(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体技術やMEMS技術を用いて製造可能で、センサ、電子回路、環境発電デバイスとともに集積化することで小型化が可能であり、十分な蓄電容量を持ち、ウェアラブル機器等の小型化に資するリチウムイオン電池の提供。【解決手段】Si等の結晶基板６５１に深い溝６００、６５０を有し、溝６５０内に少なくとも一方の電極の活物質６５６が埋め込まれており、もう一方の電極の活物質６０６との間に一定間隔の空洞６９８を設けるための構造を有し、一定間隔の空洞６９８は基板６５１のどちらか一方の表面に少なくとも一つの電解液を注入するための開口部と、少なくとも一つの気体抜きのための開口部を有し、さらに、一定間隔の空洞６９８には開口部より電解液が注入され、電解液が劣化しない程度の温度で封止されたリチウムイオン電池。【選択図】図６(a)
2017033693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1枚の固体基板上に正極、負極、ならびに、前記正極と前記負極の間に一定間隔の空洞を形成する構造を積層した構造体を有し、前記空洞は前記構造体の表面に設けた開口部と連通しており、前記空洞に電解液を入れたことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】
1枚の固体基板上の同一平面上に正極と負極を並べて形成するとともに、前記正極と前記負極の間に一定間隔の空洞を形成する構造体を有し、前記空洞は前記構造体の表面に設けた開口部と連通しており、前記空洞に電解液を入れたことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項３】
少なくとも1枚の固体基板上には半導体集積回路、ＭＥＭＳセンサ、もしくは、環境発電デバイスのうち少なくとも一つが形成されており、かつ、前記少なくとも一つの固体基板上に正極、負極、ならびに、前記正極と前記負極の間に一定間隔の空洞を形成する構造を積層した構造体を有し、前記空洞は前記構造体の表面に設けた開口部と連通しており、前記空洞に電解液を入れたことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項４】
1枚の固体基板上には半導体集積回路、ＭＥＭＳセンサ、もしくは、環境発電デバイスのうち少なくとも一つが形成されており、かつ、前記1枚の固体基板の同一平面上に正極と負極を並べて形成するともに、前記正極と前記負極の間に一定間隔の空洞を形成する構造体を有し、前記空洞は前記構造体の表面に設けた開口部と連通しており、前記空洞に電解液を入れたことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項５】
前記正極の金属電極パターンの少なくとも一部と前記負極の金属電極パターンの少なくとも一部とが同一平面上にあり、かつ、前記両者は前記平面上の一直線方向に対向して配設されており、また、前記一直線方向と略々直交する方向に複数の前記開口部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項６】
前記正極もしくは前記負極の少なくとも一方は、前記固体基板上に設けられた溝の中に形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項７】
前記正極もしくは前記負極のどちらか一方が前記固体基板の一方の表面に設けられた溝の中に形成され、かつ、前記正極もしくは前記負極の他方は別の固体基板上の一方の表面に設けられた溝の中に形成され、前記正極と前記負極が対向するように前記2枚の固体基板が接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項８】
前記正極はマンガン(Mn)-リチウム(Li)セラミックとバインダからなり、前記負極はカーボン(C)微粉末と前記バインダもしくは別のバインダからなり、かつ、前記電解液はエチレンカーボネートであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項９】
前記電解液はゲル状エチレンカーボネートであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１０】
前記バインダもしくは前記別のバインダはイミド系材料であることを特徴とする請求項８に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１１】
前記固体基板はシリコンであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はMEMS技術を用いて製作されるリチウムイオン電池に係り、特に、同電池を融合した半導体・MEMS集積回路及びその製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器はメガネ型ディスプレイや腕時計型端末などに代表されるように、身に着けて使用するウェアラブル化が進んでいる。それにともなって、センサや電子回路の小型化、薄型化が進んでいる。特にセンサや電子回路をSi基板等に集積化してしまえば、著しく小型化が行える。その時に問題となるのは電源の供給である。
【０００３】
そこで、ウェアラブル機器に適した電源として、電磁波、熱、光、振動といった周辺環境より発電を行う種々の環境発電技術が開発されている。これらは半導体技術やMEMS技術を用いて小型化でき、どこでも得られるエネルギーである反面、発電エネルギーは大きくない。例えば、単位時間当たりの発電量の目安は、電磁波で10-6W/cm2、熱で10-5W/cm2、光で10-4W/cm2、振動で10-4〜10-3W/cm2程度である。
【０００４】
また、これらの環境発電技術は、環境に依存するが故に継続的に発電できるとは限らない。したがって、センサや電子回路を必要な時に自由に使用するためには、発電エネルギーを蓄えることが重要になってくる。そのために、発電エネルギーを電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタに蓄積する方式が開発されている。しかしながら、キャパシタは流れ出た電荷量に比例して電圧も低下するため、蓄積されたエネルギーを有効に利用することができない。例えば、蓄積された電圧が5V で、電荷の流出により0.1Vの電圧降下まで許容すると仮定して、電気二重層キャパシタの最近のチャンピオンデータ64mF/cm2から試算すると、100層を積層したとしても単位面積当たり約10-4W・hのエネルギー密度にしかならない。
【０００５】
一方で、リチウムイオン電池に代表される2次電池は、自由に充電・放電が行え、体積エネルギー密度で500W・h/Lにまで達する電極の活物質が開発されている。これは前述の電気二重層キャパシタの試算よりも2桁以上高いエネルギー密度である。しかしながら、このような従来のリチウムイオン電池は、例えば正極電極、正極活物質、セパレータ、負極活物質、負極電極のようにフィルム状あるいは板状の材料を積層し、セパレータに電解液を含ませて、さらに外側をフィルムでラミネートするといった多層構造を有する。このように機械的に積層して作られる構造は、シリコン基板等に集積化されるセンサや電子回路に比べれば大型にならざるを得ず、また、電池と集積回路を接続するためにはプリント基板等、別の支持体を仲介せざるを得ず、小型化に限界があるためウェアラブルな電子機器には用いられてこなかった。
【０００６】
また、スパッタリング等の手法で成膜した固体薄膜電解質を用いたリチウムイオン電池が揮発性メモリ素子のバックアップ電源等の目的のために提案されているが（例えば、特許第3116857号、特許第3214107号、特開平4-10303号等）、薄膜積層構造であるために容量は非常に小さく、ウェアラブル機器用とはいえ、電源としての使用に足るものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第3116857号、半導体基板搭載型二次電池
【特許文献２】特許第3214107号、電池搭載集積回路装置
【特許文献３】特公平4-10303号、半導体メモリ用電源装置
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、半導体集積回路、電子回路、半導体発光素子、MEMSセンサ、環境発電デバイスなどとの集積化が行え、ウェアラブル機器等への応用可能な小型、かつ、充分な蓄電容量を持つ蓄電手段が望まれていた。
【０００９】
蓄電手段として蓄電容量の観点から上述の用途に最も適しているのはリチウムのインターカレーションを用いた電池である（以下「リチウムイオン電池」と称す）。リチウムイオン電池は一般的に正極活物質にリチウム−金属セラミック等、負極活物質にカーボン微粉等を用い、その間にリチウム塩等からなる電解液を入れて、電解液中のリチウムイオンの移動を利用する。特に電解液は温度上昇とともに劣化してしまうため、80℃以上の温度に晒すことは好ましくない。同様に正極活物質や負極活物質においても150℃程度より高温にさらすことは好ましくない。
【００１０】
一方、リチウムイオン電池の小型化を図るために利用する半導体技術やMEMS技術における製造工程では、パターン形成を行うために必ずフォトリソグラフィ工程を必要とする。その際、通常フォトレジスト材料は液体で、塗布後に乾燥して使用するため、露光前のプリベークで80℃前後、露光後のポストベークにおいては120℃〜150℃程度の温度でベーキングすることが一般的である。また、素子構造を構築するための成膜工程においても、最も低い温度で成膜可能なスパッタリング法を用いるにしても、スパッタされて基板に到達する原子のエネルギーが吸収されるため100℃〜150℃程度の基板の温度上昇を許容する必要がある。
【００１１】
したがって、リチウムイオン電池を半導体技術やMEMS技術を用いて製造し、その小型化を図るとともに、半導体集積回路、電子回路、半導体発光素子、MEMSセンサ、環境発電デバイスなどとリチウムイオン電池を集積化するためには、リチウムイオン電池を構成する活物質や電解液に問題となるような工程温度を経ることなく製造可能な電池構造と製造工程を創出することが具体的な課題であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明では半導体技術やMEMS技術を用いて製造可能で、半導体集積回路やMEMSセンサ、あるいは、環境発電デバイス等と集積化できるリチウムイオン電池の新規な構造を提供する。
【００１３】
具体的には、本発明のリチウムイオン電池は、シリコン等の固体基板に深い溝を有し、その溝内に少なくとも一方の電極活物質が埋め込まれており、もう一方の電極活物質との間に一定間隔の空洞を設けるための構造を有し、かつ、前記一定間隔の空洞は前記基板のどちらか一方の表面に少なくとも一つの電解液を注入するための開口部と、少なくとも一つの気体抜きのための開口部を有する。さらに、これらの構造は、前記電極活物質が劣化しない程度の温度で製造することができ、かつ、電解液注入後は、電解液が劣化しない程度の温度で封止できる。なお、半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等は、本発明のリチウムイオン電池構造を製作する前に構築されることを特徴とする。前記一定間隔の隙間には開口部より電解液が注入、封止されてリチウムイオン電池となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体技術やMEMS技術を用いて固体基板上にリチウムイオン電池を製造することを可能とする。また、本発明のリチウムイオン電池は半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等と集積化して製造することができる。したがって、このデバイスを用いた応用技術範囲を格段に広げる効果が期待できる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のリチウムイオン電池の実施の様態は、電極活物質の配置によって、大きく3つに分類される。その第1の様態は、2枚の固体基板のそれぞれに正極の活物質と負極の活物質を別々に設けた構造で、2枚の固体基板は接合される。第1の様態は、リチウムイオン電池の蓄電容量が最大となる構造である。また、第2の様態は、1枚の固体基板の片面に正極の活物質と負極の活物質を隣接して設けた構造で、半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等を形成した基板の裏側にリチウムイオン電池を集積化して形成できる。さらに第3の様態においては、どちらか一方の電極の活物質を固体基板内に設け、他方の電極の活物質を上方に積層する。第3の様態においては、半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイスが形成されているのと同じ基板表面のみを使用しており、プレーナ構造に近い構成となるのが特徴である。
【００１６】
本発明のリチウムイオン電池の第１の様態は、第1の固体基板の一方の表面に異方性エッチングで形成した第1の深い溝と、前記第1の深い溝の底部から前記第1の固体基板の一方の表面に引き出した第1の金属電極と、前記第1の深い溝に埋め込まれた第1の電極活物質と、第2の固体基板の一方の表面に異方性エッチングで形成した第2の深い溝と、前記第2の深い溝の底部から前記第2の固体基板の一方の表面に引き出した第2の金属電極と、前記第2の深い溝に埋め込まれた第2の電極活物質とからなり、かつ、前記第1の固体基板の一方の表面と前記第2の固体基板の一方の表面とを一定間隔を保って接合し、空洞を形成する構造を有する。前記の接合方法としては、金微粒子を用いた熱圧着法を用いる。本方法によれば150℃程度で金−金接合を形成でき、第1の電極活物質と第2の電極活物質材料の特性劣化を避けることができる。
【００１７】
さらに本発明の第1の様態においては、前記一定間隔の隙間は前記第1の固体基板もしくは第2の固体基板どちらかの他方の表面に少なくとも2つ以上の開口部を有した構造である。前記開口部は、前記第1の金属電極、ならびに、前記第2の金属電極とは、基板表面上で位置的に干渉しない場所に設けられる。したがって、すべての製造工程を終了した後に、前記開口部より前記空洞に電解液を注入することができ、前記開口部は最終的には樹脂等により封止される。これにより、電解液の劣化を起こすことなくリチウムイオン電池として動作させることができる。
【００１８】
さらに上記の構成では、第1の固体基板もしくは第2の固体基板の他方の表面に、あらかじめ半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等を形成しておくことができる。前記他方の表面と本発明のリチウムイオン電池が形成される一方の表面とは、あらかじめ貫通電極で接続しておくことができる。前記半導体集積回路には、本発明のリチウムイオン電池を充電する際の電流制御回路や放電する際の電圧制御回路を含んでも良い。
【００１９】
本発明のリチウムイオン電池の第２の態様は、第1の固体基板の一方の表面に異方性エッチングで形成した第1の深い溝と、前記第1の深い溝の底部から前記第1の固体基板の一方の表面に引き出した第1の金属電極と、前記第1の深い溝に埋め込まれた第1の電極活物質と、前記一方の表面側と同一の表面に異方性エッチングで形成した第2の深い溝と、前記第2の深い溝の底部から前記第1の固体基板の一方の表面に引き出した第2の金属電極と、前記第2の深い溝に埋め込まれた第2の電極活物質とからなり、かつ、前記第1の固体基板の一方の表面と第2の固体基板の一方の表面とを一定間隔を保って接合し、空洞を形成する構造を有する。前記の接続方法としては、金微粒子を用いた熱圧着法を用いる。本方法によれば150℃程度で金―金接合を形成でき、第1の電極活物質と第2の電極活物質の特性劣化を避けることができる。
【００２０】
さらに本発明の第2の様態においては、前記一定間隔の隙間は前記第1の固体基板の他方の表面に少なくとも2つ以上の開口部を有した構造である。前記開口部は、前記第1の金属電極、ならびに、前記第2の金属電極とは、基板表面上で位置的に干渉しない場所に設けられる。したがって、すべての製造工程を終了した後に、前記開口部より前記空洞に電解液を注入することができ、前記開口部は最終的には樹脂等により封止される。これにより、電解液の劣化を起こすことなくリチウムイオン電池として動作させることができる。
【００２１】
さらに上記の構成では、第1の固体基板の他方の表面に、あらかじめ半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等を形成しておくことができる。前記他方の表面と前記一方の表面とは、あらかじめ貫通電極で接続しておくことができる。前記半導体集積回路には、本発明のリチウムイオン電池を充電する際の電流制御回路や放電する際の電圧制御回路を含んでも良い。
【００２２】
本発明のリチウムイオン電池の第３の態様は、第1の固体基板の一方の表面に異方性エッチングで形成した第1の深い溝と、前記第1の深い溝の底部から前記第1の基板の一方の表面に引き出した第1の金属電極と、前記第1の深い溝に埋め込まれた第1の電極活物質と、前記第1の電極活物質上に部分的に形成されたスペーサと、前記スペーサ上に形成された第2の電極活物質と、前記第2の電極活物質上に形成された第2の金属電極とからなる。前記スペーサにより前記第1の電極と前記第2の電極の間隔は一定に保たれており、空洞を形成している。この前記スペーサは、150℃以下で形成されるので、第1の電極活物質と第2の電極活物質の特性劣化を避けることができる。
【００２３】
さらに本発明の第3の様態においては、前記空洞は前記第1の固体基板の一方の表面に少なくとも2つ以上の開口部を有した構造である。前記開口部は、前記第1の金属電極、ならびに、前記第2の金属電極とは、基板表面上で位置的に干渉しない場所に設けられる。したがって、すべての製造工程を終了した後に、前記開口部より前記空洞に電解液を注入することができ、前記開口部は最終的には樹脂等により封止される。これにより、電解液の劣化を起こすことなくリチウムイオン電池として動作させることができる。
【００２４】
さらに上記の構成では、第1の固体基板の一方の表面に、あらかじめ半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等を形成しておくことができる。前記半導体集積回路には、本発明のリチウムイオン電池を充電する際の電流制御回路や放電する際の電圧制御回路を含んでも良い。
【００２５】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜３の実施の形態について実施例をもとに説明する。以下に述べる第１〜３の実施の形態の実施例は、本発明の技術的思想に沿った一例を具現化したものであり、構成部品の形状、材質、構造、配置などを下記のものに特定するものではない。また、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００２６】
以下の実施例の説明では、固体基板の表裏の面を特定するのに、例えば、後述する「溝」を基板に形成しているような「主要な面」を「主面」と呼称する。そして、主面と反対側の面を「裏面」と呼ぶ。したがって、特に断りのない限り「表面」と記述するときは、「広義の表面」の意味であり、「オモテ面（＝ウラ面の逆側）」を意味するものではない。このことから、「主面の表面」、「裏面の表面」などの表現を用いることがある。
【００２７】
また、以下の実施例では、固体基板としてシリコン（Si）基板の場合ですべて説明をする。しかし、この固体基板はシリコン基板に特定されるのもではなく、例えばガリウムヒ素（GaAs）基板、インジウム燐（InP）基板、ゲルマニウム基板（Ge）のような半導体基板でもよいし、例えば窒化ガリウム（GaN）基板や炭化シリコン（SiC）基板のようにワイドバンドギャップ半導体基板でもよいし、あるいは、例えば石英ガラス基板やセラミック基板のように非晶質基板でもよい。
（第１の実施の形態）
【００２８】
本発明の第1の実施の形態は、2枚のシリコン基板に設けられた逆台形の深い溝のそれぞれに、正極の活物質と負極の活物質を別々に設けた構造の最も基本的な構造例であり、2枚のシリコン基板はその間に空洞を形成する構造をもって接合されて、その空洞を電解質で満たすことによりリチウムイオン電池となる。
【００２９】
この第１の実施の形態に係る第1の実施例の断面図ならびに平面図を図１(a)ならびに図１(b)に示す。図1(a)の左側の断面図は、図1(b)のA-A’線上の断面を、図1(a)の右側の断面図は、図1(b)のO-B’線上の断面をそれぞれ示している。
【００３０】
図1(a)に示すように、主面に深い逆台形型溝100を有する下側のシリコン基板101は、シリコン酸化膜102で覆われている。深い逆台形型溝100は、シリコン基板の(100)面に対して、エッチングパターンの各辺が<100>方向になるようにマスクパターンを形成し、水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）溶液で異方性エッチングすることで形成できる。逆台形型溝100の側壁は(111)面で、その傾斜角度は約55°となっているため、逆台形型溝100の底面から側壁を介して主面表面にまで金属電極をスパッタ法や蒸着法で形成することができる。もちろん、形成する溝は、例えば反応性イオンエッチングで形成した垂直に近い側壁を持つU字型溝でもよく、この場合は斜め方向からのスパッタ法や蒸着法で金属電極を形成できる。
【００３１】
金（Au）電極105は負側電極で、逆台形型溝100の底面から下側のシリコン基板101の主面表面にまで配線されている。同時に、下側のシリコン基板101主面表面には上側の金電極155の一部を支持するための金電極105’と、下側のシリコン基板101の外周を取り囲み、上下の基板を接合するために用いられる金電極105”もそれぞれ形成されている。図には示されていないが、金電極105、105’、105“とシリコン酸化膜102の密着性を向上させるため、両者の間に薄いチタンあるいはクロム層を挟むのは自明である。
【００３２】
前記下側シリコン基板101の深い逆台形型溝100には負極の活物質106が埋め込まれている。負極の活物質106は、電池電圧、電流出力、容量などの設計によって、非晶質カーボン、グラファイト、チタン酸リチウム化合物などから選択可能である。また負極活物質をシリコン基板に固着するために負極活物質材料と混合して用いるバインダにはポリフッ化ビニリデン（PVDF）、アクリル樹脂、あるいは工程上で高温となる場合にはイミド樹脂を選択することも可能である。N-メチル-2-ピロリドン（ＮＭＰ）などの有機溶剤を用いて負極活物質とバインダ、必要に応じて微粉のカーボンなどの導電付与材を加えて混錬したペーストを深い逆台形型溝100に塗布し、乾燥後のために圧力を加えて圧縮し、電極密度を上げるとともに、シリコン基板との密着性の向上と電気的な接続の安定化を図る。圧縮後の負極の活物質106の表面が、下側のシリコン基板101の主面表面と同じ高さか、やや下になるようにすることが肝要である。
【００３３】
同様にして、主面に深い逆台形型溝150を有する上側のシリコン基板151もシリコン酸化膜152で覆われている。金電極155は正側電極で、逆台形型溝150の底面から上側のシリコン基板151の主面表面にまで配線されている。同時に上側のシリコン基板151の主面表面には、下側金電極105と接続するための金電極155’と、上側のシリコン基板151の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極155”もそれぞれ形成されている。
【００３４】
上側シリコン基板151の深い逆台形型溝150には正極の活物質156が埋め込まれている。正極活物質156は、リチウムを含む層状の結晶構造を持つセラミックスや、結晶間にリチウムイオンを保持するスピネル結晶構造、あるいはオリビン結晶構造を持つセラミックスから容量、電圧、安全性などの素子設計により選択可能である。特に熱暴走を起こさないマンガンスピネルが自己放電も小さいという特徴もあり、望ましい。
【００３５】
正極活物質は負極活物質同様、PVDF、アクリル樹脂、あるいはイミド樹脂などから選択したバインダと導電性を有する微粉カーボンなどの導電付与材と共にＮＭＰなどの有機溶剤中で混錬し、ペースト状などに加工して逆台形型溝150に塗布し、乾燥後に圧力を加えて圧縮し密度を上げるとともに、密着性、導電性の向上を図る。圧縮後の正極の活物質156の表面が、上側のシリコン基板151の主面表面と同じ高さか、やや下になるようにすることが肝要である。
【００３６】
下側のシリコン基板101と上側のシリコン基板151とを、下側の金電極105と上側の金電極155’、下側の金電極105’と上側の金電極155、および、下側の金電極105”と上側の金電極155”との間に、それぞれ金微粒子層195、195’、および、195”を設けて、熱圧着することで接合する。金微粒子による熱圧着は、圧着温度が150〜200℃と低くても結合でき、負極の活物質106および正極の活物質156の熱による劣化を防ぐことができる。負極の活物質106および正極の活物質156のバインダとしてPVDFを用いた場合の耐熱温度は約150℃程度であるが、イミド樹脂をバインダとすれば活物質としての耐熱性はさらに向上するので、より高温で下側のシリコン基板101と上側にシリコン基板の接合を行うことができる。
【００３７】
上側のシリコン基板151の裏面表面から、TMAHによる異方性エッチング、あるいは、シリコン深堀ドライエッチングで形成した電極用貫通穴196から、正極である上側の金電極155と負極である下側の金電極105（上側の金電極155’）に接続できる。
【００３８】
また、この金粒子接合によって下側のシリコン基板101と上側のシリコン基板151の間を一定間隔にでき、さらには負極の活物質106と正極の活物質156との間を一定間隔、かつ、完全に密閉された構造とできる。上側のシリコン基板151の裏面から、TMAHによる異方性エッチング、あるいは、シリコン深堀ドライエッチングで形成した貫通穴197を設け、そこから電解液198を注入する。電解液はエチレンカーボネート等を溶媒として6フッ化リン酸リチウムなどのリチウム塩を溶解したしたもので、必要に応じて後熱処理することでゲル化させることもできる。６フッ化リン酸リチウムを用いた電解液の耐熱温度は85℃程度しかないが、構造物をすべて構築したのちに電解液198が注入され、その後に貫通穴197を紫外線硬化樹脂199でイオン封止するので、電解液が劣化する問題は生じない。上記の封止は、予備充電を行って、水分を脱気させた後に行っても良い。電解液の溶媒としてイミド系電解質を用いれば、電解液（ゲル状も含む）の耐熱温度をやや上げることができるので、熱硬化樹脂やスパッタ膜等、100℃を越えるようなやや高温の工程が必要となる封止膜を用いることができる。
【００３９】
図1(b）に示すように、平面配置として上側のシリコン基板151の裏面側を見ると、金電極155は正の電極材料156の底面に接して、図中A’側に電極を取り出す。同様に下側のシリコン基板101、金電極105および負の電極材料106は図中に表示されていないが、金電極155’より図中A側に電極を取り出す。よって、A-A’方向に並んだ２つの電極用貫通穴196から電気を取り出すことができる。
【００４０】
一方、電解液198を注入するための貫通穴197は、電極位置と干渉しないように、図中B-B'方向に2つ以上設けられる。このように電極用の貫通穴196と電解液注入用の貫通穴197の配置を平面上で90°異なる方向に配置することで、すべての構造を構築した後に電解液の注入が可能となる。
【００４１】
電解液を注入するための貫通穴が2つ以上必要な理由は、少なくとも一つは電解液を注入する際に内部の気体を抜くためである。電解液198は空気に触れないように、シリコン基板の外周に設けられた金粒子層195”で封止され、かつ、貫通穴197は紫外線硬化樹脂199で封止される。
【００４２】
本実施例によれば、リチウムイオン電池を半導体やMEMSのプロセス技術によってシリコン基板などの固体基板上に構築でき、リチウムイオン電池の正、負の電極材料や電解液が劣化するような高温に晒されることはない。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態に係り、貫通電極により最表面に電極を取り出した第2の実施例の断面図を図２に示す。
【００４４】
図２に示すように、本実施例の構造は、先の実施例１に類似する部分が多い。主面に深い逆台形型溝200を有する下側のシリコン基板201は、シリコン酸化膜202で覆われている。金電極205は負側電極で、深い逆台形型溝200の底面から下側のシリコン基板201の主面表面にまで配線されており、下側のシリコン基板201主面表面には上側の金電極255の一部を支持するための金電極205’と、下側のシリコン基板201の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極205”もそれぞれ形成されている。下側シリコン基板201の深い逆台形型溝200には負極の活物質206が埋め込まれている。
【００４５】
同様にして、主面表面に深い逆台形型溝250を有する上側のシリコン基板251もシリコン酸化膜252で覆われている。また、上側のシリコン基板251には、表面電極253と253’、ならびに貫通電極254と254’があらかじめ設けられている。金電極255は正側電極で、深い逆台形型溝250の底面から上側のシリコン基板251の表面まで配線されており、上側のシリコン基板251の主面表面には、下側の金電極205と接続するための金電極255’と、シリコン基板251の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極255”もそれぞれ形成されている。前記上側シリコン基板251の深い逆台形型溝250には正極の活物質256が埋め込まれている。
【００４６】
下側のシリコン基板201と上側のシリコン基板251とを、下側の金電極205と上側の金電極255’、下側の金電極205’と上側の金電極255、および、下側の金電極205”と上側の金電極255”との間に、それぞれ金微粒子層295、295’、および、295”を設けて、熱圧着することで接合する。
【００４７】
また、この金粒子接合によって下側のシリコン基板201と上側のシリコン基板251の間を一定間隔にでき、さらには負極の活物質206と正極の活物質256との間を一定間隔、かつ、完全に密閉された構造にできる。上側のシリコン基板251の裏面表面から形成した貫通穴297より電解液298を注入する。さらに、貫通穴297は紫外線硬化樹脂299で封止される。
【００４８】
本実施例によれば、最表面の平坦部にある電極253から正極が、電極253’から負極が取り出せて、使用しやすい。
【００４９】
本発明の第１の実施の形態に係り、貫通電極によって裏面に電極を取り出した第3の実施例の断面図を図３に示す。
【００５０】
図３に示すように、主面表面に深い逆台形型溝300を有する下側のシリコン基板301は、シリコン酸化膜302で覆われている。また、下側のシリコン基板301には、表面電極303と303’、ならびに貫通電極304と304’があらかじめ設けられている。金電極305は負側電極で、深い逆台形型溝300の底面から下側のシリコン基板301の主面表面にまで配線されており、下側のシリコン基板301の主面表面には上側の金電極355の一部を支持するための金電極305’と、下側のシリコン基板301の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極305”もそれぞれ形成されている。下側シリコン基板301の深い逆台形型溝300には負極の活物質306が埋め込まれている。
【００５１】
同様にして、主面表面に深い逆台形型溝350を有する上側のシリコン基板351もシリコン酸化膜352で覆われている。金電極355は正側電極で、逆台形型溝351の底面から前記上側のシリコン基板351の主面表面にまで配線されており、上側のシリコン基板351の表面には、下側の金電極305と接続するための金電極355’と、上側のシリコン基板351の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極355”もそれぞれ形成されている。前記上側シリコン基板351の深い逆台形型溝350には正極の活物質356が埋め込まれている。
【００５２】
下側のシリコン基板301と上側のシリコン基板351とを、下側の金電極305と上側の金電極355’、下側の金電極305’と上側の金電極355、および、下側の金電極305”と上側の金電極355”との間に、それぞれ金微粒子層395、395’、および、395”を設けて、熱圧着することで接合する。
【００５３】
また、この金粒子接合によって下側のシリコン基板301と上側のシリコン基板351の間を一定間隔にでき、さらには負極の活物質306と正極の活物質356との間を一定間隔、かつ、完全に密閉された構造にできる。上側のシリコン基板351の裏面表面から形成した貫通穴397より電解液398を注入する。さらに、貫通穴397は紫外線硬化樹脂399で封止される。
【００５４】
本実施例によれば、裏面の電極304から正極が、電極304’から負極が取り出せるので、表面実装用の電池として使用することができる。
【００５５】
本発明の第１の実施の形態に係り、半導体集積回路やMEMSセンサと集積化した第4の実施例の断面図を図４に示す。
【００５６】
図４に示すように、主面表面に深い逆台形型溝400を有する下側のシリコン基板401は、シリコン酸化膜402で覆われている。金電極405は負側電極で、前記逆台形型溝400の底面から下側のシリコン基板401の主面表面にまで配線されており、シリコン基板401主面表面には上側の金電極455の一部を支持するための金電極405’と、シリコン基板401の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極405”もそれぞれ形成されている。下側シリコン基板401の深い逆台形型溝400には負極の活物質406が埋め込まれている。
【００５７】
同様にして、主面表面に深い逆台形型溝450を有する上側のシリコン基板451もシリコン酸化膜452で覆われている。また、上側のシリコン基板451には、表面電極453と453’、ならびに貫通電極454と454’があらかじめ設けられている。さらに、上側シリコン基板451の裏面には、破線で囲った領域492が示すように半導体集積回路、MEMSセンサや環境発電デバイスがあらかじめ構築され、金属配線493にて正極側の表面電極453に、金属配線493’にて負極側の表面電極453’に接続されている。金電極455は正側電極で、前記逆台形型溝450の底面から上側のシリコン基板451の主面表面まで配線されており、シリコン基板451の主面表面には、下側の金電極405と接続するための金電極455’と、シリコン基板451の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極455”もそれぞれ形成されている。上側シリコン基板451の深い逆台形型溝450には正極の活物質456が埋め込まれている。
【００５８】
下側のシリコン基板401と上側のシリコン基板451とを、下側の金電極405と上側の金電極455’、下側の金電極405’と上側の金電極455、および、下側の金電極405”と上側の金電極455”との間に、それぞれ金微粒子層495、495’、および、495”を設けて、熱圧着することで接合する。
【００５９】
また、この金粒子接合によって下側のシリコン基板401と上側のシリコン基板451の間を一定間隔にでき、さらには負極の活物質406と正極の活物質456との間を一定間隔、かつ、完全に密閉された構造とできる。上側のシリコン基板451の裏面表面から形成した貫通穴497より電解液498を注入する。さらに、貫通穴497は紫外線硬化樹脂499で封止される。
【００６０】
本実施例によれば、半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイスと本発明のMEMS型リチウムイオン電池が集積化でき、例えば、環境発電デバイスで発電したエネルギーをMEMS型リチウムイオン電池に蓄電し、半導体集積回路やMEMSセンサが必要とするときに使用する集積化デバイスを構築できる。また、半導体集積回路として、その一部に定電圧回路を用いれば、電池の持つ蓄電量を最大限に生かして、常に定電圧を発生する電源とすることができる。したがって、産業用、民生用デバイスへの応用として広く利用できる。
【００６１】
本発明の第１の実施の形態に係り、電池を直列接続して出力電圧を大きくした第5の実施例の断面図を図５に示す。
【００６２】
図５に示すように、主面表面に２つの深い逆台形型溝500-1および500-2を有する下側のシリコン基板501は、シリコン酸化膜502で覆われている。２つの金電極505-1および505-2はそれぞれ負側電極で、前記逆台形型溝500-1および500-2の底面から下側のシリコン基板501の主面表面にまで配線されており、シリコン基板501主面表面には上側の金電極555-2の一部を支持するための金電極505’と、シリコン基板501の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極505”もそれぞれ形成されている。下側シリコン基板501の２つ深い逆台形型溝500-1および500-2にはそれぞれ負極の活物質506-1および506-2が埋め込まれている。
【００６３】
同様にして、主面表面に２つの深い逆台形型溝550-1および550-2を有する上側のシリコン基板551もシリコン酸化膜552で覆われている。また、上側のシリコン基板551には、表面電極553と553’、ならびに貫通電極554と554’があらかじめ設けられている。２つの金電極555-1と555-2は正側電極で、深い逆台形型溝550-1および550-2の底面から上側のシリコン基板551の主面表面にまで配線されており、シリコン基板551の表面には、下側の金電極505-1と接続するための金電極555’と、シリコン基板551の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極555”もそれぞれ形成されている。上側シリコン基板551の２つの深い逆台形型溝550-1および550-2にはそれぞれ正極の活物質556-1および556-2が埋め込まれている。
【００６４】
下側のシリコン基板501と上側のシリコン基板551とを、下側の金電極505-1と上側の金電極555’、 下側の金電極505-2と上側の金電極555-1、下側の金電極505’と上側の金電極555-2、および、下側の金電極505”と上側の金電極555”との間に、それぞれ金微粒子層595’、595-1、595-2、および、595”を設けて、熱圧着することで接合する。
【００６５】
また、この金粒子接合によって下側のシリコン基板501と上側のシリコン基板551の間を一定間隔にでき、さらには負極の活物質506-1および506-2と正極の活物質556-1および556-2との間を一定間隔、かつ、完全に密閉された構造にできる。上側のシリコン基板551の裏面表面から形成した貫通穴（図示せず）より電解液を注入するのは他の実施例と同様であるが、電解液598-1と電解液598-2は金微粒子層595-1で分離されており、貫通穴は電解液598-1および598-2のそれぞれに対して2つ以上設けられる。さらに、上記の貫通穴は紫外線硬化樹脂で封止される。
【００６６】
本実施例によれば、2つに限らず複数のMEMS型リチウムイオン電池を直列に接続でき、直列に接続するセルの数に比例した任意の電圧を発生させることができる。
（第２の実施の形態）
【００６７】
本発明の第２の実施の形態は1枚の基板の主面表面に正極の活物質と負極の活物質を隣接して設けた構造で、半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等を裏面表面にあらかじめ形成した基板にリチウムイオン電池を集積化して形成できることが大きな特徴である。
【００６８】
この第２の実施の形態に係り、半導体集積回路やMEMSセンサと集積化した第6の実施例の断面図を図６(a)に、正極および負極の活物質の平面配置を図６(b)にそれぞれ示す。
【００６９】
図６(a)に示すように、主面表面に複数の深い逆台形型溝600および650を有する上側のシリコン基板651はシリコン酸化膜652で覆われている。また、上側のシリコン基板651には、表面電極653、ならびに貫通電極654があらかじめ設けられている。さらに、上側シリコン基板651の裏面表面には、破線で囲った領域692が示すように半導体集積回路、MEMSセンサや環境発電デバイスがあらかじめ構築され、かつ、表面配線69にて表面電極653に接続されている。
【００７０】
金電極655は正側電極で、外側の逆台形型溝650の底面から上側のシリコン基板651の主面表面にまで配線されており、外側の深い逆台形型溝650には正極の活物質656が埋め込まれている。また、金電極605は負側電極で、内側の深い逆台形溝600の少なくとも底面に設けられ、内側の逆台形型溝600の底面の少なくとも一部の酸化膜が除去されていて、シリコン基板651と電気的に接続され、内側の深い逆台形型溝600には負極の活物質606が埋め込まれている。さらに、シリコン基板651の主面表面には、シリコン基板651の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極655”も形成されている。
【００７１】
上側のシリコン基板651は、下側の金電極605’と上側の金電極655、および、下側の金電極605”と上側の金電極655”との間に、それぞれ金微粒子層695’、および、695”を設けて、熱圧着することで下側シリコン基板601と接合して蓋をする。
【００７２】
この金粒子接合によって下側のシリコン基板601と上側のシリコン基板651の間を一定間隔にでき、さらには負極の活物質606と正極の活物質656との間を一定間隔、かつ、完全に密閉された構造とできる。上側のシリコン基板651の裏面表面から形成した貫通穴697より電解液698を注入する。さらに、貫通穴697は紫外線硬化樹脂699で封止される。
【００７３】
図6(b)には、負極の活物質606と正極の活物質656のみについて平面上の配置を示した。それぞれの活物質は対向しておらず隣接しているのみであるが、負極の活物質606が正極の活物質656に取り囲まれており、この隣接する部分に電解液がある限りはリチウムイオンが移動することができ電池として動作をする。活物質が対向していないため電池の内部抵抗はやや大きくなり、最大瞬間電流は小さくなるものの、利用できる電荷量は活物質が対向している構造と変わらず、正極の活物質、あるいは、負極の活物質の体積によってのみ決まる。中央の負極活物質606と、周辺の正極活物質の体積が略々同じとなるように設計することが望ましい。
【００７４】
本実施例によれば、下側のシリコン基板は蓋の役割を果たすだけなので薄くすることができ、2枚のシリコン基板を接合した第1の実施形態に比べれば蓄積エネルギーが約半分程度になるものの、半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイスと本発明のMEMS型リチウムイオン電池をほぼ1枚のシリコン基板と同じ厚さで集積化できる。
【００７５】
本発明の第２の実施の形態に係り、隣接した正極の活材料と負極の活材料の配置が異なる第7の実施例の断面図を図７(a)に、正極および負極の活材料の平面配置を図７(b)にそれぞれ示す。
【００７６】
図７(a)に示すように、主面表面に複数の深い逆台形型溝700および750を有する上側のシリコン基板751はシリコン酸化膜752で覆われている。また、上側のシリコン基板751には、表面電極753と753’、ならびに貫通電極754と754’があらかじめ設けられている。さらに、上側シリコン基板751の裏面表面には、半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等が集積化されていても良い。
【００７７】
金電極755は正側電極で、一方の逆台形型溝750の底面から上側のシリコン基板751の主面表面にまで配線されており、一方の深い逆台形型溝750には正極の活物質756が埋め込まれている。また、金電極705は負側電極で、他方の深い逆台形型溝700の底面から上側のシリコン基板751の主面表面にまで配線されており、他方の深い逆台形型溝700には負極の活物質706が埋め込まれている。さらに、シリコン基板751の主面表面には、シリコン基板751の外周を取り囲み、上下の基板を接合するための金電極755”も形成されている。
【００７８】
上側のシリコン基板751は、下側の金電極705’と上側の金電極755、および、下側の金電極705”と上側の金電極755”との間に、それぞれ金微粒子層795’、および、795”を設けて、熱圧着することで下側シリコン基板701と接合して蓋をする。
【００７９】
この金粒子接合によって下側のシリコン基板701と上側のシリコン基板751の間を一定間隔にでき、さらには負極の活物質706と正極の活物質756との間を一定間隔、かつ、完全に密閉された構造とできる。上側のシリコン基板751の裏面表面から形成した貫通穴797より電解液798を注入する。さらに、貫通穴797は紫外線硬化樹脂799で封止される。
【００８０】
図７(b)には、負極の活物質706と正極の活物質756のみについて平面上の配置を示した。それぞれの活物質は対向しておらず隣接しているのみであるが、正極の活物質が負極の活物質が櫛歯状に配置されており、正負の活物質が隣接する辺近傍でリチウムイオンが移動する。
【００８１】
前述の第6の実施例に比べると、やや蓄積されるエネルギーは小さくなるが、両方の活物質が接する長さが長く、内部抵抗が小さくできるという特徴を有する。負極の活物質の櫛歯と、正極の活物質の櫛歯の体積が略々同じとなるように設計する。図中では、櫛歯が2対の場合を示しているが、櫛歯の本数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて増やすことができる。
【００８２】
したがって、本実施例によれば、1枚のシリコン基板の一方の表面に正極の活物質と負極の活物質を配置して、対向させない構造においても、比較的内部抵抗の低いリチウムイオン電池を作ることができる。
【００８３】
本発明の第２の実施の形態に係り、ゲル化した電解液を用い、樹脂により簡単に封止を行った第8の実施例の断面図を図８に示す。
【００８４】
図８に示すように、主面表面に複数の深い逆台形型溝800および850を有するシリコン基板851はシリコン酸化膜852で覆われている。また、シリコン基板851には、表面電極853、ならびに貫通電極854があらかじめ設けられている。さらに、シリコン基板851の裏面表面には、破線で囲った領域892が示すように半導体集積回路、MEMSセンサや環境発電デバイスがあらかじめ構築され、かつ、金属配線893にて表面電極853に接続されている。
【００８５】
金電極855は正側電極で、外側の逆台形型溝850の底面からシリコン基板851の表面にまで配線されており、外側の深い逆台形型溝850には正極の活物質856が埋め込まれている。また、金電極805は負側電極で、内側の深い逆台形溝800の少なくとも底面に設けられ、内側の逆台形型溝800の底面の少なくとも一部の酸化膜が除去されていて、シリコン基板851と電気的に接続され、内側の深い逆台形型溝800には負極の活物質806が埋め込まれている。
【００８６】
シリコン基板851の主面表面には、電解液を塗布する際の土手807が形成されている。土手807は感光性エポキシ樹脂（例えば日本化薬製(株)SU-8）等を用いて形成できる。電解液898塗布し、ゲル化させた後、紫外線硬化樹脂808で封止する。紫外性硬化樹脂の代わりに前述の感光性エポキシ樹脂を用いることもできる。感光性エポキシ樹脂にはフィルム状のタイプがあり、貼付けが簡単である。また、95℃程度に加熱することで硬質化することもできる。
【００８７】
本実施例によれば、半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイスを集積化したシリコン基板の裏側にMEMS型リチウムイオン電池を形成でき、基板同時の接合が不要で工程が簡略化できるため適用範囲が広いと考えられる。
（第３の実施の形態）
【００８８】
本発明の第3に様態においては、どちらか一方の活物質を1枚のシリコン基板の主面表面に設け、他方の活物質を上方に積層するので、主面表面しか使用せず、プレーナ構造に近い。
【００８９】
本発明の第３の実施の形態に係る第9の実施例の断面図ならびに平面図を図９(a)ならびに図９(b)に示す。図９(a)の左側の断面図は、図９(b)のA-A’線上の断面を、図９(a)の右側の断面図は、図９(b)のO-B’線上の断面をそれぞれ示している。
【００９０】
図9(a)に示すように、主面表面に深い逆台形型溝900を有するシリコン基板901は、シリコン酸化膜902で覆われている。金電極905は負側電極で、深い逆台形型溝900の底面から前記シリコン基板901の表面にまで配線されている。前記シリコン基板901の深い逆台形型溝900には負極の活物質906が埋め込まれている。
【００９１】
前記シリコン基板901のほぼ全面に形成された絶縁層907は、負極の活物質906と正極の活物質956との間の間隔を一定に保つ役割の構造であり、少なくとも負極の活物質906と正極の活物質956との間は柱状構造を持っている。この絶縁層907は、低温形成のCVD酸化膜でもいいし、感光性エポキシ樹脂でもよい。正極の活物質956としては整形された板状の固体を用いるのが望ましく、絶縁層908は、正極の活物質956を平面方向で位置決め固定するサポートである。この絶縁層908は感光性エポキシ樹脂を用いるのがよく、正極の活物質956と同程度の厚みとする。最表面の絶縁層909は感光性エポキシ樹脂からなる保護膜であって、本実施例の電池構造を封止しており、正極の活物質956と負側の金電極905上に開口部があって、金電極910および910’が設けられている。
【００９２】
さらに、絶縁層909には別の貫通穴997があって、この貫通穴995より電解液998を注入し、貫通穴995は紫外線硬化樹脂999で封止される。
【００９３】
図9(b）に示すように、本実施例の平面配置をシリコン基板901の主面表面側を見ると、図中の中央の金電極910は、正極の活物質956の表面に接続されて正極となり、図中A側の金電極910’は、負極の活物質につながる金電極905に接続されて負極となる。
【００９４】
一方、電解998を注入するための貫通穴997は、電極位置と干渉しないように、図中B-B'方向に2つ以上設けられる。このように金電極910’と電解液注入用の貫通穴  997の配置を平面上で90°異なる方向に配置することで、すべての構造を構築した後に電解液の注入が可能となる。
【００９５】
2つ以上必要な理由は、少なくとも一つは電解液を注入する際に内部の気体を抜くためである。電解液998は空気に触れないように、シリコン基板の外周に設けられた絶縁層907によっても封止され、かつ、貫通穴997は紫外線硬化樹脂999で封止される。
【００９６】
本実施例によれば、リチウムイオン電池を半導体重責回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等と同一基板の同一表面に形成できる。
（第１〜３の実施の形態共通）
【００９７】
本発明の第１〜３の実施の形態に共通し、電極材料の基板への密着性を上げるための構造を有した第10の実施例の断面図を図１０に示す。
【００９８】
主面表面に深い逆台形型溝1000を有するシリコン基板1001は、シリコン酸化膜1002で覆われている。金電極1005は一方の電極で、深い逆台形型溝1000の底面からシリコン基板901の主面表面にまで配線されている。前記シリコン基板1001の深い逆台形型溝1000には電極の活物質1006が埋め込まれている。深い逆台形型溝1000の底面には、逆テーパ上の溝1009が設けられている。電極の活物質材料1006は、この逆テーパ上の溝1009内にも入り込むため、逆テーパ構造と接触面積の増大によって、電極の活物質をより強固に深い逆台形型の溝1000内に固着できる。本実施例の構造は前記の第1〜9の実施例すべてに適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明のMEMS型リチウムイオン電池は、主にモバイルやウェアラブルの電子機器の産業分野に利用可能である。半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイスと集積化することにより、充電可能な時に充電し、いつでも必要な時に動作させることができる超小型の電子回路ができるので、広い産業分野に使われる可能性が大きい。本発明による製造方法によれば、半導体集積回路と同様に大口径のSiウェハ上に低コストで大量に生産できる見通しがあり、LSIやセンサと一体化した電源不要のモバイル、ウェアラブル商品を大量に提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１（ａ）】本発明の第１の様態に係る第1の実施例の断面図
【図１（ｂ）】本発明の第１の様態に係る第1の実施例の平面図
【図２】本発明の第１の様態に係る第2の実施例の断面図
【図３】本発明の第１の様態に係る第3の実施例の断面図
【図４】本発明の第１の様態に係る第4の実施例の断面図
【図５】本発明の第１の様態に係る第5の実施例の断面図
【図６（ａ）】本発明の第２の様態に係る第6の実施例の断面図
【図６（ｂ）】本発明の第２の様態に係る第6の実施例の平面図
【図７（ａ）】本発明の第２の様態に係る第7の実施例の断面図
【図７（ｂ）】本発明の第２の様態に係る第7の実施例の平面図
【図８】本発明の第２の様態に係る第8の実施例の断面図
【図９（ａ）】本発明の第３の様態に係る第9の実施例の断面図
【図９（ｂ）】本発明の第３の様態に係る第9の実施例の平面図
【図１０】本発明の第１〜３の様態に共通した第10の実施例の断面図
【符号の説明】
【０１０１】
下側の深い逆台形型溝・・・・・・100, 200, 300, 400, 500-1, 500-2, 600, 700, 800, 900, 1000
下側シリコン基板・・・・・・101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 901, 1001
下側シリコン基板を覆う酸化膜・・・・・・102, 202, 302, 402, 502, 602, 702, 902, 1002
負側（下側）金電極・・・・・・105, 205, 305, 405, 505-1, 505-2, 605, 705, 805, 905, 1005
上下接続（下側）金電極・・・・・・105’,205’,305’,405’,505’,605’,705’
上下接合（下側）金電極・・・・・・105”,205”,305”,405”,505”,605”,705”
負極の活物質・・・・・・106, 206, 306, 406, 506-1, 506-2, 606, 706, 806, 906, 1006
絶縁膜の土手・・・・・・807
紫外線硬化エポキシ樹脂の蓋・・・・・・808
絶縁膜のスペーサ・・・・・・907
位置決めの絶縁膜・・・・・・908
絶縁層による保護膜・・・・・・909
逆テーパ状の溝・・・・・・1009
表面の正極・・・・・・910
表面の負極・・・・・・910’
上側の深い逆台形型溝・・・・・・150, 250, 350, 450, 550-1, 550-2,650, 750, 850, 950
上側シリコン基板・・・・・・151, 251, 351, 451, 551, 651, 751, 851
上側シリコン基板を覆う酸化膜・・・・・・152, 252, 352, 452, 552, 652, 752, 852
正側貫通電極・・・・・・253, 303, 453, 553, 653, 753, 853
負側貫通電極・・・・・・253’,303’,453’,553’,653’,753’,853’
表面側正極・・・・・・254, 304, 454, 554, 654, 754, 854
表面側負極・・・・・・254’,304’,454’,554’,654’,754’854’
正側（上側）金電極・・・・・・155, 255, 355, 455, 555-1, 555-2, 655, 755, 855, 955
上下接続（上側）金電極・・・・・・155’,255’,355’,455’,555’,655’,755’
上下接合（上側）金電極・・・・・・155”,255”,355”,455”,555”,655”,755”
正極の活物質・・・・・・156, 256, 356, 456, 556-1, 556-2,656, 756, 856, 956
半導体集積回路やMEMSセンサ、環境発電デバイス等・・・・・・492, 692, 892
半導体集積回路等への金属配線・・・・・・493, 493’,693, 693’,893, 893’
上下接続金粒子層・・・・・・195, 295, 395, 495, 595-1, 595-2, 695, 795
別の上下接続金粒子層・・・・・・195’,295’,395’,495’,595’,695’,795’
上下接合金粒子層・・・・・・195”,295”,395”,495”,595”,695”,795”
電極用貫通穴・・・・・・196
貫通穴・・・・・・197, 297, 397, 497, 997
電解液・・・・・・198, 298, 398, 498, 598-1, 598-2, 698, 798 ,898, 998
紫外線硬化エポキシ樹脂・・・・・・199, 299, 399, 499, 599, 699, 799, 899, 999
【図１（ａ）】
2017033693.tif 000003
【図１（ｂ）】
2017033693.tif 000004
【図２】
2017033693.tif 000005
【図３】
2017033693.tif 000006
【図４】
2017033693.tif 000007
【図５】
2017033693.tif 000008
【図６（ａ）】
2017033693.tif 000009
【図６（ｂ）】
2017033693.tif 000010
【図７（ａ）】
2017033693.tif 000011
【図７（ｂ）】
2017033693.tif 000012
【図８】
2017033693.tif 000013
【図９（ａ）】
2017033693.tif 000014
【図９（ｂ）】
2017033693.tif 000015
【図１０】
2017033693.tif 000016