１つの使用例は、テストパイロット用に飛行機の射出座席に起動作用タイプのスイッチ1230、1330を使用することであろう。テストパイロットは非常に高い高度で何回も飛行機を操縦しており、射出がこれらの高い高度の１つで必要であるなら、席の中のパイロットは彼らが乗り切ることができるくらいの酸素を持っている高度にいるまで、パラシュートが開かないことが必要である。言い換えれば、高い高度での飛行および座席の射出の装備が必要であるなら、パイロットが乗り切ることができるくらいの酸素があるところまで高度を降下することが生命の救済にも有利となる。そのような高度は、10-15,000フィート、または、多分、いかなる他に選択された範囲であるかもしれない。したがって、起動作用スイッチ1230、1330は高度計を含んでいるエレクトロニクスかサーキット910を動作させるであろう。そのエレクトロニクスは、射出座席に取り付けられたパラシュートをいつ展開するかを決定することを読む高度計を使用するであろう。これは、高い高度で脱出しなければならないパイロットのための生存のより十分な見込みを提供するであろう。
【００９７】
図１９はRF起動スイッチを示す。RF信号が起動作用スイッチ930、1930を起動した後に、その他のアプリケーションが利用可能であることが熟考される。 図２０は上で説明した。
【００９８】
図２１Ａは、ワイヤレスのタグシステム2100の実施例を示す。そのシステムは、無線周波識別(RFID)装置2170とRFID装置と通信するための遠隔RF装置2160を含む。そのRFID装置2170は、フレキシブルな基板2110上に配置されたバッテリー2120、バッテリー2120上に位置し、そのバッテリー2120がパワーを電子回路2130に供給するために、そのバッテリー2120と結合された電子回路2130、2140がバッテリー2120上に配置され、電子回路2130と結合したRFアンテナ、および、バッテリー2120および電子回路2130の反対側にあるフレキシブル基板の側部に配置された粘着性の層2150を含む。示された具体化では、配線2131は、電子回路2130をバッテリー2120とアンテナ2140につなげる。別の具体化では、配線とコンタクトの層は、電子回路2130をバッテリー2120に結合するために、バッテリー2120と電子回路2130の間に配置される。いくつかの具体化では、電子回路は層としてRFID装置上に形成される。他の具体化では、電子回路は、堆積された層上に取り付けられ、かつ、配線層によってバッテリーに接続された前形成された(すなわち、プレビルトの)集積回路を含む。
【００９９】
図２１Ｂで示されたようなシステム2100の別の具体化では、RFアンテナ2140は、フレキシブルな基板2110上に堆積される。
【０１００】
図２１Ｃで示されたようなシステム2100の別の具体化では、 RFアンテナ2140はフレキシブルな基板2110上に堆積され、電子回路2130はフレキシブルな基板2110上のバッテリー2120に隣接して配置され、そして、粘着性の層2150は、バッテリー2120と電子回路2130の反対側にあるフレキシブルな基板の側に堆積される。
【０１０１】
図２１Ｄで示されたようなシステム2100の別の具体化では、電子回路2130はフレキシブルな基板2110上のバッテリー2120に隣接して配置され、それにより、一様に基板を形成して、粘着層 2150'が、バッテリー2120および電子回路2130により形成された一様な表面上に堆積されことを可能にするか、または、粘着層 2150'がフレキシブルな基板2110上に形成されることを可能にする。
【０１０２】
図２１Ｅで示されたようなシステム2100の別の具体化では、バッテリー2120はフレキシブルな基板2110の第１の側に堆積され、そして、粘着層2150''が電子回路2130上に堆積されるか、バッテリー2120上に堆積されることを可能にするために、電子回路2130とRFアンテナ2140はフレキシブルな基板2110の反対側に置かれる。
【０１０３】
図２１Ｆは、フレキシブルな基板2110上に位置する粘着層2150の１つの具体化を示す。粘着層2150は、リリース可能なタイプの粘着層か、永久的な粘着層を含むいずれのタイプの粘着層であってもよいことに気づくべきである。いくつかの具体化では、剥ぎ取り可能な紙(リリースペーパーとも言う)またはプラスチック層2152により覆われた剥ぎ取りステッィクのタイプの粘着層である。いくつかの具体化では、粘着層2150は、基板2110の表面全体をカバーし、一方、他の具体化では、粘着層2150は、基板表面2110の一部のみをカバーする。いくつかの具体化では、粘着層2150はバッテリー2120のすべてか一部をカバーする。いくつかの具体化では、粘着層2150は電子回路のすべてか一部をカバーする。いくつかの具体化では、粘着層2150は、バッテリー2120に隣接して電子回路2130を堆積することによって形成された一様な表面のすべてか部分をカバーする。
【０１０４】
図２２はバッテリー2220の具体化を示す。コンタクトフィルム2257が形成される基板2210を提供する。コンタクトフィルム2257は、電流コレクタとして機能し、そしてリード2258に接続され、いくつかの具体化では、それは、バッテリー2220の１つの極を外部の回路に接続する。いくつかの具体化では、電子回路2130(図２１Ａ−２１Ｅで示す)は、その電子回路が形成される時にバッテリー2220に取り付けられる。他の具体化では、電子回路2130は、バッテリー2220から隔てられ、例えば、電子回路か形成される時に、バッテリー2220に取り付けられない。 電極フィルム2259はコンタクトフィルム2257上に形成される。いくつかの具体化では、電極フィルム2259は、フィルム間のインタフェースの領域を最大にすることによって抵抗を最小にするために、実質的にコンタクトフィルム2257の表面を覆っている。いくつかの具体化では、電極フィルム2259は薄いフィルムバッテリー2220のためのカソードである。電解質フィルム2261は電極フィルム2259上に形成される。電極フィルム2263は電解質フィルム2261上に形成されたアノードである。電解質フィルム2261は電極フィルム2263から電極フィルム2259を分離する。コンタクトフィルム2265は電極フィルム2263上に形成される。コンタクトフィルム2265は、電流コレクタとして機能し、そしてリード2267に接続され、そのリードはバッテリー2220の１極を外部回路に接続する。いくつかの具体化では、コンタクトフィルム2265は、これらのフィルム間のインタフェースのエリアを最大にして抵抗を最小にするために、実質的に電極フィルム2263の表面を覆う。いくつかの具体化では、電極フィルム2263は薄いフィルムバッテリーのためのアノードである。
【０１０５】
１つの具体化では、電解質フィルム2261はLiPONを含む。この場所に使用されるように、LiPONは一般に、リチウムリン窒化酸化物の材料に関係する。１つの例はLi3PO4Nである。他の例は、電解質を通過するリチウムイオンの移動性を増加させるように、窒素のより高い比率を取り入れる。
【０１０６】
ソリッドステートのバッテリー2220を作るための方法は上で説明した。
【０１０７】
いくつかの具体化では、ソリッドステートのバッテリー2220は５または６つのステージで形成される。第１のステージは、70Vおよび2Aで4分間にわたり、5sccmの速度でイオン銃に流れるアルゴンの雰囲気中でMk II Ion Gunシステムを使用して基板のプレ清掃で開始される。ニッケルの2500Aカソード金属層は、次に200mAおよび6500Vを使用する電子ビーム銃でニッケルを堆積させることによって、基板2210上に形成される。第２のステージは、12mT圧のアルゴン下で、250Wのパワーで1分間に対し、ニッケルカソードのコレクタのスパッタ・エッチングで開始する。続いて、15mT圧で80%の酸素と20%のアルゴンの雰囲気中で、1200Wのパワーで５分間、ターゲットの酸化がなされる。カソード層2259は、15mTの圧力で80%の酸素と20%のアルゴンの雰囲気中で、1200WのパワーでLiCoO2が60分堆積されることにより、カソード金属層上に形成される。第３のステージは、5mTの圧力の窒素内で750Wのパワーで5分、ターゲットの酸化で開始される。そして、電解質層2261は、5mT圧での窒素の40sccmの雰囲気中で750Wのパワーで57分間、Li3PO4の堆積により形成される。そして、他の具体化では、アノードの堆積ステージは、アノードを堆積するために実行される。第４のステージは、70Vおよび2Aで４分間にわたり、5sccmの速度でイオン銃に流れるアルゴンの雰囲気中でMk II Ion Gunシステムを使用して先に形成した層のプレ清掃で開始される。銅の2500Aアノード金属層は、次に150mAおよび7600Vを使用する電子ビーム銃で銅を堆積させることによって、電解層上に形成される。第５のステージは、70Vおよび2Aで4分間にわたり、5sccmの速度でイオン銃に流れるアルゴンの雰囲気中でMk II Ion Gunシステムを使用して先に形成した層のプレ清掃で開始される。SiNの5000A不動態化層は、次に150mAおよび7600Vを使用する電子ビーム銃で形成される。同時に、90V、2AでMk II Ion Gunシステムおよび、そこを流れる窒素の18sccmのガスを用いて、成長しているフィルムに衝突させる。
【０１０８】
図２３Ａは、バッテリー2320、電子回路2330、RFアンテナ2340、およびRF起動作用スイッチ2350を含んでいるRFID装置2300の回路図を示す。バッテリーは、図２１Ａ−２１Ｆおよび図２２で示されるように、基板2110上に形成される典型的な薄いフィルムバッテリーである。その回路、基板2110上のバッテリー2320に組み込まれ、取り付けられてもよい。代替として、電子回路2330は、電子回路2330上で形成した基板2110とバッテリー2320上にに形成されるか、または置かれてもよい。また、RF起動作用スイッチ2350は、バッテリー2320と電子回路2330に伴う基板上に形成される。RFアンテナ2340によって受け取られたRFエネルギーは、検出され、そして、アンプ回路ト2352はイベントの発生を取り込む。スイッチ2354は閉じられ、電子回路2330へバッテリーパワーを結合して動作させる。電子回路2330は、ソリッドステートメモリ2334や、タイミング回路2336や、マイクロプロセッサ2332などの付加装置を含む。通常、示されたようなメモリ2334は、不非揮発性のメモリである。不揮発性のメモリは、電子回路2330が給電されるか、否かの情報を格納する。言い換えれば、不揮発性のメモリ2334とタイミング回路2336を使用すると、バッテリー2320が電子回路2330を動かすことができる時間枠の間、メモリ2334内に、あるイベントの回数を記録することは可能である。例えば、ある場合に、RF起動回路2350が閉にされるか、アクティブな状態に置かれた時間をメモリ2334内に記録することができる。RF関連の発生がスイッチを起動させた日と時間または単に時間を記録するために、タイマを含んでいるタイミング回路2336は使用することができる。電子回路2330がいったんアクティブになると、マイクロプロセッサ2332は具体的な機能を実行するかもしれない。マイクロプロセッサ2332は、非常に特定の、そして、限られたタスクを持つことができ、従って、特定のタスクを実行するように委ねられたマイクロコントローラと呼ばれるかもしれない。
【０１０９】
図２３ＢはRFID装置2301の別の具体化の回路図を示す。RFエネルギーは、RFアンテナ2340で受け取られ、そしてアンプ回路2352が検出する。これはフリップフロップを2356を設定し、低パワーモードから活性モードへ電子回路2330を起動する。 低パワーモードに再入するために、低パワー信号2357はフリップフロップ2356をリセットする。いったん起動されると、装置は図２３Ａで議論したように作動する。
【０１１０】
図２３Ａと２３Ｂで示されたソリッドステートのバッテリー2320は、単に１回使用のバッテリーか、再充電可能に形成されることに気付くべきである。バッテリー2320は、光電池(基板の表面に任意に形成されるか、または堆積される)を使用し、そして光にプラットホームをさらしながら再充電することができるか、または無線周波数の周期的なバーストを使用することで再充電されるか、またはいずれかの他の同様の手段でもあるかもしれない。二次電池の使用については、2001年3月23日に出願された米国特許出願(出願番号 09/815,884)の「バッテリーで操作される無線通信装置と方法」および、2003年1月2日に出願された米国特許出願(出願番号 10/336,620)の「ソリッドステートの起動作用のバッテリー装置と方法」に開示されており、これらは本出願の出願人に共有されており、参考のためにここで取り込む。
【０１１１】
ある必要性は単一のプラットホームでエネルギー、格納、およびエレクトロニクスの統合の利益を得る産業の中に存在する。
【０１１２】
この発明は、エレクトロニクス(RFエレクトロニクスを含む)およびソリッドステートのバッテリーを単一の装置を統合する装置を提供する。多くの例は、システムかプラットホームは、非常に小さい形状因子を持つ。図２１Ａから２４Ｂは、そのようなシステムかプラットホームの模範的サンプルを示す。特定の実施例は以下に述べる。
【０１１３】
この特定のRFID装置の１つの使用例は、保証期間の開始時間をマークする。例えば、RFID装置が製品に取り付けられるなら、製品を購入するとき、RFエネルギーは装置をアクティブにし、そして、補償時間またはフレームの開始をマークするためにクロックがスタートされる。代わりに、RFエネルギーは、装置に永久に収納されるタイムスタンプを送る。これは、保証期間が開始した時に関する非常に厳密な近接か非常に厳密な近似を考慮する。消費者が保証中にある製品を返したがっていたとき、後で、保証の要求は、製品と共にパッケージかラベルを返すということであるかもしれない。保証の時間はその後にチェックされる。これによって、消費者は、保証の期間に別の製品を注文して、新製品としてそれを返すことができないであろう。いくつかの具体化では、RF起動スイッチを含むシステムは、製品に直接に、または製品のためのパッケージに直接に取り付けられる剥ぎ取りラベルまたは出荷用のラベルに含まれることが出来る。図２４Ａと２４Ｂは、RF起動スイッチ2350を含むシステムを使用するラベルを用いた二つの具体化を示す。薄いフィルムのソリッドステートのバッテリー2320、RF起動スイッチ2350、および電子回路2330を含んでいるシステムは、いくつかの具体化にて、図２４Ａで示した出荷用または郵便用のラベル、または図２４Ｂで示された製品のラベルのようなラベルの一部として形成される。それぞれのラベルは、薄いフィルムのソリッドステートのバッテリー2320、電子回路2330、およびRF起動スイッチ2350を含んでいるプラットホームかシステム2410、2410'を含む。
【０１１４】
別の例は、出荷およびイベントに関連した郵送の時間を検出して登録するために、ラベル2410(図２４Ａを参照)を郵送するか出荷する際に、RFID装置を使用することである。RF送信装置は、出荷持続時間の開始を検出して、登録するために、RF起動スイッチ2350とスタートタイミング回路2336を起動させるであろう。この特定のRFID装置の別の例か使用は、プリントされたラベル上の情報に対するバックアップか補足としての使用を含む。印刷情報が損失でもう読み込み可能でないか、または入手できなくなるなら、促された時、RFID装置は格納された情報をRF受信装置に伝えるかもしれない。
【０１１５】
別の例は、特性にタグ付けをして、追跡するために、製品ラベル2410'(図２４Ｂを参照)内のRFID装置を使用することである。遠隔のRF送信および受信装置は、倉庫、出荷および受取りエリア内の様々なステーションに置くことができる。遠隔のRF装置は、次に、パッケージがステーションを通過した時に、検出して、登録する。また、別の例では、RFID装置も、携帯用のRF送信および受信装置で、特性の場所を見つけるために使用される。いくつかの具体化では、遠隔のRF装置は、特定のRFID装置のために査問コードを伝える。査問からのRFエネルギーは、RFID装置をアクティブし、そして、そのRFID装置は、査問コードを解析し、そしてRFID認識コードを送信することで応答し、それにより、特定のRFID装置の存在を遠隔のRF装置に示す。
【０１１６】
別の例は、電気泳動などの方法でドラッグを提供するためにスキンに付着したドラッグパッチを使用する薬物療法システムでRFID装置を使用することである。薄いフィルムのソリッドステートのバッテリーの使用は、電子回路が電気泳動的の装置で使用されるのを許容し、一方、患者の衣服を妨げないように少ない装置プロフィールを維持する。この例では、RFID装置はドラッグ貯水池を含むドラッグパッチに取り付けられる。電子回路2330は、ドラッグの大きい丸薬の配送を始めるために装置を動かす。マイクロプロセッサ2332は、いつ装置を起動させたか、いつドラッグの大きい丸薬を届けたか、そして、いくつの大きい丸薬を届けなどだったかなどの情報をメモリ2334に格納する。タイミング回路2336は、サーキットを調節して、患者か介護人が、あまりにも頻繁に投与量を管理することを防ぐために任意に使用される。介護人は、RFエネルギーを送信して、ドラッグの大きい丸薬の配送を開始するために、または、RFID装置について査問して、ドラッグの履歴を決定するために、任意に遠隔RF装置を使用する。いくつかの具体化では、RF装置がRF起動スイッチを起動したとき、RFID装置はアクティブにされる。他の具体化では、装置のRFID部分が装置のドラッグ貯水池の部分に取り付けられているとき、RFID装置はスイッチがアクティブにされる。
【０１１７】
図２５ＡはRFID装置を使用する方法2500の１つの具体化を示す。その方法2500は、マルチビット識別子の値およびフレキシブルな基板に堆積された薄いフィルムバッテリーを含む剥ぎ取って貼り付けるフレキシブルなRFID装置2100を供給し(2510)、RFID装置2100を物品に圧力付着し(2520)、RFID装置にてRFエネルギーを受けとり(2530)、そして回路をアクティブにするために、RFエネルギーの受信に基づき、バッテリーパワーをRFID装置2170(図２１Ａに示す)に結合する(2540)ことを含み、そのアクティブ化は、RFID装置2170のマルチビット識別子に基づく識別子(ID)値を送ることを含む、RFID2170内のタスクを開始する(2550)。
【０１１８】
図２５Ｂで示されるような別の具体化では、タスクは、起動する開始時間をRFID装置2170に格納することである(2551)。図２５Ｃで示されるような別の具体化では、タスクは、2552RFID装置2170での自己チェックを実行し(2552)、そして、自己チェックの結果を格納する(2553)ことである。図２５Ｄで示されるような別の具体化では、RFID装置2170は、遠隔RF送信機装置2160から査問コードを受け取り(2554)、そして、査問コードの解析を実行し(2555)、そして、査問コードの解析に基づき、ID値を遠隔RF受信装置2160に送信する。別の具体化では、遠隔装置から査問コードを受信することで、RFID装置2170にイベントのタイムスタンプを格納する(2557)。図２５Ｅで示されるような別の具体化では、RFID装置2170は、出荷のイベントをマークするために第１のタイムスタンプを格納し(2557)、そして、受信のイベントをマークするために第２のタイムスタンプを格納する(2558)。
【０１１９】
図２６Ａに示された別の方法は、RFID装置2170を形成することを含む。その方法2600の１つの具体化は、フレキシブルな基板を与え(2610)、アノード、カソードおよびアノードとカソードを分離する電解液を含むバッテリーを堆積し(2620)、配線層を堆積し(2630)、バッテリーに接続される電子回路をバッテリー上に配置し(2640)、剥ぎ取って貼り付けるアプリケーションを可能にするために、感圧性粘着層を堆積し(2650)、そしてRFID装置を覆う(2660)。いくつかの具体化は、図２６で示された順にこれらのプロセスを実行することを含み、他の実施例は、１つの操作として１つ以上のプロセスを結合し、または、異なる順でプロセスを実行し、異なる順の層を持つことになる。1つの具体化は、(i) カバー、(ii)電子回路、(iii)配線層、(iv)バッテリー、(v) 基板、および(vi)感圧粘着剤として、RFID装置の要素をアレンジすることを含む。別の具体化では、方法2600は、プリントされたラベルをRFID装置の上に形成することを含む(2670)。
【０１２０】
図２６Ｂで示されるような別の具体化では、およそ50eVからおよそ95eVの間のイオンアシストエネルギーを用いて、バッテリーは基板上に堆積される。
【０１２１】
他の具体化では、バッテリーは、70eVから90eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、65eVから70eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、70eVから75eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、75eVから80eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、80eVから85eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、85eVから90eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、90eVから95eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、65eVから95eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、65eVから85eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、65eVから75eVの間のイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、上の範囲の一方または両端の値に近似する。他の具体化では、バッテリーは、およそ65eVのイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。他の具体化では、バッテリーは、およそ70eVのイオンアシストエネルギーを使用することで基板上に堆積される。
【０１２２】
いくつかの具体化では、フレキシブルな基板に堆積されたバッテリーは二次電池である。
【０１２３】
この発明の別の態様は、剥ぎ取って貼り付けるフレキシブルなバッテリー動作の装置を提供する。図２１Ａ−２１Ｆで示されたようないくつかの実施例は、フレキシブルな基板2110、フレキシブルな基板2110上に堆積された薄いフィルムバッテリー2120、バッテリー2120上に堆積され、給電されるためにバッテリー2120に結合された電子回路、電子回路2130に結合された無線周波(RF)アンテナ2104を備える。他の具体化では、層の順は図２６で示されたそれと異なり、 例えば、電子回路は、いくつかの具体化では、バッテリー層の近傍かその下の基板に置かれる。
【０１２４】
装置の別の具体化では、電子回路2130は、電気的に電子回路2130を起動するRFイネーブルスイッチを含む。別の具体化では、RFイネーブルスイッチはMEMS装置を含む。別の具体化に、装置のRFアンテナ2140は基板2110に統合される。別の具体化では、装置のバッテリー2120は二次電池である。図２７で示されるようにRFID装置を形成する１つの態様は、多数のRFID装置上に除去可能に固定される、巻き取りによる除去層を含む。
【０１２５】
この発明のもう一つの態様は図２８Ａに示されるようにRFID装置を作るシステムを提供する。そのシステム2800は、１つ以上のソース基板2809を与える１つ以上の供給リール2810、１つ以上の電子回路およびRFアンテナを与える１つ以上の供給リール2810、１つ以上の基板上に層を堆積する１つ以上の堆積ステーション、基板への取り付けのために、剥ぎ取って貼り付ける粘着層を与える供給リール2827、供給リール2810、堆積ステーション2811およびアシストソース2817を含む真空チャンバー2807を含む。システムに堆積された層は、バッテリーを形成するための層、バッテリーを電子回路に結合すると共にRFアンテナを電子回路に結合する配線層を含む。バッテリーを形成するために堆積された層は、(a) カソード層、(b) 電解質層、および(c) アノード層を含む。その基板は、弓形の熱表面2815上に供給され、エンド・ロール2813によって巻き取られる。第１の材料の堆積ステーション2811は、基板2809に堆積されるために、adatomのビームを発生させる。ビーム2812は、バッテリーの層を形成するために、基板2809の位置2819に合焦する。アシストソース2817は、基板2809に向けられた、励起粒子のビームを発生させる。その励起された粒子ビーム2814は、成長および第１のビーム2812の堆積材料の化学定量法を制御するのに必要であるエネルギーを提供する。したがって、結晶構造は、以下により詳しく述べるように、基板2809上に形成される。様々な具体化では、基板2809は、エネルギー蓄積装置が作られるエラストマーか重合体か紙、および/または、プラスチックのウェブかシートを含む。細長い基板2809は、多くのエネルギー蓄積装置が基板の連続した位置に堆積さられるのを許容し、その結果、エネルギー装置の生産速度を改善する。いくつかの具体化では、基板2811上の多くの異なる位置で同時に堆積できるように、多数の堆積ステーション2811が備えられる。
【０１２６】
いくつかの具体化では、電解質の材料にエネルギーを同時に供給しながら、電解質フィルムの堆積は、カソードフィルムに少なくとも部分的に接触する位置に、電解質の材料を向けることを含む。 １つの具体化では、そのエネルギーは励起された粒子により供給される。 そのようないくつかの具体化では、励起された粒子は、励起されたイオンである。そのようないくつかの具体化では、アシストソースからの励起された粒子は、例えば不活性ガスなどのように、電解質の材料と異なった材料のものである。他の具体化では、励起されたイオンは、堆積された層の一部になるように、堆積の他のコンポーネントと反応する。励起された粒子は、望ましい硬質の電解質フィルム構造の成長を助けるために、エネルギーを電解質の第１の材料に供給する。そのうえ、これは、成長している電解質フィルムの化学定量法を制御する。
【０１２７】
いくつかの具体化では、第１の材料による堆積ステーション2811または第１のソースは、窒素雰囲気中でLi3PO4を提供する。他の具体化では、第１のソース2811は、バックグラウンド圧力がおよそ0.001未満Torrである真空環境でLi3PO4を提供する。アシストソース2817、または第２のドソースは、ソースガスからの励起された粒子を供給する。いくつかの具体化では、第２のソース2817は、酸素(例えば、O2)、および/または、窒素(例えば、N2)を含むソースガスからエネルギッシュなイオンを供給するイオンソースである。他の具体化では、ソースガスは、貴ガス、例えば、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、および/または、クリプトンを含む。励起された粒子、および/または、イオンは、図２２のバッテリーの電解質フィルム2261を形成する材料のエネルギーを増加させ、その結果、層ごとの成長を高める。従って、電解質フィルムには、従来の電解質層より高い品質がある。
【０１２８】
LiPON電解質フィルム2261を形成するための具体化は、LiPON電解質フィルムが形成されるべき位置において、またはその位置へ、Li3PO4を供給する第１のソースと、同一の位置にまたはその近傍に励起された窒素粒子を提供する第２のソースを含む。励起された窒素粒子は、位置で電解質フィルムを形成するために、前記位置に与えられたLi3PO4と反応する。これはLiPON電解質フィルムの窒素の量を増加させる。窒素含有量を増加させることは、いくつかの具体化にて、電解質を横切るリチウムイオンの移動性を増加させるために望ましい。
【０１２９】
さらなる具体化では、基板2809が置かれるチャンバーは、窒素が強化された雰囲気を持つ。LiPON電解質フィルムは、チャンバー内で窒素と反応する第１のソースによって供給されたLi3PO4によって形成される。第２のソースは、電解質フィルムの構成を助ける励起された粒子を供給する。また、別の具体化では、第２のソースは前記位置のLi3PO4に窒素を供給する。したがって、Li3PO4は、チャンバー内の窒素および、第２のドソースから供給された窒素含有の励起された粒子の双方と反応する。これは電解質フィルム2261の窒素含有量を増加させる。いくつかの具体化では、電解質フィルムので窒素含有量を増加させることは、オークリッジのエネルギー省研究室からの公表データにより望ましい。テネシーは、窒素含有量の増加が、電解質フィルム内でイオン伝導率か移動性を増加させることを示している。
【０１３０】
ここでの教えによって形成された薄いフィルムの結晶構造は、従来のカソードフィルム形成技術により達成されたそれらのものよりもより高い純度を持つ。 従来の技術は、再-オーダー」するために、高温のポストカード堆積の焼き鈍しを行い、そして通常のカソードフィルムの構造を陰極の宣誓証言は、従来の陰極フィルムの構造を結晶化する。残念ながら、そのような従来の技術は全体の構造を同じ温度まで焼きなます。適当な基板の材料を排除するそのような温度に耐えなければならないので、これは望ましくない。さらに、異なった層を、それらの異なった要求に合った異なった焼きなましで提供されない。非常に規則正しい結晶の陰極フィルムは、望ましくは、基板および、カソードコンタクトフィルムを含む基板上に形成された他の層に高温の焼き鈍しを与えることなく、望ましい高い純度でかつ、適正に整列した結晶構造を形成するために要求されるエネルギーを提供することにより、この場所に説明された教えにより達成される。さらに、異なった焼きなましのプロセス(異なった層に異なったエネルギーを持っているイオンアシストビームを使用するか、または異なったレートにおいて、または、異なった速度で、または異なった持続時間で堆積し焼きなますなどのように)を使用することで各層を焼きなますことができる。 さらに、前の層の表層を焼きなますことによって、その後の層の品質を高める特定の方法(例えば特定の結晶配向性、または特定のイオンを接着する表面を達成する)で、その後の層を、注文された表面に堆積することができる。
【０１３１】
いくつかの具体化では、フィルムを堆積させるためにこの場所で示されたシステムは、この発明に基づく電解質のフィルム2261を形成することに適用できる。これらのシステムのいくつかの例は図２８Ａ−２９Ｂに示される。
【０１３２】
図２８Ａのシステムでは、熱制御の表面2815は、表面2815の温度を接続する熱ソース2825に接続される。基板2809は、特定の基板での特定の堆積のプロセスに対して要求された時、基板の温度を制御するための表面2815に熱学的に接触する。１つの具体化では、熱ソースは、冷却剤ソースであり、例えば、それを冷やすために圧縮されたヘリウムを表面2815に向かってリリースする極低温の真空ポンプである。基板2809に直接接触する 熱制御された表面2815の使用は、特にその直接の接触が、フィルムのの形成される位置と整列するか一致する時、通常のソリッドステートの薄いフィルムバッテリーの組み立てプロセスを使用で可能な温度より、より低い堆積温度を持つ基板の使用を可能にする。
【０１３３】
図２８Ｂはシステム2800の別のブロックダイアグラムの図を示す。この図面では、真空チャンバー2807は、供給リール2827から供給された剥ぎ取って貼り付ける粘着層の取り付けのために、多数の基板2809を供給する供給リール2810を持つ。その基板は、弓形の熱表面2815上に供給され、そして多くのエンド・ロール2813によって巻き取られる。
【０１３４】
１つの具体化では、供給リール2810は、異なった材料のストリップを保持する。別の具体化では、供給リール2810は、１つのコンポーネント幅のストリップを保持する。複数の供給リールを備えることは、複数の異なったコンポーネントの設計が同時にロードされ処理されるだけでなく、各リールの基板の材料の張力と速度が、個別に制御されることを許容する。
【０１３５】
別の具体化では、熱制御面2815、および熱ソース2825は、ドラムに備えられ、そのドラムは、堆積ステーション2811およびアシストソース2817のもとで、基板の移動速度を制御する。それぞれがコンポーネント幅の複数のストリップ材の使用の１つの利点は、それは複数のコンポーネントで幅広のストリップを使用していることが時々見られるドラムの向こう側に分配された不ぞろいな張力の問題を軽減することである。複数の異なったコンポーネントの設計にかかわるプロセスでは、すべてのコンポーネントが同じ速度でドラムを通り過ぎなければならない。したがって、そうでなければ、複数のコンポーネントの設計で、同じ層と層の厚さをそれらに適用するであろう。
【０１３６】
別の具体化では、多数の基板2809は、堆積ステーション2811およびアシストソース2817の前方で、異なる速度で走向し、その結果、異なった厚さの層が異なったストリップに適用されるのを許容する。１つの具体化では、異なった速度は、基板のストリップの速度を制御するための複数のドラムを提供することによって、達成される。
【０１３７】
図２９ＡはRFID装置を作る別のシステム2900を示す。
そのシステム2900は、１つ以上のソース基板2909を供給する１つ以上の供給リール2910、１つ以上の基板の上に層を堆積する１つ以上の堆積ステーション2911、１つ以上のアシストソース2917、取り付けのための１つ以上のマスク2933を１つ以上の基板に供給する１つ以上の供給リール2927、堆積後にマスク2933を巻き取るための１つ以上のエンドリール、基板が弓状の熱表面2915上に供給された後、形成された装置を巻き取るたろの１つ以上のエンドリール2913、供給リール2910, 2927、エンドリール2930, 2913、堆積ステーション2911およびアシストソース2917を含む真空チャンバー2907を含む。
【０１３８】
図２９Ｂはシステム2900の別の図を示す。多くのマスク2933を保持する多数の供給リール2927は、多数のコンポーネントが、１つのシステム2900内に多数の基板2909上に堆積されることを可能にする。リールからリールへのマスクを使用することによって、各ステーションで使用されるマスクは容易に変更できる。例えば、４個の堆積ステーションが備えられるなら、４つのマスクの第１の組みは(各々が、各々の対応するステーションに対する自身の堆積パターンを決定する)、第１の時間に使用される。その後、マスクリールは動かされ、そして、４個のマスクの第２の組みが使用される。これは、堆積チャンバーを開けることなく、異なった装置が製作されるために、マスクパターンが変更されることを可能にする。また、それは、マスクが擦り減った時(例えばマスクの上に蓄積する堆積材料により、またはマスクから離れたイオンエッチングにより)にマスクの交換を可能にする。
【０１３９】
システムの別の具体化は、粘着性の層とマスク層の両方をソース基板2909に適用するために、図２８と２９で示されたシステムを、供給リール2827, 2927を備える１つのシステムに結合する。
【０１４０】
この発明の１つの態様は、薄いフィルムバッテリーを持っている無線周波の認識(RFID)装置を提供する。図２１Ａ−２１Ｆで示したようなシステム2100は、遠隔の無線周波(RF)送信機、および/または、受信機2160との通信するRFID装置2170を含む。１つの具体化では、システム2100のRFID装置2170は、フレキシブルな基板2110、フレキシブルな基板2110に堆積された薄いフィルムバッテリー2120、バッテリー212045上に配置され、給電するためにバッテリー2120と結合した電子回路2130、および電子回路2130に接続した無線周波(RF)アンテナ2140を含む。別の具体化では、RFID装置2170のバッテリー2120は、二次電池であり、そしてそのバッテリー2120は、遠隔の装置2160からエネルギーが伝えられるときには再充電される。 別の具体化では、RFID装置はRF起動のスイッチを含む。
【０１４１】
RF起動のスイッチを含むRFID装置2170の具体化は図２２Ａに示される。RFエネルギーは、アンテナ2240で受け取られ、薄いフィルムバッテリー2220を電子回路2230と通信状態にするRF起動のスイッチ2250を起動する。別の具体化では、RF起動のスイッチ2250は、低パワーのスリープモードから電子回路2230を起動する。
【０１４２】
この発明のもう一つの態様は図２５Ａに示されるような方法2500を提供する。その方法 2500 は、マルチビットの識別子の値および、フレキシブルな基板に堆積された薄いフィルムバッテリーを含む剥ぎ取って貼り付けるフレキシブルなRFID装置2100を備え(2510)、RFID装置2100を物品に圧力付着し(2520)、RFID装置でRFエネルーを受信し(2530)、RFエネルーの受信に基づき、回路を起動するために、バッテリーのパワーをRFID 装置 2170 に結合する(2540)ことを含み、その起動は、RFID 装置2170内の、RFID 装置2170のマルチメディアビットの識別子に基づく識別子(ID)の値を送信することを含む、タスクを開始する(2550)。 図２５Ｂで示されたような別の具体化では、そのタスクは、RFID装置2170で起動する開始する時刻を格納する(2551)。図２５Ｃに示されるような別の具体化では、タスクは、2552RFID装置2170での自己チェックを実行し(2170)、そして自己チェックの結果を格納する(2553)。図２５Ｄに示されるような方法のさらなる具体化では、RFID装置2170は、遠隔RF送信機装置2160からの査問コード受け取り(2554)、そしてその査問コードの解析を実行し(2555)、そしてその査問コードの解析に基づき、ID値を遠隔RF受信装置2160に送信する(2556)。別の具体化では、遠隔装置から査問コードを受け取ることで、RFID装置2170に、イベントのためのタイムスタンプを格納させる(2557)。図２５Ｅで示されるような別の具体化では、RFID装置2170は、出荷のイベントをマークするために第１のタイムスタンプを格納し(2557)、そして受信のイベントをマークするために第２のタイムスタンプを格納し(2557)、そして出荷に関係したイベントの期間を決定するために、格納されたタイムスタンプを比較する(2559)。
【０１４３】
図２６Ａに示されたような別の方法は、RFID装置2170を形成すること含む。その方法2600の１具体化は、フレキシブル基板を備え(2610)、アノード、カソードおよび、アノードとカソードを電気手はに分離する電解液、配線層を堆積し(2630)、バッテリー上に、そのバッテリーに接続される電子回路を配置し(2640)、剥ぎ取って貼り付けるアプリケーションを可能にするために、感圧粘着剤を堆積し(2650)、そしてRFID装置を覆うことを備える。１つの具体化は、(i) カバー、(ii) 電子回路、(iii) 配線層、(iv) バッテリー、(v) 基板、および(vi) 感圧粘着層を含むようなRFID装置の要素を配置することを含む。他の具体化は、層か回路の異なった順または位置を採用する。別の具体化では、その方法2600は、プリントされたラベルをRFID装置に形成することをを含む(2670)。図２６Ｂで示されたような別の具体化では、およそ50eVからおよそ95eVの間のエネルギーを使用して、バッテリーは基板上に堆積される(2620)。別の具体化では、およそ70eVからおよそ90eVの間のエネルギーを使用して、バッテリーは基板上に堆積される。別の具体化では、バッテリーは再充電可能なバッテリー上に堆積される。
【０１４４】
この発明の別の態様は、剥ぎ取って貼り付けるフレキシブルなバッテリー駆動の装置を提供する。図２１Ａ−２１Ｆで示されたような装置2170の実施例は、フレキシブルな基板2110、フレキシブルな基板2110上に堆積される薄いフィルムバッテリー2120、パワーを電子回路2130に提供するために、バッテリー2120上に位置し、そのバッテリー2120に結合される電子回路2130、電子回路2130に結合される無線周波(RF)アンテナ2140、およびフレキシブルな基板2110に適用される粘着剤2150を備える。装置の別の具体化では、電子回路2130をは電気的に駆動するRFイネーブルのスイッチを含む。別の具体化では、RFイネーブルのスイッチは MEMS装置である。別の具体化では、装置のRFアンテナ2140は基板2110に統合される。別の具体化では、装置のバッテリー2120は二次電池である。図２７で示されるようなRFID装置を形成する１つの態様は、その上に多数のRFID装置2770が解放可能に固定されるロールのリリース層2710を含む。
【０１４５】
図２８Ａで示したようなこの発明の別の態様は、RFID装置を製作するためのシステムを提供する。そのシステムは、１つ以上のソース基板2809を供給する１つ以上の供給リール2810、１つ以上の電子回路およびRFアンテナを供給する１つ以上の供給リール2810、１つ以上の基板上に層を堆積する１つ以上の堆積ステーション、熱ソース2825で基板への取り付けのために、剥ぎ取って貼り付ける粘着材を供給する供給リール2827、および供給リール2810と堆積ステーション2811を含む真空チャンバー2807を備える。システムに堆積された層は、バッテリーを形成する層、および、電子回路層とバッテリーを結合し、また電子回路とRFアンテナを結合するための配線層を含む。バッテリーを形成するために堆積された層は、(a) カソード、(b) 電解質層、および(c) アノード層を含む。
【０１４６】
いくつかの具体化は、
真空チャンバー、
第１のストリップの基板材料を供給する第１のソースリールおよび第１の巻き取りリール、および、多数の異なるマスクを有する第１のマスクのストリップを供給する第２のソースリールおよび第２の巻き取りリールを含む、真空チャンバー内の複数対のソースおよび巻き取りリール、
第１のソースリールと第１の巻き取りリールの間で走向する第１のストリップの基板上に、第２のソースリールと第２の巻き取りリールの間で走向する第１のマスクストリップにより決定されるように、材料を堆積するように構成された第１の堆積ステーション、および、
第１のソースリールと第１の巻き取りリールとの間で第１のストリップの基板を、第１の独立した速度および張力で走向させるために、および第２のソースリールと第２の巻き取りリールとの間でマスクストリップを走向させるために、動作可能に結合されたコントローラを含むシステムを提供する。
【０１４７】
何らかの具体化は、さらに基板材料の第２のストリップを供給する第３のソースリールと、第３の巻き取りリールを含む。前記コントローラは、第３のソースリールと第３の巻き取りリールとの間で第２のストリップの基板を、第２の独立した速度および張力で走向させるために結合される。
【０１４８】
いくつかの具体化では、第１のマスクストリップは、第１と第２の基板ストリップの両方をマスクすることを備える。
【０１４９】
何らかの具体化は、
多数の異なるマスクを有する第２のマスクを供給する第４のソースリールおよび第４の巻き取りリール、
第３のソースリールと第３の巻き取りリールの間で走向する第２のストリップの基板上に、第４のソースリールと第４の巻き取りリールの間で走向する第２のマスクストリップにより決定されるように、材料を堆積するように構成された第２の堆積ステーション、を更に含み、前記コントローラは、第２のストリップの基板を、第２の独立した速度および張力に基づく速度および張力で走向させるために動作可能に結合される。
【０１５０】
いくつかの具体化では、コントローラは、第２のマスクストリップを、第２の独立した速度および張力に基づく速度および張力で走向させるために動作可能に結合される。
【０１５１】
他の具体化は、
堆積ステーションを通して第１のストリップの基板材料を供給し、
堆積ステーションを通して第１のマスクストリップを移動し、
第１のマスクストリップの第１のエリアで決定されたパターンで、堆積ステーションからの第１の層の材料を、第１の基板材料上に堆積し、そして
第１のマスクストリップの第２のエリアで決定されたパターンで、堆積ステーションからの第２の層の材料を、第１の基板材料上に堆積することを含む方法を提供する。
【０１５２】
この方法のある具体化は更に、
堆積ステーションを通して第２のストリップの基板材料を供給し、
堆積ステーションを通して第２のマスクストリップを移動し、
第２のマスクストリップの第１のエリアで決定されたパターンで、堆積ステーションからの第１の層の材料を、第２の基板材料上に堆積し、そして
第２のマスクストリップの第２のエリアで決定されたパターンで、堆積ステーションからの第２の層の材料を、第２の基板材料上に堆積することを含む。
【０１５３】
いくつかの具体化では、第１および第２のストリップの基板材料は、異なった速度で移動する。
【０１５４】
いくつかの具体化では、第１および第２のストリップの基板材料は異なった張力で移動する。
【０１５５】
この方法の何らかの具体化は、粘着剤とリリース層を基板上に堆積することをさらに含む。
【０１５６】
この方法の何らかの具体化は、感圧粘着層を基板上に付着させることをさらに含む。
【０１５７】
更に他の具体化は、
フレキシブルな基板を与え、
アノード、カソードおよび、マスクストリップ上の異なったマスクエリアにより各々が決定されたアノードおよびカソードを分離する電解質を堆積することを含む、バッテリーを堆積し、
配線層を堆積し、
堆積された層上に電子回路を配置し、
剥ぎ取ってはり付けるプリケーションを可能とするために感圧粘着材を堆積し、そして
本装置をカバーすることを含み、
前記電子回路は配線層により、バッテリーに動作可能に結合されるシステムを提供する。
【０１５８】
いくつかの具体化では、RFID装置の要素の層の順番の構成は、カバー、電子回路、配線層、バッテリー、基板および感圧粘着層の順である。
【０１５９】
この方法の何らかの具体化は、装置上にプリントされたラベルを形成することを更に含む。
【０１６０】
いくつかの具体化では、フレキシブルな基板上にバッテリーを堆積することは、およそ50eV からおよそ 95eVのエネルギーを用いることを含む。
【０１６１】
いくつかの具体化では、フレキシブルな基板上にバッテリーを堆積することは、およそ70eV からおよそ 90eVのエネルギーを用いることを含む。
【０１６２】
いくつかの具体化では、フレキシブル基板上に堆積されるバッテリーは二次電池である。
【０１６３】
この発明の別の態様は、複数の層が単一のパッケージとして互いに保持される多数の層を含み、前記層は、フレキシブルな基板、電子回路、給電するために電子回路に動作可能に結合される薄いフィルムバッテリー、電子回路に動作可能に結合される無線周波(RF)アンテナを含む。
【０１６４】
いくつかの具体化では、電子回路は、その電子回路を電気的に起動させるRFイネーブルのスイッチを含む。
【０１６５】
いくつかの具体化では、そのRFイネーブルのスイッチはMEMS装置である。
【０１６６】
いくつかの具体化では、その層は、感圧性である粘着層が剥ぎ取って貼り付ける層、フレキシブルな基板、薄いフィルム基板上に堆積された薄いフィルムバッテリー、先の層上に堆積されたRFアンテナを含む配線層、および、配線層上に堆積されたRFイネーブルスイッチを含む電子回路によりカバーされる順でスタックされる。
【０１６７】
これらの具体化のいくつかでは、RFアンテナは基板内に統合される。
【０１６８】
これらの具体化のいくつかでは、バッテリーは二次電池である。
【０１６９】
いくつかの具体化では、この発明は、上記多数の装置のいずれかの上に開放可能に取り付けられるロールの開放層を含む。
【０１７０】
いくつかの具体化では、粘着層は、感圧の粘着層であり、そして、剥ぎ取ることのできる開放層により覆われる。
【０１７１】
いくつかの具体化では、その層は、粘着層、基板層、バッテリー層、電子回路層、およびRFアンテナ層からなるグループからの順でスタックされる。
【０１７２】
いくつかの具体化では、その層は、基板層、バッテリー層、電子回およびRFアンテナ層を含む層からなるグループからの順でスタックされる。
【０１７３】
いくつかの具体化では、その層は、基板層、a)バッテリー、b)電子回およびc)RFアンテナを含む層、および粘着層からなるグループんらの順でスタックされる。
【０１７４】
他の具体化は、RFID装置を製作するためのシステムを含み、そのシステムは、
１つ以上のソース基板に供給する１つ以上の供給リール、
１つ以上の電子回路およびRFアンテナに供給する１つ以上の供給リール、
１つ以上の基板上に層を堆積する１つ以上の堆積ステーション、
を含み、
前記層は、ソリッドステートのリチウムベースのバッテリーを形成するための層、カソード層、電解質アノード層、バッテリーを電子回路層に結合し、そして、RFアンテナを電子回路層に結合するための配線層、異なる堆積操作のために使用される多数の異なるマスクを持つ可動マスクストリップ、剥ぎ取って貼り付ける粘着層を供給する供給リール、および供給リールおよび堆積ステーションを含む真空チャンバーを含む。
【０１７５】
この発明のいくつかの具体化は、薄いフィルムバッテリーと起動活性のスイッチを提供する。模範的システムは、基板、基板に接続された回路、および、基板と回路とに接続された薄いフィルムバッテリーを含む。薄いフィルムバッテリーは回路に給電する。加速でイネーブルにされるスイッチも回路を電気的に起動するために基板に接続される。いくつかの具体化では、加速でイネーブルにされるスイッチはMEMS装置である。いくつかの具体化では、加速でイネーブルにされるスイッチは少なくとも１つのカンチレバーのビームを含む。ある具体化では、加速でイネーブルにされるスイッチは、少なくとも１つのカンチレバーのビームと電気的コンタクトを含む。少なくとも１つのカンチレバーのビームは、加速に応答して電気的コンタクトに接触する。ある具体化では、加速でイネーブルにされるスイッチは、第１のカンチレバービームの閉スイッチと第２のカンチレバービームの閉スイッチを含む。第１のカンチレバービームの閉スイッチは、第１の加速に応答して電気的な接触を形成し、第２のカンチレバービームの閉スイッチは、第２の加速に応答して電気的な接触を形成する。この第１の加速は第２の加速と異なる。別の具体化では、加速でイネーブルにされるスイッチは、第１の加速に応答して第１の電気的コンタクトを形成し、そして、第２の加速に応答して値は第２の電気的なコンタクトを形成する。１のカンチレバービームの閉スイッチは、第１の加速に応答して電気的な接触を形成し、第２のカンチレバービームの閉スイッチは、第２の加速に応答して電気的な接触を形成する。第１の加速は第２の加速と異なる。更に別の具体化では、第１の加速でイネーブルされるスイッチは、二つの異なる面での加速に応答して回路を異なって起動する。第１のカンチレバービームの閉スイッチは、第１の面での第１の加速に応答して電気的コンタクトを形成し、そして、第２のカンチレバービームの閉スイッチは、第２の面での第１の加速に応答して電気的コンタクトを形成する。
【０１７６】
いくつかの具体化では、その回路は更にメモリおよびタイマーを含む。そのタイマーは、第１のカンチレバービームの閉スイッチの１つが第１の加速に応答して電気的コンタクトを形成した時に記憶し、または、第２のカンチレバービームの閉スイッチが第２の加速に応答して電気的コンタクトを形成した時の時間がメモリに記憶される。いくつかの具体化では、第１のカンチレバービームの閉スイッチの他方が第１の加速に応答して照戦記的コンタクトを形成した時の時間、または、第２のカンチレバービームの閉スイッチの他方が第２の加速に応答して照戦記的コンタクトを形成した時の時間がメモリに記憶される。
【０１７７】
いくつかの具体化では、バッテリーは基板にスパッター形成され、そして、回路はバッテリー上に形成される。別の具体化では、回路は基板上にスパッテー形成され、そして、バッテリーは回路上にスパッター形成される。さらに別の具体化では、システムは、パッケージ、または法令などの装置の中に適応される。さらに別の具体化では、システムが装置に粘着的にて取り付けられる箇所で、粘着層が基板に取り付けられた。粘着層は基板に取り付けられた。
【０１７８】
いくつかの具体化は、基板、基板上に位置したおよび薄いフィルムバッテリーを含むシステムを含む。薄いフィルムバッテリーは更に、第１のリード、第１のリードと電気的に通信する第１の電気的コンタクト、および、第２のリードと電気的に通信する第２の電気的コンタクトを含む。そのシステムはまた、薄いフィルムバッテリーを第１の電気的コンタクトおよび第２の電気的コンタクトに電気的に接続するために、基板上の第１および第２のリードの１つに接続される起動作用スイッチを含む。粘着層は基板に取り付けられる。その起動作用スイッチは、加速度に応答して起動される。いくつかの具体化では、磁場に対応して起動作用スイッチは起動される。いくつかの具体化では、湿気に対応して起動作用スイッチは起動される。更に別具体化では、無線周波に対応して起動作用スイッチは起動される。更に別具体化では、圧力に対応して起動作用スイッチは起動される。更に別具体化では、光に対応して起動作用スイッチは起動される。また、システムは第１のリードと第２のリードに取り付けられたエレクトロニクスを含む。そのエレクトロニクスは基板にも関係している。いくつかの具体化では、エレクトロニクスは基板に取り付けられ、そして、薄いフィルムバッテリーはエレクトロニクスに取り付けられる。別の具体化では、薄いフィルムバッテリーは基板に取り付けられ、そして、エレクトロニクスの少なくとも一部は薄いフィルムバッテリーに取り付けられる。起動作用スイッチは、マイクロ電子工学の製作技術を使用することで形成される。いくつかの具体化は、薄いフィルムバッテリーを１セットのエレクトロニクスの通信状態にし、そして、給電されたエレクトロニクスを用いて法令を指示するための方法を含む。別の方法は、薄いフィルムバッテリーを、１セットのエレクトロニクスとの通信状態にするために、起動作用スイッチを起動させ、そして、保証のために給電されたエレクトロニクスを使用することで開始時刻を格納することを含む。いくつかの具体化では、起動作用スイッチは、選択されたレベルで起動作用スイッチを加速させることを含む。また、別の具体化では、その方法は、起動作用スイッチを起動させることに対応して、自己チェックを実行させ、自己チェックの結果を格納することを含む。他の具体化では、他の加速度は格納される。また、選択されたしきい値を上回る他の加速度に関連する時間が記録される。その時間への他の加速の時間は、荷主が起動作用スイッチを所持していたような他の期間し比較される。
【０１７９】
１つ以上のバッテリー、バッテリー、または複数のバッテリーおよび回路をイネーブルにするか起動するための装置を含むシステムは、フィルム上に形成でき、また、小さいパッケージまたは製品内に設置することができる。さらに、バッテリー、起動装置、および回路を、その上に粘着層を持っているフレキシブルなシート上に形成することができ、その結果、パッケージは本質的にはパッケージの外部、または、製品パッケージと共に、または製品か装置上に置くことができるラベルである。また、装置の態様を制御するか、または製品か装置に関する情報を記録するために、完全なシステムを製品か装置に組み入れることができる。装置をイネーブルにするか起動することは、スイッチがイベントまたは後でのイベントに応答することを可能にする。システムは手動で動く必要はありません。 むしろ、システムは自動的にイベントに対応して動く。
【０１８０】
いくつかの具体化では、全体のシステムは安価である。その結果、メーカー、卸売業者、およびイベント小売業者は、装置に取り付けられたシステムか、多くの装置か製品に関係したパッケージの一部としてのシステムを提供することができる。さらに、これらのシステムは、軽く、少なくとも１つの機能を達成することができるくらいのエネルギー貯蔵を提供する。そのシステムは、非有毒物質から作られるので、製品や装置に危険は含まれない。
【０１８１】
上の記述は、例示することを目的としたもので限定するものでないことが理解されよう。ここで述べたように、種々の具体化の構造及び機能と共に、種々の具体化の多くの特徴および利点を述べてきたが、他の実施および変更も上記の説明を読むことにより、当業者であれば明白であろう。この発明の範囲は、従って、付記した請求の範囲に関連して決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１８２】
【図１Ａ】この発明に従ったエネルギー蓄積装置の横断面の図
【図１Ｂ】この発明に従ったエネルギー蓄積装置の別の実施例の横断面の図
【図１Ｃ】この発明に従ったエネルギー蓄積装置の横断面の図
【図１Ｄ】この発明に従ったエネルギー蓄積装置およびスーパーキャパシタの横断面の図
【図２Ａ】この発明の教示に従った組立プロセスの１実施例を示すフローチャート
【図２Ｂ】この発明の教示に従った組立プロセスの１実施例を示すフローチャート
【図２Ｃ】この発明の教示に従った組立プロセスの１実施例を示すフローチャート
【図３Ａ】この発明の教示に従った薄いフィルムバッテリーを組み立てるための装置図
【図３Ｂ】この発明の教示に従った薄いフィルムバッテリーを組み立てるための装置図
【図４】この発明の教示に従った薄いフィルムバッテリーを組み立てるための装置の別の実施例の図
【図５Ａ】この発明の教示に従った薄いフィルムバッテリーを組み立てるための装置の別の実施例の図
【図５Ｂ】この発明の教示に従った薄いフィルムバッテリーを組み立てるための装置の別の実施例の図
【図６】この発明の教示に従った薄いフィルムバッテリーを組み立てるための装置の別の実施例の図
【図７】この発明の教示に従った薄いフィルムバッテリーを組み立てるための装置の別の実施例の図
【図８Ａ】統合されたバッテリーおよび共通端子を共有する装置を持つ実施例の起動用基板の平面図
【図８Ｂ】統合されたバッテリーおよび共通端子を共有する装置の堆積後の図８Ａの基板の平面図
【図８Ｃ】統合されたバッテリーおよび共通端子を共有する装置に接続された、個別組立のチップを配置し、組立た後の図８Ｂの基板の平面図
【図８Ｄ】ループアンテナを配置し、組立た後の図８Ｃの基板の平面図
【図８Ｅ】トップのカプセル化層が堆積された後の図８Ｄの基板の平面図
【図８Ｆ】図８Ａの起動用基板の正面図
【図８Ｇ】図８Ｂの部分的に組立られた装置の正面図
【図８Ｈ】図８Ｃの部分的に組立られた装置の正面図
【図８Ｉ】図８Ｄの部分的に組立られた装置の正面図
【図８Ｊ】図８Ｅの装置の正面図
【図８Ｋ】磁気再充電極での図８Ｅの装置の斜視図
【図８Ｌ】光再充電極での図８Ｅの装置の斜視図
【図８Ｍ】無線波再充電極での図８Ｅの装置の斜視図
【図９Ａ】バッテリー、回路、および機能活性化のスイッチを含むシステムの概要図を示し、その機能活性化のスイッチは開位置である。
【図９Ｂ】バッテリー、回路、および機能活性化のスイッチを含むシステムの概要図を示し、その機能活性化のスイッチは閉位置である。
【図９Ｃ】バッテリー、回路、および機能活性化のスイッチを含むシステムの概要図を示し、その機能活性化のスイッチは開位置であり、回路はメモリ部およびタイミング部を含む。
【図９Ｄ】バッテリー、回路、および機能活性化のスイッチを含むシステムの概要図を示し、その機能活性化のスイッチは開位置であり、回路はメモリ部、タイミング部およびプロセッサ部を含む。
【図１０】図９Ａ〜９Ｄで示されたシステムの動作の方法を示すフローチャートである。
【図１１】バッテリーと起動作用スイッチを持つシステムの概要図を示す。
【図１２Ａ】起動作用１実施例のスイッチを持つシステムの平面図を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ａの起動作用１実施例のスイッチを持つシステムの側面図を示す。
【図１３】X, Y および Z-軸の加速を検出するための部分を含む起動作用別の実施例のスイッチを示す。
【図１４Ａ】起動作用スイッチを持つシステムを含むラベルの１実施例を示す。
【図１４Ｂ】起動作用スイッチを持つシステムを含むラベルの別の実施例を示す。
【図１５】起動作用スイッチを持つシステムを含む規格を示す。
【図１６Ａ】磁場によって能動にされる起動作用スイッチの１実施例の平面図を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示した起動作用スイッチの１実施例の側面図を示す。
【図１７】圧力検知の起動作用スイッチの１実施例を示す。
【図１８】湿気検知の起動作用スイッチの１実施例を示す。
【図１９】RFで能動化されるスイッチの１実施例を示す。
【図２０】起動作用スイッチの別の実施例を示す。
【図２１Ａ】無線タグシステムの斜視図である。
【図２１Ｂ】無線周波識別装置(RFID)の別の実施例の斜視図である。
【図２１Ｃ】RFIDの別の実施例の斜視図である。
【図２１Ｄ】RFIDの別の実施例の斜視図である。
【図２１Ｅ】RFIDの別の実施例の斜視図である。
【図２１Ｆ】フレキシブル基板における粘着層の１実施例の横断面の図である。
【図２２】フレキシブル基板に形成されたバッテリーの１実施例の横断面の図である。
【図２３Ａ】RFID装置の概略図を示す。
【図２３Ｂ】RFID装置の別の実施例の概略図を示す。
【図２４Ａ】RFID装置を使用する出荷ラベルの１実施例を示す。
【図２４Ｂ】RFID装置を使用する製品ラベルの１実施例を示す。
【図２５Ａ】RFID装置を使用する方法のフローチャートを示す。
【図２５Ｂ】RFID装置を使用する方法の別の実施例のフローチャートを示す。
【図２５Ｃ】RFID装置を使用する方法の別の実施例のフローチャートを示す。
【図２５Ｄ】RFID装置を使用する方法の別の実施例のフローチャートを示す。
【図２５Ｅ】RFID装置を使用する方法の別の実施例のフローチャートを示す。
【図２６Ａ】RFID装置を形成する方法のフローチャートを示す。
【図２６Ｂ】RFID装置を形成する方法の別の実施例のフローチャートを示す。
【図２７】ロール巻の解放層を含むRFID装置を形成する１つの態様の図である。
【図２８Ａ】RFID装置を形成するためのシステムの横断面図を示す。
【図２８Ｂ】図２８ＡのRFID装置を形成するためのシステムの横断面図を示す。
【図２９Ａ】RFID装置を形成するためのシステムの１実施例の横断面図を示す。
【図２９Ｂ】図２９ＡのRFID装置を形成するためのシステムの横断面図を示す。
【符号の説明】
【０１８３】
50：エネルギー蓄積装置
55：基板
56：粘着層
57：コンタクトフィルム
58：リード
59：電極フィルム
61：電解質フィルム
63：電極フィルム
311：第１のソース
313：第２のソース
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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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２１Ｄ】
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【図２１Ｆ】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２５Ｅ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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