고체배터리 작동소자 및 그 제조방법

고체배터리 작동소자 및 그 제조방법{SOLID-STATE BATTERY-POWERED DEVICES AND MANUFACTURING METHODS}

본 발명은 고체 에너지 저장소자와 이 소자를 동작 갖동스위치 및 회로와 합친 것에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고체 에너지 저장소자(예; 배터리)를 갖는 여러 장치를 제공하는 방법과 시스템에 관한 것으로, 이런 에너지 저장소자는 나중에 자동으로 작동하여 각종 기능을 수행하고 능동 RF 태그시스템을 제공한다. 본 발명은 또한 릴-릴 형태의 움직이는 마스크 및/또는 증착부에서 독립적인 젱속도로 움직이는 기판 웹을 이용해 구성된 박막 고체 에너지저장소자에 관한 것이기도 하다.

컴퓨터, 핸드폰, 스캐너 등의 휴대용 장치에 전자회로가 들어있다. 휴대용 장치의 단점은 전원이 있어야 한다는 것이다. 휴대용 장치에는 보통 배터리를 전원으로 사용한다. 배터리는 적어도 장치의 사용 기간중에 장치에 충분한 동력을 줄 용량을 가져야 한다. 종래의 배터리를 이용해 충분한 용량을 갖는 배터리는 무겁고 대형이며 소형 포장품에는 들어가지 못한다. 다른 단점은 대부분의 배터리가 사용하려면 수동으로 스위칭해야 한다는 것이다. 사고나 사건에 응답해 자동으로 스위칭되는 배터리가 필요한 경우가 많다.

물건의 도난방지, 보안강화, 출입강화 등을 위해 납작한 태그에 전자회로가 설치된다. 이런 태그를 위한 종래의 방법은 수동소자를 이용하는바, 수동소자는 자신의 동력을 외부 전원으로부터 RF 에너지 형태로 받곤 한다. 이 경우 태그의 기능이 제한된다. 배터리를 사용하는 한가지 단점은, 배터리가 적어도 사용기간 동안 장치에 동력을 제공하기에 충분한 용량을 가져야 한다는 것이다. 배터리 용량이 충분하면 전원이 나머지 부분에 비해 지나치게 무겁거나 대형화된다. 요컨대, 종래의 배터리는 대형이고 태그와 같은 소형 포장품에 설치될 수 없었다.

현재 배터리는 상당히 고가이다. 그 결과, 경제성 문제로 배터리의 확산이 제한되는데, 이는 소매상들이 판매 물건에 관련된 포장품의 일부로 배터리를 제공하는 것을 거의 고려하지 않기 때문이다. 통상, 배터리는 선적되는 물건의 일부로 제공되고 포장품의 일부로는 제공되지 않는다.

도 1a는 본 발명에 따른 에너지 저장소자(50)의 일례;

도 1b는 다른 에너지 저장소자(50);

도 1c는 에너지 저장소자(50c)의 단면도;

도 1d는 본 발명에 따른 에너지 저장소자의 다른 예;

도 2a는 본 발명에 따른 제작공정의 일례의 순서도;

도 2b는 에너지 저장소자의 제작 방법의 일례(250B)

도 2c는 에너지 저장소자의 제작방법(250C);

도 3a-c는 박막배터리 제작장치의 도면;

도 4는 다른 박막배터리 제작장치의 도면;

도 5a-b는 본 발명에 다른 박막배터리의 또다른 제작장치;

도 6-7은 다른 박막배터리 제작장치;

도 8a-m은 배터리가 소자가 집작된 기판의 평면도, 정면도, 사시도들;

도 9는 본 발명에 따른 시스템의 각각 다른 예의 개략도;

도 10은 도 9의 시스템의 작동방법을 보여주는 순서도;

도 11은 배터리와 스위치를 갖는 시스템의 개략도;

도 12는 동작 작동스위치의 일례의 평면도와 측면도;

도 13은 x, y, z 축의 가속도를 탐지하는 부분을 갖는 동작 작동스위치의 다른 예;

도 14는 본 발명의 시스템을 갖는 라벨의 예;

도 15는 본 발명의 스위치가 달린 총알;

도 16은 자기장으로 작동되는 스위치의 평면도와 측면도;

도 17은 감압 동작작동 스위치의 일례;

도 18은 수분감지 동작작동 스위치의 일례;

도 19는 RF 스위치;

도 20은 다른 동작작동 스위치;

도 21은 무선 태그시스템의 사시도와 RFID 소자의 사시도;

도 22는 유연한 기판에 형성된 배터리의 단면도;

도 23은 RFID 소자의 개략도;

도 24는 RFID 소자의 선적라벨과 제품라벨;

도 25-26은 RFID 소자를 이용하는 방법의 순서도;

도 27은 두루마리 릴리스층을 갖는 RFID 소자를 형성하는 개략도;

도 28-29은 RFID 소자를 형성하는 시스템의 단면도.

본 발명은 기판; 기판에 연결되고 정지상태일 때는 무동력 상태인 회로; 일련의 박막층을 이루어지고 기판에 기계적으로 연결되며 회로에 동력을 주는 박막 배터리; 및 기판에 기계적으로 연결되고, 일단 작동되면 배터리에 전기적으로 연결되어 배터리의 동력을 받는 가속도 작동스위치;를 포함하는 시스템을 제공한다. 가속도 작동스위치는 MEMS 소자이고, 하나 이상의 외팔보를 구비하거나, 하나 이상의 외팔보와 하나의 전기접점을 갖되 외팔보는 가속도에 응답해 전기접점에 닿을 수 있다. 또, 상기 스위치가 제1 외팔보 스위치 및 제2 외팔보 스위치를 포함할 수 있는데, 이 경우 제1 외팔보 스위치가 제1 기계적 특성을 기초로 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하고, 제2 외팔보 스위치가 제2 기계적 특성을 기초로 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성하며, 제1, 제2 가속도들이 서로 다르다. 한편, 가속도 작동스위치가 제1 기계적 특성을 기초로 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하고 제2 기계적 특성을 기초로 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성하며, 제1, 제2 가속도들이 서로 다를 수도 있다.

본 발명은 또한 기판; 기판에 연결된 회로; 기판과 회로에 연결되고, 회로에 동력을 주는 박막 배터리; 기판에 연결되어 회로를 전기적으로 작동시키는 가속도 작동스위치;를 포함하고, 상기 스위치가 MEMS 소자이며, 2개의 평면상의 가속도에 응답해 회로를 다르게 작동시키는 시스템을 제공한다.

본 발명의 시스템에서, 제1 외팔보 스위치가 제1 평면상의 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하고, 제2 외팔보 스위치가 제2 평면상의 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성할 수 있다. 가속도 작동스위치는 MEMS 소자로서, 제1 외팔보 스위치; 및 제2 외팔보 스위치;를 포함하고, 제1 외팔보 스위치가 제1 기계적 특성을 기초로 제1 크기의 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하고, 제2 외팔보 스위치가 제2 기계적 특성을 기초로 제1 크기와는 다른 제2 크기의 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성할 수도 있다. 이 경우, 제1 외팔보 스위치는 제1 길이를 갖고, 제2 외팔보 스위치는 제1 길이와는 다른 제2 길이를 갖는다. 또는 제1 외팔보 스위치는 제1 질량을 갖고, 제2 외팔보 스위치는 제1 질량과는 다른 제2 질량을 갖거나, 제1 외팔보 스위치는 제1 단면 폭을 갖고, 제2 외팔보 스위치는 제1 단면 폭과는 다른 제2 단면 폭을 가질 수 있다. 또, 가속도 작동스위치가 MEMS 소자로서, 제1 외팔보 스위치; 제2 외팔보 스위치; 및 제3 외팔보 스위치;를 포함하고, 제1 외팔보 스위치가 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하고, 제2 외팔보 스위치가 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성하며, 제3 외팔보 스위치가 제3 가속도에 응답해 전기접점을 형성하며, 제1 가속도는 제1 방향에 있고, 제2 가속도는 제1 방향과는 다른 제2 방향에 있으며, 제3 가속도는 제1, 제2 방향과는 다른 제3 방향에 있을 수도 있다. 또는, 스위치가 MEMS 소자로서 다수의 외팔보 스위치를 갖고, 이들 외팔보 스위치는 각기 방향과 크기가 다른 여러 가속도에 응답할 수도 있다. 또는, 상기 스위치가 MEMS 소자로서 다수의 외팔보 스위치를 갖고, 이들 외팔보 스위치는 서로 직교하고 크기가 다른 여러 가속도에 응답할 수도 있다.

본 발명의 시스템은 시스템을 물건에 부착하기에 적합한 접착지지층을 더 포함하고, 이 접착지지층을 박리층으로 덮는다. 배터리를 기판에 스퍼터링하거나, 회로가 배터리 위에 형성되거나, 회로를 기판에 스퍼터링하거나, 배터리를 회로에 스퍼터링하고, 시스템을 포장물이나 총알 등의 장치 안에 설치할 수 있다.

또, 본 발명의 시스템은 기판에 부착된 접착제를 더 포함하고, 시스템이 장치에 접착될 수 있고, 타이머를 더 포함하고, 상기 회로가 타이머에 의한 특정 시간에 사고를 저장한다. 또는 회로가 타이머를 이용해 보증기간의 시작을 표시하하거나, 타이머가 스위치의 작동을 기초로 동작을 시작하거나, 회로는 물건의 보유기간을 추적하며, 타이머는 특정 충격부하가 보유기간중에 생겼는지 여부를 결정하는데 사용되기도 한다. 방범장치가 달린 물건에서 스위치가 방범장치를 정지시키는데 사용되는 메커니즘으로 작동될 수도 있고, 회로가 스위치의 작동을 기초로 자체 진단테스트를 실시할 수도 있다. 또는 회로가 스위치의 동작시 자체테스트를 실시하며 그 결과를 저장하고, 타이머를 이용해 보증기간의 시작을 표시할 수도 있다. 또는, 회로가 스위치 작동시 총알의 기능을 조정하거나, 스위치 작동시 총알의 기능을 조정하며, 총알이 권총이나 라이플 등의 총알일 수도 있고, 또는 방향조절기가 달린 총알에서 회로가 스위치 작동시 방향조절기를 이용해 총알의 방향을 조절할 수도 있다.

박막배터리는 기판 한면에 있달아 증착되는 일련의 박막층으로 이루어지고, 가속도 작동스위치가 MEMS 소자로서, 제1 외팔보 스위치; 및 제2 외팔보 스위치;를 포함하고, 제1 외팔보 스위치가 제1 방향의 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하고, 제2 외팔보 스위치가 제1 방향과는 다른 제2 방향의 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성할 수 있다.

본 발명은 또한 기판; 기판에 연결된 회로; 기판과 회로에 연결되고, 회로에 동력을 주는 박막 배터리; 및 기판에 연결되어 회로를 전기적으로 작동시키는 가속도 작동스위치;를 포함하고, 상기 스위치가 MEMS 소자이며 제1 외팔보 스위치를 포함하고, 제1 외팔보 스위치는 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하며, 상기 회로가 타이머를 더 포함하고, 제1 외팔보 스위치중 하나가 전기접점을 형성하는 시간을 저장할 수 있다. 또는, 기판; 기판에 연결된 회로; 기판과 회로에 연결되고, 회로에 동력을 주는 박막 배터리; 및 기판에 연결되어 회로를 전기적으로 작동시키는 가속도 작동스위치;를 포함하고, 상기 스위치가 MEMS 소자이며, 제1 외팔보 스위치와 제2 외팔보 스위치를 포함하고, 제1 외팔보 스위치는 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하며, 제2 외팔보 스위치는 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성하고, 이들 제1, 제2 가속도가 서로 다르며; 상기 회로는 메모리와 타이머를 구비하고, 제1 외팔보 스위치중 하나가 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하는 시간, 또는 제2 외팔보 스위치가 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성하는 시간을 상기 메모리에 저장할 수도 있다. 이 경우, 제1 외팔보 스위치의 나머지가 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하는 시간, 또는 제2 이팔보 스위치가 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성하는 시간을 메모리에 저장하거나, 물건에 시스템을 부착하기에 적합한 접착제 지지층을 더 포함하고, 이 지지층을 박리층으로 덮을 수 있다. 한편, 제1 가속도를 기초로 보증기간을 시작하거나, 제2 가속도를 기초로 충격 시간을 기록하고, 시스템을 물건에 부착하기에 적합한 접착제 지지층을 더 포함할 수 있다.

도 1a에 도시된 것은 본 발명에 따른 에너지 저장소자(50)의 일례이다. 기판(55) 위에 접촉필름(57)이 형성된다. 접촉필름(57)은 집전기 기능을 하고, 리이드(58)에 연결되며, 리이드는 경우에 따라 에너지 저장소자(50)의 한쪽 극을 외부회로에 연결한다. 경우에 따라, 이와 같은 배터리에 전자회로가 부착된다. 한편, 전자회로를 배터리에 부착하지 않고 원격으로 연결할 수도 있다. 접촉필름(57) 위에 전극필름(59)을 형성한다. 경우에 따라, 전극필름(59)은 필름 사이의 간섭면적을 최대화하여 저항을 최소화하도록 접촉필름(57) 표면 전체를 덮을 수 있다. 전극필름(59)은 박막 배터리용 음극이기도 하고, 수퍼커패시터의 전극이기도 하다. 전극필름(59) 위에 전해질필름(61)이 형성된다. 전해질필름(61) 위에는 전극필름(63)이 형성된다. 이 전극필름(61)은 전해질필름(63)에서 전극필름(59)을 절연한다. 접촉필름(65)은 전극필름(63) 위에 형성된다. 접촉필름(65)은 집전기 기능을 하고 리이드(67)에 연결되며, 리이드는 에너지 저장소자(50)의 한쪽 극을 외부회로에 연결한다. 경우에 따라, 접촉필름(65)은 이들 필름 사이의 간섭면적을 최대화하여 저항을 최소화하도록 전극필름(63)의 표면 전체를 덮을 수 있다. 전극필름(63)은 박막 배터리의 양극 또는 수퍼커패시터의 전극이기도 하다.

도 1b는 다른 에너지 저장소자(50)이다. 이 장치는 도 1a의 장치와 밀접한 관련이 있으므로, 편의상 차이점만 설명한다. 주요 차이점은, 기판(55) 위에 한층의 접착제층(56)가 있다는 것이다. 접착제층(56)은 박리형이나 영구형 등 어떤 종류도 가능하다. 경우에 따라, 접착제층(56)은 박리 종이나 플라스틱층(156)으로 덮인 박리가능 줄모양 접착제이기도 하다. 또, 접착제층(56)은 기판(55) 전체를 덮지만, 기판의 일부만을 덮기도 한다. 한편, 접착제층(56)이 기판(55)이 아닌 에너지 저장소자(50)에 (즉, 접촉필름(65) 윗면에) 부착될 수도 있다.

도 1c는 에너지 저장소자(50c)의 단면도이다. 기판(55)에는 다른 층이 포함되거나 다른 소자가 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이런 다른 소자에는 능동형 스위치와 회로가 있다. 경우에 따라서는, 배터리나 에너지 저장소자 또는 다른 소자가 배터리 위에 형성될 수도 있다. 배터리는 회로 위에 또는 회로와 동작 작동스위치 위에 형성될 수도 있다. 또, 기판(55)은 전술한 어떤 기판도 가능하다. 접촉필름(57)과 전극(59)은 본 발명의 방법에 따라 기판(55) 위에 형성된다. 접촉필름(57)과 전극(59)은 당 분야에 알려진 다른 기술로 기판에 증착된 금속막일 수도 있다. 접촉필름(57)과 전극(59)은 에너지 저장소자(50C)를 다른 회로요소(도시 안됨)에 연결하기 위한 접점 역할을 한다.

접촉필름(57) 위에 제1 전극필름(59)이 형성된다. 제1 전극필름(59)은 금속이나 삽입재료이고, 예컨대 박막 배터리의 경우 음극으로 기능한다. 제1 전극필름(59)은 어떤 경우 리튬금속 및/또는 리튬-삽입 재료를 포함하기도 한다. 다른 경우, 수퍼커패시터처럼 제1 전극필름(59)이 금속산화물이다. 전극필름(59)가 접촉필름(57) 사이의 접촉간섭을 최대화하는 것이 좋다. 따라서, 어떤 경우, 제1 전극필름(59)은 외부회로와의 연결을 위해 남겨둔 부분만 제외하고 접촉필름(57) 전체를 덮는다.

제1 전극필름(59) 위의 전체나 일부에 전해질필름(61C)이 형성된다. 전해질필름(61C)은 경우에 따라 전극필름(59)을 완전히 감싼다. 전해질필름(61C)은 본 발명의 시스템과 방법을 이용해 형성된다. 전해질필름(61C)의 제1 물질은 제1 공급원을 이용해 증착되는데, 제1 공급원은 기판의 특정 부위에 또는 도 1C에 도시된 바와 같이 제1 전극필름(59) 위의 특정 부위에 제1 전해질물질(흡착원자 adatoms)을 보낸다.

전해질필름(61C) 위에 제2 전극필름(63)이 형성된다. 전해질필름(61C)은 제2 전극필름(63)에서 제1 전극필름(59)을 완전히 분리한다. 제2 전극필름(63)은 금속이나 삽입재료이고, 박막 배터리의 경우 양극이다. 한편, 수퍼커패시터와 같이 제2 전극필름(63)은 금속산화물이다. 전극필름(63)은 본 발명의 방법에 따라 증착되지만, 다른 방법으로 형성될 수도 있다.

증착된 전해질필름(61C)은 전해질 물질을 포함한다. 전해질 물질의 제1 공급원(예; 311, 511, 511A, 711)는 물리적 증착원일 수도, 또는 화학적 증착원일 수 있다. 제2 공급원은 특정 부위에 에너지를 띤 입자를 제공한다. 이들 에너지 입자들은 전해질 물질에 부딪치고 전해질필름(61C)의 구조 형성에 도움을 준다. 한편, 제2 공급원은 전해질 물질을 공급하는 제1 공급원와 동시에 에너지입자를 제공하기도 한다. 에너지 입자를 사용하면 전해질필름(61C)을 제1 전극필름(59)에 밀착시켜, 필요한 절연성, 즉 제1 전극필름(59)가 제2 전극필름(63) 사이의 전자 이동을 방지하여 전극을 단락하면서도, 음극(59)과 양극(63) 사이에서 이온(예; 리튬이온)을 움직이게할 수 있다(이동 방향은 소자가 충전이나 방전되느냐에 따라 변한다). 한편, 전극(59)을 양극, 전극(63)을 음극으로 하면, 이온의 이동방향이 반대로 된다. 제2 공급원은 전술한 이온공급원(313,413,713)일 수도 있다. 제2 공급원은 제1 공급원로부터 전해질 물질에 에너지를 공급하는 에너지이온을 공급한다. 이온에 의해 공급되는 에너지는 전해질필름(61C)을 제1 전극필름(59)에 밀착시키는데 도움을 준다. 이와 같은 에너지범위의 에너지입자를 이용하면 필름표면에서 전해질 물질의 이동기간이 증가하고, 이렇게 되면 전해짐 물질이 결함없이 성장할 수 있다.

어떤 경우, 전해질박막(61C)을 에너지 저장소자의 내부저항에 대한 기여를 낮추기 위해 가능한한 얇게 (초박막으로) 형성하는 것이 바람직하다. 전해질은 (음극과 양극의 단락으로 인한) 전자의 유동을 차단하는 성질은 유지하면서도 배터리 기능을 하는 이온의 흐름은 허용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법과 시스템을 이용해, 전해질필름(61C)의 두께(61C')는 5000Å 이하로 한다. 전해질필름의 두께가 경우에 따라서는 2500Å 이하, 1000Å 이하, 250Å 이하, 100Å 이하, 10 내지 200Å, 또는 10 내지 100Å일 수도 있다.

어떤 경우, 전해질필름(61C)은 LiPON을 함유하고, 제2 공급원(313,413)과 제1 공급원(311)을 이용해 형성된다. LiPON은 리튬인산 질소산화물이다. 그 예로는 Li3PO4N이 있다. 한편, 전해질에서의 리튬이온의 이동도를 높이려면 질소의 비율을 높인다. 어떤 경우, 제1 공급원(311)는 질소 분위기에서 Li3PO4를 공급한다. 한편, 제1 공급원(311)가 배압이 1E-3 Torr 미만인 진공환경에서 Li3PO4를 공급하기도 한다. 제2 공급원(313,413)는 공급원기체로부터 에너지입자를 공급하는데, 경우에 따라서는 산소나 질소를 포함한 공급원기체로부터 에너지입자를 공급하는 이온 공급원이기도 하다. 한편, 공급원기체가 아르곤, 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤 등의 불활성기체를 포함하기도 한다. 에너지입자 및/또는 이온은 전해질필름(61c)을 형성하는 물질의 에너지를 증가시킨다. 따라서, 전해질필름은 종래의 전해질층보다 품질이 좋다.

LiPON 전해질필름(61C)을 형성하기 위해, LiPON 전해질필름을 형성할 부분에 Li3PO4를 공급하는 제1 공급원와, 동일한 부분이나 그 부근에 에너지를 띤 질소입자를 공급하는 제2 공급원을 구비한다. 에너지 질소입자는 전해질필름을 형성할 부분에 제공된 Li3PO4와 반응한다. 이렇게 되면, LiPON 전해질필름내의 질소량이 증가한다. 질소 함량이 높아지면 전해질에서의 리튬이온 이동도가 증가한다.

한편, 기판(55)을 배치한 챔버는 질소강화 분위기를 갖는다. LiPON 전해질필름(61C)은 제1 공급원에 의해 공급된 Li3PO4가 챔버내의 질소와 반응하여 형성된다. 제2 공급원은 전해질필름 형성에 도움을 주는 에너지입자를 공급한다. 한편, 제2 공급원은 동일한 부분에서 Li3PO4에 질소를 공급하기도 한다. 따라서, Li3PO4는 챔버내의 질소와는 물론, 제2 공급원에서 공급된 에너지를 띤 질소함유 입자들과도 모두 반응한다. 이 경우 전해질필름(61C)의 질소함량이 높아진다. 어떤 경우, 질소함량이 높아지는 것이 좋은데, 미국 테네시주 오크리지의 에너지국 발표자료에 의하면 질소함량이 증가하면 전해질막의 이온전도율이나 이동도가 증가하기 때문이다.

본 발명에서 알 수 있겠지만, 필름 증착을 위해 설명한 시스템은 본 발명에 따른 전해질필름(61C) 형성에 적합하다. 이런 시스템의 몇가지가 도 3a-7에 도시되어 있다.

도 1d는 본 발명에 따른 에너지 저장소자의 다른 예이다. 초박막 전해질필름(61)을 갖는 에너지 저장소자(50C) 위에 수퍼커패시터(70)를 형성한다. 수퍼커패시터(70) 형성 전에 기판에 형성되는 에너지 저장소자(50C)는 에너지 저장 및/또는 에너지 변환 장치를 형성하는데 전술한 기술을 적용하기 전에 기판에 형성되는 층이나 소자라 할 수 있다. 수퍼커패시터(70)는 전극필름(71,75)과 물리적 접촉하게 형성된 중간필름(73)이다. 어떤 경우, 중간필름(73)은 패러데이 과정에 의해 전하를 저장하고 방전하기 위한 전해질이다. 중간필름(73)은 경우에 따라 유전물질을 함유하기도 한다. 접촉필름(65)은 전극(71)과 물리전기적으로 접촉한다. 따라서, 본 실시예에서 접촉필름(65)은 에너지 저장소자(50C)와 수퍼커패시터(70)의 공통 접촉필름이다. 한편, 에너지 저장소자(50C)와 수퍼커패시터(70)가 분리된 접촉필름일 수도 있다. 또, 중간필름(73)이 LiPON을 함유할 수도 있다. 어떤 경우, 전해질필름(73)이 TaO를 함유하기도 한다. 경우에 따라서는 전극필름이 RuO2일 수도 있다. 전극필름(75) 이에 접촉필름(77)이 형성된다. 접촉필름(77)에서는 수퍼커패시터의 한쪽 판을 외부회로에 연결하기 위한 리이드(76)가 뻗어나온다.

어떤 경우, 접촉필름(65)을 생략하고, 하나의 전극필름이 소자(50C)의 전극(63)과 소자(70)의 전극(71) 양쪽 역할을 한다.

고체 에너지 저장소자(50)의 제작방법(250A)에 대해 도 1a, 2a를 참조해 설명한다. 이 방법에서는 기판(55)을 제공하고(251 단계), 음극 접촉필름(57)을 기판(55)에 증착한다(253 단계). 경우에 따라, 251 단계에서 절연층이나 다른 층/소자를 기판에 형성하기도 한다. 이 방법의 255 단계에서는 기판의 특정 부위에 전극물질을 증착함과 동시에 이 전극물질에 에너지입자를 공급한다. 한편, 보조 공급원에서 에너지입자를 공급할 수도 있다. 어떤 경우에는, 에너지 입자빔을 기판상의 동일 부위의 전극물질에 비추기도 한다. 한편으로는 에너지입자가 에너지를 띤 이온이기도 하다. 에너지이온은 전극물질이 아닌 물질을 포함한다. 에너지입자나 이온빔은 그 부위의 전극물질의 구조적 성장을 제어하는데 도움을 준다. 어떤 경우, 255 단계에서 고체 박막배터리용의 음극필름(59)을 형성한다. 음극필름(59)은 음극접점과 전기물리적으로 접촉한다. 257 단계에서 음극필름(59) 위에 전해질필름(61)을 증착한다. 259 단계에서 전해질필름 위에 양극필름(63)을 증착한다. 전해질필름(61)은 음극필름(59)과 양극필름(61)을 분리하여 에너지 저장소자(50)의 단락을 방지한다. 261 단계에서 양극필름과의 전기물리적 접점부에 양극접점을 형성한다. 이제 본 발명에 따른 박막배터리가 형성되었고 에너지 저장소자 후처리 단계(263)로 진입한다.

음극필름의 증착은 제1 물질(예; 흡착원자)를 기판 특정 부위에 부착함과 동시에 제2 물질의 에너지입자(예; 이온)를 그 부위에 공급하는 것이다. 경우에 따라, 제2 물질은 제1 물질과는 다를 수 있다. 에너지입자는 제1 물질에 에너지를 공급해 음극필름내의 결정구조를 원하는 방향으로 성장시키는데 도움을 준다. 또, 이렇게 되면 기판의 이 부위에서 성장하는 필름의 화학량이 조절된다. 경우에 따라, 제1 물질은 고체 박막배터리 음극으로 사용되는 리튬-삽입 물질이다. 보조공급원을 통해 공급되는 이온은 리튬-삽입 물질에 3eV 이상 3000eV 이하의 에너지를 공급한다. 보조공급원에서 생긴 이온의 에너지를 조정하면 결정구조를 갖는 리튬-삽입 필름의 성장을 현장에서 조정할 수 있다. 이온의 에너지는 증착시 리튬-삽입 물질의 결정구조 형성에 도움을 준다. 경우에 따라, 이온을 형성하는데 사용된 기체를 이용해 성장하는 결정막의 화학량을 조정할 수 있다. 예컨대, 이온화된 보조 O2 빔을 이용해 LiCoO2 삽입물질의 성장과 화학량을 조절한다. 한편, 이온 보조빔의 O2를 이 부위에서 LiCo와 결합하여 LiCoO2 삽입물질을 형성하기도 한다.

이렇게 형성된 박막의 결정구조는 종래의 음극필름 형성방법으로 이룬 결정구조보다 높은 배열을 갖는다. 종래의 기술은 고온의 음극증착후 어닐링을 통해 음극필름의 구조를 재배열하고 결정화한다. 불행히도, 종래의 기술로는 구조 전체를 동일한 온도로 어닐링하고, 이렇게 되면 기판이 이 온도를 견뎌야만 하므로 많은 다른 적당한 기판 물질이 없어진다는 점에서 바람직하지 못하다. 또, 다른 층들은 각각의 조건에 맞는 다른 어닐링 처리를 할 수 없다. 필요한 고배열의 적절 배향된 결정구조를 형성하는데 필요한 에너지를 공급하면 이상 설명한 높은 배열의 결정질 음극필름을 얻을 수 있고, 음극 접촉필름을 포함한 기판상의 다른 층들은 고온의 어닐링으로 형성된다. 또, 각 층마다 (다른 에너지의 이온 보조빔을 이용하거나 다른 속도나 다른 시간 증착과 어닐링을 하는 등의) 다른 어닐링 공정을 이용해 어닐링을 할 수 있다. 또, 이전 층의 표면층을 어닐링하여, 후속 층의 품질을 개선하는 특정 방식(예컨대 특정한 결정배향이나 특정한 이온결합면으로) 배열된 표면에 후속 층을 증착할 수 있다.

도 2b는 에너지 저장소자의 제작 방법의 일례(250B)를 보여준다. 251, 253, 259, 261, 263 단계는 도 2a에서 설명한 단계와 아주 비슷하다. 255C 단계는 음극접촉필름 위에 적어도 부분적으로 음극필름을 증착하는 단계이다. 경우에 따라, 음극필름은 255 단계에서 전술한 바와같이 증착되기도 하고, 당 분야에 알려진 다른 증착공정으로 증착되기도 한다. 전해질필름은 전해질 재료를 음극필름과 일부 접촉되게 특정 부위에 전해질 물질을 증착하여 형성된다(257C 단계). 바람직한 실시예에서, 전해질 물질은 음극필름의 표면의 상당 부위(전체가 아님)와 접촉된다. 경우에 따라, 전해질필름을 형성함과 동시에 보조 공급원으로부터 에너지입자를 공급하기도 하고, 전해질물질과는 다른 보조물질의 에너지 이온 빔을 공급하기도 한다. 한편, 기판의 동일한 부위에 전해질 물질로 제2 물질 빔을 비추기도 한다. 에너지이온 빔은 전해질필름의 구조의 성장을 조절하는데 도움을 준다. 이온빔은 경우에 따라 초점이 맞춰지지 않기도 하고 초점이 맞춰지기도 한다.

전해질필름의 증착과정중에 음극필름과 접촉되게 일정 부위에 전해질 물질을 부착함과 동시에, 이 물질에 에너지를 공급한다. 경우에 따라, 에너지입자로 에너지를 공급하기도 하고, 이런 에너지 입자는 에너지를 띤 이온이기도 하고 전해질 물질과는 다른 물질이기도 하다. 에너지 입자는 전해질 물질에 먼저 에너지를 공급하여 원하는 고체 전해질필름 구조의 성장에 도움을 준다. 또, 이렇게 되면 성장하는 전해질필름의 화학량도 조절된다.

일 실시예에서, 전해질물질은 리튬인산 질소산화물이다. 경우에 따라, 보조 공급원에서 리튬인산 질소산화물(LiPON)에 5eV 이상 5000eV 이하의 에너지를 갖는 이온을 공급한다. 보조 공급원에서 생긴 이온의 에너지를 조절하면 그 부위의 리튬인산 질소산화물의 성장을 현장에서 조절할 수 있다. 이온의 에너지는 리튬인산 질소산화물을 증착시 원하는 구조로 형성하는데 도움을 준다. 경우에 따라, 이온을 형성하는데 사용된 기체가 성장하는 전해질필름의 화학량을 조절하는데 이용된다. 예컨대, O2 이온 보조빔을 이용해 리튬인산 질소산화물의 성장과 화학량을 조절한다. 한편, N2를 사용할 수도 있는데, 이 경우 N2는 전해질필름의 성장과 화학량을 조절함은 물론, 전해질필름에 질소를 더 분사하기도 한다. LiPON의 이온 전도도가 필름내 질소량에 따라 변하기 때문에 이 경우 바람직하다.

도 2c는 에너지 저장소자의 제작방법(250C)을 보여준다. 251, 253, 259, 261, 263 단계는 도 2a에서 설명한 단계와 아주 비슷하다. 255C 단계는 음극접촉필름 위에 적어도 부분적으로 음극필름을 증착하는 단계이다. 경우에 따라, 음극필름은 255 단계에서 전술한 바와같이 증착되기도 하고, 당 분야에 알려진 다른 증착공정으로 증착되기도 한다. 259D 단계에서, 전해질 필름의 일부 부위에 전극물질을 증착함과 동시에 전극물질에 에너지입자를 공급한다. 경우에 따라, 에너지입자는 전극물질과 같은 부위를 향하기도 한다. 에너지입자는 에너지를 띤 이온이고, 이 이온은 제1 물질과는 다른 제2 물질을 함유한다. 에너지입자 또는 이온빔은 전극물질 구조의 성장을 조절하는데 도움을 준다. 259D 단계는 고체 박막배터리용 양극필름을 형성하는데 이용된다. 양극필름은 양극 접촉 전해질필름과 전기물리적인 접촉상태에 있다.

양극필름 증착중에 전해질필름과 일부 접촉상태인 부위에 전극물질을 부착함과 동시에 제2 물질의 에너지 입자를 공급한다. 에너지입자는 양극필름의 원하는 결정구조의 성장에 도움을 주도록 전극물질에 에너지를 공급한다. 또, 이것은 성장하는 필름의 화학량을 조절한다. 경우에 따라, 전극물질은 배터리의 양극으로 사용되는 리튬-삽입 물질을 함유하기도 한다. 또, 경우에 따라 양극은 리튬금속이나 리튬합금, 흑연이나 다이아몬드같은 탄소, RuO, VaO와 같은 금속산화물, 또는 질화물을 포함하기도 한다. 또, 이차 공급원은 리튬-삽입 물질에 5eV 내지 3000eV 범위의 에너지를 공급하는 이온입자를 공급하는데, 경우에 따라 이들 이온은 약 135eV, 5eV~100eV, 3eV~1000eV, 50eV~90eV, 55eV~85eV, 60eV~80eV, 65eV~75eV, 10eV~100eV, 10eV~90eV, 30eV~300eV, 60eV~150eV, 약 70eV 또는 45eV~95eV의 에너지를 공급하기도 한다.

이차 공급원에서 생긴 이온의 에너지를 조절하면 이 부위에서 리튬-삽입 결정구조의 성장을 현장에서 조절할 수 있다. 이온의 에너지는 증착시 리튬-삽입 물질의 결정구조 형성에 도움을 준다.

이와 같이 형성된 박막 전극의 결정구조는 종래의 기술로 형성된 것에 비해 높은 배열을 갖는다. 종래의 기술은 고온의 증착후 어닐링을 통해 필름의 구조를 재배열하고 결정화한다. 반면에, 본 발명의 경우 하부층이나 기판을 가열하지 않고 증착필름 표면을 재배열하는 증착시에 또는 그 이후에 통제된 에너지원을 제공한다. 경우에 따라 이 에너지는 필름의 각각의 흡수원자층을 증착하는 동안 제공되므로, 각각의 흡수원자층을 결정화하면서 플름에 재배열한다. 이런 에너지원의 예로는 증착되는 흡수원자와 반응하는 이온빔 및/또는 필름 증착을 도와주는 운동에너지, 고온, 단기간의 고온가열원, 단기간의 플라즈마, 레이저, 기타 다른 층이나 기판에 영향을 주지 않고 필름 표면 부근의 결정구조를 재배열하는 고밀도 양자 등이 있다. 높이 배열된 결정질 음극이나 양극은 이상 설명한 방식에 따라 얻어지는 것이 좋다.

위의 제작과정은 특정 순서로 음극필름과 양극필름을 만드는 과정이지만, 경우에 따라서는 그 순서가 반대일 수도 있다. 또, 위의 제작과정은 배터리 등의 음극필름과 양극필름의 제작과정이다. 경우에 따라, 음극과 양극 필름들은 배터리의 전극이기도 하다. 한편, 수퍼커패시터의 각종 층을 형성하는 필름을 포함하는 경우도 있다. 수퍼커패시터의 경우, 이를 구성하는 필름중 적어도 하나, 예컨대 전극필름(71,75)과 전해질 및/또는 유전체 필름(73)은 개선된 결정구조, 결정크기를 갖거나, 또는 전체 구조의 고온 어닐링에 의하지 않고 결함이 별로 없기도 하다. 따라서, 이상 설명한 에너지 저장소자에 사용하는 박막을 제작하는 기술과 시스템은 고체 배터리와 고체 커패시터에 모두 사용할 수 있다.

다른 경우로 기판상에 박막 에너지 저장소자를 형성하기도 한다. 전도성을 갖고 뒤에 증착된 인접 음극필름과 반응하지 않는 접촉필름을 기판 위에 형성한다. 접촉필름은 기판과 음극필름 사이의 격벽 역할을 한다. 접촉필름은 또한 집전기 역할도 하고, 에너지 저장소자 외부의 회로와 음극필름 사이의 연결부 역할도 한다. 일 실시예에서, 접촉필름의 두께는 0.3㎛ 이상이다.

도 3a의 증착장치(305)는 반응실(307)을 구비하고, 반응실 안에 있는 기판(309) 위에 에너지 저장소자를 형성한다. 반응실(307)은 밀봉실로서 반응기체가 담겨있으며 아대기압 상태이다. 경우에 따라, 반응실의 압력을 1x10 ^-3 Torr 이하로 하는 것이 좋다. 제1 물질공급원(311)을 반응실(307) 안에 둔다. 제1 공급원(311)은 기판(309)에 증착할 제1 물질의 흡수원자 빔(312)을 생성한다. 경우에 따라, 제1 물질공급원(311)은 물리적 진공증착원이나 전자빔 공급원이가도 하고, 또는 음극아크, 양극아크, CAVAD 아크를 포함한 아크공급원이기도 하다. 아크공급원은 특히 저온에서 동작하는 반응실에 효과적이다. 한편, 제1 공급원(311)은 스퍼터링을 포함한 물리적 증착원이기도 하고, 탄화수소 원로기체를 이용한 직접 이온원을 포함하는 화학적 증착원이기도 하다. 빔(312)은 기판(309)의 특정 부위(319)에 조준되고, 빔(312)의 물질은 에너지 저장소자의 필름을 형성하도록 증착된다. 반응실(308) 내부의 보조공급원(313)에서는 기판(309)의 부위(319) 부근으로 조준되는 에너지입자 빔(314)이 생성된다. 보조공급원은 에너지를 띤 이온생성원이고, 제1 공급원(311)에서 떨어져 있어 양쪽 빔이 서로 겹치지 않게 한다. 에너지 입자빔(314)은 제1 빔(312)의 물질의 성장과 화학량을 기판상의 결정구조로 조절하는데 필요한 에너지를 공급한다. 경우에 따라, 에너지 입자빔(314)은 증착중인 필름에 필요한 요소를 공급하거나, 증착중인 필름의 원하는 결정구조와 화학량을 형성하는데 충분한 에너지를 제1 빔(312)의 물질에 공급하도록 부위(319) 부근을 향한다. 한편, 증착장치(305)가 다른 보조공급원(313A)을 갖기도 한다. 이 공급원(313A)은 기판에 닿는 흡수원자에 에너지를 공급하는 추가 보조빔(314A)을 제공한다. 보조빔(314)의 여러가지 경우에 대해서 후술한다.

도 3b는 다른 증착장치(305)를 보여준다. 보조공급원(313)에서 생긴 에너지빔(314)은 기본적으로 기판(319)에 수직으로 향한다. 증착될 물질의 공급원(311)은 보조공급원(313)에서 떨어져 있다. 경우에 따라, 공급원(311)은 기판(319)에 수직이 아닌 경로를 따라 움직이는 흡수원자빔(312)을 생성한다.

도 4는 도 3a와 비슷하지만, 증착장치(405)가 반응실(307)에 고정된 브래킷에 피봇 장착되어 에너지빔을 생성하는 보조공급원(413)을 구비하는 점에서 차이가 있다. 보조공급원(413)은 피봇하면서 에너지빔(414)을 원하는 각도로 기판(309) 표면에 조준한다. 입사각도(401)는 기판의 수직선에 대해 15도 내지 70도이다. 따라서, 입사각도(401)는 가변적이고, 경우에 따라 45도이다. 몇몇 경우, 증착장치(405)에 하나 이상의 추가 보조공급원(413A)이 더 있는데, 각각의 ㅂ조공급원(413A)은 입사각(402)으로 보조빔(414A)을 제공하여 기판에 도달하는 흡수원자에 에너지를 공급한다. 보조빔(414)이 공급하는 에너지는 보조빔(414A)이 공급하는 에너지와 다르다. 보조빔(414,414A)이 흡수원자에 에너지를 동시에 공급할 필요는 없을 수도 있다. 이들 빔(414,414A)이 에너지를 공급하는 방식은 다르다. 빔(414,414A)의 물질도 다르다.

도 5a는 도 3과 비슷하되, 증착장치(505)의 제1 공급원(511)이 여러개인 점에서 차이가 있다. 제1 공급원(511) 각각에서 나온 빔(512)은 기판(309)의 부위(319)를 향한다. 제1 공급원(511) 각각은 동일한 물질을 포함한 빔(512)을 생성한다. 제1 공급원(511)의 적어도 하나는 나머지 공급원과는 다른 물질의 빔(512)을 생성할 수도 있다. 또, 다수의 제1 빔(512)의 물질이 부위(319)에서 결합하여 원하는 필름을 형성할 수도 있다. 또, 제1 빔(512)의 물질들이 보조빔(314)의 물질과 결합하여 원하는 필름을 형성할 수도 있다. 또, 제1 공급원(511)중 하나의 빔(512)이 기판(319)의 부위(309)에 떨어진 곳을 향할 수도 있고, 2개 이상의 보조공급원(313)이 빔(512)에 에너지를 공급할 수도 있다.

도 5b는 또다른 증착장치(505B)를 보여준다. 다수의 보조공급원(313)이 기판(319)에 필름을 형성하는 에너지를 공급하게 배치된다. 다수의 물질 공급원(511A,511B,511C)이 반응실(307)의 기판(319) 표면 부근에 물질을 공급한다. 경우에 따라, 물질 공급원(511A,511B,511C) 각각의 동일한 물질을 공급하여 공급원이 하나인 경우보다 많은 양을 공급할 수도 있다. 또, 물질 공급원(511A,511B,511C)의 적어도 하나는 나머지와는 다른 물질을 공급할 수도 있다. 또, 서로 다른 물질이 반응실(307)에서 반응하여 흡수원자 물질을 생성하고, 이 물질이 기판(319)에 필름을 형성하기도 한다. 또, 물질 공급원(511A,511B,511C)의 적어도 하나가 반응실(307)에 원료물질을 공급하고, 나머지 공급원은 반응실에 반응물질을 공급할 수도 있다. 원료물질과 반응물질은 서로 반응하여 필름을 형성하는 물질로 된다. 또, 물질 공급원(511A,511B,511C)의 적어도 하나는 반응실을 구비할 수 있다. 이 공급원은 반응실에 반응물질을 분사한다. 이 물질은 필름 제조공정에 투입된다.

도 6은 도 5a와 비슷하지만, 증착장치(605)의 제1 공급원(511)이 다수이고 피봇가능 보조공급원(413)이 하나인 점에서 차이가 있다. 이렇게 되면, 정해진 증착위치에 더 많은 물질을 공급할 수 있다. 또, 여러군데에서 증착할 수도 있고, 공급원마다 다른 물질을 공급하여 혼합할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 다른 증착장치(705)를 보여준다. 증착장치(705)의 반응실(707)에는 기다랗고 유연한 기판(709)이 배치되고, 그 위에 에너지 저장소자가 형성된다. 기판(709)은 한쪽 두루마리(710)로부터 아치형 열조정면(715)을 통해 다른쪽 두루마리(713)로 보내진다. 제1 공급원(711)은 반응실(707) 내부에 있고 물리적 증착원이며, 기판(709)에 증착될 물질의 흡수원자빔(712)을 제공한다. 제1 공급원(711)은 음극아크, 양극아크, CAVAD아크 등을 포함한 아크공급원, 스퍼터링을 포함한 물리적 증착원, 또는 화학적 증착원이다. 또, 공급원(711)은 다수의 다른 물질을 공급할 수도 있다. 빔(712)은 기판(709)의 특정 부위(719)를 향하고, 빔의 흡수원자가 증착되면서 에너지 저장소자의 필름층을 형성한다. 반응실(707) 내부의 보조공급원(713)에서 나오는 에너지 입자빔(714)은 기판(709)을 향한다. 보조공급원에서 나오는 빔이 에너지 이온빔일 수도 있다. 에너지 입자빔(714)은 제1 빔(712)의 증착물질의 성장과 화학량을 조절하는데 필요한 에너지를 공급한다. 따라서, 전술한 바와 같이 기판(709)에 결정구조가 형성된다. 이 기판(709)은 엘라스토머, 폴리머 또는 플라스틱 웹이나 시트이고, 그 위에 에너지 저장소자가 형성된다. 기판(709)이 기다라므로, 기판상의 연속 여러 위치에 에너지 저장소자를 여러개 증착하여, 에너지 생산율을 개선할 수 있다. 또, 경우에 따라서는 여러개의 증착장치(705)나 공급원(711)을 이용해 기판(709)의 여러 위치에 다수의 필름을 동시에 증착할 수도 있다.

열조정면(715)은 열원(725에 연결되고, 열원은 열조정면(715)의 온도를 조정한다. 기판(709)은 열조정면(715)과 열역학적으로 접촉하여, 특정 기판상의 특정 증착공정에 필요한 기판의 온도를 조정한다. 경우에 따라, 열원은 냉매원일 수도 있는데, 예를 들면 표면(715)을 향해 압축헬륨을 방출하여 냉각하는 극저온 진공펌프가 있다. 열조정면(715)을 기판(709)과 접촉시키되, 특히 박막을 형성할 위치에 접촉시키면, 종래의 고체 박막배터리 제조과정보다 열열화 온도가 낮은 기판을 사용할 수 있다.

이상 본 발명을 이용해 에너지 저장소자나 에너지 변환소자를 생산하는 시스템에 대해 여러가지 설명했다. 이상 설명한 방법을 이런 시스템으로 실행할 수 있는 한 지금까지 설명한 것과는 다른 방법으로 시스템의 요소들을 결합하는 것도 본 발명의 범위에 속한다. 예컨대, 어떤 경우에는 유연한 기판(709)과 두루마리(710,713)을 도 3a-6에서 설명한 것과 결합할 수도 있다. 어떤 경우에는, 열원(725)을 도 3a-6의 실시예와 결합할 수도 있고, 또는 피봇형 보조공급원(413)을 도 3a, 3b, 5a, 5b, 7의 실시예와 결합하거나, 물질 공급원(511A-C)을 도 3A-5A, 6-7의 실시예와 결합할 수도 있다.

경우에 따라, 제2 전극필름(59,71)은 제1 접촉필름(57,63)의 일부에 중첩되는 리튬-삽입 물질이되, 제1 필름의 경계선을 벗어나지 않도록 하기도 한다. 따라서, 제2 삽입필름은 에너지 저장소자의 충방전중에 고체상태를 유지한다. 어떤 경우, 제2 필름을 성장하는 제2 필름에 에너지이온을 공급하는 제2 공급원과 동시에 제1 공급원을 이용해 제2 필름을 증착하기도 한다. 또, 제1 증착공급원이 물리적 증착원이고, 제2 공급원은 산소나 질소를 포함한 공급기체로부터 에너지이온을 공급하는 이온공급원이기도 하다. 한편, 공급기체가 아르곤, 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤 등의 불활성기체를 함유할 수도 있고, 또는 탄화수소를 함유할 수도 있다. 제2 공급기체의 선택은 증착된 필름의 화학량에 미치는 영향을 기초로 한다. 제2 공급원은 어떤 경우 에너지이온의 집속빔을 제공하기도 하고, 에너지 이온의 비집속 빔을 제공하기도 한다. 에너지이온은 5eV~3000eV의 에너지를 리튬-삽입 물질에 공급하지만, 경우에 따라서는 그 에너지가 5eV~1000eV, 10eV~500eV, 30eV~300eV, 60eV~150eV, 140eV, 135eV, 5eV~100eV, 5eV~1000eV, 50eV~90eV, 55eV~85eV, 60eV~80eV, 65eV~75eV, 10eV~100eV, 10eV~90eV, 30eV~300eV, 60eV~150eV, 약 70eV, 또는 45eV~95eV일 수도 있다. 일 실시예에서, 제2 필름의 두께는 10㎛ 이상, 10~20㎛ 또는 1~5㎛일 수도 있다.

이온전도성을 갖도 전기전도성은 없는 제3 전해질필름(61,61C,73)은 제2 증착필름을 완전히 덮도록 증착한다. 경우에 따라, 제3 필름을 제1 공급원과, 성장하는 필름에 에너지이온을 공급하는 제2 공급원을 이용해 증착하고, 제1 공급원은 물리적 증착원, 제2 공급원은 5eV 이상의 에너지를 갖는 에너지이온을 공급하는 성능을 갖는 이온공급원이다. 경우에 따라 에너지 범위는 5eV~3000eV, 5eV~1000eV, 10eV~500eV, 30eV~300eV, 60eV~150eV, 140eV, 135eV, 5eV~100eV, 5eV~1000eV, 50eV~90eV, 55eV~85eV, 60eV~80eV, 65eV~75eV, 10eV~100eV, 10eV~90eV, 30eV~300eV, 60eV~150eV, 약 70eV, 또는 45eV~95eV일 수도 있다.

어떤 경우, 제2 공급원은 산소나 질소를 함유하거나, 아르곤, 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤 등의 불활성기체를 포함하거나, 탄화수소를 포함할 수 있다. 제2 공급기체의 선택은 증착된 필름의 화학량에 미치는 영향을 기초로 한다. 경우에 따라, 제2 공급원은 에너지이온의 집속빔 또는 비집속빔을 공급한다. 제3 전해질막은 가능한한 얇게 하고 음극과 양극층은 단락을 방지하는 것이 바람직하다. 어떤 경우, 제3 필름의 두께는 1㎛ 이하, 5000Å 이하, 1000Å 이하, 또는 10Å~100Å 범위에 있다.

다른 경우, 15도 내지 70도의 입사각으로 물질공급원(타겟)에 에너지이온(5~3000eV)을 공급하는 제1 공급원과, 성장하는 필름에 에너지이온을 공급하는 제2 공급원을 이용해 제3 필름을 증착한다. 제1 증착 공급원은 공급기체로부터 집속된 에너지이온 빔을 포함한다. 공급기체는 전술한 기체들중 하나를 포함한다.

양극인 제4 필름(65,75)은 제3 필름 위에 증착되거나 덮어쓰되 제1 필름(격벽)이나 제2 필름(음극)과 접촉하지 않는 리튬-삽입 물질을 포함한다. 경우에 따라, 성장하는 제4 필름에 에너지이온을 공급하는 제2 공급원과 동시에 제1 증착공급원을 이용해 제4 필름을 증착하기도 한다. 어떤 경우에는 제1 증착공급원이 물리적 증착원이다. 어떤 경우에는 제2 공급원은 질소나 산소를 포함한 공급기체로부터 에너지이온을 공급하는 이온공급원이다. 공급기체는 경우에 따라 아르곤, 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤 등의 불활성기체를 포함하거나 탄화수소를 포함할 수 있다. 제2 공급기체의 선택은 증착된 필름의 화학량에 미치는 영향을 기초로 한다. 제2 공급원은 경우에 따라 에너지 이온의 집속빔이나 비집속빔을 공급한다. 에너지 이온은 리튬-삽입 물질에 에너지를 공급하되, 그 에너지범위는 5eV~3000eV, 5eV~1000eV, 10eV~500eV, 30eV~300eV, 60eV~150eV, 또는 약 140eV일 수도 있다. 제4 필름의 두께는 10㎛ 이하, 또는 10Å~40Å 범위에 있다.

다른 실시예에서, 기판 표면에 탄화수소를 플라즈마 분해하여 제4 필름을 증착해 리튬-삽입 양극을 형성한다. 경우에 따라, 탄화수소를 이용한 플라즈마 보강 CVD를 이용해 증착을 하고, 이런 증착부에는 질소와 같은 도펀트가 포함된다. 어떤 경우, 제2 공급원은 제4 필름의 증착을 돕는 에너지이온을 공급한다. 에너지이온의 에너지 범위는 전술한 바와 같다. 경우에 따라, 제2 공급원은 전술한 것과 같을 수 있다.

다른 경우, 양극인 제4 필름이 탄화수소를 이용한 리튬-삽입 물질의 직접 이온빔 증착법으로 증착된다. 제1 증착공급원은 표적물질을 향하는 공급기체 탄화수소로부터 에너지이온(5~3000eV)의 집속빔을 공급한다. 어떤 경우, 제2 공급원은 제4 필름의 성장을 돕는 에너지이온을 공급한다.

전기전도성을 갖고 제4 필름과 반응하지 않는 접촉필름인 제5 필름(65,77)은 제4 필름의 일부와 접촉하게 형성된다. 제5 필름은 제2 필름(음극)과는 접촉하지 않는다. 제5 필름의 두께는 0.5㎛ 이상이고, 외부회로에 연결하기 위한 양극 집전기 역할을 한다.

어떤 경우, 전기전도성은 없고 화학적으로 불할성인 패시베이션 제6 필름(79)은 제2 내지 제4 필름과 마찬가지로 기본적으로 에너지 저장소자를 덮어써서, 이들 필름과 반응하여 소자의 성능을 열화시킬 수 있는 주변 오염원으로부터 소자를 차단한다. 주변 오염원은 에너지 저장소자의 조성물질을 포함할 수 있다. 어떤 경우, 제1 및 제5 접촉필름은 에너지 저장소자의 외부 회로에 연결하기 위해 제6 필름을 일부 노출시킨다.

이상 설명한 필름이 증착되는 기판(55,309,709)는 박막을 지지하고 증착과정을 견디기만 하면 어떤 물질도 가능하다. 경우에 따라, 기판은 700도 이하에서 열화되기 시작하는 물질로 이루어질 수 있지만, 300도 이하에서 열화를 겪는 물질로 이루어질 수도 있다. 기판의 열에 의한 열화가 있으면, 기판의 형상 손실, 에너지 저장소자를 지지하는 강도의 손실, 화학적 붕괴, 기판이나 필름 위의 물질의 가교결합의 붕괴, 용융, 연소를 겪게된다. 기판의 예로는 실리콘웨이퍼와 절연구조를 갖는 실리콘이 있지만, 전술한 바와 같은 에너지 저장소자의 형성 전에 절연층이 형성되는 금속도 포함되며, 이 금속은 전해질필름, 양극필름 및 양극 접촉부를 금속 기판에서 전기절연하는 절연층과 함께 에너지 저장소자의 접점으로 기능할 수도 있다. 열열화 온도가 낮아 에너지 저장소자에 적당한 다른 물질로는 종이, (천연, 합성) 직물, 폴리머, 플라스틱, 유리, 세라믹 등이 있다.

기판(55,309,709)은 이상 설명한 바와 같이 에너지저장소자를 형성하는데 사용되는 종류의 장치에 적용할 수 있는 형태를 갖는다. 기판의 형상으로는 반도체웨이퍼가 있지만, 기다란 웨브, 직물, 호일, 시트 등도 있다. 다수의 에너지 저장소자 및/또는 다수의 에너지 변환소자를 형성하기에 충분한 크기를 갖기만 하면 어떤 기판도 본 발명의 범위에 속한다.

경우에 따라, 기판(55,309,709)은 현장 온도처리중에 자체의 지지특성을 유지하는 기판을 포함한다. 현장 온도처리시, 기판은 열조정면(715)과 밀착된다. 어떤 경우, 열조정면은 전술한 모든 필름의 증착에 관련된 열이 열평형상태로 되어 기판이나 기판상에 미리 형성된 다른 모든 구조들의 열열화를 방지하도록 냉각면일 수도 있다. 따라서, 어떤 경우, 융점이 낮거나 연소온도가 낮은 등 열열화 온도가 낮은 기판을 본 발명의 방법의 기판으로 사용한다. 예컨대, 기판으로 세라믹, 유리, 폴리머, 플라스틱, 종이계 물질을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, 기판은 다수의 에너지 저장소자를 증착한 플라스틱 또는 금속 기판이다. 이 기판을 여러개의 다이로 분리하고 각각에 에너지 저장소자를 형성한다. 이들 다이는 에너지 저장소자로 전용하기에 적합한 형상으로 냉간 가공될 수 있다.

다른 경우, 기판, 예컨대 기판(709)을 유연한 물질로 만든다. 유연한 기판은 기다란 두루마리 형태로 이루어져 곡면 물체를 통과하면서 곡면 물체의 표면과 밀착하게 된다. 곡면물체는 증착과정중에 기판과 그 위의 필름에 생기는 열의 효과를 평형상태로 하고 기판의 온도를 조정하기 위한 열원이다(도 7의 725). 예컨대, 이 물체는 속이 비어있고 증착용기의 주변에서 밀봉된다. 어떤 경우, 내부공간을 액체질소나 액체헬륨에서 얻은 극저온 기체 등의 냉매로 채우고, 이 냉매는 지속적으로 재충전된다. 기판과 물체 사이의 밀착 부분은 증착공급원에서 기판에 투입되는 물질의 위치와 정반대로 일치한다. 한편, 냉매가 지속적으로 공급되는 냉각수일 수도 있다. 또, 전열 냉각장치로 곡면물체의 열을 조절할 수도 있다. 또, 곡면물체는 고정되거나 회전하는 드럼일 수도 있는데, 그 회전방향은 기판의 이동방향과 같다.

다른 경우, 기판(55,209)을 단단함 물질의 띠 형태로 형성한다. 단단한 기판을 냉각된 열조정면에 통과시킨다. 냉각면에 대해서는 전술한 것과 같다. 예를 들면, 액체질소나 액체헬륨과 같은 극저온 유체를 곡면물체의 표면에 분사하여 냉각하기도 하는데, 단 곡면물체는 증착실의 주변에서 밀봉된다. 다른 냉매공급원으로는 냉각수, 극저온기체, 전열장치가 있다.

도 8a는 열공유소자와 집적된 배터리를 갖는 예의 최초 기판(810)의 평면도이다. 도 8f는 도 8a의 정면도이다.

도 8b는 집적된 배터리(820)와 열공유소자(2430)를 증착한 뒤의 도 8a의 기판(810)의 평면도이다. 어떤 경우, 집적된 배터리(820)와 열공유소자(2430)는 각각 박막 배터리이고 회로이며, 이 회로는 전기접속부(2322,2324,2431)를 갖는다. 도 8g는 도 8b의 정면도이다.

도 8c는 별도로 제작된 칩(2440)을 와이어(2441,2442)를 통해 집적 배터리(2320) 및 열공유소자(2430)에 연결한 뒤의 도 8b의 기판의 평면도이다. 도 8h는 도 8c의 소자의 정면도이다.

도 8d는 루프안테나(850)를 연결한 뒤의 도 8c의 기판(810)의 평면도이다. 도 8i는 도 8d의 정면도이다.

도 8e는 상단 봉입층(860)을 증착한 뒤의 도 8d의 최종 소자(800)의 평면도이다. 경우에 따라 소자(800)는 엠보싱 및/또는 인쇄된 물체(880), 및/또는 자기적으로 판독가능한 띠(870)를 포함한다.

도 8j는 도 8e의 소자(800)의 단면도이다. 어떤 경우, 이 소자(800)는 일반 신용카드의 사이즈와 두께를 갖는다. 한편, 자기띠(870)와 돌출된 문자(880)가 소자(800)에 형성되기도 한다.

도 8k는 자화단계에서의 도 8e의 소자의 사시도이다. 도시된 실시예에서, 코일(890)은 가정용 전류를 사용해 60Hz 자기장을 만들고, 코일(850)에 유도전류를 형성하며, 이 유도전류는 정류되어 스위치를 닫는데 사용된다. 스위치가 닫히면, 부착된 회로가 제 기능을 수행한다. 이런 시스템의 일례에 대해 설명한다. 현재, 자기스테이션은 방범회로를 무능화하는데 사용된다. 자기장은 기본적으로 방범장치의 공진 주파수 안테나를 무능화시키므로, 구매자가 상점의 판독기를 통과해도 안테나가 경보를 내지 않는다. 본 발명의 본 실시예에서, 방범장치를 무능화시키는데 사용되는 자기장은 스위치를 작동시키고, 스위치는 회로를 작동시킨다. 어떤 경우, 이 회로는 구매한 물건의 보증기간의 개시를 알리는 시간을 작동시키기도 한다.

도 8l은 도 8e의 소자(800)의 사시도이지만, 광전지(2650)을 더 구비한다. 어떤 경우, 소자(800)는 운송표의 일부분으로 제작되기도 한다. 운송표에는 투명한 박리지가 붙어있다. 박리지를 벗겨내면 광전지에 빛이 닿아 스위치를 닫아 회로가 작동된다. 경우에 따라, 이 회로는 구매한 제품의 보증기간의 개시를 알리는 시간을 시작하기도 한다.

도 8m은 도 8e의 소자와 관련된 무선국(892)를 보여준다. 무선국(892)에서 나온 무선신호는 안테나(850)에 잡히고, 수신된 무선주파수의 전력은 스위치를 닫고 회로(2440)를 작동시킨다. 이 회로는 구매한 제품의 보증기간의 개시를 알리는 시간을 시작하기도 한다.

이상 설명한 것과 같은 충전식 고체 배터리에는 배터리를 작동시키는 전자소자들이 직접 집적되기도 한다. 도 8k에 도시된 것과 같은 2쪽 변압기의 코일중 하나로 사용되는 얇은 유선안테나/코일(850)이나, 열쇠없는 출입장치에 사용되는 RF 검색기술을 집적하면 고체 박막배터리(820)를 무선으로 충전할 수 있다. RF ID 태그분야에 이미 사용되는 기술을 이용해, 전달된 에너지를 DC 전압으로 변환하여 보드의 기능을 실행하는데 사용한다. 배터리가 이미 보드에 설치된 경우, DC 전압을 이용해 충전회로를 작동시켜 보드의 배터리를 무선으로 충전한다.

본 발명은 플랫폼 집적 전자소자, 고체배터리, 및 싱글 플랫폼의 동작 작동스위치를 제공한다. 많은 경우, 시스템이나 플랫폼은 아주 작은 형상계수를 갖는다. 도 9a-20은 이런 시스템이나 플랫폼의 개요도이다. 이하 이들에 대해 구체적으로 설명한다.

도 9a-b는 배터리(908), 회로(910) 및 동작 작동스위치(930)를 구비한 시스템(900)의 개요도이다. 배터리(908)는 도 1a-8m에서 설명한 것과 같이 형성된다. 배터리(908)는 대개 도 1a-d의 기판(55)에 형성된 박막배터리이다. 회로는 기판(55) 위의 배터리(908)에 병합되거나 연결된다. 한편, 회로(910)를 기판(55) 위에 형성하고, 그 위에 배터리(908)를 형성할 수도 있다. (후술하는 바와 같이 가속 자기 정전 전하에 의해 작동되는 MEMS 스위치와 같은) 동작 작동스위치(930) 역시 배터리(908) 및 회로(910)와 같이 기판 위에 형성된다. 도 9a의 시스템(900)에는 회로(910), 고체배터리(908) 및 동작 작동스위치(930)와 같은 종류의 전자소자가 집적되고, 동작 작동스위치는 개방되어 정지상태에 있다. 도 9b의 시스템(900)에서 스위치(930)는 작동되어 고체배터리가 회로(910)와 연결되어 있다. 회로(910)가 작동되면 동작 작동스위치(930)에 응답해 일정 임무를 수행한다.

도 9c의 시스템(900)은 배터리(908), 회로(910) 및 동작 작동스위치(930)를 포함한다. 도 9c에서, 회로(910)는 고체메모리(912) 및/또는 타이밍회로(914)와 같은 소자들을 더 구비한다. 도시된 바와 같이, 배터리(908), 회로(910) 및 동작 작동스위치(930)를 구비한 시스템(900)은 정지상태에 있다.

도 9c-d에 도시된 시스템(900)은 정지상태에 있고 스위치(930)는 개방되어 있는데, 이는 단지 설명의 편의상 그렇게 도시한 것이다. 동작 작동스위치(930)가 닫히면 이 시스템이 작동상태에 있다. 도시된 메모리(912)는 대개 비휘발성(NV) 메모리이다. NV 메모리는 회로(910)가 작동되거나 정지할 때 정보를 저장한다. 요컨대, NV 메모리(912)와 타이밍회로(914)를 이용하면, 배터리(908)가 회로(910)를 작동시킬 수 있는 시간동안 메모리(912)에 특정 사고 시간을 기록할 수 있다. 예컨대, 능동회로(930)가 닫혀 작동상태에 있는 충격 사고 시간을 메모리(912)에 기록할 수 있다. 타이밍회로(914)는 스위치(930)를 작동시킨 특정 활동이 일어난 일시나 시간을 기록하는데 사용되는 타이머를 구비한다.

도 9d의 다른 시스템은 배터리(908), 회로(910) 및 능동스이치(930)를 포함하는데, 도면에서 스위치는 개방되어 정지상태에 있다. 이 회로(910)는 메모리(912), 타이머(914) 및 마이크로프로세서(916)를 구비한다. 도 9d의 경우, 동작 작동스위치(930)가 작동되고 타이머(914)는 활동 일시를 NV 메모리(912)에 기록할 수 있다. 마이크로프로세서(916)는 특정 기능을 수행할 수 있다. 어떤 경우, 마이크로프로세서(916)는 매우 제한된 임무를 수행하는 마이크로컨트롤러라 할 수 있는데, 이 경우 특정의 전용 임무를 수행한다. 도 9a-d에 도시된 고체배터리(908)가 단순한 일회용 배터리일 수도, 또는 충전식 배터리일 수도 있다. 배터리(908)는 광전지를 이용해 빛에 노출시켜 충전될 수 있고, 또는 주기적인 무선주파수 등에 의해 충전될 수도 있다. 충전식 배터리의 사용에 대해서는 2001년 3월 23일 출원된 출원번호 90/815,884의 "Battery-Operated Wireless-Communication Apparatus and Method"에 설명되어 있는데, 이 출원은 본 출원인에 의한 것이고 본 발명에 참고하였다.

도 10은 도 9a-d에 도시된 회로의 작동방법을 보여주는 순서도이다. 도시된 바와 같이, 배터리(908), 회로(910) 및 동작 작동스위치(930)를 갖는 시스템(900)은 처음에 정지상태에 있다(1010 참조). 일반적으로 스위치(930)가 열려있으면 정지상태에 있다. 그러나, 동작 작동스위치가 닫혀있어도 정지상태인 경우가 있을 수 있다. 또, 여러개의 스위치가 있고, 그중에 하나의 스위치는 정지되고 다른 스위치는 작동상태에 있을 수도 있다. 정지상태(1010) 다음에 활성상태(1020)로 된다. 활성행위에 의해 대개 동작 작동스위치(930)가 닫히고 배터리는 회로(910)와 연결상된다. 요컨대, 동작 작동스위치는 닫히고 배터리(908)는 이제 회로(910)를 작동시킨다. 작동상태(1020)에 뒤이어, 회로(910)가 작동상태(1030)에 있다. 작동상태(1030)에서 타이밍회로(914)에 따른 특정 시간에 메모리(912)에 이벤트가 저장된다(도 9a-d 참조). 또, 작동상태에서 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러(916)에 의해 구체적인 임무가 수행된다(도 9d 참조).

도 11은 본 발명의 다른 실시예이다. 이 실시예에는 배터리(1110)와 동작 작동스위치(1130)을 구비한다. 요컨대, 배터리(1110)는 도 1-8에서 설명한 것곽 ㅏㅌ은 박막배터리이고, 동작 작동스위치(1130)는 배터리에 연결되거나 병합된다. 동작 작동스위치(1130)를 박막배터리의 일부로, 더 정확하게는 기판(55)상에 배터리(1110)와 함께 형성할 수 있다. 기판(55)상에 회로는 없지만 뒤에 접점(1141,1142)에 연결한다. 다시 말해, 회로는 기판(55) 위에 있는 박막 고체배터리(1110)와 동작 작동스위치(1130)에 원격 연결되고, 기판에 없는 임의의 형태의 전자소자에 연결될 수 있다.

도 12a-b는 도 9a-d의 소자와 다른 적당한 소자에 사용할 수 있는 종류의 동작 작동스위치를 보여준다. 도 12a는 MEMS 동작 작동스위치(1230)의 평면도, 도 12b는 MEMS 동작 작동스위치(1230)의 정면도이다. 동작 작동스위치(1230)는 베이스(1201)를 갖는다. 베이스(1201)에 연결된 것은 제1 (기다란) 외팔보(1210), 제2 (중간길이의) 외팔보(1212) 및 제3 (짧은) 외팔보(1214)이다. 제1 외팔보 일단부는 무거운 단부(1211)이다. 마찬가지로 제2 외팔보(1212)의 일단부도 무거운 단부(1213)이고, 제3 외팔보의 일단부는 외팔보 단부(1215)이다. 각각의 외팔보의 단부는 전기접속 물질을 포함할 수 있다. 외팔보는 전기를 흐르게 한다. 제1 외팔보(1210)는 접촉패드(1241)까지 이어진 도선(1240)을 갖는다. 제2 외팔보(1212)도 전기패드(1243)까지 이어진 도선(1242)을 갖고, 제3 외팔보(1214)는 패드(1245)까지 이어진 도선(1244)을 갖는다. 이들 외팔보(1210,1212,1214)는 길이가 다 다르다. 그 결과, 각각의 외팔보를 구부리는데 필요한 힘도 서로 다르다. 다시 말해, 무거운 단부를 갖는 기다란 외팔보는 외팔보(1212)를 구부려 전기패드(1222)에 접촉시키는데 필요한 충격보다 작은 충격으로도 휘어저 전기패드(1220)에 닿게된다. 제3 외팔보(1214)는 외팔보(1210,1212) 어느 것보다도 짧다. 따라서, 이것을 구부려 도선(1224)과 접촉시키는데 필요한 힘은 더 크다. 도 12a-b에 도시된 동작 작동스위치(1230)는 기본적으로 3단 스위치로서 다단의 충격에 작동한다. 이 동작 작동스위치(1230)의 다른 예에서, 외팔보의 길이를 모두 같게 하고 일단부를 무겁게 하여, 작은 충격에도 더 민감하게 반응하게 하되, 외팔보가 무거울수록 큰 충격에만 반응한다. 한편, 외팔보를 하나나 여러개 할 수도 있다. 요컨대, 동작 작동스위치의 외팔보를 반드시 3개로 한정할 필요는 없다.

도 13은 또다른 동작 작동스위치(1330)를 보여준다. 이 동작 작동스위치(1330)는 X, Y, Z 축에 각각 별도의 스위치를 갖는다. Z축 스위치(1330A)는 MEMS 스위치로서 외팔보가 3개이되, 그 길이가 동일하고 무거운 단부(1311,1313,1315)를 갖는다. 각 단부(1311,1313,1315)의 중량은 동일하다. 그러나, 외팔보(1310,1312,1314)의 폭은 각각 달라서, 제1 외팔보(1310)의 폭은 좁고 마지막 외팔보(1314)의 폭은 상당히 넓으며, 외팔보(1312)의 폭은 그 중간이다. 이렇게 하면, 외팔보(1310,1312,1314) 각각에 미치는 충격이 달라도 동일한 중량이 작용한다. 외팔보의 단부는 패드(1320,1322,1324)와 전기적 접촉한다. 각각의 외팔보는 도선을 가져, 스우치ㅣ가 충격으로 작동될 때 그 시간을 정적메모리에 저장할 수 있다.

1330A는 Z축의 동작 작동스위치가다. 이 시스템(1330)은 또한 X축 스위치(1330B)와 Y축 스위치(1330C)를 더 구비한다. 이들 스위치는 서로 비슷하므로, 편의상 스위치(1330B)에 대해서만 설명한다. 마찬가지로, 동작 작동스위치(1330B)도 외팔보(1310',1312',1314')를 갖는다. 외팔보(1310')의 단부는 무거운 단부(1311'), 외팔보(1312')의 단부도 무거운 단부(1313'), 외팔보(1414')의 단부도 무거운 단부(1314')이다. 동작 작동스위치(1330B)의 베이스에도 일련의 접점이 연결된다. 접점(1320')은 제1 외팔보(1310')의 단부(1311')에 접촉한다. 마찬가지로, 접점(1322')은 제2 외팔보(1312')의 단부(1313')에 접촉하고, 접점(1324')는 외팔보(1314')의 단부(1315')에 접촉한다. 동작 작동스위치(1330B)는 어떤 충격에서는 작동하고 다른 충격에서는 닫히도록 설계된다. 따라서, 외팔보(1310',1312',1314')는 각각 다른 충격에서 작동할 수 있는 스위치의 여러 부위를 구성하도록 그 폭이나 길이에 변화를 줄 수 있다. 동작 작동스위치(1330B)는 MEMS 스위치(1330A)와는 약간 다르다. 이 스위치(1330B)도 MEMS 소자이다. Y방향의 충격을 검출하는 비슷한 스위치(1330C)를 배치한다. X, Y, Z 축 각각의 충격작동 스위치를 통해 어떤 축에서 일어나는 충격도 감지할 수 있다. 여러 충격성분들을 X, Y, Z 축으로 느낄 수 있다.

도 20의 또다른 시스템(2000)은 배터리(2008), 회로(2010) 및 동작 작동스위치(2030)를 구비한다. 배터리(2008), 회로(2010) 및 동작 작동스위치(2030)는 기판(2001) 위에 배치된다. 기판은 접착제(56)를 포함한다. 접착제(56)는 배면(156)으로 덮인다. 배면(156)은 박리지나 박리필름으로서 이를 벗기면 접착제(56)가 들어난다. 동작 작동스위치(2030)는 제1 및 제2 외팔보(2031,2032)를 갖는다. 제1 외팔보(2031)는 3개의 접점(2033-2035) 사이에 위치한다. 접점(2033,2034)은 L형이고 그 일부는 기판과 평행하게 위치하면서 거의 외팔보(2031)과 동일평면상에 있다. 따라서, 기판을 X방향이나 Y방향 어느쪽으로 움직여도 외팔보(2031)가 접점(2033,2034)중 하나에 닿게된다. 전기접점(2035)은 외팔보 밑으로 외팔보(2031)의 단부에 평행하게 위치한다. Z방향으로 움직이면 외팔보(2031)가 접점(2035)에 닿게된다. 외팔보를 접점(2035)쪽으로 움직이면 접점(2035)에 닿게된다. 다시 말해, 외팔보(2031)가 두꺼워 접점(2035)과 닿게되는 것이다.

외팔보(2032)는 접점(2036,2037) 사이에 위치한다. 이들 접점(2036,2037)은 L형이고 그 일부는 기판(2001)과 평행하게 위치한다. 외팔보(2032)의 단부도 동일 평면에 있다. 경우에 따라, 외팔보(2031,2032)는 소정의 평면상에서 어느정도 움직이면 여러 접점과 접촉하도록 동일하게 형성된다. 한편, 외팔보(2031,2032)중 하나는 나머지보다 더 민감하게 반응하도록 다르게 구성할 수도 있다. 외팔보(2031,2032)중 하나가 관련 접점들과 접촉하면, 배터리가 회로(2010)를 작동시킨다. 이 회로는 특정 기능을 수행한다.

작동중에, 스위치를 이용해 충격을 감지하고 그 시간을 기록한다. 예컨대, 동작 작동스위치(1330,1230,2030)는 선적에 유용하다. 매우 낮은 임계값의 충격부하를 가져 동작 작동스위치의 더 민감한 부위중 하나를 초기에 작동시키는 동작 작동스위치가 선박에 있을 수도 있다. 요컨대 매우 낮은 충격부하에서 작동하여 물건을 선반에 얹을 때 작동하는 스위치를 구비할 수 있다. 이런 동작은 타이밍회로(914)에 의해 기록되어 메모리(912)에 저장된다. 물건이 떨어지거나 선적중이나 그 이후 심각히 충격을 받으면, 외팔보의 나머지가 각각의 접점에 닿게된다. 다시 말해, 짧거나 덜 민감한 외팔보에 의해 큰 충격이 감지된다. 한편, 큰 충격부하의 경우, 적어도 2개의 외팔보가 동작 작동스위치내의 각각의 접점 가능하면 3개 접점 모두에 접촉하게 된다. 그 시간이 기록되고, 이런 기록된 시간은 누가 파손된 제품에 대한 책임을 질지 결정하는 단서가 된다. 요컨대, 선적자가 물건의 소유권을 갖고 있는 동안 물건이 선적되었으면, 선적자가 책임을 지어야 한다. 배달중이었으면, 소비자가 파손의 책임을 지어야 하고, 제조자나 선적자는 파손의 책임을 질 필요가 없다.

충격에 반응하는 이런 특정 동작 작동스위치의 다른 사용례는 보증기간의 개시 시간을 표시하는 것이다. 예컨대, 충격작동 스위치들중 하나가 포장이나 선적에 아주 민감하면, 보증이나 다른 시간프레임의 개시를 표시하는 스위치의 작동을 기초로 타이머가 작동을 시작할 수 있다. 소비자가 뒤에 보증을 받으려면, 포장지와 함께 물건을 반환해야 한다. 이때 보증 시간을 체크할 수 있다. 이렇게 되면 소비자가 다른 물건을 주문하고 이 물건을 보증기간내의 새로운 물건처럼 반환하는 것을 방지할 수 있다.

경우에 따라, 충격작동 스위치(1330,1230,2030)를 갖춘 시스템은 물건이나 포장에 직접 부착될 수 있는 라벨이나 운송표를 가질 수 있다. 도 14a-b는 충격작동 스위치(1230,1330,2030)를 갖춘 시스템을 이용하는 2가지 특수한 라벨을 보여준다. 충격작동 스위치(1230,1330,2030)를 가속도계라 하기도 한다. 배터리, 박막, 고체배터리, 가속도계 또는 충격작동 스위치(1230,1330,2030) 및 회로(910)를 갖춘 시스템을 도 14a와 같이 운송표 라벨의 일부로서, 또는 도 14b와 같이 제품라벨의 일부로 형성할 수 있다. 어느 라벨에도 박막 고체배터리(908), 회로(910) 및 동작 작동스위치(930)를 갖는 시스템(1410,1410')이 들어있다.

도 15는 배터리(908), 회로(910) 및 스위치(1230,1330,2030)과 같은 동작 작동스위치(930)를 갖는 시스템(1520)이 들어있는 총알(1500)을 보여준다. 도 15에서는 총알(1510)도 볼 수 있다. 총알 안에는 배터리(908), 회로(910) 및 동작 작동스위치(1230,1330,2030)를 갖춘 시스템이 들어있다. 회로(910)는 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러(916)를 포함한다(도 9a-b 참조). 총알(1510)에는 또한 휜(1512)도 들어있다. 이 휜(1512)은 조정 가능하다. 총알(1510)이 발사되면, 동작 작동스위치가 시스템(1520)을 정지상태에서 작동상태로 바꾼다. 다음, 시스템(1520)내의 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러로 휜(1512)을 조정하여 총알을 표적에 향하게 할 수 있다. 배터리(908)와 동작 작동스위치(930)에 부착된 회로(910)에는 센서(1530)가 달려있다. 예컨대, 센서(1530)는 열을 감지하는 적외선 센서이거나 빛을 감지하는 광센서, 또는 표적의 다른 특징을 감지하는 다른 센서일 수 있다. 시스템(1520)이 달린 총알(1510)은 라이플이나 권총에서 발사되는 아주 소형이거나, 대포에서 발사되는 아주 대형일 수 있다.

도 16a는 자기식 동작 작동스위치(1630)의 평면도이다. 도 16b는 다른 자기스위치를 보여준다. 스위치(1630,1630')은 일련의 외팔보(1610,1612,1614)를 갖는 MEMS 소자이다. MEMS 소자의 상자성 단부는 자기장에 반응한다. 외팔보(1610,1612,1614)는 특정 강도의 자기장에 다르게 반응하도록 그 폭이 서로 다르다. 도 16b에 도시된 자기스위치는 외팔보(1610',1612',1614')를 갖는다. 이들 외팔보 역시 서로 다른 자기장에 반응한다. 외팔보(1610,1612,1614)는 접점(1620,1622,1624)에 접촉한다. 외팔보(1610,1612,1614,1610',1612',1614')중 하나가 전기장에서 접점(1620,1622,1624,1620',1622',1624')에 닿으면 배터리가 회로(910)에 연결된다(도 9b 참조). 이런 특별한 동작 작동스위치(1630,1630')는 보증기간을 발효시키는데 또는 보증기간의 시작을 기록하는데 유용하다. 예컨대, 소비자가 상점에서 물건을 살 때 방범표찰을 제거하는데 흔히 자기장치를 이용한다. 자기장치에서 생긴 자기장이 방범표찰을 정지시킨다. 동일한 자기장이 외팔보(1610,1612,1614,1610',1612',1614')를 작동시키는데 이용될 수 있다(도 16a-b 참조). 따라서, 방범표찰을 정지시키는데 사용된 자기장을 보증기간을 발효시키는데도 사용할 수 있다. 또, 포장된 구매품의 방범표찰을 자기적으로 정지시키는 외에도, 자기센서(1630,1630')가 방금 구매한 물건의 셀프테스트를 개시하게 하는 용도도 가능하다. 셀프테스트 시간과 그 결과를 SRAM이나 정적 메모리(912)에 기록하여 데이타로 활용할 수 있다(도 9 참조). 따라서, 구매할 때 셀프테스트를 통과한 장치를 보증작업에 사용할 수 있다.

도 17은 동작 작동스위치(930)의 다른 예를 보여주는바, 감압스위치(1730)의 개요도이다. 감압스위치(1730)는 기다란 제1, 제2 전기접점(1710,1712)을 포함한다. 이들 접점은 서로 분리되어 있다. 감압스위치(1730)는 도 14a-b와 같은 라벨에 설치될 수 있다. 라벨에는 박리 배면이 있는데, 라벨을 구부려 배면을 벗기기만 해도 제1 접점(1710)이 제2 접점(1712)에 닿는다. 또, 감압스위치인 동작 작동스위치를 선적작업이나 보증작업에 사용할 수도 있다. 그 일례에 대해서는 동작 작동스위치(1230,1330)을 참조해 이미 설명했다.

도 18은 수분작동스위치(1830)의 개요도이다. 수분작동스위치(1830)은 제1 및 제2 경사면(1801,1802)을 갖는다. 제1 전기접점(1810)은 제1 경사면(1801)에 부착되거나 관련되고, 제2 전기접점(1812)은 제2 경사면(1802)에 부착되거나 관련된다. 수분이 있으면, 경사면들이 수분을 최저점으로 움직이고, 수분작동 스위치(1830)은 중력에 의해 수분을 경사면(1801,1802)을 따라 최저점으로 움직이도록 위치한다. 수분이 최저점으로 움직이면, 용기(1820)에 수분이 모인다. 용기(1820)가 수분으로 채워지면 접점(1810,1812) 사이의 간극이 연결된다. 따라서, 지역에 비가 내리거나 소자가 높은 습도에 있을 때 스위치가 작동된다. 또, 경사면(1801,1802)에 이슬이 모여 용기(1820)를 일정 수준까지 채워도 접점(1810,1812)이 서로 접촉한다. 이런 스위치는 스위치를 닫아 전기연결을 할만큼 충분한 수분이 모일 때 회로(910)와 배터리(908)를 연결하는데 사용된다(도 9a-b 참조).

동작 작동스위치를 달리 이용하는 것도 고려할만 하다. 경우에 따라, 열 작동 스위치(930)를 사용하기도 한다. 그 구조는 빌딩내의 스프링클러 장치에 필요한 구조와 비슷하다. 이 경우, 알작동 스위치는 배터리(908)를 회로(910)와 연결시킨다. 스프링클러에 사용할 경우, 연기가 더이상 감지되지 않거나 실내온도가 임계치 밑으로 내려가면 스프링클러가 작동되었다가 정지할 것이다.

동작 작동스위치(930)의 다른 용도는 테스트 파일럿을 위한 비행기의 탈출의자에 사용되는 가속작동형 스위치(1230,1330)이 있다. 테스트 파일럿드은 아주 높은 고도에서 여러번 비행기를 타는데, 이런 높은 고도에서 탈출해야 할 경우, 좌석에 앉은 파일럿이 생존에 필요한 산소가 충분한 고도에 도달할 때까지 낙하산이 펼쳐지지 않도록 해야한다. 요컨대, 높은 고도에서 비행하는 도중 탈출좌석을 사용할 경우, 파일럿이 생존하기에 충분한 산소가 있는 고도까지는 낙하해야 한다. 이런 고도는 대개 10,000~15,000 피트이다. 따라서, 동작 작동스위치(1230,1330)는 고도계가 달린 회로(910)를 작동시킨다. 이 회로는 탈출의자에 달린 낙하산을 펼칠 시기를 결정하는데 고도계를 사용한다. 이렇게 되면, 높은 고도에서 탈출해야 하는 파일럿의 생존가능성이 높아진다.

도 19는 무선 태그장치(2100)의 일례를 보여준다. 이 장치는 RFID(Radio Frequency Identification)소자(2170)과, 이 소자와 통신하는 원격 RF 소자(2160)을 구비한다. RFID 소자(2170)는 유연한 기판(2110)에 증착된 배터리(2120), 배터리(2120) 위에 위치하고 배터리에 연결되어 전력을 공급하기 위한 전자회로(2130), 배터리(2120)에 증착되고 전자회로에 연결된 RF 안테나(2140), 및 배터리(2120)와 전자회로(2130) 반대쪽의 기판 표면에 증착된 접착층(2150)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 배선(2131)을 통해 전자회로(2130)가 배터리(2120)와 안테나(2140)에 연결된다. 한편, 배선접촉층을 배터리(2120)와 전자회로(2130) 사이에 증착하여, 전자회로(2130)를 배터리(2120)에 연결할 수도 있다. 또, 전자회로를 RFID 소자 위의 층으로 형성할 수도 있고, 전자회로가 증착층 위에 설치된 집적회로로서 배선층을 통해 배터리에 연결된 회로일 수도 있다.

도 21b에 도시된 시스템(2100)의 다른 예에서는, 유연한 기판(2110) 위에 RF 안테나(2140)를 증착한다.

도 21c의 다른 시스템(2100)에서, RF 안테나(2140)를 기판(2110)에 증착하고, 전자회로(2130)를 기판(2110) 위의 배터리(2120) 부근에 배치하며, 접착층(2150)은 배터리(2120)와 전자회로(2130) 반대쪽의 기판 표면에 증착한다.

도 21d의 시스템(2100)의 다른 예에서는, 유연한 기판(2110) 위에 배터리(2120) 가까이 전자회로(2130)를 배치해 접착층(2150')을 배터리(2120)와 전자회로(2130)로 이루어진 균일한 표면에 증착하고 도는 접착층(2150')을 기판(2110) 위에 형성할 수 있다.

도 21e에 도시된 시스템(2100)에서는 기판(2110) 한쪽면에 배터리(2120)를 붙이고 반대쪽 면에는 전자회로(2130)와 안테나(2140)를 배치하며, 전자회로(2130)나 배터리(2120)에 접착층(2150")을 붙인다.

도 21f의 경우 기판(2110) 위에 접착층(2150)을 배치한다. 접착층(2150)은 임시접착제나 영구접착제를 포함해 어떤 종류도 가능하다. 접착층(2150)은 박리지나 플라스틱층(2152)로 덮인다. 접착층(2150)은 기판(2110) 전체나 일부, 배터리(2120)의 일부나 전체, 전자회로의 일부나 전체, 또는 배터리에 인접한 전자회로(2130)를 증착하여 형성된 균일한 표면의 일부나 전체를 덮을 수 있다.

도 22에 도시된 것은 배터리(2220)이다. 기판(2210) 위에 접촉필름(2257)이 형성된다. 접촉필름(2257)은 집전기 기능을 하고 리이드(2258)에 연결되며, 리이드는 배터리(2220)의 한쪽 극을 외부회로에 연결한다. 경우에 따라, (도 21a-e에 도시된) 전자회로(2130)가 배터리(2220)에 연결되기도 하고, 또는 배터리에 연결되지 않고 원격으로 배치되기도 한다. 접촉필름(2257) 위에 전극필름(2259)이 형성된다. 전극필름(2259)은 필름 사이의 간섭면적을 최대화하여 저항을 최소화하도록 접촉필름(2257)의 표면 전체를 덮거나, 박막필름(2220)의 음극이기도 하다. 전극필름(2259) 위에 전해질필름(2261)이 형성된다. 전극필름(2263)은 전해질필름(2261) 위에 형성된 양극이다. 전해질필름(2261)에 의해 전극필름(2259,2263)이 절연된다. 전극필름(2263) 위에 접촉필름(2265)이 형성된다. 접촉필름(2265)은 집전기 역할을 하고 리이드(2267)에 연결되며, 리이드는 배터리(2220)의 한쪽 극을 외부회로에 연결한다. 접촉필름(2265)은 필름 사이의 간섭면적을 최대화하여 저항을 최소화하도록 전극필름(2263) 표먼 전체를 덮거나, 박막배터리의 양극이기도 하다.

일 실시예에서, 전해질 필름(2261)은 리튬인산 질소산화물인 LiPON을 포함하는데 그 일례로 Li3PO4N이 있다. 전해질에서의 리튬이온 이동도를 증가시키려면 질소의 비율을 높인다.

이하, 고체배터리(2220)의 제작방법에 대해 설명한다.

고체배터리(2220)는 5-6 단계로 형성된다. 첫번째 단계는 70V, 2A에서 4분간 5sccm의 속도를 갖는 이온건을 통해 아르곤 분위기에서 Mk II 이온건 장치를 이용해 기판을 세척하는 것으로 시작한다. 다음, 200mA, 6500V의 전자빔 건으로 니켈을 증착하여 기판(2210) 위에 2500Å 두께의 니켈금속 음극층을 형성한다. 두번째 단계는 12mT 압력의 아르곤에서 250W의 전력으로 1분간 니켈 음극 콜렉터를 스퍼터 에칭한 다음, 산소 80%, 아르곤 20%, 15mT의 분위기에서 1200W의 전력으로 5분간 표적을 연소시킨다. 다음, 산소 80%, 아르곤 20%, 15mT 압력의 분위기에서 6분간 1200W의 전력으로 LiCoO2를 증착하여 음극 금속층 위에 음극층(2259)을 형성한다. 세번째 단계는 5mT의 압력으로 질소중에서 750W의 전력으로 5분간 표적 연소하여 시작한다. 다음, 질소 40sccm, 5mT의 분위기에서 5-7분간 750W의 전력으로 Li3PO4를 증착하여 전해질층(2261)을 형성한다. 한편, 다음에 양극 증착단계로 양극을 증착하기도 한다. 네번째 단계는 70V, 2A에서 4분간 5sccm의 속도를 갖는 이온건을 통해 아르곤 분위기에서 Mk II 이온건 장치를 이용해 앞서 형성된 층들을 세척하는 것으로 시작한다. 다음, 150mA, 7600V의 전자빔 건으로 구리를 증착하여 전해질층 위에 2500Å 두께의 구리 양극층을 형성한다. 다섯번째 단계는 70V, 2A에서 4분간 5sccm의 속도를 갖는 이온건을 통해 아르곤 분위기에서 Mk II 이온건 장치를 이용해 앞서 형성된 층들을 세척하는 것으로 시작한다. 다음, 150mA, 7600V의 전자빔 건으로 두께 5000Å의 SiN 패시베이션 층을 형성하되, 90V, 2A의 Mk II 이온건 시스템에 18sccm의 질소를 흘려 성장하는 필름에 충격을 준다.

도 23a는 배터리(2320), 전자회로(2330), RF 안테나(2340) 및 RF 작동스위치(2350)를 갖는 RFID 소자(2300)의 개략도이다. 배터리는 도 21a-21f, 22에 도시된 바와 같이 기판(2110)에 형성되는 일반적인 박막 배터리이다. 회로는 기판(2110) 위의 배터리에 병합되거나 연결된다. 한편, 전자회로(2330)는 기판(2110) 위에 형성되고, 배터리가 전자회로 위에 형성될 수도 있다. RF 스위치(2350)도 배터리(2320) 및 전자회로(2330)와 함께 기판 위에 형성될 수 있다. RF 안테나(2340)에서 받은 RF 에너지가 감지되고, 증폭회로(2352)는 사고의 발생을 감지한다. 다음, 스위치(2354)를 닫아 배터리로 하여금 전자회로(2330)를 작동시킨다 전자회로(2330)는 고체메모리(2334), 타이밍회로(2336), 마이크로프로세서(2332)와 같은 추가소자를 포함한다. 메모리(2334)는 비휘발성 메모리로서, 전자회로(2330)가 작동되는지 여부에 대한 정보를 저장한다. 다시 말해, 비휘발성 메모리(2334)와 타이밍회로(2336)를 이용해, 배터리(2320)가 전자회로(2330)를 작동시킬 수 있는 시간프레임 동안 메모리(2334)에 소정의 이벤트 시간을 기록할 수 있다. 예컨대, RF 회로(2350)가 닫히거나 활성상태에 있는 시간을 메모리(2334)에 기록할 수 있다. 타이머를 포함하는 타이밍회로(2336)는 RF 관련 사건이 스위치(2350)을 작동시킨 일시나 시간을 기록하는데 사용될 수 있다. 일단 전자회로(2330)가 작동되면, 마이크로프로세서(2332)는 특정 기능을 수행할 수 있다. 마이크로프로세서(23320는 아주 제한된 임무를 갖고 마이크로컨트롤러라 불리기도 하는데, 이는 특정 임무를 전용으로 갖기 때문이다.

도 23b는 RFID 소자(2301)의 다른 예의 개략도이다. RF 에너지는 RF 안테나(2340)로 보내지고 증폭회로(2352)에 의해 감지된다. 이렇게 되면 플립-플롭(2356)가 설정되어 전자회로(2330)가 저전력 모드에서 활성모드로 바뀐다. 저전력 모드로 돌아가려면, LOW-POWER 신호(2357)가 플립-플롭(2356)을 리셋한다. 일단 작동된 소자는 도 23a에서 설명한대로 동작한다.

도 23a-b에 도시된 고체배터리(2320)는 일회용이거나 충전식일 수 이ㅆ다. 이 배터리(2320)는 (기판 표면에 형성되거나 증착된) 광전지를 이용해 시스템을 빛에 노출시켜 충전되거나, 또는 무선주파수의 주기적 폭발을 이용해 충전되거나, 다른 비슷한 수단으로 충전된다. 충전식 배터리의 이용은 2001년 3월 23일 출원된 미국 특허출원번호 09/815,884의 "Battery-Operated Wireless-Communication Apparatus and Method"와, 2003년 1월 2일 출원된 미국 특허출원번호 10/336,620의 "Solid State Activity-Activated Battery Device and Method"에 소개되어 있는데, 이들 모두 본 출원인의 출원이고 본 발명에서 참고하였다.

본 발명은 (RF 회로를 포함한) 전자회로와 고체배터리를 하나로 병합한 소자를 제공한다. 많은 경우, 시스템의 형상인자는 아주 작다. 도 21a-24b는 이런 시스템의 일례를 보여준다. 구체적인 예에 대해 설명한다.

RFID 소자의 용도는 보증기간의 시작 시간을 표시하는데 있다. 예컨대, RFID 소자를 물건에 붙이면, 물건을 구매할 때 RF 에너지에 의해 소자가 작동하고, 보증기간이나 타임프레임의 시작을 표시하는 시계가 작동할 수 있다. 한편, RF 에너지는 소자에 영구 저장된 타이스탬프를 전송하기도 한다. 이렇게 되면, 보증기간이 시작된 시기를 아주 근접하게 알 수 있다. 뒤에 소비자가 보증기간내에 물건을 반환하고자 할 때, 보증의 조건은 포장이나 라벨을 물건과 같이 반환하는 것이다. 보증 시간을 점검할 수 있다. 이렇게 되면 소비자가 다른 물건을 주문하고 이 물건을 보증기간에 있는 새로운 물건처럼 반환하는 것을 방지할 수 있다. 경우에 따라, RF 스위치를 구비한 시스템이 물건이나 포장에 직접 부착될 수 있는 박리 라벨이나 운송표에 들어있을 수 있다. 도 24a-b는 RF 스위치(2350)가 들어있는 시스템을 이용하는 2가지 라벨을 보여준다. 박막 고체배터리(2320), RF 스위치(2350) 및 전자회로(2330)를 구비한 시스템은 도 24a처럼 라벨의 일부로 이루어지거나, 도 24b처럼 물건라벨에 형성될 수 있다. 각각의 라벨에는 배터리(2320), 전자회로(2330) 및 RF 스위치(2350)를 갖춘 시스템(2410,2410')이 들어있다.

또다른 예로는, 선적이나 배달에 관련된 사고 시간을 검출하고 로그하기 위한 라벨(2410)에 RFID 소자를 사용하는 것이다(도 24a 참조). RF 전송소자는 RF 스위치(2350)를 작동시키고 타이밍회로(2336)를 작동시켜 선적의 시작시간을 검출하고 로그한다. RFID 소자의 다른 사용례는, 인쇄된 라벨에 정보를 백업하거나 보충하는 용도이다. 인쇄된 정보를 더이상 읽을 수 없거나 파손되었으면, RFID 소자가 바로 저장된 정보를 RF 수신소자에 전송할 수 있다.

RFID 소자의 다른 사용례는 재산을 태그하여 추적하기 위한 물품 라벨(2410')로서 사용하는 것이다. 원격 RF 송수신 장치를 창고나 선적장소나 하역장소내의 여러 곳에 설치한다. 다음 원격 RF 장치는 포장이 그 위치를 통과하는 시기를 검출하고 로그한다. 다른 예로는, RFID 소자가 휴대용 RF 송수신 장치로 재산을 찾는데 사용되는 것이다. 원격 RF 장치는 특정 RFID 소자의 심문코드를 전송한다. RF 에너지는 RFID 소자를 작동시키고, RFID 소자는 심문코드를 분석하고 RFID의 ID를 전송하여 응답함으로써, 원격 RF 장치에 특정 RFID 소자의 존재를 지적한다.

또, RFID 소자를 약물처리 시스템에 사용하여, 이온토포레시스와 같은 방법으로 약물을 전달하도록 피부에 붙인 약물패치를 사용한다. 박막 고체배터리를 이용하면, 전자회로를 이온토포레시스 장치에 사용하면서도, 환자복과 간섭하지 않도록 얇은 형상을 유지할 수 있다. 이 경우, 약물 용기를 포함해 약물패치에 RFID 소자를 붙인다. 전자회로(2330)는 소자를 작동시켜 약품의 배달을 시작한다. 마이크로프로세서(2332)는 소자의 작동시키, 약품의 배달시기, 약품 배달량과 같은 정보를 메모리(2334)에 저장한다. 타이밍회로(2336)는 환자나 보호자가 약물을 너무 많이 복용하는 것을 방지하는데 사용되기도 한다. 보호자는 원격 RF 장치를 이용해 RF 에너지를 전달하여 약물의 배달으 개시하거나 RFID 소자로 하여금 약물치료 이력을 결정하도록 한다. 어떤 경우, RF 장치가 RF 스위치를 작동시킬 때 RFID 소자가 작동된다. 또는 RFID 부분이 약물 용기에 부탁되었을 때 RFID 소자가 스위칭되기도 한다.

도 25a는 RFID 소자를 이용한 방법(2500)의 일례이다. 이 방법(2500)은 멀티비트 ID 값을 갖고 유연한 기판에 박막배터리가 증착된 유연한 RFID 소자(2100)를 제공하는 단계(2510), RFID 소자(2100)를 물건에 고압으로 붙이는 단계(2520), RFID 소자에서 RF 에너지를 받는 단계(2530), 및 RF 에너지를 기초로 배터리 전력을 RFID 소자(2170)에 결합하여 회로를 작동시키는 단계(2540), 및 RFID 소자(2170)의 멀티비트 ID를 기초로 ID 값을 전송하는 RFID 소자의 임무를 개시하는 단계(2550)를 포함한다.

도 25b의 경우, RFID 소자(2170)의 활동 개시시간을 저장하는 임무(2551)를 갖기도 한다. 또, 도 25c의 경우, RFID 소자(2170)에서 자체 점검을 하고(2552), 그 결과를 저장하기도 한다(2553). 도 25d의 경우, RFID 소자(2170)가 원격 RF 송신기(2160)로부터 심문코드를 수신하고(2554), 심문코드의 분석을 하며(2555), 심문코드 분석을 기초로 원격 RF 수신기(2160)에 ID 값을 전송한다(2556). 다른 경우, 원격 장치로부터 심문코드를 받으면 RFID 소자(2170)가 사고에 대한 타임스탬프를 저장한다(2557). 또 25e의 경우, RFID 소자(2170)가 선적사고를 표시하는 첫번째 타임스탬프를 저장하고(2557), 사고 수신을 표시하는 두번째 타임스탬프를 저장하며(2558), 이어서 저장된 타임스탬프들을 비교하여 선적관련 사고의 기간을 결정한다(2559).

도 26a의 경우, RFID 소자(2170)를 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법(2600)은 유연한 기판의 준비단계(2610), 양극, 음극, 양극과 음극을 분리하는 전해질을 포함하는 배터리 증착단계(2620), 배선층 증착단계(2630), 배터리에 연결되는 전자회로를 배터리 위에 놓는 단계(2640), 감압 접착제를 증착하여 붙이는 단계(2650) 및 RFID 소자를 덮는 단계(2660)를 포함한다. 도 26과 같은 순서로 실행하기도 하지만, 하나 이상의 과정들을 하나로 결합하거나 다른 순서로 진행하여 층의 배열을 다르게 할 수도 있다. 일 실시예에서는 RFID 소자의 요소드을 (i) 커버, (ii) 전자회로, (iii) 배선층, (iv) 배터리, (v) 기판, (vi) 감압접착제 순서로 배열할 수도 있다. 이 방법(2600)에서 인쇄된 라벨을 RFID 소자에 형성하는 단계(2670)가 있을 수도 있다.

도 26b의 경우, 에너지가 50eV 내지 95eV인 이온을 이용해 기판에 배터리를 증착한다(2620).

배터리는 70eV~90eV 범위의 이온 보조에너지를 사용해 기판에 증착된다. 이 에너지는 65eV~70eV, 70eV~75eV, 75eV~80eV, 80eV~85eV, 85eV~90eV, 90eV~95eV, 65eV~95eV, 65eV~85eV 또는 65eV~75eV일 수도 있다. 또는 약 65eV, 70eV일 수도 있다.

경우에 따라 기판에 증착된 배터리는 충전식 배터리이다.

본 발명은 유연한 배터리 작동소자를 제공하기도 한다. 도 21a-f에 도시된 이런 소자(2170)는 유연한 기판(2110), 기판(2110)에 증착된 박막배터리(2120), 배터리에 증착되고 배터리에 연결되어 전자회로에 전력을 공급하는 전자회로(2130), 전자회로에 연결된 RF 안테나(2140), 및 기판에 도포된 접착층(2150)을 포함한다. 한편, 이들 층의 배열은 도 26과 다를 수도 있는데, 예컨대 전자회로를 기판 옆이나 배터리 밑에 둘 수도 있다.

다른 경우, 전자회로(2130)는 이를 전기적으로 작동시키는 RF 스위치를 포함한다. 또, RF 스위치는 MEMS 소자를 포함하기도 한다. 또는 소자의 RF 안테나(2140)가 기판(2110)에 집적되기도 하고, 배터리가 충전식이기도 하다. 도 27에 도시된 RFID 소자의 경우, 표면에 다수의 RFID 소자(2770)이 착탈가능하게 부착된 두루마리형 릴리스층(2710)을 포함한다.

본 발명은 도 28b와 같은 RFID 소자를 형성하는 시스템도 제공한다. 이 시스템(2800)은 하나 이상의 소스기판(2809)를 공급하는 하나 이상의 공급릴(2810), 하나 이상의 전자회로와 RF 안테나를 공급하는 하나 이상의 공급릴(2810), 하나 이상의 기판에 여러 층들을 증착하는 하나 이상의 증착부(2811), 증착부에 접착제를 공급하는 공급릴(2827), 및 공급릴(2810), 증착부(2811), 보조공급원(2817)이 들어가는 진공실(2807)을 포함한다. 시스템에 증착된 층들은 배터리를 형성하기 위한 층과, 전자회로에 RF 안테나와 배터리를 연결하기 위한 배선층이 포함된다. 배터리를 형성하도록 증착된 층들은 (a) 음극층, (b) 전해질층 및 (c) 양극층을 포함한다. 기판은 아치형 열원(2815) 위를 통과하여 엔드롤(2813)에 감긴다. 제1 증착부(2811)에서는 기판(2809)에 증착될 흡수원자 빔(2812)이 생긴다. 이 빔은 기판(2809)의 특정 부위(2819)에 조준되어 배터리층을 형성한다. 보조공급원(2817)에서는 기판(209)으로 향하는 에너지 입자빔(2814)이 생긴다. 에너지 입자빔(2814)은 제1 빔(2812)의 증착물질의 성장과 화학량을 조절하는데 필요한 에너지를 공급한다. EK라서, 전술한대로 기판(2809)에 결정구조가 형성된다. 기판(2809)은 엘라스토머, 폴리머, 종이 및/또는 플라스틱 웹이나 시트를 포함하고, 그 위에 에너지 저장소자가 형성된다. 기다란 기판(2809)에는 연속적인 부위에 다수의 에너지 저장소자를 증착하여, 에너지 생산율을 개선할 수 있다. 경우에 따라, 증착부(2811)를 여러개 만들어 기판(2809) 여러 부분에 다수의 필름을 동시에 증착할 수도 있다.

전해질필름을 증착할 때 적어도 전해질의 일부를 음극필름에 접촉시킴과 동시에, 전해질에 에너지를 공급한다. 이에너지는 에너지입자에 의해 공급된다. 에너지입자는 에너지를 띤 이온이기도 하다. 보조공급원에서 나온 에너지입자들은 전해질과 달리 불활성 기체이기도 하다. 에너지이온은 다른 증착성분과 반응하여 증착층의 일부로 된다. 에너지입자들은 전해질에 에너지를 공급하여 고체 전해질필름 구조의 성장에 도움을 준다. 이 경우, 전해질필름의 화학량도 조절된다.

제1 증착부(2811)인 제1 공급원은 질소분위기에서 Li3PO4를 제공하지만, 배압이 0.001 Torr 미만인 진공환경에서 Li3PO4를 공급하기도 한다. 보조공급원(2817)인 제2 공급원은 공급기체로부터 에너지입자를 제공한다. 제2 공급원이 산소나 질소를 포함한 공급기체로부터 에너지이온을 공급하는 이온공급원일 수도 있다. 공급기체는 아르곤, 크세논, 헬륨, 네온, 크립톤 등의 불활성기체를 포함할 수도 있다. 에너지 입자 및/또는 이온들은 도 22의 배터리의 전해질필름(2261)을 형성하는 물질의 에너지를 증가시켜 층간 성장을 촉진한다. 따라서, 전해질필름은 종래의 것에 비해 고품질이다.

LiPON 전해질필름(2261)을 형성할 때, 이 전해질필름을 형성해야 할 부위에 제1 공급원에서 Li3PO4를 공급하고 제2 공급원에서 에너지 질소입자를 공급한다. 에너지 질소입자는 이 부위에서 Li3PO4와 반응하여 전해질필름을 형성한다. 이렇게 되면 LiPON 전해질필름의 질소량이 증가하여, 질소함량이 원하는만큼 증가하고, 경우에 따라 전해질의 리튬이온 이동도가 증가한다.

기판(2809)이 위치한 챔버는 질소로 보강된 분위기를 갖는다. Li3PO4가 챔버내의 질소와 반응하여 LiPON 전해질필름이 형성된다. 제2 공급원은 전해질 필름 형성에 도움이 되는 에너지입자를 공급한다. 제2 공급원은 Li3PO4에 질소를 공급하기도 한다. 따라서, Li3PO4는 챔버내의 질소와는 물론 제2 공급원에서 공급된 에너지를 띤 질소함유 입자들과도 반응한다. 전해질필름(2261)내의 질소함량 증가는 바람직한데, 에너지국의 공개자료에 의하면 질소함량이 높을수록 전해질필름내의 이온전도도나 이동도도 높아지기 때문이다.

필름을 증착하기 위한 시스템을 전해질필름(2261)의 형성에도 이용할 수 있다. 그 예가 도 28a-b이다.

도 28a의 경우, 열조정면(2815)이 열원(2825)에 연결되고, 열원은 열조정면의 온도를 조정한다. 기판(2809)은 표면(2815)과 열역학적으로 접촉하여 특정 표면에 특정 증착공정을 하는데 필요한 표면온도를 조정한다. 열원은 냉매원으로서, 표면을 향해 압축헬륨을 방출하는 극저온 진공펌프가 일례이다. 열조정면(2815)을 기판(2809)와 직접 접촉시키되, 특히 박막이 형성되는 부위와 일치하게 접촉시키면, 종래의 고체배터리 제작공정보다 열열화 온도가 낮은 기판을 이용할 수 있다.

도 28b는 시스템(2800)의 다른 블록도이다. 여기서, 진공챔버(2807)에는 기판(2809) 여러개를 공급하기 위한 다수의 공급릴(2810)이 있어서 공급릴(2827)에서 공급된 접착제를 부착한다. 기판은 아치형 고온표면(2815) 위를 지나 다수의 엔드롤(2813)에 감긴다. 공급릴(2810)은 한쪽 스트립을 붙잡는다. 공급릴을 여러개 제공하면 각각의 릴이 기판물질의 장력과 속도를 개별적으로 조정함은 물론 다수의 다른 요소들을 동시에 처리할 수 있다.

열조정면(2815) 및 열원(2825)이 드럼상에 제공되고 드럼은 증착부(2811)와보조공급원(2817)하의 기판 이동 속도를 조절한다. 각각 한 요소의 폭인 물질의 스트립을 사용하는 있점은 여러 개의 요소와 넓은 스트립을 사용하여 보여지는 드럼을 통과하여 분배되는 불균일한 장력의 문제를 경감하는 것이다. 여러 개의 성분 디자인들을 수반하는 공정에서 모든 요소는 같은 속도로 드럼을 통과하여야 한다. 그래서, 여러 개의 요소 디자인들은 동일한 층과 그들에게 주어진 층 두께를 가져야 한다.

다수의 기판(2809)은 증착부(11) 와 보조공급원(2817)을 다른 속도로 지나므로, 다른 두께의 층에 두께를 다르게 적용되도록 한다. 다른 속도는 기판 스트립의 속도를 조절하기 위하여 여러 개의 드럼을 제공하여 이루어진다.

도 29A는 RFID소자를 만드는 다른 시스템(2900)이다. 시스템(2900)은 하나이상의 기판(2909)을 공급하는 하나 이상의 공급릴(2910),하나 이상의 기판 위에 층을 증착시키는 증착부(2911), 하나 이상의 보조공급원(2917), 하나 이상의 기판에 부착되는 하나 이상의 마스크(2933)을 공급하는 하나 이상의 공급릴(2927),증착 후에 마스크(2933)을 취하는 하나 이상의 말단릴(2913), 휘어진 열 표면(2915) 위로 기판이 공급된 후 형성된 장치를 취하는 하나 이상의 말단릴(2915), 및 공급릴(2910,2927), 말단릴(2930,2913), 증착부(2911) 및 보조공급원(2917)을 함유하는 진공챔버(2907)를 포함한다.

도 29B는 다른 시스템(2900)이다. 다수의 마스크(2933)를 보유하는 다수의 공급릴(2927)은 하나의 시스템(2900) 내에서 다수의 성분들을 다수의 기판 상에 증착되도록 한다. 릴-릴 마스크를 사용하면, 각 부분에서 사용된 마스크는 쉽게 교환될 수 있다. 예를들어, 네개의 증착부가 제공되면, 각 부분에 대해 각각 고유의 증착 패턴을 형성하는 한 세트의 네개 마스크가 첫 번째에 사용된다. 다음에, 마스크릴이 이동하고, 두번째 세트의 네개 마스크가 사용된다. 이렇게 하여 증착실을 열지 않고, 다른 장치의 필요 없이 마스크 패턴을 교환한다. 또한 마스크가 벗겨졌을때, 마스크를 (예를들어, 증착물질을 마스크 상에 축적하거나, 이온에칭으로 마스크를 제거하여) 교환하도록 한다.

다른 가능한 시스템으로는 부착 층과 마스크 층을 모두 기판(2909)에 적용하기 위한 공급릴(2827,2927)을 제공하는 한 시스템과 도 28 및 도 29의 조합이다.

본 발명의 한 측면은 얇은-막 배터리를 갖는 무선-주파수 확인(RFID)소자를 제공한다. 도 21A-21F에서 나타낸 바와 같은 시스템(2100)은 원격 무선 주파수(RF)송신기 및/또는 수신기(2160)과 연결된 RFID장치(2170)을 포함한다. 시스템(2100)의 RFID장치(2170)은 유연 기판(2110), 유연 기판 상에 증착된 얇은-막 배터리(2120), 동력을 제공하도록 배터리(2120) 상에 놓여 배터리(2120)와 결합된 전기 회로(2130), 및 전기회로(2130)와 소통하는 RF안테나(2140)를 포함할 수 있다. RFID장치(2170)의 배터리(2120)은 교환가능한 배터리이고, 배터리(2120)는 에너지가 원격장치(2160)으로부터 송신될 때 재교환된다. RFID는 RF-활성 스위치를 가질 수 있다.

RFID장치(2170)는 도 22A에서 나타낸 RF-활성 스위치를 포함할 수 있다. RF에너지는 안테나(2240)에 의해 수신되어 전기회로(2230)와 소통하여 얇은-막 배터리(2220)를 둔 RF-활성 스위치(2250)을 활성화한다. RF-활성 스위치(2250)는 낮은 동력-정지 모드로 부터 전기회로(2230)을 활성화한다.

본 발명의 다른 측면은 도 25A에서 나타낸 방법(2500)을 제공한다. 방법(2500)은 다중-비트 확인기 값 및 얇은-막 배터리가 유연 기판 상에 증착된 유연 필-스틱 RFID소자(2100)를 제공(2510)하고, RFID(2100)을 제품에 가압-부착(2520)하고, RF 에너지의 접수를 근거로하여, RFID소자에서 RF에너지를 수신(2530)하고, 배터리 동력을 RFID소자(2170)에 연결(2540)며, 여기서 활성이 RFID소자(2170)의 다중-비트 확인기 값에 근거한 확인기(ID) 값을 전송함을 포함하는 RFID소자(2170)내 태스크를 개시(2550)한다. 도 25B에서 나타내는 바와 같이, 태스크는 RFID소자(2170)에서 활성을 위한 출발시간을 저장(2551)한다. 도 25C에서 나타내는 바와 같이 태스크는 RFID소자(2170)에서 자기-진단을 진행(2552)하고, 자기-진단 결과를 저장(2553)한다. 또한 도 25D에서 나타낸 바와 같이 RFID소자(2170)는 원격RF송신기 소자(2160)로부터 호출암호를 수신(2554)하고. 호출암호 분석을 수행(2555)하고,호출암호 분석에 근거하여 원격 RF 수신기(2160)에 ID값을 전송(2556)한다. 한편, 원격장치에서 심문코드를 받으면 RFID 소자(2170)가 사고에 대한 타임스탬프를 저장한다(2557). 도 25e에도시된 바와 같이, RFID 소자(2170)은 선적사고를 표시하는 첫번째 타임스탬프를 저장하고(2557), 사고수신을 표시하는 두번째 타임스탬프를 저장하며(2558), 이어서 선적관련 사고기간을 결정하도록 저장된 타임스탬프들을 비교한다(2559).

도 26a의 방법에서는 RFID 소자(2170)을 형성한다. 이 방법(2600)에서는 유연한 기판을 제공하고(2610), 양극, 음극, 및 양극과 음극을 분리하는 전해질을 포함한 배터리를 증착하며(2620), 배선층을 증착하고(2630), 배터리에 연결되는 전자회로를 배터리 위에 배치하고(2640), 감압 접착제를 증착하며(2650), RFID 소자를 덮는다(2660). RFID 소자의 요소드을 (1) 커버), (2) 전자회로, (3) 배선층, (4) 배터리, (5) 기판, (6) 감압접착제 순서로 배열한다. 그 배열이나 위치를 달리할 수도 있다. 한편, 이 방법(2600)에서 RFID 소자에 인쇄라벨을 형성할 수도 있다(2670). 도 26b에 의하면, 배터리를 50eV~95eV의 에너지를 이용해 기판에 증착한다(2620). 그 에너지는 70eV~90eV일 수도 있고, 유연한 기판에 증착된 배터리가 충전식일 수도 있다.

한편, 본 발명은 유연한 배터리 작동소자를 제공하기도 한다. 이 소자(2170)의 일례가 도 21a-f에 도시되어 있는데, 유연한 기판(2110), 기판에 증착된 박막배터리(2120), 배터리 위에 배치되고 배터리에 연결되어 전력을 받기 위한 전자회로(2130), 전자회로에 연결된 RF 안테나(2140), 기판에 도포된 접착층(2150)을 포함한다. 전자회로(2130)는 RF 스위치를 포함하고, 이 스위치가 전자회로를 작동시킬 수도 있다. 한편, RF 스위치는 MEMS 소자이고, RF 안테나(2140)는 기판에 집적되며, 배터리(2120)는 충전식일 수 있다. 도 27에 도시된 RFID 소자를 형성할 때 다수의 RFID 소자(2770)를 두루마리에서 풀린 층(2710)에 부착할 수도 있다.

도 28a의 경우 RFID 소자를 만드는 시스템이다. 이 시스템은 하나 이상의 소스기판(2809)을 공급하는 하나 이상의 공급릴(2810), 하나 이상의 전자회로와 RF 안테나를 공급하는 하나 이상의 공급릴(2810), 하나 이상의 기판에 여러 층들을 증착하는 하나 이상의 증착부(2811), 증착부에 접착제를 공급하는 공급릴(2827), 및 공급릴(2810), 증착부(2811), 보조공급원(2817)이 들어가는 진공실(2807)을 포함한다. 시스템에 증착된 층들은 배터리를 형성하기 위한 층과, 전자회로에 RF 안테나와 배터리를 연결하기 위한 배선층이 포함된다. 배터리를 형성하도록 증착된 층들은 (a) 음극층, (b) 전해질층 및 (c) 양극층을 포함한다.

경우에 따라 진공실 안에 다수의 소스릴과 테이크업 릴을 쌍쌍이 배치한 시스템도 있는데, 이 시스템은 제1 기판 띠를 공급하는 제1 소스릴, 제1 테이크업 릴, 다수의 각각 다른 마스크를 갖는 제1 마스크 띠를 공급하는 제2 소스릴, 제2 테이크업 릴, 제1 소스릴과 제1 테이크업 릴 사이를 움직이는 제1 기판대 위에 물질을 증착하도록 구성된 제1 증착부, 및 제1 소스릴과 제1 테이크업 릴 사이로 제1 기판 띠를 제1 속도와 장력으로 움직이도록 결합된 컨트롤러를 포함하는데, 컨트롤러는 제2 소스릴과 제2 테이크업 릴 사이로 마스크 띠를 움직이기도 한다.

한편, 제2 기판띠를 공급하는 제3 소스릴과 제3 테이크업 릴을 더 포함할 수도 있는데, 이 경우 컨트롤러는 제3 소스릴과 제3 테이크업 릴 사이로 제2 기판띠를 제2 속도와 장력으로 움직이도록 결합된다.

제1 마스크띠는 제1, 제2 기판띠 양쪽을 마스크하기도 한다.

또, 다수의 각각의 마스크를 갖는 제2 마스크띠를 공급하는 제4 소스릴과 제4 테이크업릴, 제2 마스크띠가 움직이는 방식으로 제3 소스릴과 제3 테이크업릴 사이로 움직이는 제2 기판띠 위에 물질을 증착하도록 구성된 제2 증착부를 더 포함할 수도 있는데, 이 경우 컨트롤러는 제2 속도와 장력으로 제2 기판띠를 움직이도록 결합된다.

컨트롤러는 제2 속도와 장력을 기초로 한 속도와 장력으로 제2 마스크띠를 움직이도록 결합될 수도 있다.

한편, 이러한 방법은 증착부에 제1 기판띠를 통과시키는 단계, 제1 마스크띠를 증착부에 통과시키는 단계, 제1 마스크띠의 제1 영역으로 이루어진 패턴으로 증착부로부터 제1 기판에 제1 물질층을 증착하는 단계, 및 제1 마스크띠의 제2 영역으로 이루어진 패턴으로 증착부로부터 제1 기판위로 제2 물질층을 증착하는 단계를 포함한다.

이 방법은, 제2 기판띠를 증착부에 통과시키는 단계, 제2 마스크띠를 증착부에 통과시키는 단계, 제2 마스크띠의 제1 영역으로 이루어진 패턴으로 증착부로부터 제2 기판 위로 제1 물질층을 증착하는 단계, 및 제2 마스크띠의 제2 영역으로 이루어진 패턴으로 증착부로부터 제2 기판 위로 제2 물질층을 증착하는 단계를 더 포함하기도 한다.

경우에 따라, 제1, 제2 기판띠는 서로 다른 속도로 움직이기도 한다.

또, 제1, 제2 기판띠의 장력이 서로 다를 수도 있다.

이 방법은 접착제와 박리층을 기판에 증착하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

또, 감압 접착층을 기판에 접착하는 단계가 더 있을 수도 있다.

또다른 방법은 유연한 기판을 제공하는 단계, 양극, 음극, 양극과 음극을 분리하는 전해질을 포함하는 배터리를 증착하되 응극과 음극은 각각 마스크띠상의 다른 마스크 영역에 의해 정의되는 단계, 배선층을 증착하는 단계, 증착층 위에 전자회로를 설치하되 전자회로를 배선층을 통해 배터리에 연결하는 단계, 감압 접착제를 증착하는 단계, 및 소자를 덮는 단계를 포함한다.

각 층의 배열 순서는 커버, 전자회로, 배선층, 배터리, 기판, 감압 접착제이다.

한편, 소자에 인쇄된 라벨을 형성하는 단계가 더 필요할 수도 있다.

유연한 기판에 배터리를 증착할 때 50eV~95eV의 에너지를 이용하는데, 이 에너지는 70eV~90eV일 수도 있다.

유연한 기판에 증착된 배터리는 충전식일 수 있다.

본 발명의 다른 예에 의하면 층들을 각각 포장한 다수의 층들을 구비할 수 있는데, 이런 층으로는 유연한 기판, 전자회로, 전자회로에 연결되어 전력을 공급하는 박막 배터리, 전자회로에 연결된 RF 안테나, 접착층이 있다.

전자회로는 RF 스위치를 구비하기도 하고, 이 스위치는 MEMS 소자이다.

경우에 따라, 이들 층을 순서대로 접착층에 적층하되, 접착층은 감압성이고 박리층, 유연한 기판, 기판에 증착된배터리, 이전 층에 증착된 RF 안테나를 포함한 배선층, 및 배선층 위에 RF 스위치가 증착되어 있는 전자회로로 덮인다.

경우에 따라, RF 안테나는 기판에 집적되고, 배터리는 충전식이며, 롤에서 풀리는 층 위에 다수의 소자들을 부착하기도 하며, 접착층이 감압 접착체로 박리층으로 덮이기도 한다.

상기 층들은 접착층, 기판층, 배터리층, 전자회로층 및 RF 안테나층의 순서로 배열되거나, 기판층, 배터리층, 전자회로와 RF 안테나를 포함한 층, 및 접착층의 순서로, 또는 기판층; 배터리, 전자회로, RF 안테나를 포함한 층; 및 접착층의 순서로 적층될 수도 있다.

RFID 소자를 형성하는 다른 시스템은 하나 이상의 소스기판을 공급하는 하나 이상의 공급릴, 하나 이상의 전자회로와 RF 안테나를 공급하는 하나 이상의 공급릴, 하나 이상의 기판에 여러 층들을 증착하는 하나 이상의 증착부, 증착부에 접착제를 공급하는 공급릴, 및 공급릴, 증착부, 보조공급원이 들어가는 진공실을 포함한다. 시스템에 증착된 층들은 배터리를 형성하기 위한 층과, 전자회로에 RF 안테나와 배터리를 연결하기 위한 배선층이 포함된다. 배터리를 형성하도록 증착된 층들은 음극층, 전해질층 및 양극층을 포함한다.

경우에 따라 박막배터리와 동작 작동스위치를 제공한다. 어떤 시스템은 기판, 기판에 연결된 회로, 기판과 회로에 연결된 박막배터리를 포함한다. 박막배터리는 회로를 작동시킨다. 회로를 전기적으로 작동시키는 가속도 작동스위치가 기판에 연결되기도 한다. 가속도 작동스위치는 MEMS 소자이고 하나 이상의 외팔보를 갖거나, 외팔보와 전기접점을 가질 수 있다. 외팔보는 가속도에 응답해 전기접점에 닿느나. 가속도 작동스위치가 제1 외팔보 스위치, 제2 외팔보 스위치를 가질 수도 있다. 제1, 제2 외팔보 스위치는 각각 제1, 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성한다. 제1, 제2 가속도는 서로 다르다. 가속도 작동스위치가 제1, 제2 가속도에 응답해 각각 제1, 제2 전기접점을 형성할 수도 있다. 마찬가지로 이들 가속도도 서로 다르다. 또, 제1 기속스위치가 2가지 평면상의 가속도에 응답해 회로를 다르게 작동시키기도 한다. 제1, 제2 외팔보 스위치는 각각 제1, 제2 평연상의 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성할 수도 있다.

또, 회로는 메모리와 타이머를 구비한다. 타이머는 제1 외팔보 스위치가 제1 가속도에 응답해 전기접점을 형성하는 시간, 또는 제2 외팔보 스위치가 제2 가속도에 응답해 전기접점을 형성하는 시간을 기록한다. 한편, 제1(제2) 외팔보 스위치의 나머지가 제1(제2) 가속도에 응답해 전기접점을 형성하는 시간을 메모리에 저장하기도 한다.

또, 배터리를 기판에 스퍼터링하고 회로를 배터리 위에 형성하기도 한다. 또는 회로를 기판에, 그리고 배터리를 회로에 스퍼터링하기도 한다. 또는 시스템을 포장지나 총알 안에 설치하기도 하고, 기판에 접착제를 붙이고 시스템을 소자에 접착하기도 한다.

어떤 시스템은 기판과 기판 위의 박막배터리를 갖는다. 박막배터리는 제1 리이드, 제1 리이드와 연결되는 제1 접점, 제2 리이드, 제2 리이드와 연결되는 제2 접점을 갖는다. 이 시스템은 제1, 제2 리이드중 하나에 연결되어 배터리를 제1, 제2 접점에 연결하기 위한 동작 작동스위치를 더 포함할 수도 있다. 동작 작동스위치는 가속도에 응답해 작동하지만 자기장, 무선신호, 압력, 빛에 응답할 수도 있다. 이 시스템은 제1, 제2 리이드에 부착된 회로를 포함하기도 한다. 이 회로는 기판에 관련된 것으로, 기판에 부착되고, 배터리가 회로에 부착된다. 한편, 배터리를 기판에 부착하고 회로의 일부를 배터리에 부착하기도 한다. 동작 작동스위치는 마이크로전자 기술을 이용해 형성된다.

동작 작동스위치를 작동하여 박막배터리를 일련의 회로들과 연결하며 작동된 회로를 이용해 총알을 조준하기 위한 방법도 있다. 다른 방법에서는, 동작 작동스위치를 작동하여 박막배터리를 일련의 회로에 연결하고, 작동된 회로를 이용해 보증 개시시간을 저장한다. 또, 동작 작동스위치를 특정 레벨에서 가속시키기도 한다. 한편, 이 방법에서는 자가점검을 하고 그 결과를 동작 작동스위치의 작동에 응답해 저장하기도 한다. 다른 가속도들도 저장된다. 임의의 임계치보다 높은 다른 가속도와 관련된 시간도 기록된다. 다른 가속도의 시간들을 선적한 기간 등과 비교한다.

배터리가 하나 이상이고, 배터리를 작동시키는 소자와 회로를 갖는 시스템을 필름에 형성하고 작은 포장지나 물건에 부착할 수 있다. 또, 배터리, 작동소자 및 회로를 접착제가 발라진 유연한 시트에 형성하고, 포장지의 외부나 물건에 부착된 라벨에 설치할 수도 있다. 완전한 시스템을 물건에 붙여 물건에 관한 정보를 조정하고 기록한다. 뒤에 사고에 반응하여 스위치가 작동한다. 이 시스템은 수동으로 작동될 필요가 없다. 오히려 사고에 응답해 자동으로 작동된다.

이 시스템은 저렴하고, 제조업자나 판매업자 또는 사고 소매업자가 이 시스템을 물건이나 그 포장지에 부착할 수 있다. 또, 이 시스템은 경량이면서도 하나 이상의 기능을 하기에 충분한 에너지가 저장되어있다. 이 시스템은 비독성 물질로 제조되어 물건을 사용할 때 해가 없다.