Dispositivo electroquímico de litio que comprende un apilamiento de capas apropiadas para constituir una microbatería (1) depositado sobre un sustrato (3) y encapsulado por medio de una cubierta de protección (9) sellada sobre dicho sustrato,

que comprende dos colectores (4, 5) de la corriente generada por la microbatería y por lo menos una capa aislante (6, 7, 8) inerte con respecto al litio, siendo dichos colectores y la o las capas aislantes depositados sobre dicho sustrato, caracterizado porque el sellado de la cubierta de protección (9) sobre el sustrato (3) se realiza por medio de las capas constitutivas de los colectores de corriente (4, 5) y de la o las capas aislantes (6, 7, 8), recibiendo dicha cubierta con este fin unas capas de igual naturaleza, posicionadas según el mismo orden en la vertical de las capas en cuestión depositadas sobre el sustrato, de manera que cuando tiene lugar el sellado de la cubierta sobre el sustrato, las capas respectivas depositadas sobre la cubierta y sobre el sustrato entran en contacto unas con otras para asegurar el sellado efectivo de la cubierta sobre el sustrato

Dispositivo electroquímico de litio encapsulado.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los dispositivos electroquímicos de litio, y más particularmente a las microbaterías de litio obtenidas mediante el depósito de películas delgadas según la técnica del depósito al vacío.

Dichas microbaterías se utilizan más particularmente en las tarjetas con chip, las etiquetas inteligentes (medición recurrente de parámetro por unos implantes miniaturizados), la alimentación del reloj interno y de los microsistemas del tipo MEMS (por la expresión anglosajona Micro Electro Mechanical System).

Estado de la técnica anterior

Actualmente, son muy conocidas las microbaterías de litio. Las mismas comprenden tradicionalmente un sustrato sobre el que se deposita un apilamiento que comprende sucesivamente un cátodo, un electrolito que comprende litio, y un ánodo en general de litio metálico, siendo el conjunto así realizado revestido con una envolvente de protección con el fin de evitar cualquier contaminación exterior.

Dichas microbaterías realizadas en forma de películas delgadas mediante la tecnología de la microelectrónica, se realizan por tanto utilizando unos materiales a base de litio, muy particularmente sensibles al entorno exterior, y en particular a la humedad, así como al oxígeno y al nitrógeno contenidos en el aire ambiente. Su protección contra estos diferentes agentes es determinante para su duración de vida.

El principio de funcionamiento de estas pilas se basa en la inserción y la desinserción (o intercalación-desintercalación) de un ion de metal alcalino y típicamente de litio en el electrodo positivo. Los principales sistemas de las microbaterías utilizan como especie iónica el ión litio Li⁺ procedente de un electrodo realizado con litio metálico. Los diferentes componentes de dicha microbatería, ya se trate de los colectores de corriente, de los electrodos positivos o negativos, del electrolito y de la capa de protección denominada asimismo capa de encapsulación, se presentan en forma de capas delgadas obtenidas por depósito PVD (por "Physical Vapor Deposition") o CVD (por "Chemical Vapor Deposition"). El espesor total del apilamiento es típicamente del orden de 15 µm.

La naturaleza de estos diferentes componentes puede ser la siguiente:

Esta encapsulación puede ser el resultado de dos tecnologías diferentes:

Según una primera tecnología, esta encapsulación se realiza a partir de capas delgadas. Se realiza así generalmente un apilamiento de capas según una alternancia vertical de capas diferentes para optimizar las propiedades de barrera del conjunto. La estrategia considerada más habitualmente consiste en depositar una preencapsulación por medio de una capa inerte con respecto al litio y planarizante. El material utilizado habitualmente es un polímero, en el ejemplo el parileno. La función de barrera puede ser reforzada por el depósito de otras capas, en particular metálicas u organosiliciadas.

Esta tecnología topa con un problema de duración de vida limitada. En efecto, debido a la permeación de los gases a través de la encapsulación así realizada, además de las solicitaciones mecánicas sufridas por la encapsulación, cuando tiene lugar el ciclado electroquímico de las microbaterías (modificaciones volumétricas), el litio resulta afectado, que se oxida así bastante rápidamente.

Según una segunda tecnología, descrita en el documento FR 2 831 327, se realiza la encapsulación mediante cerramiento: una capa de epoxi se deposita en el borde del elemento a proteger. La misma permite el pegado de una cubierta de vidrio por insolación a los rayos ultravioletas. El sellado cubierta/sustrato se puede realizar mediante varios procedimientos y puede utilizar unos materiales diferentes, o bien unos metales, o bien unos dieléctricos.

Se concibe por tanto que esta tecnología necesita el depósito de una capa de sellado para fijar la cubierta sobre el sustrato. Esta capa no es sin embargo generalmente optimizada para las propiedades de barrera, en particular con respecto a la humedad, pero también al oxigeno y al nitrógeno. Además, la utilización del sellado topa con la problemática de salida de los colectores de corriente fuera de la cavidad que comprende la microbatería. Se debe realizar un sellado no metálico, por lo menos en la proximidad de los colectores para evitar los cortocircuitos. Ahora bien, resulta que los materiales metálicos son los materiales que presentan el mejor efecto barrera de manera que se concibe fácilmente la problemática, en la medida en que se debe admitir un efecto barrera poco satisfactorio. De hecho, la utilización de un sellado metálico sólo es posible en el caso de una conexión vertical de la microbatería, es decir por la cara posterior del sustrato. Ahora bien, esta solución necesita unas etapas tecnológicas suplementarias muy complejas de realizar y por tanto que encarecen los costes de realización.

El objetivo previsto por la presente invención es disponer de una encapsulación de dichas microbaterías a la vez eficaz en términos de efecto barrera, y que utiliza una tecnología de realización ampliamente controlada y que no necesita en particular etapas suplementarias de depósito del material específico de sellado.

La invención utiliza la tecnología de encapsulación mediante cerramiento.

Exposición de la invención

La presente invención prevé por tanto un dispositivo electroquímico de litio que comprende un apilamiento de capas apropiadas para constituir una microbatería depositada sobre un sustrato y encapsulada por medio de una cubierta de protección sellada sobre dicho sustrato. Este dispositivo está provisto de dos colectores de la corriente generada por la microbatería y de por lo menos una capa aislante inerte con respecto al litio, depositados sobre dichos sustrato.

Según la invención, el sellado de la cubierta de protección sobre el sustrato se realiza por medio de las capas constitutivas de los colectores de corriente y de la o de las capas aislantes, recibiendo dicha cubierta unas capas de igual naturaleza, posicionadas según el mismo orden en la vertical de las capas en cuestión depositadas sobre el sustrato, de manera que cuando tiene lugar el sellado de la cubierta sobre el sustrato, las capas respectivas depositadas sobre la cubierta y sobre el sustrato entren en contacto unas con otras para asegurar el sellado efectivo de la cubierta sobre el sustrato.

Con ello, debido a esta arquitectura particular, se dispone de una doble barrera constituida a la vez por el material inerte aislante y el material conductor.