一种高集成度超薄有源电路

本发明涉及电子电路、半导体，具体涉及一种高集成度超薄有源电路。

背景技术：

1、随着集成电路、电子电路技术向更高性能与更小尺寸持续演进，供电需外连接的方案已成为制约其发展的关键瓶颈之一。在传统技术路径下，芯片或电子电路依赖于外部分立的电源模块进行供电，该方式存在显著局限性。

2、其一、外部电源及其供电连接需要占据整个电子产品内部大量空间，严重限制了电子产品整体集成度的进一步提升。

3、其二、冗长的外供电回路会引入不可忽视的寄生参数，导致供电噪声增大、电源完整性下降及动态响应迟缓，难以满足先进芯片、电子电路对超薄、微型、高效、稳定供电的苛刻要求。

4、近年来也出现了一些尝试将电源与电路集成在同一基板或封装内的技术方案；例如，cn102744970a中公开了一种无需外部电源的高速墨盒芯片，其通过从通信信号中取电并存储电能来实现自供电，但该方案依赖于特定的通信协议和信号波形，适用范围受限，无法为通用功能电路提供持续、稳定的工作电源。此外，kr101832057b1中提出了一种基于多层电路板的电池集成封装方案，通过打印和叠层工艺在基板内形成电池结构，但其工艺复杂，电池厚度和容量受限，难以在超薄芯片或高密度pcb中实现高效集成。

5、因此，如何在有限空间内为芯片或电子电路提供超薄、微型、高效、可靠的电源，从而摆脱对外部供电的依赖，已成为推动芯片、电子电路向更高集成度与更高性能发展的亟待解决的核心难题，迫切需要一种全新的集成化供电解决方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明的目的是提供一种能够为芯片、电路板等中的功能结构层有效提供电源，且不需要外接电源，能够集成化的高集成度超薄有源电路。

2、为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种高集成度超薄有源电路，该电路包括：

4、电路结构层，包括支撑基板和功能结构层，所述支撑基板在厚度方向上具有相背设置的正面和背面，所述功能结构层设置于所述支撑基板的正面；所述电路结构层为芯片或pcb板；

5、电源层，为薄膜固态电池，用于为所述功能结构层提供工作电源，所述薄膜固态电池的厚度为7.2μm~12.2μm；所述电源层包括依次层叠设置的正极集流体层、正极材料层、固态电解质层、负极材料层和负极集流体层；

6、连接导体，用于电性连接所述电源层与所述功能结构层；所述电源层的正极集流体层通过所述连接导体与所述功能结构层的正极输入端连接，所述电源层的负极集流体层通过所述连接导体与所述功能结构层的负极输入端连接；

7、所述电源层远离所述支撑基板的表面还依次设置有致密封装层和增强封装层；所述致密封装层为原子气相沉积的氧化铝膜，厚度为50nm~200nm；所述增强封装层为聚合物密封胶，厚度为0.1mm~0.3mm；

8、其中，所述电源层的设置位置以及所述连接导体的布设方式满足以下任一配置：

9、配置a：所述电源层设置于所述支撑基板的背面，所述连接导体贯穿所述支撑基板，实现所述电源层与所述功能结构层的电性连接；

10、配置b：所述电源层设置于所述功能结构层远离所述支撑基板的一侧，所述连接导体的一端连接所述电源层，另一端连接所述支撑基板正面上的功能结构层；

11、配置c：所述电源层与所述功能结构层彼此间隔设置于所述支撑基板的正面，所述连接导体跨接于二者之间；

12、并且，所述电源层在设置时，根据所述配置a、b或c，在所述支撑基板的所述背面、所述功能结构层远离所述支撑基板的一侧表面、或所述支撑基板未设置所述功能结构层的部分正面上，直接形成所述电源层。

13、在本发明的一个实施方式中，所述电路结构层为芯片时，所述电源层的设置位置以及所述连接导体的布设方式满足所述配置a、所述配置b以及所述配置c中的任意一种；

14、所述电路结构层为pcb板时，所述电源层的设置位置以及所述连接导体的布设方式满足所述配置a和所述配置c中的任意一种。

15、在本发明的一个实施方式中，所述正极集流体层的厚度为10nm~100nm；所述正极材料层的厚度为300nm~6000nm；所述固态电解质层的厚度为200nm~3000nm；所述负极材料层的厚度为200nm~3000nm；所述负极集流体层的厚度为10nm~100nm；所述致密封装层的厚度为50nm~200nm；所述增强封装层的厚度为0.1mm~0.3mm；所述增强封装层的材质为丁基橡胶、硅胶、环氧树脂或聚丙烯密封胶。

16、在本发明的一个实施方式中，形成所述电源层包括形成正极集流体层、正极材料层、固态电解质层、负极材料层和负极集流体层；其中，形成所述正极材料层的步骤包括：将锂离子电池正极材料配置成浆料，采用3d打印或丝网印刷方式将所述浆料施加于所述正极集流体层上，经干燥处理得到所述正极材料层。

17、在本发明的一个实施方式中，所述正极材料选自钴酸锂、nmc三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂或富锂锰中的至少一种；所述正极集流体层的材料选自镍、铝、金、银或铂；所述负极集流体层的材料选自镍、铜、金、银或铂。

18、在本发明的一个实施方式中，形成所述固态电解质层的步骤包括：在所述正极材料层上覆盖电池隔膜，通过打印或印刷方式将未固化的有机电解质前驱体施加于所述隔膜上，然后进行固化处理，形成有机固态电解质层；所述有机电解质前驱体的制备原料包含单体、锂盐、增塑剂和引发剂，所述单体为n,n-二甲基丙烯酰胺，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂，所述增塑剂为丁二腈和氟代碳酸乙烯酯的混合物，所述引发剂为偶氮二异丁腈。

19、在本发明的一个实施方式中，形成所述有机固态电解质层时，所述单体与所述引发剂的质量比为100:1，所述锂盐与所述增塑剂的质量比为1:2，所述丁二腈与所述氟代碳酸乙烯酯的质量比为1:1。

20、在本发明的一个实施方式中，形成所述负极材料层的步骤包括：采用硅靶、锂靶、石墨靶与磷化硼靶进行共溅射，在所述固态电解质层上沉积形成硅基复合负极材料层。

21、在本发明的一个实施方式中，形成所述硅基复合负极材料层时，以所述硅基复合负极材料的总质量为100%计，硅元素的质量含量为10%~50%，锂元素的质量含量为5%~20%，碳元素的质量含量为5%~20%，磷元素的质量含量为0.1%~5%，硼元素的质量含量为0.1%~5%。

22、在本发明的一个实施方式中，形成所述硅基复合负极材料层时，所述硅靶的溅射功率为200w，所述锂靶的溅射功率为50w，所述石墨靶的溅射功率为60w，所述磷化硼靶的溅射功率为30w，共溅射时间为120min。

23、采用上述技术方案的有益效果为：芯片或电子电路分别通过芯片的硅基材或电子电路的pcb板与电池直接集成在一起，在有限空间内为芯片或电子电路提供超薄、微型、高效、可靠的电源，从而摆脱对外部供电的依赖，这种全新的集成化供电解决方案，使芯片或电子电路实现了更高集成度与更高稳定性的效果。