阅读说明：本技术 带电源的电路板、具有电路板的电器件和用于制造电路板的方法 (Circuit board with power supply, electric device having circuit board, and method for manufacturing circuit board ) 是由 S.克斯特纳 大石昌弘 F.林纳 于 2018-05-30 设计创作，主要内容包括：说明了一种具有经改善的电源的电路板(LP)。该电路板包括载体衬底(TS)和具有固态电解质(E)的蓄能器(ES、B1)。(A circuit board (LP) with an improved power supply is described. The circuit board comprises a carrier substrate (TS) and an energy store (ES, B1) having a solid electrolyte (E).)

带电源的电路板、具有电路板的电器件和用于制造电路板的 方法

技术领域

本发明涉及针对电开关电路、例如针对电路板的开关电路的能量供应。

背景技术

电开关电路通常需要电能来运行。可能的是：经由电源线来给电开关电路供应外部能量源的电能。替选地，可能的是：将电池组或者蓄电池布置在电路板的上侧并且用作能量源。

电组件的微型化的持续趋势导致：电池组的体积相对来看占据电器件的总体积的越来越大的份额。

在器件没有电池组的情况下，始终存在突然失去接触而因此不再给开关电路供应电功率的危险。

因此，存在对给电路板供应电能的替选的可能性的需求。尤其是，替选的能量供应应该具有经改善的可靠性，允许比电池组更高的能量密度并且与微型化的持续趋势兼容。

发明内容

为此，独立权利要求1说明了一种经改善的电路板。从属权利要求说明了有利的设计方案。

带电源的电路板包括载体衬底和蓄能器。该蓄能器具有第一层堆，该第一层堆具有第一电极层、第二电极层和布置在其间的电解质层。第一电极层具有第一电极，第二电极层具有第二电极，而在电解质层中布置有电解质。第一电极、第二电极和电解质都是固体。

因此，说明了一种具有固态蓄能器的电路板，该固态蓄能器可以用于对电路板的供电。

固态蓄能器、例如固态电池组或者固态蓄电池的使用没有流体的成分、例如液态电解质，这些流体的成分可能溢出或者析出气体。因此，固态蓄能器实际上无需维护而且比常规的电池组或蓄电池更耐温度变化。

固态蓄能器与用于制造电路板的工艺步骤兼容而且可以以多种不同的形式来制造。带这种电源的电路板具有能量密度与体积的好得多的比例而且借此良好地适合于进一步的微型化。

相对应地，可能的是：该蓄能器是固态电池组或者固态蓄电池。

可能的是：将蓄能器直接嵌入到电路板中。替选地或者附加地，可能的是：该蓄能器或者其它蓄能器布置在电路板的下侧或者上侧。

固态蓄能器具有由薄层构成的层结构而且允许比常规的电池组或者常规的蓄电池高得多的能量密度。这种蓄能器因此只是在很小的程度内增大了电路板的结构高度。

可能的是：第一层堆还包括在第一电极与电解质之间的第一活性层和在电解质与第二电极之间的第二活性层。

在此，活性层可包含活性材料或者由活性材料组成，该活性材料不仅传导电子而且传导离子。

在此，该蓄能器的固态电解质是对于离子来说能透过、但是对于电子来说不能透过的材料。

在此，第一电极和第二电极可以包括不同的材料或者由不同的材料组成。优选的是：该蓄能器的层堆的两个电极具有明显不同的电极电位。

可能的是：该电路板具有一个或多个附加的层堆。在此，这些附加的层堆中的每个层堆同样具有第一电极、第二电极和布置在其间的电解质。

可能的是：两个或者更多个层堆共同构成一个块。在此，该电路板可包括由层堆构成的其它块。在此，每个块都提供电位。

为此可以规定：在一个块之内的层堆以适当的方式来彼此接线，例如彼此串联或者并联。这样，可能的是：在一个块之内的多个层堆并联，以便一个块提供更大的容量，而由该块所提供的电压对应于一个层堆的电压。

在此，不同的块可以串联，以便提供不同的电压。

由唯一的块或者唯一的层堆提供的电压基本上取决于电极的所使用的材料。

可以考虑电池组或蓄电池的常见的电极材料，作为电极材料。

可能的是：该电路板附加地具有一个或多个金属喷镀层。在此，金属喷镀层可具有在载体衬底中结构化的金属喷镀。这些金属喷镀经由贯穿孔（通孔敷镀）来与蓄能器的第一和第二电极连接而且必要时与蓄能器的附加的层堆和/或附加的块的其它电极连接。

在此，这些结构化的金属喷镀可以构成能量供应线或者信号线。也可能的是：在这些金属喷镀层中形成电路组件，例如电感性元件、电容性元件或者电阻性元件。

在此，不同的金属喷镀层可以由载体衬底的介电材料隔绝。

可能的是：该电路板还包括电组件。附加地，该电路板可包括开关，该开关与电组件和蓄能器连接。

经由该开关，电组件可以与蓄能器导电连接。替选地，该开关可以用于将电组件与蓄能器电流分开。

因此，经由这种开关，可能的是：在电组件有功能失常时或者在蓄能器有功能失常时将这两个电路元件彼此分开。

可能的是：该电路板具有外部电源线。经由该外部电源线，可以给该电路板和布置在该电路板上并且与该电路板接线的电路元件供应电功率。对于该外部能量供应中断的情况来说，该电路板的蓄能器可以承担短期的或者中期的能量供应。

经由该外部电源线，也可以给该电路板的蓄能器充电。

可能的是：该电路板附加地包括具有集成开关电路的芯片。该芯片或该芯片的集成开关电路被设置为并且适合于监视、控制或者调节蓄能器的参数。

这种参数例如可以是蓄能器的充电状态。对蓄能器的维护状态的监视也是可能的。这样，可以提高蓄能器的使用寿命，而且必要时可以执行维护措施，例如恢复（Recovery）例程。

相对应地，可能的是：该电路板是电器件的一部分。除了该电路板之外，电器件还具有一个或多个电或者电子电路组件，所述一个或多个电或者电子电路组件与该电路板连接或接线。蓄能器被设置为：至少有时给电路组件供应电能。

这种电路板或这种电器件无需维护地进行工作，耐温度变化而且不易燃。

由于耐温度变化性，可能的是：在电路板和电路的制造领域，执行常见的工艺步骤，例如焊接、例如回流焊，以便布置并且使像SMD器件（SMD = Surface-Mounted Device =表面安装的电路组件）那样的电组件接线。

视从载体衬底的外侧接触不同的块或者不同的层堆的方式和方法（串联、并联）而定，可以由蓄能器提供多种不同的电压和容量。

在该电路板的材料中集成蓄能器的层堆期间，可能的是：借助于电镀来与电极接触。由此，可以节省在后端工艺中的溅镀步骤。可以使用铜作为金属喷镀层的材料并且借此作为电线的材料。

用于制造这种电路板的方法可包括如下步骤：

- 提供用于载体衬底的材料；

- 将具有电极层和固态电解质的层堆布置在该载体衬底的材料上，用于形成一个或多个蓄能器；

- 将介电材料布置在蓄能器的层堆上。

其它可能的附加的或者替选的步骤是：

- 布置介电层和在其间的金属喷镀层；

- 在将其它介电层的其它介电材料布置在相应的金属喷镀层上之前，使这些金属喷镀层构造在这些介电层之间；

- 产生从该电路板的上侧到蓄能器的电极层的通孔敷镀；

- 使这些通孔敷镀与在载体衬底的上侧的电组件连接和接线。

附图说明

该电路板的主要方面和实施方式的细节在示意性附图中进一步予以阐述。

其中：

图1示出了蓄能器在载体衬底中的可能的布置；

图2示出了蓄能器在载体衬底上的布置；

图3示出了蓄能器在载体衬底的下侧的布置；

图4示出了蓄能器的多层结构；

图5示出了具有附加的层的蓄能器；

图6示出了具有附加的层和电组件的电路板；

图7示出了具有多个块的电路板；

图8示出了具有电路板的电器件。

具体实施方式

图1示出了电路板LP的可能性，其中蓄能器ES布置在载体衬底TS的内部。为了能接触到在载体衬底TS的内部的蓄能器ES，存在通孔敷镀（贯穿孔）V，经由该通孔敷镀（贯穿孔）能接触到由蓄能器ES提供的电位。

在此，蓄能器ES优选地被设计为多层系统，该多层系统具有第一电极和第二电极以及布置在其间的电解质。蓄能器的所有组件优选地都是固体。蓄能器ES没有流体的成分。由此，蓄能器实际上无需维护，耐温度变化而且相对于外部有害影响的不同的形式都基本上不敏感。

图2示出了将蓄能器ES布置在载体衬底TS的上侧的可能性。

图3示出了将蓄能器布置在载体衬底TS的下侧的可能性。为了可以将电路元件和电组件布置在载体衬底的上侧并且使电路元件和电组件在载体衬底的上侧接线并且可以给电路元件和电组件供应电能，存在至少一个通孔敷镀V，经由该至少一个通孔敷镀，在上侧的电路组件能与在下侧的蓄能器ES接线。

与蓄能器在载体衬底中、在载体衬底的上侧或者在载体衬底的下侧的相应的层无关，蓄能器ES可以基本上在电路板LP的整个宽度内延伸。也可能的是：蓄能器仅仅占据该电路板的基面的一个区域。

蓄能器ES的作为由薄层构成的层堆的结构形式能够实现极其低的高度，使得得到高的比能量密度。电路板的结构高度和所属的电器件的结构高度实际上并没有受到蓄能器的附加的层影响。

图4示出了布置蓄能器ES的层堆的可能性：蓄能器具有在相应的所属的电极层中的第一电极EL1和第二电极EL2。在这些电极之间布置有带电解质的中间层ZL。该电解质同样由固体组成，而且基本上对于离子来说能透过，但是对于电子来说不能透过。

可能的是：这两个电极中的至少一个电极，例如第一电极EL1或者如在图4中示出的那样第二电极EL2与接地电位接线。那么，第一电极EL1可以经由通孔敷镀V在上侧提供与接地电位不同的电位。

图5示出了将蓄能器ES设计为具有五个层的层堆的可能性。除了第一电极EL1、中间层ZL和第二电极层EL2之外，还存在第一活性层AL1和第二活性层AL2。第一活性层AL1布置在具有第一电极EL1的电极层与具有电解质E的中间层ZL之间。第二活性层AL2布置在中间层ZL中的电解质E与第二电极EL2之间。第一活性层和第二活性层优选地能传导离子。该第一活性层和该第二活性层也可以传导电子。不过也可能的是：该第一活性层和该第二活性层不能传导电子。

图6示出了将蓄能器的不同的层堆组合的可能性。第一层堆LS1、第二层堆LS2和第三层堆LS3相叠地布置。每个层堆都具有在电极层中的第一电极和在与第一电极层不同的电极层中的第二电极。附加地，每个层堆都具有在这些电极之间的电解质。并排布置的层堆可以共享电极的材料。这样，第一层堆LS1和第二层堆LS2共享电极、即第一层堆的第二电极EL2和第二层堆LS2的第一电极的材料。

整体上，这三个层堆LS1、LS2、LS3得到第一块B1。在第一块中的不同的层堆的电极的一部分在该块的第一电极处合并。该层堆的其余的电极在第二电极处合并。通过块B1的这些电极，第一块B1提供两个不同的电位P1、P2。

这三个层堆是在第一块B1之内并联的单独的电池组元件。

经由通孔敷镀V，在电路板LP的上侧的电组件EK1、EK2与在载体衬底TS的内部的金属喷镀层ML中的金属喷镀M连接和接线。这样，存储在蓄能器中的电能可以用于给在电路板LP的上侧的电组件供电。

在此，不同的金属喷镀层ML的金属喷镀可以通过载体衬底TS的介电材料彼此电分开。

图7示出了在电路板中设置不同的块的可能性。第一块B1具有三个不同的层堆。第二块B2具有三个不同的层堆而且第三块B3具有三个不同的层堆。第一块B1在其外部电极上提供两个不同的电位P3、P4。第二块B2在其外部电极上提供如下电压，该电压对应于电位P3与P2之差。第三块B3在其外部电极上提供如下电压，该电压对应于电位P1与P2之间的电位差。

这样，这三个块B1、B2和B3提供三个电压。这些电压可以通过串联来相加。

可能的是：在电路板LP的上侧的电组件EK3、EK4经由金属喷镀和通孔敷镀来与不同的电位连接。

相对应地，适当地布置的层堆和块可用于：针对不同的电组件的不同的需求，提供不同的电压和不同的电容量。

图8示出了设置相对应的电路板LP作为电器件EB的部分的可能性。除了可被分配给该电路板的电组件EK3、EK4之外，还有其它电路组件SK可以与该电路板连接和接线而且从该电路板的蓄能器取得电功率。外壳G可以保护在该电路板的上侧的电组件和电路组件以防有害的外部影响。

电路板、电器件和用于制造电路板的方法并不限于所示出的实施方式或者所示出的技术细节。电路板例如可以包括在载体衬底下面、在载体衬底中或者在载体衬底上的其它层、层堆、块和蓄能器，或者可以包括附加的电组件或电路组件。

附图标记列表

AL1： 第一活性层

AL2： 第二活性层

B1、B2、B3： 第一、第二、第三块

D： 介电材料

DL： 介电层

E： 电解质

EB： 电器件

EK1、EK2： 第一、第二电组件

EK3、EK4： 第三、第四电组件

EL1： 在第一电极层中的第一电极

EL2： 在第二电极层中的第二电极

ES： 蓄能器

G： 外壳

LP： 电路板

LS1、LS2、LS3： 第一、第二、第三层堆

M： 金属喷镀

ML： 金属喷镀层

P1、P2、P3、P4： 第一、第二、第三、第四电位

SK： 电路组件

TS： 载体衬底

V： 通孔敷镀、贯穿孔

ZL： 中间层