組裝和封裝鋰微電池的方法以及由此生產的微電池技術

一種對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，其中所述豎向組裝包括在微電池之間的電絕緣層和/或密封層以及金屬層，該方法依次包括：對預先封裝且堆疊在彼此之上的至少兩個單微電池進行堆疊和附接的步驟；形成金屬層，該金屬層能夠確保每個所述封裝的單微電池的每個金屬層的電聯接。所述至少兩個封裝的單微電池中的每個通過如下步驟被預先準備：在微電池的橫向側和包括集流體的表面二者的至少一部分上形成至少一個電絕緣層和/或密封層，該微電池包括正電極和負電極、電解質以及正極集流體和負極集流體；使所述微電池的集流體能接近；形成從所述微電池的集流體延伸至橫向側的金屬層。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及鋰微電池的封裝和組裝。更具體地，本專利技術涉及一種用BEOL“后段制程”技術(關于部件互連操作的技術)提供堅固封裝和良好兼容性的電微電池組件連接方式，從而使其能夠與其它獨立部件(晶體管、電阻器等等)電連接。
技術介紹
在微電子設備集成的背景下，微電池具有能夠適應這種應用在電壓和功率方面的日益增長的需求的優勢。這種適應性通常需要通過串聯和/或并聯的方法進行單微電池的組合。因此，串聯組裝提供調整輸出電壓的可能，而并聯組裝能夠大幅提高總容量。為滿足該需求，已經開發出許多組裝方案。例如，文獻US6982132描述了一種通過在同一基底上連續沉積活性層(電極和電解質)來單片堆疊微電池的方法。然而，由于沒有電接觸區域，該方法不能將這些微電池與外部電路集成。文獻WO2009/073150描述了一種堆疊并粘接兩個位于彼此之上的單微電池的方法。通過穿過基底之一的微通孔提供電連續性以使兩個微電池的集流體彼此連接。然而，形成和填充微孔而不改變微電池的性能是非常精細的工藝。當要堆疊的微電池的數量增加時，這種困難是難以克服的。進一步有必要有效地保護活性鋰基部件免受特別是氧氣、氮氣和水汽的氧化物種的影響。因此，“豎向”組裝的主要困難在于在不使鋰微電池短路的情況下形成特定的電接觸部，同時保持各側的機械堅固性，并且保持抗氧化。為解決這些問題，有時需要額外的技術繁瑣的封裝步驟，以確保對所有的氧化物>種的活性層的堅固和完全的保護。
技術實現思路
本專利技術提供解決方案，以克服這些困難并保護單微電池的鋰化層免受空氣的影響，通常是免受任何氧化物質的影響，同時物理地加固最終系統的封裝。本專利技術首先涉及一種單微電池封裝方法。其還涉及一種所謂的“豎向”組裝多個封裝的微電池的方法，該方法保證堅固且完整的最終封裝，并需要電互連技術而不使用約束微孔技術。由此封裝的微電池可具有不同的特征。在本專利技術的上下文中，封裝被定義為一系列步驟，該一系列步驟允許鋰微電池的電絕緣和密封絕緣，同時確保將鋰微電池連續地電連接在一起或連接至其它微電子部件。為實施本專利技術的方法，一組鋰微電池(或單微電池)可根據本領域所述的方法被容易地形成在諸如硅的標準基底上。基底可以是剛性的，特別地，例如當其由硅、玻璃、陶瓷或云母制成時。基底也可以是柔性的，特別地，例如當由聚酰亞胺、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)制成時。有利地，基底不包含孔，即，沒有能夠從基底的下表面(與支撐微電池的表面相反的表面)到達集流體的通孔。通常，硅支撐部(基底)在其上表面接納微電池的活性元件，即與連接到電極的集流體關聯的正電極和負電極以及電解質系統。典型地，電解質可由電極隔板支撐。然后，鋰微電池可通過諸如鋸斷或劃線折斷或任何其它適用于微電池工藝的切割技術彼此分離或“被個體化”。在微電池已被個體化之后，獲得具有沒有電保護的橫向硅側的切片(puces)。因此，本專利技術的第一方面涉及封裝支撐部上的鋰微電池的方法，所述微電池包含正電極和負電極、電解質以及正極集流體和負極集流體，該方法包括以下步驟：在微電池的橫向側和包括集流體的表面二者的至少一部分上形成電絕緣層和/或密封層；使微電池的集流體能接近；形成從集流體延伸至微電池的橫向側的金屬層。由于集流體未被電互連的，所以金屬層是非連續的。換言之，該金屬層被形成在每個集流體上，以使其在微電池的相應橫向側的水平處能接近。根據具體實施例，電絕緣層和/或密封層形成為遍及微電池的橫向側和包括集流體的表面。該層也可覆蓋與微電池相對的基底表面。然而，當基底是電絕緣的時，電絕緣層和/或密封層可覆蓋僅微電池的橫向側和包括集流體的表面二者的一部分。因此，該封裝的主要功能是確保電絕緣并密封隔離能對微電池的活性部分進行氧化的物種，同時提供集流體的能接近性以便與電子組件內的后續電連接。根據本專利技術的該封裝方法的第一個步驟是基于系統的布置，以確保微電池表面所需的電絕緣和密封的雙功能。其可通過確保電絕緣和密封二者的單個雙功能層而被實現，或者可通過分別確保電絕緣功能和密封阻隔功能的兩層的組合而被實現。此外，某些鋰微電池使得絕緣層的存在是可選的。因此，以改善微電池性能的唯一目的，可以沉積確保密封和電絕緣雙功能的單個層。因此，根據第一變型，電絕緣層也確保密封功能，并包括SiN(氮化硅)或Al2O3(氧化鋁)。根據第二變型，封裝方法實施電絕緣層和密封層的依次沉積。第一層導致單微電池的電絕緣。有利地，電絕緣層包括聚合物，其對于正電極和負電極以及電解質是化學惰性的。對于市售的聚合物的大型板，聚合物的選擇通常由根據目標應用所確定的參數決定。因此，用于鋰微電池的適合的聚合物的選擇基本上受到與活性層，即與正電極、電解質和負電極的物理化學兼容性的制約。因此聚合物不應與這三個微電池元件之一反應。優選地，聚合物適于反應離子蝕刻或RIE類型的干法蝕刻方法。有利地，聚合物的使用可滿足限定為微電池充電/放電運動(即鋰在兩個電極之間的遷移)和微電池膨脹/收縮運動的靈活性標準。這種靈活性對于微電池的高性能封裝是必要的。電絕緣層的聚合物可因此起到緩沖層的作用，以吸收由微電池的體積膨脹/收縮引起的機械應力。有利地，聚合物從包括環氧樹脂、聚對二甲苯、丙烯酸、硅酮以及其混合物的組中選擇。由于沉積方式，該層通常被布置在微電池的側表面上：在單個步驟中，通過蒸發法、浸涂法或原子層沉積法或ALD；在兩個步驟中，諸如通過旋涂沉積、物理氣相沉積或PVD或者等離子增強化學氣相沉積或PECVD。有利地，該層的厚度被選擇為在1微米和5微米之間，并優選地為接近2微米，以保持與下一步驟相適應。在優選的實施例中，這類沉積通過在微電池的整個表面上熱蒸發聚對二甲苯層來而被執行。第二層導致單微電池的密封。該第二層實際上起到阻擋水汽的致密擴散阻隔的作用，并根據本領域技術人員熟知的本領域的方法被沉積在由涂覆有電絕緣層的鋰微電池形成的組件上。優選地，密封層包括從包括氮氧化硅、氮化硅、二氧化硅、氧化鋁以及其混合物的組中選擇的電介質成分。優選地，電密封層具有在10納米到500納米(優選地50納米到300納米)范圍內的厚度。實際上可以發現，如果該厚度小于10納米，則達不到所需的阻隔效果。作為推論，如果該厚度大于500納米，該層的機械應力可導致在阻隔特性上的相反效果。根據所選的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，所述豎向組裝包括在所述微電池之間的電絕緣層和/或密封層以及金屬層，所述組裝方法依次包括：對預先封裝且堆疊在彼此之上的至少兩個單微電池進行堆疊和附接的步驟；形成金屬層，該金屬層能夠確保每個封裝的單微電池的每個金屬層的電聯接；至少兩個封裝的單微電池中的每個已通過如下步驟被預先準備：在微電池的橫向側和包括集流體的表面二者的至少一部分上形成至少一個電絕緣層和/或密封層，該微電池包括正電極和負電極、電解質以及正極集流體和負極集流體；使所述微電池的集流體能接近；形成從所述微電池的集流體延伸至橫向側的金屬層。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.07.06 FR 12565301.一種對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，所述豎向組裝包括在所述微電池
之間的電絕緣層和/或密封層以及金屬層，所述組裝方法依次包括：
對預先封裝且堆疊在彼此之上的至少兩個單微電池進行堆疊和附接的步驟；
形成金屬層，該金屬層能夠確保每個封裝的單微電池的每個金屬層的電聯接；
至少兩個封裝的單微電池中的每個已通過如下步驟被預先準備：
在微電池的橫向側和包括集流體的表面二者的至少一部分上形成至少一個電
絕緣層和/或密封層，該微電池包括正電極和負電極、電解質以及正極集流體和負極集
流體；
使所述微電池的集流體能接近；
形成從所述微電池的集流體延伸至橫向側的金屬層。
2.根據權利要求1所述的對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，其中對所述封
裝的單微電池的附接通過介于堆疊體的兩個相鄰的微電池之間的非導電膠和/或非導
電粘合膜被執行。
3.根據權利要求2所述的對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，其中膠合利用
包括熱環氧樹脂的膠被執行。
4.根據權利要求1所述的對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，其中所述電絕
緣層和密封層通過依次沉積電絕緣層和密封層被形成。
5.根據權利要求1所述的對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，其中所述絕緣
層包括從包括環氧樹脂、聚對二甲苯、丙烯酸、硅酮及其混合物的組中選擇的聚合物。
6.根據權利要求1所述的對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，其中所述電絕
緣層具有在1微米至5微米范圍內的厚度。
7.根據權利要求1所述的對封裝的單微電池進行豎向組裝的方法，其中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬蘇特·貝賈維，加布里爾·德勒皮埃爾，西爾萬·波利特，
申請(專利權)人：原子能與替代能源委員會，
類型：發明
國別省市：法國;FR