大量制造薄膜电池的方法技术

在此提出的概念和方法是通过免除和/或减少传统物理(遮荫)掩蔽的使用而降低大量制造薄膜电池(TFB)的成本和复杂度。激光划线和其它物理无掩蔽图案化技术可满足一些或所有图案化需求。在一实施例中，制造薄膜电池的方法包含提供基板、沉积对应薄膜电池结构的多层于基板上，各层依沉积顺序包括阴极、电解质和阳极，其中至少一沉积层于沉积时未以物理掩蔽图案化、沉积保护涂层、以及刻划各层和保护涂层。另外，封装层可覆盖各层边缘。再者，各层可沉积在二基板上，再层压成薄膜电池。

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术大体上涉及薄膜电池，且特别是涉及制造薄膜电池的方法，所述薄膜电池成本低廉并适合大量制造。专利技术背景已知固态薄膜电池(thinfilmbattery；TFB)较传统电池技术具有多个优势，例如较佳的形成因子(formfactor)、循环寿命、电容量和安全性。然而仍需具成本效益且适合大量制造(high-volumemanufacturing；HVM)的生产技术，以拓展TFB的市场应用。过去TFB制造所需的图案化方式为应用已知的掩蔽/图案化法，例如光刻技术和物理(遮荫)掩蔽法。光刻技术的应用实例可参见W.C.West等人发表于JournalofMicromech.andMicroeng.(Vol.12(2002)58-62)的文章。物理(遮荫)掩蔽法的应用可参考许多刊物和专利，包括TFB处理流程示意图(例如参见授予Krasnov等人的美国专利No.6,921,464和授予Bates等人的美国专利No.6,994,933)、和他们的特殊陈述(例如参见kelley等人的美国专利公开No.2005-0079418A1)。这些生产工艺的每一步骤都采用掩蔽/图案化技术。传统物理掩蔽法的需求引发许多缺点，尤其是对HVM而言。例如，利用物理掩蔽法将(1)大幅提高HVM与大面积级的资本投资需求；(2)增加拥有者成本(掩蔽耗材费用、清洁、化学品等)；(3)因需要对准而降低产量；以及(4)局限基板的尺寸和种类(如刚性、半刚性或柔性)，进而限制经济成本缩减的程度。更特别地，在HVM工艺中，使用物理掩蔽(普遍用于传统和当前TFB生产技术)将造成制造上更复杂且成本更高。既复杂、成本又高的原因在于需制造极精确的掩蔽和(自动化)管理系统用于掩蔽对准及再生。由公知用于硅基集成电路产业的光刻工艺可推断成本和复杂度。此外，维护掩蔽及附加对准步骤对产量的限制也导致成本增加。随着制造更大的基板面积以提高产量和大规模经济效益(即大量制造)，适应变得越来越难且成本越来越高。再者，物理掩蔽的可利用性与能力有限，也会限制制造更大的基板。使用物理掩蔽的另一影响在于降低特定基板区域的利用率，以致产生非最佳的电池密度(电荷、能量和功率)。这也是因为物理掩蔽无法完全限制溅射物沉积到掩蔽下面，故连续层间需有最小的不重叠部分，使各关键层得以维持电性隔离。此最小不重叠部分为损失阴极面积的原因，因而造成整体电容量、TFB的能量与功率降低(假设其它条件相同)。在前述一般整合方式中，利用物理掩蔽的又一影响为需要复杂的保护涂层来防止阳极(通常为锂(Li)或锂离子)与周遭的氧化剂(如氧气(O2)、水(H2O)等)反应。多篇专利论及这些方法(例如参见授予Bates等人的美国专利No.5,561,004和授予Snyder等人的美国专利No.6,916,679，它们分别描述多层涂层和积层板)。最后，采用物理(遮荫)掩蔽的方法通常受微粒污染所苦，这最终将影响产率。因此，仍需能施行简化、更与HVM兼容的TFB生产技术并大幅减少成本的概念和方法。
技术实现思路
本专利技术的概念和方法是通过免除和/或减少物理(遮荫)掩蔽的使用而降低TFBHVM的成本和复杂度，进而大量生产及增进产量，且技术很容易应用到大面积基板。如此可大幅缩减各种市场应用成本及提高产率。这些和其它优点可以通过激光划线(laserscribing)或其它无掩蔽图案化技术来实践部分或所有图案化的需求而实现。其它物理(遮荫)无掩蔽图案化技术包括机械锯切、水/溶剂切割、离子束铣磨和多层光刻技术。故本专利技术的实施例在制造工艺任一处，提供被认为是适合TFB的制造性、产率和功能的激光划线或其它无掩蔽图案化技术的使用。方法包括在沉积完所有层后进行单一图案化。另外，本专利技术实施例提出的方法包括多重图案化，其中各图案化用于单一或多个堆叠层，故可免除进行一些物理(遮荫)掩蔽。若某些例子需利用物理掩蔽法，则所公开的概念可配合使用最少量的物理掩蔽。优选地，就需要个别掩蔽/图案化的工艺而言，可使用激光划线或其它物理无掩蔽图案化技术。另外，所公开的概念可配合使用其它物理无掩蔽图案化技术，例如光刻图案化，在一些例子中，同时图案化单层、多层或所有层。根据本专利技术的一方面，制造薄膜电池的第一方法包含提供基板、在该基板上沉积对应于薄膜电池结构的多层，各层依沉积顺序包括阴极、电解质和阳极，其中在沉积时至少一沉积层未以物理掩蔽图案化、沉积保护涂层、以及刻划各层和保护涂层。另外，封装层可覆盖各层边缘。再者，刻划也可切穿基板而制造多个薄膜电池。根据本专利技术的另一方面，制造薄膜电池的第二方法包含提供第一基板、在该第一基板上沉积第一组膜层、提供第二基板、在该第二基板上沉积第二组膜层、层压第一组膜层和第二组膜层、以及刻划层压结构，其中结合的第一组和第二组膜层对应于包括阴极、电解质与阳极的薄膜电池结构，其中在沉积时第一组和第二组膜层的至少一层未以物理掩蔽图案化。另外，第一组膜层包括阴极和电解质。再者，第一锂金属层覆盖第一组膜层，第二锂金属层覆盖第二组膜层，其中第一和第二锂金属层一起构成层压结构的阳极。根据本专利技术的又一方面，对应上述方法的薄膜电池包含第一基板、一组或多个膜层，对应第一基板上的薄膜电池结构，膜层从第一基板起依序包括阴极、电解质、阳极和保护涂层，其中至少一膜层未经图案化，保护涂层覆盖该组或多个膜层，封装层覆盖膜层边缘。再者，保护涂层可为第二基板。除了大量制造、提高产量及降低成本外，利用下述概念和方法还具有许多优势。例如，可减少或消除无功能性区域。另外，激光和其它替代方法能提升装置制造的灵活度而适应末端市场定义之形成因子，又不需额外制造昂贵的物理掩蔽或光罩(用于光刻技术)。又一优点在于，阳极集电器当作保护涂层，可消除或减少封装装置所需的多层复杂结构。再一好处为对产率有正面影响。附图简要说明本领域熟练技术人员在检阅本专利技术的特定实施例说明及配合参照附图后，将更清楚本专利技术的上述与其它方面和特征，其中：图1A-1F绘示现有技术中每一步骤都使用掩蔽的TFB制造工艺；图2绘示现有技术中用于陶瓷基板的TFB制造工艺所需的不同设备和处理步骤；图3绘示现有技术中用于金属基板的TFB制造工艺所需的不同设备和处理步骤；图4A-4G绘示根据本专利技术方面的HVMTFB制造工艺实施例；图5绘示根据本专利技术方面的HVMTFB制造工艺所需的设备和处理步骤实施例；图6A-6D绘示根据本专利技术另一方面的HVMTFB制造工艺实施例；以及图7A-7G绘示根据本专利技术方面的替代的HVMTFB制造工艺实施例。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造薄膜电池的方法，包括：在基板上毯覆沉积对应于一薄膜电池结构的多个膜层，该些膜层依沉积顺序包括阴极、电解质和阳极，其中该些毯覆沉积膜层中至少一层在沉积时未以一物理掩蔽图案化；沉积一保护涂层；以及利用一个或多个无掩蔽物理图案化工艺来图案化该些膜层和该保护涂层，其中该保护涂层包括Ag、Al、Ca、Cu、Sn、Pd、Zn和Pt中的至少一种且当作一阳极集电层。

【技术特征摘要】
2007.10.25 US 60/982,6691.一种制造薄膜电池的方法，包括：
在基板上毯覆沉积对应于一薄膜电池结构的多个膜层，该些膜层依沉积顺序包括阴
极、电解质和阳极，其中该些毯覆沉积膜层中至少一层在沉积时未以一物理掩蔽图案化；
沉积一保护涂层；以及
利用一个或多个无掩蔽物理图案化工艺来图案化该些膜层和该保护涂层，
其中该保护涂层包括Ag、Al、Ca、Cu、Sn、Pd、Zn和Pt中的至少一种且当作一阳极集电层。
2.权利要求1的方法，其中该基板也当作一阴极集电器。
3.权利要求1的方法，其中该一个或多个无掩蔽物理图案化工艺选自由激光划线、机械
锯切、水/溶剂切割、离子束铣磨和光刻技术所组成的组。
4.权利要求1的方法，其中该些膜层全部为平行且共同扩张。
5.权利要求1的方法，还包括在图案化后，封装该些膜层的露出边缘。
6.一种制造薄膜电池的方法，包括：
在第一基板上毯覆沉积一第一组膜层；
在第二基板上毯覆沉积一第二组膜层；
层压该第一组膜层和该第二组膜层；以及
刻划该经层压的结构，
其中结合的该第一组膜层和该第二组膜层对应于一包括阴极、电解质与阳极的薄膜电
池结构，其中该第一组膜层和该第二组膜层的至少一层在沉积时未以一物理掩蔽图案化，
其中该第二基板包括Ag、Al、Au、Ca、Cu、Sn、Pd、Zn和Pt中的至少一种且当作一保护涂
层。
7.权利要求6的方法，其中该第一组膜层和该第二组膜层的所有膜层全部未经图案化，
并且该第一组膜层和该第二组膜层的所有膜层为平行且共同扩张。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭秉圣，尼蒂·克里希纳，库尔特·艾森拜瑟，威廉·J·多克希尔，乔·康德雷莉亚，
申请(专利权)人：应用材料公司，摩托罗拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US