嵌入式後備能量存儲單元的製作方法
2023-10-18 01:51:59 3
專利名稱：嵌入式後備能量存儲單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及在分層的電器件上形成能量存儲器件，分層的電器件包括印刷電路板、集成電路晶片和其它在各層上做出的電子器件。本發明特別涉及包括在上述器件內的嵌入式後備能量存儲器件。
一個典型的例子是現代的數字鬧鐘。目前，許多鬧鐘通過家用電流來運轉。包括集成電路晶片的印刷電路通常驅動時鐘的所有功能，包括跟蹤時間和鬧鐘時間。當到鬧鐘的電流中斷時，所有信息會丟失。當前，即使在正常電源的極短時間的中斷，鬧鐘設置的時間和許多其它信息也會丟失。由於在夜晚或凌晨的級短時間的停電而使在正常時間沒有問題的鬧鐘出問題，在清晨不能叫醒。
另外，電源的完全斷電，當發生「電壓不足」情況時，會發生這些問題。電器的主電源下降到電器能以預定方式工作的臨界閾值以下。另外，「電壓不足」情況實際上對設備內的電子元件是有害的。
必須為這些設備的主要功能提供一個備用電源。通過為負載提供連續工作所要求的後備電能，來保證電器或設備的工作負載和電器設備的預定的工作。另外，當有備用電源時，可降低對工作負載的損壞。
解決這個問題的方案是購買專用後備電源。這類電源通常用於包括計算機的主要電器設備。但是，後備電源的尺寸和複雜程度使得這些設備對於如鬧鐘等的普通的消耗較低電能的家用電器來說並不切實際的。
另一種方案是為電器增加普通的電化學電池。但是，電化學後備電池大大增加了電器的空間和體積，通常不值得為此擴大空間。所需要的是一種小型、易於製造的能量存儲器件，用於檢測電源電勢的下降並在電源電勢下降時保持電器設備的主要功能。
希望能把後備電源包含在或集成到普通的電子設備中的分層的電子器件內。模塊化和製造的簡易要求後備電源必須小到能夠安裝到任何小電子器件的結構中。這樣，如前所述，許多普通後備電源不能使用。另外，由於各種原因，將後備電源放置在或集成到電路板或晶片內而不是將它們作為分立元件連接比較有利。這種後備電源應該是在電器件的製造中嵌入的電存儲器件或電能源。
通常，由諸如印刷電路板或集成電路晶片一類的分層電器件或組合件所佔有的體積在設計電子組合件時是非常寶貴的。組合件的體積規定了在其上的元件的數量、尺寸和布局。另外，隨著個人計算機的出現，主要限制是在實際的器件的表面上是否有元件的空間的存在。例如，在實際的器件上的空間的最小化意味著連接到公共總線的印刷電路板的系統所用的體積最小化，由此最大利用空間。
在電路板上安裝的器件佔用的表面積是非常寶貴的。因此，減少安裝器件所用的表面積能夠讓設計者使用更多的表面積用於其它的功能器件。特別地，如果能夠重新設計一個將所有的內的電存儲器件嵌入其內的電路板，設計者能夠使用更多的表面積用於在電路板上的其它的功能器件。或者，設計者能夠減少這個的組合件尺寸。
同樣地，如果集成電路晶片(IC晶片)能夠在構成晶片的各層中嵌入小的、更強大的電存儲器件，晶片的更多的體積能夠用於其它功能目的。
典型地，在印刷電路板中，電路的設計要求一些種類的能量存儲器件，例如電容或電池。設計者通常選擇分立元件用於電路中的存儲器件。這種分立元件佔用電路板的表面積和電路板內和電路板內和上的一部分體積。
在印刷電路板製造過程中，放置能量存儲器件的地點留有用於後面的安裝的空地。通常，製造商製造的電路板具有存儲器件的引線能夠插入的孔。然後，把分立電存儲器件，例如電池或電容，放置到電路中並與電路板通過輔助互連裝置電連接，例如，觸點上的螺絲或焊接頭。通常，電路連線終止於存儲器件引線插入的孔，並且當存儲器件引線導入孔中時，就完成了電路通路。
但是，使用分立電存儲器件元件具有一些缺點。一個主要的缺點是大多數電存儲器件元件和將它們連接到電路的必要元件佔用了電路板內或電路板上的寶貴的表面積和體積。
有關IC晶片，不能使用大的電存儲器件。首先，IC晶片通常不具有穿過其表面與分立器件的互連。第二，晶片的小體積不能使用大或中等的電存儲器件。
一般，能量存儲器件特別要求大的面積和體積，並且傾向於高於其它元件立在電路板上。即使在電路板上的較小的能量存儲器件也可能是電路板上的最高的元件。這些器件帶來了由於布局而引起的設計問題，並佔用了寶貴的電路板的表面積和體積。
公式(k×A)/T定義了能量存儲器件的電容或者它能存儲的電荷量。在公式中，k代表兩個相反的帶電板間的材料的介電常數，A是最小的板的面積，T是介電材料的厚度。因此，小體積和面積，而沒有高的介電常數，使得電容較小。對於非常小的體積和面積來說，例如IC晶片，由於空間的限制和大多數IC晶片不提供與其它分立元件的表面互連，大的存儲器件是不切實際的。
如果設計特別要求大的能量存儲器件，問題就更大了。大的存儲器件傾向於要求容納分立元件的大的面積和體積。通常，對於印刷電路板來說，解決方法是將電容放置在它們從電路板向外延伸的地方。
能量存儲需要的空間的一個例子能夠從電源的連接關係上表現出來，其中功能元件佔用了大約30％的板的空間。需要一種包括在分層的電器件的結構中的電能存儲器件。這種後備電存儲器件在分層電器件的電源切斷時工作以確保在電源的短時間切斷時，在短暫的瞬間沒有信息丟失。對於普通電器來說，由於空間和成本的限制，不能使用互連到存儲器件的分立元件，例如，現代的數字鬧鐘。
另外，當分立存儲器件必須互連到電路板時，存在幾個問題。通常，製造商必須將所有的元件焊接到印刷電路板的電路的連線中。這種互連是弱點，是許多印刷電路板封裝中失敗的原因。互連也是可發生製造錯誤的點。因此，直接集成到諸如印刷電路板或IC晶片一類的分層電器件的各層中的能量存儲器件非常有價值。如果能量存儲器件與分層的電器件集成在一起作為分層電器件的一部分，而不在後面的階段加入，會改善器件的可靠性，因此有利於整個性能。
在集成電路晶片中，包括的空間小到不能有有效的能量存儲。僅有的用於放置任何能量存儲器件的地方是在包括集成電路晶片的襯底上。因此，有效的能量存儲，例如電池或電容，對於這些器件來說是不行的。
需要的是一種設備，在其中能量存儲器件元件不佔用分層的電器件上的表面的面積和體積。如果能夠達到上述目的，就能釋放寶貴的面積用於布置元件，釋放被分立元件佔用的體積。另外，形成在IC晶片的襯底上的集成電能量存儲器件能夠大大增強晶片的功能。另外，由於消除了一些焊接連接，在分層的電器件中需要集成能量存儲器件來增強半導體的性能。另外，能量存儲器件必須提供在正常電源切斷時，切換到它存儲的電能的功能。
發明綜述本發明涉及一種後備能量存儲器件，它設置在分層電器件的各層中。本發明涉及一種設備，在該設備中能量存儲器件元件不佔用諸如IC晶片或印刷電路板之類的分層電器件的表面上的面積或體積。
在優選實施例中，分層電器件製造商將能量存儲器件嵌入到構成分層電器件的各層中。高的能量存儲電介質夾在兩導電層中間，並且完全包括在分層電器件中。根據建立能量存儲器件的值所需的參數，來腐蝕或形成高存儲電介質周圍的至少導電層中的一層。製造商根據半導體器件工藝中的技術特徵、集成晶片製造技術或印刷電路板技術來腐蝕或形成該層。
在一個優選實施例中，製造商用層或襯底來構成分層的電器件。分層的電器件包括在自己的組合件中，一對導電層將高能量存儲電容電介質夾在中間。形成第一導電層以提供用於諸如電池或電容等電存儲器件的合適的形狀和大小的板。
也可以，第二導電層保持不變。在這裡，由兩個導電層限定的所有的能量存儲器件和電介質層在由第二導電層限定的引線上需要相似的電壓電平。
在另一個實施例中，第二導電層的區域與另一個電隔離。這有助於為由兩個導電層和電介質層限定的每個能量存儲器件形成獨立的引線。設計者能夠從現在的獨立引線為每個能量存儲器件做出到幾個不同電壓的合適的連接。在另一個實施例中，一導電層能夠起到分層電器件熱沉的作用。
本發明用固態能量存儲器件代替了普通的電化學後備能量存儲器件，上述固態能量存儲器件由導電板和高介電常數的電介質構成。電介質應該具有至少50的介電常數，優選至少100的介電常數。
因此，設計者或製造商可以把高能量存儲電容或電池整體形成在晶片或電路板內。這種內部製造減少了互連，這些互連是許多製造缺陷的根源。高電容電介質還提供在分層電器件內的大容量的電容或電池，這樣釋放了寶貴的在分層電器件上的面積和分層電器件內的體積。大容量的電介質還使能量存儲器件存儲足夠的用作後備存儲器件的能量。
能量供應單元包括一能量存儲器件，它按照上述所述的那樣形成在分層電器件的各層。一電壓檢測器檢測外部電源的電勢電平。當電壓檢測器檢測到電源的電勢低於第一電壓狀態時，表示諸如失效或電壓不足之類的電源中斷，它觸發切換開關。
電壓檢測器通過用信號通知電源中斷的出現來控制切換開關。切換開關在電壓檢測器檢測到並表示電源中斷時切斷到工作負載的電源。切換開關還將能量存儲器件連接到工作負載。然後在電源中斷，如失效或電壓不足等時，能量存儲器件將電能提供到工作負載。
圖2是集成電路晶片的各層之間的電連接的剖視圖。
圖3是組成集成電路的各層的剖視圖。
圖4是集成電路晶片上的電存儲器件的剖視圖。
圖4a是傳統的電能量存儲器件的剖視圖。
圖4b是並聯的能量存儲器件的示意圖。
圖5是形成導電板的底面的平面剖視圖。
圖6是在集成電路晶片上的嵌入的能量存儲器件的側剖視圖。
圖7是在集成電路晶片上另一個嵌入的能量存儲器件的剖視8是在集成電路晶片上的嵌入的能量存儲器件的剖視9是空白印刷電路板的剖視圖。
圖10是雙面空白印刷電路板的剖視圖。
圖11是顯示印刷電路板的孔和結構的剖視圖。
圖12是由許多層組成的印刷電路板的剖視圖。
圖13是顯示在印刷電路板中嵌入的能量存儲器件的結構的剖視圖。
圖13a是製成嵌入的能量存儲器件的印刷電路板的底視圖。
圖13b是製成嵌入的能量存儲器件的印刷電路板的俯視圖。
圖13c是製成嵌入的能量存儲器件的印刷電路板的側視圖。
圖14是顯示另一個在具有多引線和電壓的印刷電路板中嵌入的能量存儲器件結構的剖視圖。
圖15是用於檢測電源減少並保持關鍵功能的恆定電源的器件的系統框圖。
圖16是用於保持關鍵功能的恆定電源的切換電路的示意圖。
本發明的詳細描述電壓檢測器連接到主電源。電壓檢測器檢測電源電勢降低到低於某一電勢電平時，指示電源中斷。電壓檢測器將這種狀態通知切換開關。切換開關連接到電器中的工作負載、主電源和後備能量存儲器件。切換裝置從電壓檢測器接收信號，該信號表示諸如失效或電壓不足一類的電源中斷。當電壓檢測器檢測到並用信號通知存在電源中斷時，切換開關將工作負載由主電源供電切換為由後備能量存儲器件供電。當電壓檢測器檢測到並用信號通知電源電勢返回到正常狀態時，切換開關將工作負載由後備能量存儲器件供電切換為由主電源供電。
能量存儲器件通過切換裝置連接到工作負載。這樣，當主電源中斷時，後備能量存儲器件向工作負載提供電能。它還可以利用主電源進行自身充電用於下一次電源中斷。
本發明描述了一種設備，後備能量存儲器件集成在諸如IC晶片或印刷電路板之類的分層的電器件中，而不需要輔助互連。這樣能量存儲器件不必是與分層電器件分離的並且在後面的製造階段加入的分立元件。相反，製造商可以形成作為分層電器件整體一部分的能量存儲器件。此外，能量存儲器件佔用分層電器件表面上的最小的面積和體積。
如圖1所示，集成電路晶片90由導電層10、非導電層20和半導電材料30製成。如圖2所示，通過在襯底上形成被稱作「孔」的溝道200來形成在晶片內的電路。可以利用機械蝕刻、x-射線光刻或許多其它的本領域熟知的處理方法來刻出這些溝道。放置電導體210的薄膜，將孔和其它層電連接。另外，為了使所用體積最大化，在層中形成許多分層電器件，並粘結在一起以形成最終產品。
由於受到材料體積的限制和在晶片中使用的多數材料的低介電常數，所有的能量存儲器件，如電池等，不可能具有高能量存儲能力。這樣，由於面積和體積的限制，設計一個具有能夠存儲大量能量的能量存儲器件分層器件是不可能的。另外，在多數集成電路晶片中，不象印刷電路板那樣具有用於分立元件的外部連接，沒有能量存儲器件在它上面。這是因為集成電路晶片通常不允許晶片表面上的互連。
在本發明的一個實施例中，如圖3所示，一個集成電路晶片90包括另外的襯底40、50和60。這些襯底包括夾在兩層導電襯底40和50中間的高存儲能力的介電材料50。
參照圖4，為了在分層的組合件中形成諸如電容70一類的能量存儲器件，僅僅需要塑造出所需要的合適的電容。當指定具有一已知厚度的介電材料時，僅僅需要計算導電襯底40的面積來限定和形成與所要求的能量存儲器件或電容相對應的導電板100。
圖4a示出了傳統的電容的結構，它包括兩個導電板460和440，它們中間夾有電介質層450。導電層460和440連接到電壓410和460。應該注意到圖4中的電容70可以具有這種結構。如果電壓施加到層10上，電壓施加到層60上，就出現了整個電容的結構。還應該注意到，能夠簡單地將相同的層結構適用於電池的實現。
應該注意到，如圖4b所示，能夠通過一組電能量存儲器件的組合來增加得到的存儲的電能。這在圖4b中通過並聯的能量存儲器件70a、70b、70c和70d來實現。另外，增加電阻R1是用來調節從存儲器件70a、70b、70c和70d輸出的電能，並且實際上是實現這種特性的存儲器件的優選方式。
為了在分層的電器件內製造能量存儲器件，如圖4和5所示，設計者或製造商決定合適的點用於安放電存儲器件70，導電板100與襯底40的其它部分電絕緣。然後「孔」200將襯底40和襯底10電連接。這就通過定型和利用襯底40、50和60形成了一個嵌入到分層的電器件內的電容。
圖6和圖7示出了一個形成能量存儲器件的一種替代方案。襯底40最初在襯底20上形成，並通過常規的晶片製造技術變成合適的尺寸、形狀和位置，準備好與由介電材料50和導電層60組成的薄層80粘結。從業者能夠通過本領域熟知的方式來完成。在如圖7所示的嵌入的能量器件的一個實施例中，處理襯底60使得襯底60、60a和60b上電隔離的每個區域能夠連接到不同的電壓。也可以，如圖6所示，需要改變襯底60。在此可以通過襯底60將每個電容或其他能量存儲器件連接到相同的電壓電平。
或者，如圖8所示，能夠作為一個單元形成襯底40、50和60。然後將襯底40和60改變成合適的尺寸、形狀和位置，然後通過常規的集成電路晶片製造技術將它們粘結到晶片90。應該注意到從電介質50上不需要腐蝕掉層40和60。應該在電介質層50上以合適的形狀、尺寸、位置和面積建立這些層。正如前面所描述的，在將元件300和310粘結在一起後，製造「孔」200會形成導電襯底10和40之間的電連接。應該注意到孔200可以在粘結前制出。這會將電存儲器件連接到其它電路。
介電材料50的介電常數儘可能地高對減少電導體需要的面積是至關重要的。介電材料應該具有至少50的介電常數，並且優選至少100或更高的介電常數。具有這種高存儲能力很重要的原因有以下兩點。首先，能夠在分層電器件內使用最小的面積和體積形成小到中等尺寸的能量存儲器件。第二，對於更高級的能量存儲器件來說，直到現在也沒有用集成電路晶片的現有材料實現，更高的電存儲能力是必要的。利用具有更高介電常數的組合物能夠輕易的達到更高的存儲能力。介電常數越高，用該材料形成的給定的電池就能夠存儲更多的能量存儲。這樣，利用高介電常數材料50能得到更多的電能。
嵌入的能量存儲器件使用的優選的材料包括在1997年8月提交的名稱為「SEMICONDUCTOR SUPERCAPACITOR SYSTEM ANDMETHOD FOR MAKING SAME」的美國專利申請08/911,716中發現的那些，在此引用作為參考。特別優選的是Ba(a)Ti(b)O(c)配方的薄膜，其中a和b獨立地在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。能夠用於嵌入的能量存儲器件的另一種介電材料50是M(d)Ba(a)Ti(b)O(c)配方的薄膜，其中「M」是Au、Cu、Ni(3)Al、Ru或InSn，並且a和b是獨立地在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間，d在約0.01至0.25之間。
導電襯底40和60可以是電導體，例如銅和銀。由於銅的熱和電的特性，優選實施例選擇銅作為電導體。
幾種薄膜澱積技術能夠在導電的襯底上澱積上述的電介質，例如溶膠-凝膠工藝、濺射、或化學蒸發技術。
在嵌入的能量存儲器件的另一個實施例中，在製造印刷電路板中可能使用到相同的技術。印刷電路板一般與集成電路晶片具有相同的襯底結構，但是各層具有不同的用於不同目的的組合物。如圖9所示，印刷電路板150包括一諸如銅一類的導電材料110的上層，它布置在諸如光纖玻璃一類的非導電層120的上面。為了做出電路圖形，將光致抗蝕劑圖形絲網印刷到導電層110上，酸洗板150。這能去除除了由絲網印刷光致抗蝕劑保護的部分以外所有的導電材料110。應該注意到板150能夠如圖10所示，包括在底部上的一導電材料160的第二層，用於在這種情況下做出電路圖形的工藝也是相同的。
因此，電路板150具有如圖11中所描述的構成，導電材料110覆蓋在襯底120的某些地方。在板中鑽孔130用於各種分立電子元件，如集成電路晶片、電阻和電容。然後使孔130與導電材料140排成一行，為印刷電路板做出一「孔」。這確保了放置在板上的孔中的分立元件和在板150的表面上由導電材料110限定的蝕刻電路圖形之間的電接觸。這種技術也能夠用於連接被非導電層120分開的兩個導電層110。
能夠將多層粘結在一起，做出一層到另一層的電接觸，例如做出穿過上板到第二板的「孔」。這樣，能夠形成多層電路，如圖12中的多層板240所示，導電層110a、110b和110c，「孔」200a和200b，以及非導電層120a和120b。在嵌入的能量器件處理電路板的實施例中，為了得到給定介電常數和電介質厚度的具有一定電容量的電容，光致抗蝕劑絲網按形狀、面積和布置放置在板的導電材料110上。
圖13示出了導電層110和非導電層120，通過孔200將層110連接到層250。蝕刻或形成導電層250以形成電能量存儲器件所需的面積和形狀。包括在導電層180的下面的一層介電材料170的薄片410在成形的導電層250粘結到晶片400，這樣在所得到的板中形成了一電存儲器件。
回到圖13a，雙面電路組合件490的底部導電層已經被蝕刻做出了導電板500和510。非導電電路板層520包圍導電板500和510。雙重圖象530示出了在板490介電材料層與板490的區域。注意到該區域包括導電板500和510。
圖13b是圖13a中所描述的相同的雙面電路組合件的俯視圖。雙重圖象500和510描述了在板490的相對的兩面已形成了導電板500和510的區域。已經形成導電的線550和560，並且通過非導電層520相互隔離。孔540和570將板500和510分別電連接到線550和560。
圖13c是待粘結到組合件490的組合件600的橫截面。組合件600包括一導電的散熱器590，其上的一區域放置有一薄層介電材料580。如圖13a所示，電介質層580放置得與板500和510接觸。當連接到組合件490時，導電板500和510同電介質體540一起以及銅散熱器550組成一對電能量存儲器件。為了更精確地調整流到所連接的電路的其餘部分的電能，能夠將這些存儲器件的引出線經由一個電阻。
應該注意到導電層180能夠自己形成為如圖14所示的將不同的元件連接到不同的電壓。圖14示出了連接到兩個可能不同的電壓的導電層180a和導電層180b，它還分別通過導電層110A和110b連接到兩個不同的電輸入。或者，如圖13所示，不需要改變導電層180，為在導電層110和電介質層170上做出的所有的電存儲元件提供一公共電壓。
適當地利用高介電常數材料構成介電材料層170，能夠將能量存儲器製作在印刷電路板的內部。這大大地減少了互連的故障，並節省了在板表面的寶貴的面積和體積用於更多的諸如晶片和電阻之類的分立元件。根據本嵌入的能量器件的電存儲器件可以用於減少分層電器件的面積和體積。
在優選實施例中，如圖13所示，所得到的電路板具有也用作散熱器的導電層180。因此，對於由電介質層170和導電層110做成的元件，散熱器和導電層會變成相似的電壓電平，例如地電壓。這樣利用散熱器執行雙重功能，來增加電路板的空間效率。
圖15示意性地示出了在分層的電器件中如何實現嵌入的電能量存儲器件，形成本發明的電存儲單元。切換電路300連接到嵌入的後備電能量存儲器件310。切換電路300也連接到主電源電勢Vcc。Vcc連接到電壓檢測電路320。
當Vcc下降低於最小電勢時，電壓檢測電路320將這種情況通過信號線325用信號通知切換電路300。響應電壓檢測器320生成的信號，切換電路300切斷Vcc與負載的其餘部分的連接，將嵌入的電能量存儲器件310連接到負載。這使得負載消耗存儲在嵌入的存儲器件310中的電能。這樣，斷電或Vcc的中斷不會導致負載工作的丟失。
相應地，當Vcc升高到正常電平時，電壓檢測器320取消到切換電路300的信號。這樣，當Vcc具有高於某以電壓的電勢表示正常工作時，切換電路300斷開嵌入的後備電能存儲器件310與負載的連接，將Vcc連接到負載330。
應該注意到，正如在圖16中詳細示出的實施例那樣，嵌入的後備電能存儲器件310能夠連接到Vcc。當Vcc跨接在嵌入的後備電能量存儲器件310的節點時，它重新充電Vcc。
參見圖16，詳細示出了切換電路300的一個例子。切換開關300包括兩個場效應管350和360。這些場效應管可以都是N-型電晶體或者都是P-型電晶體。電晶體350和360都是開關電晶體。
電晶體350的漏極連接到Vcc電源，源極連接到輸出負載330。電晶體350的柵極連接成通過「非」門370從電壓檢測器320接收信號。電晶體360的漏極連接到嵌入的後備電能存儲器件310，源極連接到負載330。電晶體360的柵極連接成從電壓檢測器320接收信號。
從圖16中可以看出，電晶體350和360通過來自電壓檢測器320的信號325交替地導通。當電壓檢測器320檢測到Vcc下降，信號325導通電晶體360並截止電晶體350。這將後備能量存儲器件310連接到負載300。也可以，當電壓檢測器320檢測到Vcc高於最小閾值時，信號325導通電晶體350，截止電晶體360。這將負載連接到Vcc。
在導通電晶體350和截止電晶體360之間可能會發生微小的時間間隔，反之亦然。在切換電路300中的電容380的使用能夠平滑在發生轉變時可能出現的短時脈衝幹擾。
電壓檢測器320可以是任何種類的已知電壓檢測器。嵌入的後備電能存儲器310按上面所描述的那樣構築。
在討論中應該注意，Vcc是直流電源。大多數電器使用交流電源，大多數電器件在主負載之前將交流電流或電壓轉換成直流電流或電壓。當家用交流電下降時，得到的直流電壓也下降。這樣，當家用交流電流下降時，Vcc下降。
在實施例中應該注意到，後備能量存儲器件作為包括在電器的一部分的所得到的分層電器件的整體的一部分存在。在電路板的情況下，最後的分層電器件可以將其外表面的一部分作為電存儲器件的一個導電層。在這種情況下，存儲器件可以部分地嵌入到分層的電器件中。在其它實施例中，電存儲器件可以全部嵌入到最後的分層電器件內。
可以不背離本發明的精神和超出後面的權利要求所限定的範圍，對這裡描述的各元件的特性、組成、操作和布置、步驟和過程可以做出各種修改。
權利要求
1．一種用於電器件的能量單元，電器件具有電源和工作負載，其中電器件還包括分層的電器件，分層的電器件具有上外表面和下外表面，能量單元包括至少一個能量存儲器件包括介電材料；和第一和第二電存儲導電層，其中介電材料放置於第一和第二電存儲導電層之間；由此，介電材料存在於分層的電器件的上外表面和下外表面之間；電壓檢測器，用於檢測電源的電勢電平，其中電壓檢測器在電壓檢測器檢測到電源的電勢電平低於第一電壓的狀態時檢測到電源中斷；由電壓檢測器控制的切換器，用於當電壓檢測器檢測到電源中斷時，切斷電源與工作負載的連接，將能量存儲器件連接到工作負載，由此，在電源中斷期間，能量存儲器件向工作負載提供電能。
2．如權利要求1的能量單元，其中能量存儲器件與分層電器件是集成在一起的。
3．如權利要求2的能量單元，其中分層的電器件是電路板。
4．如權利要求3的能量單元，其中電路板還包括至少一個電連接到一個電存儲導電層的電路導電層。
5．如權利要求4的能量單元，其中電路導電層包括至少電路板的上外表面或下外表面的一部分。
6．如權利要求4的能量單元，其中電路導電層被包含在電路板的上外表面或下外表面內。
7．如權利要求3的能量單元，其中介電材料的介電常數至少為50。
8．如權利要求3的能量單元，其中介電材料的配方為Ba(a)Ti(b)O(c)，其中a和b獨立地在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。
9．如權利要求3的能量單元，其中介電材料的配方為M(d)Ba(a)Ti(b)O(c),「M」是Au、Cu Ni(3)Al、Ru或InSn，其中a和b獨立地在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。
10．如權利要求3的能量單元，其中第一或第二電存儲導電層是熱沉。
11．如權利要求3的能量單元，其中能量存儲器件是電容。
12．如權利要求3的能量單元，其中能量存儲器件是電池。
13．如權利要求2的能量單元，其中分層的電器件是集成電路晶片。
14．如權利要求13的能量單元，其中集成電路晶片還包括至少一個電連接到一個電存儲導電層的電路導電層。
15．如權利要求13的能量單元，其中電路導電層被包含在集成電路晶片的上表面和下表面內。
16．如權利要求13的能量單元，其中介電材料的介電常數至少為50。
17．如權利要求13的能量單元，其中介電材料的配方是Ba(a)Ti(b)O(c)，其中a和b獨立地在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。
18．如權利要求13的能量單元，其中介電材料的配方為M(d)Ba(a)Ti(b)O(c),「M」是Au、Cu Ni(3)Al、Ru或InSn，其中a和b獨立地在在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。
19．如權利要求13的能量單元，其中電存儲導電層是熱沉。
20．如權利要求13的能量單元，其中能量存儲器件是電容。
21．如權利要求13的能量單元，其中能量存儲器件是電池。
22．如權利要求1的能量單元，其中切換開關包括至少一個電晶體。
23．如權利要求1的能量單元，其中兩個或更多個能量存儲器件是並聯的。
24．一種電路板，該電路板連接到電源，電路板包括上外表面和下外表面；至少一個能量存儲器件包括介電材料；第一和第二電存儲導電層，其中介電材料置於第一和第二電存儲導電板之間；由此，能量存儲導器件至少部分地嵌入到電路板的上外表面和下外表面之間；連接到電源的工作負載；連接到電源的電壓檢測器，用於檢測電源的電勢電平，其中在電壓檢測器檢測到電源的電勢電平低於第一電壓狀態時，電壓檢測器檢測到電源的中斷；由電壓檢測器控制的切換開關，用於當電壓檢測器檢測到電源中斷時，切斷電源與工作負載的連接，將能量存儲器件連接到工作負載，由此，在電源中斷期間，能量存儲器件向工作負載提供電能。
25．如權利要求24的能量存儲單元，其中切換開關包括至少一個電晶體。
26．如權利要求24的能量單元，其中能量存儲器件是與電路板集成在一起的。
27．如權利要求24的電路板，其中介電材料的介電常數至少為50。
28．如權利要求27的電路板，其中介電材料的介電常數至少為100。
29．如權利要求24的電路板，其中電路板還包括至少一個電路導電層，電路導電層位於能量存儲器件的外側。
30．如權利要求29的電路板，其中至少一個導電層電連接到電路導電層。
31．如權利要求30的電路板，其中電路導電層包括至少一個外表面的一部分。
32．如權利要求29的電路板，其中第二電存儲導電層也是熱沉。
33．如權利要求24的電路板，其中第二導電層是與至少部分嵌入到電路板中的電存儲器件共同的。
34．如權利要求24的電路板，其中第二導電層由多於一個的電隔離區域組成，由此不同的電存儲器件至少部分地嵌入到能夠連接到不同電壓的電路板內。
35．如權利要求24的電路板，其中能量存儲器件是電容。
36．如權利要求24的電路板，其中能量存儲器件是電池。
37．如權利要求24的電路板，其中介電材料的配方為Ba(a)Ti(b)O(c)，其中a和b獨立地在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。
38．如權利要求24的能量單元，其中介電材料的配方為M(d)Ba(a)Ti(b)O(c),「M」是Au、Cu Ni(3)Al、Ru或InSn，其中a和b獨立地在在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。
39．如權利要求24的電路板，包括至少兩個並聯的電存儲器件。
40．一種集成的晶片，包括連接到電源的集成的晶片，該集成的晶片包括上外表面和下外表面；至少一個能量存儲器件包括介電材料；和第一和第二電存儲導電層，其中介電材料置於第一和第二電存儲導電層之間；由此，能量存儲器件至少部分地嵌入到電路板的上外表面和下外表面之間；連接到電源的工作負載；連接到電源的電壓檢測器，用於檢測電源的電勢電平，其中當電壓檢測器檢測到電源的電勢電平低於第一電壓狀態時，電壓檢測器檢測到電源的中斷；由電壓檢測器控制的切換開關，用於當電壓檢測器檢測到電源中斷時，切斷電源與工作負載的連接，將能量存儲器件連接到工作負載，從而由能量存儲器件向工作負載供電。
41．如權利要求40的集成的晶片，其中集成電路晶片還包括至少一個電路導電層，電路導電層存在於能量存儲器件的外部。
42．如權利要求40的集成的晶片，其中至少導電層中的一層被電連接到電路導電層。
43．如權利要求40的集成的晶片，其中介電材料的介電常數至少為50。
44．如權利要求40的集成的晶片，其中介電材料的介電常數至少為100。
45．如權利要求40的集成的晶片，其中介電材料的配方是Ba(a)Ti(b)O(c)，其中a和b獨立地在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。
46．如權利要求40的集成的晶片，其中介電材料的配方是M(d)Ba(a)Ti(b)O(c)，其中「M」是Au、Cu、Ni(3)Al、Ru或InSn,a和b獨立地在0.75至1.25之間，c在約2.5至約5.0之間。
47．如權利要求40的集成的晶片，其中第二電存儲導電層也是熱沉。
48．如權利要求40的集成的晶片，其中第二導電層是與所有嵌入在集成電路晶片內的電存儲器件共同的。
49．如權利要求40的集成的晶片，其中第二導電層由多於一個的電隔離區域組成，由此，嵌入在集成電路晶片內的不同的電存儲器件能夠連接到不同的電壓。
50．如權利要求40的集成的晶片，其中能量存儲器件是電容。
51．如權利要求40的集成的晶片，其中能量存儲器件是電池。
52．如權利要求40的集成的晶片，其中切換開關包括至少一個電晶體。
53．如權利要求40的集成的晶片，其中能量存儲器件是與集成的晶片集成在一起的。
54．如權利要求40的集成的晶片，包括至少兩個並聯的電存儲器件。
55．一種用於向具有工作負載和分層的電器件的電器件提供後備電源的方法，該方法包括a)檢測向工作負載供電的電源的電勢電平；b)如果電勢電平下降到低於第一電壓狀態，切換至少一個電能量存儲器件，以向工作負載供電，由此，電能量存儲器件包括介電材料；和第一和第二電存儲導電板，其中介電材料置於第一和第二電存儲導電層之間；由此，能量存儲器件至少部分地嵌入在分層電器件的上外表面和下外表面之間。
全文摘要
一種電器的後備能量單元,該電器件具有電源和工作負載並包括分層的具有上外表面和下外表面的諸如集成電路晶片和分層的電路板一類的電器件。這種能量單元由至少一個能量存儲單元組成。這種能量存儲器件由介電材料以及第一和第二電存儲導電層組成。介電材料放置在第一和第二電存儲導電層之間。另外,介電材料在分層的電器件的上外表面和下外表面之間。能量單元還包括檢測電源電平的電壓檢測器。當電壓檢測器檢測到電源中斷時,也就是,電源的電平低於第一電壓狀態時,它控制切換開關。上述切換開關在電壓檢測器檢測到電源中斷時,切斷從工作負載到電源的連接,將能量存儲器件連接到工作負載。這樣,當電源中斷時,能量存儲器件向工作負載供電。
文檔編號H05K1/00GK1301426SQ99806213
公開日2001年6月27日 申請日期1999年5月12日 優先權日1998年5月15日
發明者唐納德·T·斯塔菲爾 申請人:艾納爾傑紐斯公司