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CN101443937B - 集成电路或电路板上的薄膜电池组及其方法 - Google Patents

集成电路或电路板上的薄膜电池组及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及位于半导体器件的半导体表面或导电或绝缘封装表面上的柔性薄膜电池组，以及构建这种电池组的方法。可以将电化学器件胶粘到半导体器件的半导体表面或导电或绝缘封装表面上或者直接沉积在其上。本发明还涉及位于柔性印刷电路板上的柔性薄膜电池组，所述电化学器件也可以胶粘或沉积到柔性印刷电路板上。

Description

集成电路或电路板上的薄膜电池组及其方法
本发明依据35U.S.C.§119(e)要求于2006年5月12日提交的美国临时专利申请序列第60/799,904号的优先权，该临时申请的全部内容通过参考结合于此；并且本申请是部分继续申请，根据35U.S.C.§120要求于2007年3月16日提交的题为“金属薄膜包封(Metal Film Encapsulation)”的美国专利申请序列第11/687,032号的优先权，而申请11/687,032根据35U.S.C.§119要求于2006年3月16日提交的美国临时专利申请序列第60/782,792号的优先权，这两篇申请的全部内容都通过参考结合于此。本申请还涉及于2006年11月17日提交的题为“混杂薄膜电池组(Hybrid Thin Film Battery)”的美国临时专利申请序列第11/561,277号，该申请根据35U.S.C.§119要求于2006年1月17日提交的美国临时专利申请序列第60/759,479号的优先权，其全部内容通过参考结合于此。本申请还涉及于2005年11月17日提交的题为“柔性、可再充电、固态、超薄性能电池组(Flexible，Rechargeable，Solid-State，Ultra-Thin Performance Battery)”的美国临时专利申请序列第60/737,613号，其全部内容通过参考结合于此。本申请还涉及2005年8月23日提交的题为“具有受阻挡层保护的基板的电化学设备(Electrochemical Apparatus withBarrier Layer Protected Substrate)″的美国专利申请序列第11/209,536号，其全部内容通过参考结合于此。本申请还涉及于2005年6月15日提交的题为“具有受阻挡层保护的基板的电化学设备(Electrochemical Apparatus withBarrier Layer Protected Substrate)”的美国专利申请序列第11/374,282号，其全部内容通过参考结合于此。本申请还涉及于2005年7月12日提交的题为“用于包封和端接电子器件的方法和器件(Encapsulation and Termination ofElectronic Devices)”的美国专利第6,916,679号，其全部内容通过参考结合于此。本申请还涉及于2005年6月15日提交的题为“具有受阻挡层保护的基板的电化学设备(Electrochemical Apparatus with Barrier Layer ProtectedSubstrate)”的美国临时专利申请序列第60/690,697号，其全部内容通过参考结合于此。本申请还涉及于2003年7月2日提交的题为“环境能量电池组或电容器再充电系统的方法和设备(Method and Apparatus for an Ambient EnergyBattery or Capacitor Recharge System)”的美国专利申请序列第10/611,431号，而申请10/611,431要求于2003年4月22日提交的美国临时专利申请序列第60/464,357号的优先权，它们的全部内容通过参考结合于此。
发明领域
本发明领域涉及在半导体器件如集成电路芯片的半导体表面上或者导电表面或绝缘表面上、或在电路板如印刷电路板上沉积和制造柔性(flexible)固态薄膜二次(secondary)和一次(primary)电化学器件的器件、组合物、方法，所述电化学器件包括电池组。
背景
典型的电化学器件包括多个电活性层，如阳极、阴极、电解质、基板、集电器等。一些层(如包含锂的阳极层)由对环境极度敏感的材料构成。基板可以例如不是独立的电池组元件，而是由半导体表面提供或者位于与电池组连接的半导体器件的导电或绝缘封装表面上。这类电池组需要包封以保护对环境敏感的材料。一些方案的做法是包封电化学器件的敏感层，例如用金箔包封。其他方案是用金属和塑料等构成的袋包封电化学器件，这种袋沿设备的周边进行密封。
发明概述
本发明的一个示例性实施方式包括：制造在半导体芯片上或制造在柔性印刷电路板上的电池组。该电池组可以例如包括：第一电接触；与第一电接触连接并具有第一嵌入导体的结合层；通过第一嵌入导体与所述第一电接触选择性电接触的至少一个电池组电池结构；半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面。
与半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面连接的结合层具有不止一个导体，例如任选的第二嵌入导体，从而产生半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面与所述第一电接触的任选的选择性电接触。在任何情况中，结合层和至少一个电池组电池结构可以夹在第一电接触和半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面之间。
例如，第一电接触可以包括包封金属。结合层可以是粘合剂材料、绝缘材料、塑料、聚合物材料、玻璃和/或玻璃纤维。在结合层内可以嵌入绝缘加强层。这种加强层可以是选择性导电的。导体可以是例如垂片(tab)、金属线、金属条、金属丝、多根金属线、多根金属条、多根金属丝、金属线网、穿孔金属、施加在粘合剂层上的金属涂层、或盘。导体可以编织在结合层中，该结合层可包括狭缝，在狭缝内编织有嵌入的导体。
电池组电池结构可以包括阳极、电解质、阴极和阻挡层。阴极例如可以完全不进行退火、或在较低的温度下退火，或在较高的温度下退火，使用对流式加热炉采用快速热退火方法，或者通过激光退火和/或结晶方法进行。
本发明的另一个示例性实施方式包括制造薄膜电池组的方法，该方法包括无特定顺序的以下步骤：形成选择性导电的结合层；将该结合层与第一电接触相连；将电池组电池结构的第一侧与半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面或柔性印刷电路板相连；将电池组电池结构的第二侧与结合层相连。任选地，结合层可以在其它位置选择性地导电，在此位置选择性导电的结合层产生第一电接触和半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面或柔性印刷电路板之间的电接触。本发明的另一个示例性实施方式包括制造薄膜电池组的方法，该方法包括无特定顺序的以下步骤：形成选择性导电的结合层；将该结合层与第一电接触相连；将电池组电池结构的第一侧也与第一电接触连接；将该结合层与半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面或柔性印刷电路板相连；将电池组电池结构的第二侧与结合层相连。
该实施方式的例子可以包括形成具有阳极、阴极和电解质层的电池组电池结构；将至少一个导体嵌入在结合层内；将至少一种导电金属线编织在整个结合层中，其中露出导电金属线的选择性部分；加热结合层并将导体挤压进结合层内；用绝缘材料对该电池组进行绝缘。该示例性实施方式可包括在结合层内嵌入绝缘加强层，该加强层可以是选择性导电的。
本发明的另一个示例性实施方式涉及一种位于柔性印刷电路板上的电池组，其中电池组电池结构的第一侧至少与柔性印刷电路板直接机械接触。所述电池组包括第一电接触；与第一电接触连接并具有第一嵌入导体的结合层；通过第一嵌入导体与所述第一电接触选择性电接触的至少一个电池组电池结构；与第一电接触连接并具有第二嵌入导体的结合层，该第二嵌入导体与第一电接触和柔性印刷电路板选择性电接触。结合层和至少一个电池组电池结构夹在第一电接触和柔性印刷电路板之间。
本发明的另一个示例性实施方式涉及一种位于柔性印刷电路板上的电池组，该电池组电池结构与柔性印刷电路板不直接发生机械接触，而是至少被结合层机械隔开。所述电池组包括第一电接触；与第一电接触连接并具有第一嵌入导体的结合层；通过所述第一嵌入导体与所述第一电接触选择性电接触的至少一个电池组电池结构；与柔性印刷电路板连接并具有任选的第二嵌入导体的结合层，从而在柔性印刷电路板与所述第一电接触之间产生任选的选择性电接触。所述结合层和至少一个电池组电池结构夹在第一电接触和柔性印刷电路板之间。
在另一个示例性实施方式中，制造薄膜电池组的方法包括形成选择性导电结合层；将结合层与第一电接触相连；将电池组电池结构的第一侧与柔性印刷电路板相连；将电池组电池结构的第二侧与结合层相连。
在另一个示例性实施方式中，制造薄膜电池组的方法包括形成选择性导电结合层；将该结合层与第一电接触相连；将电池组电池结构的第一侧与第一电接触相连；将电池组电池结构的第二侧与选择性导电结合层相连；将所述结合层与柔性印刷电路板相连。
本发明的另一个实施方式包括电池组电池与半导体器件的半导体表面或导电封装表面之间的电连接。电池组电池与半导体器件的半导体表面或导电封装表面之间的电连接可以通过直接物理接触或金属线接合来实现。
另一方面，将电池组集成到半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面上或集成到柔性印刷电路板之中或之上之前，可以将电池组制造成分立器件，然后与基板和包封物一起集成为一个整体。
本发明的另一个实施方式包括多电池组电池堆与半导体器件的半导体表面或导电封装表面之间的电连接。
附图简要说明
图1A显示了依据本发明的示例性实施方式的薄膜电池组以及半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面，或柔性印刷电路板的例子的侧视图。
图1B显示了依据本发明的示例性实施方式的薄膜电池组以及半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面，或柔性印刷电路板的例子的侧视图。
图2显示了依据本发明的另一个示例性实施方式的薄膜电池组以及半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面的例子的侧视图。
图3A显示了依据本发明的另一个示例性实施方式的示例性薄膜电池组的侧视图，该薄膜电池组位于半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面，或柔性印刷电路板上。
图3B显示了依据本发明的另一个示例性实施方式的示例性薄膜电池组的侧视图，该薄膜电池组位于半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面，或柔性印刷电路板上。
图3C显示了依据本发明的另一个示例性实施方式的示例性薄膜电池组的俯视图，该薄膜电池组位于半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面，或柔性印刷电路板上。
图4A显示了依据本发明的另一个示例性实施方式的示例性薄膜电池组的侧视图，该薄膜电池组位于半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面上。
图4B显示了依据本发明的另一个示例性实施方式的示例性薄膜电池组的侧视图，该薄膜电池组位于柔性印刷电路板上。
发明详述
图1A显示了依据本发明的一个示例性实施方式的电化学器件的侧视图。在该实施方式中，第一电接触101与结合层110相连，其中第一电接触101的一部分延伸超过结合层110。例如，结合层110可以与电池结构115结合。将半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面设置在电池组电池结构115之下。半导体器件105的绝缘表面可以是例如半导体器件的绝缘封装表面或半导体器件的上绝缘表面。导电表面可包括例如导电接触垫片、导电线路、导电通路(via)或形成在器件表面上的其它导电层。导电表面还可以与绝缘表面一起形成，例如在半导体器件的封装表面上形成导电表面。如图所示，嵌入在结合层110内的是第一嵌入导体120。例如，该第一嵌入导体120产生选择性导电结合层。选择性导电结合层110允许在特定的点从电池结构115通过结合层110导电到第一电接触101，而使第一电接触101与半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面之间仍然保持绝缘。还可以包括其它类型的电池组电池结构。
电化学器件可具有第二嵌入导体121，从而选择性地产生第一电接触101与半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面之间的电接触。在此情况中，半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面必须在第一嵌入导体120和第二嵌入导体121接触半导体器件105的半导体表面或导电(例如封装)表面或绝缘(例如封装)表面的接触点之间是选择性绝缘的。
图1B显示了依据本发明的一个示例性实施方式的电化学器件的侧视图。在该实施方式中，第一电接触101与电池组电池结构115相连。结合层110与电池组电池结构115以及第一电接触101的一部分相连，第一电接触101延伸超过结合层110。半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面与结合层110相连。如图所示，嵌入在结合层110内的是第一嵌入导体120。例如，该第一嵌入导体120产生选择性导电结合层。选择性导电结合层110允许在特定的点从电池结构115通过结合层110导电到半导体器件105的半导体表面或导电(例如封装)表面或绝缘(例如封装)表面，而使第一电接触101与半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面之间仍然保持绝缘。电化学器件可具有第二嵌入导体121，从而选择性地产生第一电接触101与半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面之间的电接触。在此情况中，半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面必须在第一嵌入导体120和第二嵌入导体121接触半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面的接触点之间是选择性绝缘的。可以不同的方式将第一嵌入导体120和第二嵌入导体121设置在结合层110内。例如，可以使用金属垂片、金属线、金属条、金属丝、多根金属线、多根金属条、多根金属丝、金属线网、穿孔金属箔、穿孔金属、施加在粘合剂层上的金属涂层、金属盘、金属涂布的玻璃纤维或它们的组合。在上述各例中，第一嵌入导体120和第二嵌入导体121都能提供电池结构115和第一电接触101之间的导电，而结合层110提供第一电接触101和半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面之间的绝缘。在一些实施方式中，嵌入导体120和121可以编织在结合层110中。嵌入导体120和121可以是例如嵌入在结合层110中的盘。在一些实施方式中，可以在结合层110中形成狭缝，从而在结合层110中编织或设置嵌入导体120和121。而且，例如，可以使用孔或其它方式在结合层110中设置嵌入导体120和121。
在本发明的另一个实施方式中，可以在结合层内设置加强层。例如，玻璃纤维材料可以覆盖结合层的一个表面的一半，编织在整个层中，然后覆盖结合层的另一半。这种没有导电涂层的玻璃纤维层可以使设置在其间的材料绝缘。玻璃纤维可以在局部区域涂覆导电材料。这种导电涂层可以涂覆于结合层顶部和底部表面的玻璃纤维区域。在这种实施方式中，例如，玻璃纤维可以在上接触和电池之间进行传导。可以采用喷墨、丝网印刷、等离子体沉积、电子束沉积、喷涂和/或刷涂的方法，将导电材料置于玻璃纤维上。可以使用玻璃纤维之外的其他材料，如
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塑料，玻璃或其他绝缘材料。
本发明的另一个示例性实施方式通过结合层中的孔提供在第一电接触和电池组电池结构之间的选择性接触。在这种实施方式中，结合层中的孔可以允许第一电接触和电池组电池结构保持接触。这些层可以例如挤压在一起形成接触。或者，可以在结合层的孔中或孔附近区域施用导电胶或导电油墨，在层之间构成接触。还可以使用锂。
嵌入导体120和121和/或第一电接触例如可以由金、铂、不锈钢、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜锆、铌、钼、铪、钽、钨、铝、铟、锡、银、碳、青铜、黄铜、铍、或它们的氧化物、氮化物、碳化物和合金制成。第一电接触可以是金属箔，可以由不锈钢或任何其它具有所需或合适的特征和性质如所需的电导率的金属性物质制成。金属箔优选包含可焊合金，例如铜、镍或锡的合金。第一电接触的厚度可以例如小于100微米，小于50微米，或小于25微米。
电化学器件115可包括阴极、阳极和电解质。例如，阴极可包括LiCoO2，阳极可包括锂，电解质可包括LIPON。按照需要，可以使用其它电化学器件。
电化学器件115可以多种方式与半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面相连。在一个实施方式中，例如，可以使用胶水将电化学器件与半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面相连。本申请中所用的胶水范围扩展到可将电化学器件115与半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面粘合在一起的任何材料。胶水可在两层之间产生机械或化学结合。胶水还可以包括在不引入其它材料或层情况下两层的化学结合。例如，胶水可包括但不限于胶泥和树脂胶。胶水可以是导电性、半导体或绝缘的。
在另一个示例性实施方式中，半导体器件105的半导体表面或导电(例如封装)表面或绝缘(例如封装)表面用作电池组的基板。提供半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面，在该表面上沉积电化学器件115。还可以将电化学器件115胶粘在半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面上。
在一个示例性实施方式中，将LiCoO2阴极层沉积在半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面上。在本领域中已经知道多种沉积技术，它们包括但不限于反应性或非反应性RF磁控溅射、反应性或非反应性脉冲DC磁控溅射、反应性或非反应性DC二极管溅射、反应性或非反应性热(电阻)蒸发、反应性或非反应性电子束蒸发、离子束辅助沉积、等离子体增强化学气相沉积，或包括例如旋涂、喷墨、热喷涂沉积、浸涂等的沉积方法。作为制造方法的一部分，例如，可以使用热退火对阴极进行退火，例如在较低的温度下退火，在较高的温度下退火，或使用对流式加热炉或快速热退火法。另一种或另选的沉积后退火方法可包括激光退火以提高LiCoO2层的结晶度，以调整和优化该层的化学性质，例如其电化学电位、能量、发电性能、电化学循环和热循环的可逆晶格参数。
在沉积阴极层后，可以在阴极上沉积电解质，然后沉积阳极。同样，可以本领域中公知的任何方法沉积这些层。在一个具体的实施方式中，一旦在半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面上沉积了电化学器件115后，就可以在电化学器件和第一电接触101之间设置结合层110。在图1A所示的此具体实施方式中，金属包封层101也可以是第一电接触。在另一个具体实施方式中，一旦在第一电接触101上沉积了电化学器件115之后，就可以在电化学器件115和半导体器件105的半导体表面或导电表面或绝缘表面之间设置结合层110。在图1B所示的此具体实施方式中，金属包封层101也可以是第一电接触。如上所述，第一电接触可以是金属箔，例如，可以由不锈钢或任何其它具有所需的特征和性质如所需的电导率的金属性物质制成。金属箔优选包括可焊合金，例如铜、镍或锡的合金。第一电接触的厚度例如可以小于100微米，小于50微米，或小于25微米。
结合层110可包括例如粘合剂材料、绝缘材料、聚合物材料、玻璃、
Figure GSB00000161841700091
加强材料和玻璃纤维。嵌入导体120和121可包括例如垂片、金属线、金属条、金属丝、多根金属线、多根金属条、多根金属丝、金属线网、穿孔金属、施加在粘合剂层上的金属涂层、以及盘。
图2显示了位于芯片上的薄膜电池组的第二实施方式。在此实施方式中，电池组可包括半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面，沉积在半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面上的阴极层145，电解质150，阳极165，调制层160，包封155，阳极集电器170和绝缘体175。例如，阴极145可包含LiCoO2，阳极160可包含锂，电解质150可包含LIPON。按照需要，也可使用其它电化学器件。包封155可包括多个交替的氮化锆和锆或氮化钛和钛层形成的陶瓷-金属复合叠层结构。
可包括阴极145、电解质150和阳极155的电化学器件可以多种方式与半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面相连。在一个实施方式中，例如，可以使用胶水将电化学器件与半导体器件105的基本导电的、半导体表面或导电封装表面相连。本申请中所用的胶水范围扩展到可将电化学器件的部件与半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面粘合在一起的任何材料。胶水可在两层之间产生机械或化学结合。胶水还可以包括在不引入其它材料或层情况下两层之间的化学结合。胶水可以是导电的，从而将半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面用作集电器。例如，胶水可包括但不限于导电的胶泥和树脂胶。
阴极145还可直接沉积在半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面上。在一个具体实施方式中，在半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面上沉积LiCoO2阴极层。在本领域中已经知道多种沉积技术，它们包括但不限于反应性或非反应性RF磁控溅射、反应性或非反应性脉冲DC磁控溅射、反应性或非反应性DC二极管溅射、反应性或非反应性热(电阻)蒸发、反应性或非反应性电子束蒸发、离子束辅助沉积、等离子体增强化学气相沉积，或包括例如旋涂、喷墨、热喷涂沉积、浸涂等的沉积方法。作为制造方法的一部分，例如，可以使用沉积后激光退火以提高阴极层145的结晶度，以调整和优化该层的化学性质，例如其电化学电位、能量、发电性能、电化学循环和热循环的可逆晶格参数。2006年11月7日提交的美国专利申请序列第11/557,383号中揭示了用于沉积LiCoO2的方法的例子，该专利申请的全部内容通过参考结合于此。
在上述实施方式中，半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面可以是任何集成电路的一部分，可以包括存储器、处理器或其它逻辑电路。
本发明的另一个实施方式包括沉积在柔性印刷电路板上的电池组，包括，例如：第一电接触；与第一电接触相连并具有嵌入导体的结合层；至少一个电池组电池结构；柔性印刷电路板。结合层和至少一个电池组电池结构可以夹在第一电接触和柔性印刷电路板之间。结合层可以通过嵌入导体选择性地导电。电池组电池结构还可通过嵌入导体与第一电接触发生选择性电接触。
图3A显示了依据本发明的另一个实施方式的电化学器件的侧视图。在该实施方式中，第一电接触301与结合层310相连，第一电接触301的一部分延伸超过结合层310。结合层310可以例如与电池结构315结合。将柔性印刷电路板设置在电池组电池结构315之下。如图所示，嵌入结合层310中的是第一嵌入导体320。例如，该第一嵌入导体320产生选择性导电结合层。选择性导电结合层310允许在特定点从电池结构315通过结合层310导电到第一电接触301，而使第一电接触301与柔性电路板305之间仍然保持绝缘。如图所示，嵌入结合层310中的是第二嵌入导体321。例如，该第二导体进一步产生选择性导电结合层。该进一步的选择性导电结合层310允许在特定点从柔性印刷电路板305通过结合层310导电到第一电接触301，而使第一电接触301与柔性印刷电路板305之间仍然保持绝缘。还可以包括其它类型的电池组电池结构。
图3B显示了依据本发明的一个示例性实施方式的电化学器件的侧视图。在该实施方式中，第一电接触301与电池组电池结构315相连。结合层310与电池组电池结构315和延伸超过结合层310的第一电接触301的一部分相连。柔性印刷电路板305与结合层310相连。如图所示，嵌入结合层310中的是第一嵌入导体320。例如，该第一嵌入导体320产生选择性导电结合层。选择性导电结合层310允许在特定点从电池结构315通过结合层310导电到柔性印刷电路板，而使第一电接触301与柔性印刷电路板305之间仍然保持绝缘。该电化学器件可具有第二嵌入导体321，其选择性地产生第一电接触301和柔性印刷电路板305之间的电接触。在此情况中，柔性印刷电路板305必须在第一嵌入导体320和第二嵌入导体321接触柔性印刷电路板305的接触点之间选择性地绝缘。
图3C是与柔性电路板305集成的示例性电化学器件的俯视图，例如图3A和3B中描述的示例性器件。如图3C所示，在电路板305的表面上形成导电迹线330、331。其它类型的导电表面，例如接触垫片、配线、裸露的导电通路等或它们的组合也可以设置在电路板表面上以接受电化学器件。在该平面图中，显示第一嵌入导体320通过结合层310，与导电迹线330电接触，而第二嵌入导体321如图所示通过结合层310，与导电迹线331电接触。应理解，对于包括半导体器件的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面的例子，例如图1A和1B所示的而言，可以实现类似的设置。
柔性电路板305可包括例如多级电路板层，它们可以具有或不具有迹线、单面或双面、半刚性、膜和/或聚酰亚胺膜。
可以不同方式在结合层310中设置嵌入导体320和321。例如，可以使用金属垂片、金属线、金属条、金属丝、多根金属线、多根金属条、多根金属丝、金属线网、穿孔金属箔、穿孔金属、施加在粘合剂层上的金属涂层、金属盘、金属涂布的玻璃纤维或它们的组合。在上述各例中，第一嵌入导体320能提供电池结构315和第一电接触301或柔性印刷电路板305之间的选择性导电，而仍然保持电池组电池结构315和第一电接触301或柔性印刷电路板305之间的绝缘。此外在各实施例中，第二嵌入导体321能提供第一电接触301和柔性印刷电路板305之间的选择性导电，而仍然提供第一电接触301和柔性印刷电路板305之间的绝缘。在一些实施方式中，第一嵌入导体320可以编织在结合层310中。第一嵌入导体320可以是例如嵌入在结合层310中的盘。在一些实施方式中，可以在结合层310中形成狭缝，从而在结合层310中编织或设置第一嵌入导体320。而且，例如，可以使用孔或其它方式在结合层310中设置第一嵌入导体320。在一些实施方式中，第二嵌入导体321可以编织在结合层310中。第二嵌入导体321可以是例如嵌入在结合层310中的盘。在一些实施方式中，可以在结合层310中形成狭缝，从而在结合层310中编织或设置第二嵌入导体321。而且，例如，可以使用孔或其它方式在结合层310中设置第二嵌入导体321。
电化学器件315可包括阴极、阳极和电解质。例如，阴极可包括LiCoO2，阳极可包括锂，电解质可包括LIPON。按照需要，可以使用其它电化学器件。
电化学器件315可以多种方式与柔性印刷电路板305相连。在一个实施方式中，例如，可以使用胶水将电化学器件315与柔性印刷电路板305相连。本申请中所用的胶水范围扩展到可将电化学器件315与柔性印刷电路板305粘合在一起的任何材料。胶水可在两层之间产生机械或化学结合。胶水还可以包括在不引入其它材料或层情况下两层之间的化学结合。例如，胶水可包括但不限于胶泥和树脂胶。胶水可以是导电性、半导体或绝缘的。
电化学器件315可以多种方式与第一电接触301相连。在一个实施方式中，例如，可以使用胶水将电化学器件315与第一电接触301相连。本申请中所用的胶水范围扩展到可将电化学器件315与第一电接触301粘合在一起的任何材料。胶水可在两层之间产生机械或化学结合。胶水还可以包括在不引入其它材料或层情况下两层之间的化学结合。例如，胶水可包括但不限于胶泥和树脂胶。胶水可以是导电性、半导体或绝缘的。
在另一个实施方式中，柔性印刷电路板305用作电池组的基板，电池组可以沉积在电路板上。
在另一个实施方式中，第一电接触301用作电池组的基板，电池组可以沉积在第一电接触上。
在另一个实施方式中，柔性印刷电路板305用作电池组的包封。
在另一个实施方式中，第一电接触301用作电池组的包封。
在图4A所示的另一个示例性实施方式中，在半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面上设置薄膜电池组，在它们之间设置阻挡层。图4A中与图1A所示相似的元件用相同的附图标记表示。在该实施方式中，第一电接触101与结合层110相连，第一电接触101的一部分延伸超过结合层110。结合层110可以例如与电池结构115结合。具有阻挡层107的半导体器件105A的半导体表面或导电(例如封装)表面或绝缘(例如封装)表面设置在电池组电池结构115之下。
在该实施方式中，阻挡层107可包括例如氮化钛。阻挡层107还可以包括半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面。导电表面可包括例如导电接触垫片、导电线路、导电通路(via)或形成在器件表面上的其它导电层。导电表面还可以与绝缘表面一起形成，例如在半导体器件的封装表面上形成导电表面。半导体器件105的绝缘表面可以是例如半导体器件的绝缘封装表面或半导体器件的上绝缘表面。如图所示，嵌入结合层110中的是导体120。例如，该导体120产生选择性导电结合层。选择性导电结合层110允许在特定点从电池结构115通过结合层110导电到第一电接触101，而仍然保持第一电接触101与阻挡层107之间的绝缘。还可以包括其它类型的电池组电池结构。
可以多种方式使电化学器件115与半导体器件105的半导体表面或导电(例如封装)表面或绝缘(例如封装)表面和阻挡层107相连。在一个实施方式中，例如，可以使用胶水使电化学器件与阻挡层相连。本申请中所用的胶水范围扩展到可将电化学器件115粘合到阻挡层107上的任何材料。胶水可在两层之间产生机械或化学结合。胶水还可以包括在不引入其它材料或层情况下两层之间的化学结合。例如，胶水可包括但不限于胶泥和树脂胶。胶水可以是导电性、半导体或绝缘的。
在另一个示例性实施方式中，半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面用作电池组的基板。提供半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面，在该表面上沉积阻挡层107。还可以将阻挡层107胶粘到半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面上。一旦阻挡层107和基板105制备完成后，可以将电化学器件115直接沉积在阻挡层107上。
在一个示例性实施方式中，通过上述方法将LiCoO2阴极层沉积在阻挡层107上。
在图4B所示的另一个示例性实施方式中，将薄膜电池组设置在柔性电路板上。图4B中与上述图3A所示类似的元件用相同的附图标记表示。在该实施方式中，第一电接触301与结合层310相连，第一电接触301的一部分延伸超过结合层310。结合层310可以例如与电池结构315结合。将如上所述的柔性印刷电路板305和阻挡层307设置在电池组电池结构315之下。在该实施方式中，阻挡层307可例如包括氮化钛。如图所示，嵌入结合层310中的是导体320。例如，该导体320产生选择性导电结合层。选择性导电结合层310允许在特定点从电池结构315通过结合层310导电到第一电接触301，而仍然保持第一电接触301与阻挡层307之间绝缘。导体320可如上所述设置在结合层310中。在各实施例中，导体320可提供电池结构315和第一电接触301之间的导电，而仍然保持第一电接触301和阻挡层307之间的绝缘。
可以多种方式使电化学器件315与半导体器件305的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面和阻挡层307相连。在一个实施方式中，例如，可以使用胶水使电化学器件与阻挡层相连。本申请中所用的胶水范围扩展到可将电化学器件315粘合到阻挡层307上的任何材料。胶水可在两层之间产生机械或化学结合。胶水还可以包括在不引入其它材料或层情况下两层之间的化学结合。例如，胶水可包括但不限于胶泥和树脂胶。胶水可以是导电性、半导体或绝缘的。
在另一个实施方式中，柔性印刷电路板305用作电池组的基板，可以在该电路板上沉积阻挡层307。还可以将阻挡层307胶粘到柔性印刷电路板305上。一旦阻挡层107和印刷电路板305制备完成后，可以将电化学器件315直接沉积在阻挡层307上。
虽然图4A和4B仅仅分别显示了一个导体120、320，但是应理解示例性实施方式还包括至少一个第二导体，例如图1A和3A中分别显示的121、321。此外，第一电接触101、301与下面的半导体器件的半导体表面、导电表面或绝缘表面或柔性电路板之间的电连接可通过导体121、321通过结合和/或阻挡层实现。
上述示例性实施方式还可包括堆叠在半导体器件的半导体表面或导电(例如封装)表面或绝缘(例如封装)表面上的多个电化学器件。
上述示例性实施方式还可包括堆叠在第一电接触301上的多个电化学器件。
本发明的示例性实施方式提供包封电化学器件的化学和机械敏感层的另一种方案，这种方案与使用金箔的现有包封方案相比成本降低。上述示例性实施方式还避免了其它现有方案中由于温度变化导致包封电化学器件的金属和塑料袋内的气体膨涨和/或收缩引起的金属和塑料袋密封条爆裂的问题。
文中所述的示例性实施方式还提供直接制造在半导体器件如集成电路上的可再充电二次电池组。这类电池组在电路切断时提供电力，在电力重启时快速且简便地再充电。应急电路可以受益于这种电池组提供的局部供电。示例性实施方式还提供不那么昂贵且更可靠的包封方法，以及提供导电接触的更好的方法，包括比已知的包封方法明显更薄的包封。示例性实施方式还提供在其上连接有薄膜柔性电池组的柔性集成电路和/或柔性印刷电路板。
尽管上述实施例描述了设置在结合层的开口(例如狭缝)中的导电材料，但是应理解可以通过许多方法提供电池组电池结构115、315与第一电接触101、301之间的电接触。例如，在粘合剂形成的结合层110、310中嵌入导电粉末可提供电池结构115、315与第一电接触101、301之间的导电。例如，可以在粘合剂结合层110、310中位于接触101、301和电池组电池结构115、315之间的一个或多个选择区域嵌入金属粉末(例如镍粉)之类的导电粉末。本领域技术人员意识到可以在粘合剂中掺入其它导电材料用于选择性导电，例如导电球、铁心(slugs)、金属丝网等。使电池组电池结构115、315和第一电接触101、301之间实现导电同时又保持接触和电池组电池结构之间绝缘的方法不应认为限制于所解释的实施例。
同样适用于电池组电池结构115、135与半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面或柔性印刷电路板305之间的电接触。同样适用于第一电接触101、301与半导体器件105的半导体表面或导电封装表面或绝缘封装表面或柔性印刷电路板305之间的电接触。
另外，应理解电化学器件可包括位于半导体器件的半导体表面、导电表面或绝缘表面或柔性印刷电路板上的分立器件(例如，被自身的基板和自身的包封物全封装的)。例如，在集成到半导体器件的半导体表面或导电表面或绝缘表面上或集成到柔性印刷电路板之中或之上之前，可以将电化学器件作为分立器件制造，然后与其基板和包封物一起整合为整体。
上述实施方式仅仅是示例性的。本领域技术人员可以认识到文中具体描述的实施方式的变化形式，它们旨在落在本发明的范围内。这样，本发明仅仅由所附权利要求限定。因此，本发明旨在覆盖所述内容的修改，只要它们落在所附权利要求及其等同项的范围内。

Claims (50)

1.一种包括电池组的集成电路，其包括：
第一电接触层；
与所述第一电接触层相连且包括第一嵌入导体和第二嵌入导体的结合层；
通过所述第一嵌入导体与所述第一电接触层选择性电接触的至少一个电池组电池结构；和
具有半导体表面或导电封装表面的半导体器件；
其中，所述第一电接触层通过所述第二嵌入导体与半导体器件的半导体表面或导电封装表面选择性电接触，并且其中，所述结合层和所述至少一个电池组电池结构夹在所述第一电接触层与所述半导体器件的半导体表面或导电封装表面之间。
2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述第一电接触层包括包封金属。
3.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述半导体器件的半导体表面或导电封装表面用作所述至少一个电池组电池结构的包封。
4.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述结合层包含选自下组的材料：粘合剂材料、绝缘材料、塑料、玻璃、
Figure FSB00000875747500011
加强材料和玻璃纤维。
5.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述嵌入导体选自下组：垂片、金属线、金属条、金属丝、金属线网、穿孔金属、施加在粘合剂层上的金属涂层、以及盘。
6.如权利要求5所述的集成电路，其特征在于，所述金属线是多根金属线，所述金属条是多根金属条，所述金属丝是多根金属丝。
7.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述导体编织在所述结合层中。
8.如权利要求7所述的集成电路，其特征在于，所述结合层包括其中编织有所述嵌入导体的狭缝。
9.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述第一电接触层包含选自下组的材料：金、铂、不锈钢、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铝、铟、银、碳、青铜、黄铜、铍、以及它们的氧化物、氮化物、碳化物和合金。
10.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电池组电池结构至少包括：
阳极；
电解质；和
阴极。
11.如权利要求10所述的集成电路，其特征在于，所述阴极是经过退火的。
12.如权利要求10所述的集成电路，其特征在于，所述阴极是结晶的。
13.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述第一电接触层用作所述电池组电池结构的正端。
14.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述第一电接触层用作所述电池组电池结构的负端。
15.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，还包括位于所述电池组电池结构和所述半导体器件的半导体表面或导电封装表面之间的阻挡层。
16.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述第一电接触层包括金属箔。
17.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，还包括多个依次堆叠的电池组电池结构，其中至少一个金属箔包封各电池组电池结构。
18.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述第一电接触层的一部分涂布了绝缘材料。
19.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电池组电池结构还包括夹在所述电池组电池结构和所述第一电接触层之间的基板。
20.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，还包括夹在所述结合层和所述第一电接触层之间的包封。
21.一种包括电池组的集成电路，其包括：
具有表面的半导体器件；
与所述半导体器件的所述表面相连的结合层，所述结合层包括第一嵌入导体和第二嵌入导体；
通过所述第一嵌入导体与所述半导体器件的所述表面选择性电接触的至少一个电池组电池结构；和
第一电接触层；
其中，所述半导体器件的所述表面通过所述第二嵌入导体与所述第一电接触层选择性电接触，并且其中，所述结合层和所述至少一个电池组电池结构夹在所述半导体器件的所述表面和所述第一电接触层之间。
22.如权利要求21所述的集成电路器件，其特征在于，所述半导体器件的所述表面选自半导体表面、导电封装表面。
23.如权利要求21所述的集成电路，其特征在于，还包括位于所述电池组电池结构和所述第一电接触层之间的阻挡层。
24.如权利要求21所述的集成电路，其特征在于，所述电池组电池结构还包括夹在所述电池组电池结构和所述第一电接触层之间的基板。
25.如权利要求21所述的集成电路，其特征在于，还包括夹在所述结合层和所述半导体器件的所述表面之间的包封。
26.一种位于柔性印刷电路板上的电池组，其包括：
第一电接触层；
与所述第一电接触层相连且包括第一嵌入导体和第二嵌入导体的结合层；
通过所述第一嵌入导体与所述第一电接触层选择性电接触的至少一个电池组电池结构；和
柔性印刷电路板；
其中，所述第一电接触层通过所述第二嵌入导体与柔性印刷电路板选择性电接触，并且其中，所述结合层和所述至少一个电池组电池结构夹在所述第一电接触层和所述柔性印刷电路板之间。
27.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述柔性印刷电路板选自下组：具有或不具有迹线的多级电路板层，单侧印刷电路板，双侧印刷电路板和半刚性印刷电路板。
28.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述柔性印刷电路板包括聚酰亚胺膜。
29.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述第一电接触层包括包封金属。
30.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述结合层包含选自下组的材料：粘合剂材料、绝缘材料、塑料、玻璃、
Figure FSB00000875747500041
加强材料和玻璃纤维。
31.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述导体选自下组：垂片、金属线、金属条、金属丝、金属线网、穿孔金属、施加在粘合剂层上的金属涂层、以及盘。
32.如权利要求31所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于所述金属线是多根金属线，所述金属条是多根金属条，所述金属丝是多根金属丝。
33.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述导体编织在所述结合层中。
34.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述结合层包括其中编织有所述嵌入导体的狭缝。
35.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述第一电接触层包含选自下组的材料：金、铂、不锈钢、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锆、铝、铟、银、碳、青铜、黄铜、铍、以及它们的氧化物、氮化物、碳化物和合金。
36.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述电池组电池结构至少包括：
阳极；
电解质；和
阴极。
37.如权利要求36所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述阴极是经过退火的。
38.如权利要求36所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述阴极是结晶的。
39.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，还包括位于所述电池组电池结构与所述柔性印刷电路板之间的阻挡层。
40.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述第一电接触层包括金属箔。
41.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，还包括多个依次堆叠的电池组电池结构，其中至少一个金属箔包封各电池组电池结构。
42.如权利要求26所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述第一电接触层的一部分涂布了绝缘材料。
43.一种位于柔性印刷电路板上的电池组，其包括：
柔性印刷电路板；
与所述柔性印刷电路板相连且包括第一嵌入导体和第二嵌入导体的结合层；
通过所述第一嵌入导体与所述柔性印刷电路板选择性电接触的至少一个电池组电池结构；和
第一电接触层；
其中，所述柔性印刷电路板通过所述第二嵌入导体与第一电接触层选择性电接触，并且其中，所述结合层和所述至少一个电池组电池结构夹在所述柔性印刷电路板和所述第一电接触层之间。
44.如权利要求43所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，还包括位于所述电池组电池结构和所述第一电接触层之间的阻挡层。
45.如权利要求43所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，所述电池组电池结构还包括夹在所述电池组电池结构和所述第一电接触层之间的基板。
46.如权利要求43所述的位于柔性印刷电路板上的电池组，其特征在于，还包括夹在所述结合层和所述柔性印刷电路板之间的包封。
47.一种设备，其包含包括电池组的集成电路，所述包括电池组的集成电路选自包括如权利要求1或21所述的电池组的集成电路。
48.如权利要求47所述的设备，其特征在于，所述设备是选自下列的器具：计算机、蜂窝电话、计算器、储存器、相机、智能卡、识别标签、计算机外围硬件。
49.一种包括位于柔性印刷电路板上的电池组的设备，所述位于柔性印刷电路板上的电池组选自如权利要求26或43所述的位于柔性印刷电路板上的电池组。
50.如权利要求49所述的设备，其特征在于，所述设备是选自下列的器具：计算机、蜂窝电话、计算器、储存器、相机、智能卡、识别标签、计算机外围硬件。
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