具有硅通孔电极的微电池制造技术

电池及其形成方法包括阳极结构、阴极结构和导电覆盖层。阳极结构包括阳极基板、形成在阳极基板上的阳极、以及与阳极接触的阳极导电衬里。阴极结构包括阴极基板、形成在阴极基板上的阴极、以及与阴极接触的阴极导电衬里。在阳极结构和阴极结构上形成导电覆盖层，以密封由阳极结构和阴极结构形成的空腔。阳极基板和阴极基板中的至少一个被通孔穿透，所述通孔与相应的阳极导电衬里或阴极导电衬里接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有硅通孔电极的微电池
技术介绍
本专利技术一般地涉及电池，更一般地涉及具有电触点的微电池，所述电触点具有金属覆盖层和硅通孔电触点。相关技术的描述对具有例如1mAh或更小的电荷容量的小型薄型电源的需求不断增长。虽然可以相对容易地制造这种尺寸的功能电池，但是所涉及的小的物理尺寸和低高度使得难以完全和气密地密封这种电池。某些电池化学物质，特别是那些基于锂的电池化学物质，不能暴露在潮湿环境中。湿化学电池被密封以保留水和其他电解质。现有的商业解决方案是具有卷边密封的圆柱对称的金属罐型包装，或具有几毫米的非常宽的密封宽度的柔性聚合物包装。某些长寿命锂离子电池采用玻璃-金属密封，以确保完全密封。然而，很少有包装选择用于创建100μm或更小宽度的质量密封。
技术实现思路
电池包括阳极结构、阴极结构和导电覆盖层。阳极结构包括阳极基板、形成在阳极基板上的阳极、以及与阳极接触的阳极导电衬里。阴极结构包括阴极基板、形成在阴极基板上的阴极、以及与阴极接触的阴极导电衬里。在阳极结构和阴极结构上形成导电覆盖层，以密封由阳极结构和阴极结构形成的空腔。阳极基板和阴极基板中的至少一个被通孔穿透，所述通孔与相应的阳极导电衬里或阴极导电衬里接触。形成电池的方法包括形成阳极基板和形成阴极基板。在阳极基板和阴极基板中的至少一个中形成穿透相应的基板的通孔。在阳极结构上形成阳极导电衬里。在阳极导电衬里上形成阳极。在阴极基板上形成阴极导电衬里。在阴极导电衬里上形成阴极。组装阳极基板和阴极基板以形成电池结构。在阳极基板和阴极基板上形成导电覆盖层，以密封由阳极基板和阴极基板形成的空腔。从以下对其说明性实施例的详细描述中，这些和其他特征和优点将变得显而易见，其将结合附图来阅读。附图说明本公开将参考以下附图在下面的优选实施例的描述中提供细节，其中：图1是根据本原理的微电池结构的剖视图；图2是根据本原理形成阴极结构中的步骤的示意图；图3是根据本原理形成阴极结构中的步骤的示意图；图4是根据本原理形成阴极结构中的步骤的示意图；图5是根据本原理形成阴极结构中的步骤的示意图；图6是根据本原理形成阴极结构中的步骤的示意图；图7是根据本原理形成阴极结构中的步骤的示意图；图8是根据本原理形成阴极结构中的步骤的示意图；图9是根据本原理形成阳极结构中的步骤的示意图；图10是根据本原理形成阳极结构中的步骤的示意图；图11是根据本原理形成阳极结构中的步骤的示意图；图12是根据本原理形成阳极结构中的步骤的示意图；图13是根据本原理形成阳极结构中的步骤的示意图；图14是根据本原理形成垂直电池壁的示意图；图15是根据本原理的微电池结构组装中的步骤的示意图；图16是根据本原理的微电池结构组装中的步骤的示意图；图17是根据本原理的微电池结构组装中的步骤的示意图；图18是根据本原理的微电池结构组装中的步骤的示意图；图19是根据本原理的用于形成阴极结构的方法的框图/流程图；图20是根据本原理的用于形成阳极结构的方法的框图/流程图；图21是根据本专利技术原理的用于组装微电池结构的方法的框图/流程图；以及图22是根据本原理的阴极结构的俯视图。具体实施方式本专利技术的实施例提供微电池，其使用金属涂层来密封电池组件以免暴露于空气和水分。为实现此目的，通过阳极和阴极的背面形成电通路，使得可以从装置的顶部和底部而不是从侧面形成电接触。这提供了电接入，而没有通过金属涂层将阳极短路到阴极的风险。现在参考图1，示出了根据本实施例的微电池结构100。微电池结构100包括基于阴极结构102、壁104和阳极结构106的三件式结构。在一个替代的两件式实施例中，壁104可以与阴极结构102或阳极结构106整体形成。阴极结构102、壁104和阳极结构106通过粘合点108彼此结合。阴极112填充壁104之间的空间并连接到阴极结构102。类似地，阳极114连接到阳极结构106。注入电解质的间隔物116防止阴极112接触阳极114并提供发生电化学反应的空间。微电池结构100密封在金属壳110内。应当理解，代替粘合剂108，金属焊接接头可以用于阳极结构106和壁104之间、或者壁104和阴极结构102之间的结合。由于导电金属在相应结构和金属壳体110之间形成电连接，因此这种金属接头不需要在相应结构上形成通孔。用于金属接头的合适金属可包括例如铟或包括铟的低熔点焊料、锡、铅、铋、镉、银、金或上述的组合。特别考虑可以使用铟、铅-锡共晶焊料、或金。在一个特定实施例中，预期可以使用粘合剂将壁104结合到阴极结构102，并且可以使用金属接头将阳极结构106结合到壁104。通孔118形成在阴极结构102和阳极结构106中。通孔118包括导电衬里120和绝缘填充物122。通孔118提供到阴极112的电接入，而不必与金属壳体110接触。通孔118确保阳极114和金属壳体110之间的电连接，用于金属壳体110是阳极电极的一部分的设计，并且还允许金属壳体110与壳体电隔离的选择，其中提供金属壳体110中的间隙以允许电接入。在一个实施例中，阳极结构106的直径小于壁104的直径，壁104的直径又小于阴极结构102的直径。因此，每个部件从它下面的部件露出一条材料边缘。这确保了金属壳体110(其材料从上方沉积)覆盖粘合剂108。通过共形金属沉积，这可能不需要，因此一些实施例将使相应部件的直径相同。现在参考图2，示出了形成阴极结构102中的步骤。井204形成在基板202中。特别考虑可以使用硅来形成基板202，但是应该理解，可以在其位置使用任何适当的材料。当半导体或导电材料用于基板时，基板涂覆有绝缘电介质(图7，704)。可以使用光刻法来定义井图案，并且可以使用深反应离子蚀刻(deepreactiveionetch，DRIE)来蚀刻基板202中的井204。通过将光致抗蚀剂涂覆到待蚀刻的表面上来产生光刻图案；将光致抗蚀剂暴露在辐射图案中；然后利用抗蚀剂显影剂将图案显影到光致抗蚀剂中。一旦完成光致抗蚀剂的图案化，由光致抗蚀剂覆盖的部分得到保护，同时使用去除未保护区域的选择性蚀刻工艺去除曝光区域。如本文所用，关于材料去除工艺的术语“选择性”表示第一材料的材料去除速率大于材料去除工艺应用到的结构的至少另一材料的去除速率。反应离子蚀刻(reactiveionetching，RIE)是等离子体蚀刻的一种形式，其中在蚀刻期间将待蚀刻的表面放置在射频供电的电极上。此外，在RIE期间，待蚀刻的表面具有加速从等离子体向表面提取的蚀刻物质的电位，其中化学蚀刻反应在垂直于表面的方向上发生。在本专利技术的这一点上可以使用的各向异性蚀刻的其他示例包括离子束蚀刻、等离子体蚀刻或激光烧蚀。DRIE是一种等离子蚀刻形式，可用于形成具有垂直蚀刻轮廓的高纵横比结构。特别预期Bosch过程可以用于DRIE，但是也可以预期其他实施例。现在参考图3，示出了形成阴极结构102中的步骤。衬里302形成在井204中并且形成在基板202的表面上。特别考虑衬里302可以由钛或氮化钛形成，但是可以预期可以使用其他导电衬里材料，例如钽或钨。衬里302可以具有约300nm至约1,000nm的示例性厚度，并且使用共形沉积工艺(例如化学气相沉积(chemicalvapordeposition，CVD))形成。CVD是一种沉积方法，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池，包括：阳极结构，包括：阳极基板；形成在所述阳极基板上的阳极；和与所述阳极接触的阳极导电衬里；阴极结构，包括：阴极基板；形成在所述阴极基板上的阴极；和与所述阴极接触的阴极导电衬里；以及在所述阳极结构和所述阴极结构上形成的导电覆盖层，以密封由所述阳极结构和所述阴极结构形成的空腔，其中所述阳极基板和所述阴极基板中的至少一个被与相应的阳极导电衬里或阴极导电衬里接触的通孔穿透。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.31 US 15/168,3301.一种电池，包括：阳极结构，包括：阳极基板；形成在所述阳极基板上的阳极；和与所述阳极接触的阳极导电衬里；阴极结构，包括：阴极基板；形成在所述阴极基板上的阴极；和与所述阴极接触的阴极导电衬里；以及在所述阳极结构和所述阴极结构上形成的导电覆盖层，以密封由所述阳极结构和所述阴极结构形成的空腔，其中所述阳极基板和所述阴极基板中的至少一个被与相应的阳极导电衬里或阴极导电衬里接触的通孔穿透。2.根据权利要求1所述的电池，其中与所述阳极导电衬里接触的阳极通孔穿透所述阳极基板，并且与所述阴极导电衬里接触的阴极通孔穿透所述阴极基板。3.根据权利要求2所述的电池，其中，由所述阳极通孔和所述阴极通孔组成的组中仅一个与所述导电覆盖层电接触。4.根据权利要求1所述的电池，其中所述通孔包括密封相应通孔的绝缘填充物。5.根据权利要求4所述的电池，其中所述绝缘填充物包括聚合物粘合剂。6.根据权利要求1所述的电池，其中所述导电覆盖层使所述阳极结构的外表面暴露。7.根据权利要求1所述的电池，其中所述导电覆盖层使所述阴极结构的外表面暴露。8.根据权利要求1所述的电池，还包括将所述阳极结构与所述阴极结构分开的垂直壁。9.根据权利要求8所述的电池，其中所述阳极结构和所述垂直壁之间的接头是金属接头，并且其中所述垂直壁和所述阴极结构之间的接头是聚合物粘合剂。10.根据权利要求1所述的电池，其中所述阴极基板的直径大于所述阳极基板的直径，使得暴露的阴极基板的边缘在所述阳极和所述阴极之间的接触点处暴露。11.一种形成电池的方法，包括：形成阳极基板；形成阴极基板；在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·韦伯，P·安德瑞，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US