薄膜電池為工程師提供了一個(gè)獨(dú)特的組件，可用于為電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電源。薄膜器件具有超級(jí)電容器和傳統(tǒng)電池的許多優(yōu)點(diǎn)，是半導(dǎo)體器件，可簡(jiǎn)化電路集成，同時(shí)提供高能量密度，放電速率和生命周期。工程師可以使用Cymbet和Infinite Power Solutions等供應(yīng)商提供的可充電薄膜存儲(chǔ)設(shè)備來增強(qiáng)設(shè)計(jì)。

這些器件將超級(jí)電容器中的高電流與電池的能量密度和低漏電流相結(jié)合。與傳統(tǒng)的可充電電池相比，薄膜電池可以實(shí)現(xiàn)更多的放電/充電周期 - 在100%放電深度時(shí)更高一個(gè)數(shù)量級(jí)，在10%放電深度下可以達(dá)到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。薄膜電池的體積小于超級(jí)電池或標(biāo)準(zhǔn)電池，并且泄漏幾乎為零。此外，這些固態(tài)器件可視為電路的永久性附加物，為其提供的電路的有效壽命提供可再充電電源。

通過氣相沉積在基板上形成(圖1A)，完成層的整個(gè)高度確實(shí)很薄，為10-15μm。當(dāng)Li離子從陽極擴(kuò)散到陰極膜時(shí)，薄膜存儲(chǔ)裝置產(chǎn)生電力，移動(dòng)通過通常由鋰磷氮氧化物(LiPON，圖1B)制造的固體電解質(zhì)層。該過程是可逆的，因此電池可以再充電，并且Li離子通過反轉(zhuǎn)電流恢復(fù)到陽極。

圖1：(A)通過氣相沉積在基板上制造的薄膜電池的橫截面的顯微照片; (B)橫截面的示意圖，其中箭頭示出了鋰離子從陽極到陰極通過固體電解質(zhì)的擴(kuò)散路徑。 (電化學(xué)學(xué)會(huì)提供。)在實(shí)踐中，商用薄膜電池是包含多層的復(fù)雜半導(dǎo)體器件(圖2)。與傳統(tǒng)的鋰離子電池一樣，薄膜電池在其完全放電容量的寬中間范圍內(nèi)保持相對(duì)平坦的電壓輸出(圖3)。

圖2：商用薄膜存儲(chǔ)設(shè)備是圍繞陽極，電解質(zhì)和陰極的基本分層結(jié)構(gòu)構(gòu)建的復(fù)雜半導(dǎo)體。 (由Infinite Power Solutions提供。)

圖3：薄膜電池展示了鋰離子電池的典型特性，在其放電容量的寬中間范圍內(nèi)提供接近恒定的電壓輸出。 (由Infinite Power Solutions提供。)

與傳統(tǒng)的鋰離子電池不同，薄膜電池可以以更高的速率充電。例如，無限電源解決方案THINERGY MEC201-10P可以40 C的速率充電至50%容量，而傳統(tǒng)鋰離子電池的建議充電速率約為2 C或更低。由于1 C是相對(duì)于電池在一小時(shí)內(nèi)的全部容量的充電或放電速率，因此對(duì)于額定為1.0 mAh的MEC201-10P充電的40 C速率對(duì)應(yīng)于40 mA充電電流。然而，工程師需要考慮這些設(shè)備的溫度依賴性。在環(huán)境溫度每升高10°C(或降低)時(shí)，電池阻抗上升(或下降)兩倍。反過來，最大放電電流和充電速率可隨溫度顯著變化。

工程師可以找到各種容量的薄膜電池。無限電源解決方案0.17毫米厚的THINERGY系列包括容量范圍為0.13 mAh至2.2 mAh(25°C)的器件，同時(shí)支持100，000次充電循環(huán)，每年典型的電荷損失為2%。

最小的THINERGY器件，12.7 x 12.7 mm MEC225，最大連續(xù)放電電流為7 mA時(shí)，容量為0.13 mAh。中檔設(shè)備包括MEC220的兩種變體(最大容量為0.3和0.4 mAh，最大連續(xù)放電電流為15 mA)和MEC201的兩種變體(0.7和1.0 mAh，最大連續(xù)放電電流為40 mA)。

最大的THINERGY設(shè)備，25.4 x 50.8 mm MEC202-17提供1.7 mAh容量，而-22型提供2.2 mA容量。兩種版本均可提供90 mA的最大連續(xù)放電電流。所有THINERGY設(shè)備均采用4.1 V恒壓電源供電，保質(zhì)期為15年。

Cymbet提供各種容量和封裝選擇的EnerChip薄膜存儲(chǔ)設(shè)備。 EnerChip CBC012是一款5 x 5 x 0.9 mm器件，提供12μAh容量(25°C時(shí)放電50μA)，脈沖放電電流為100μA。 EnerChip CBC050采用8 x 8 QFN SMT封裝，提供50μAh容量(25°C時(shí)放電100μA)，脈沖放電電流為300μA。

薄膜存儲(chǔ)設(shè)備非常適合在負(fù)載點(diǎn)設(shè)計(jì)中使用，其中電源盡可能靠近負(fù)載。這種技術(shù)不僅可以最大限度地減少I2R損耗，還可以進(jìn)一步隔離電路。薄膜存儲(chǔ)設(shè)備允許設(shè)計(jì)人員實(shí)施這種方法，因?yàn)檫@些設(shè)備可以像建筑模塊，印刷電路板和子系統(tǒng)中的任何其他IC一樣對(duì)待。

Cymbet將其EnerChip器件作為裸片提供，允許更緊湊的封裝用于負(fù)載點(diǎn)設(shè)計(jì)(圖4)。使用EnerChip裸片，工程師使用倒裝芯片技術(shù)將器件焊接到電路板上。除了12μA的CBC012和50μA的CBC050裸芯片版本外，EnerChip還提供1和5μAh裸芯片。

圖4：薄膜電池是可以與其他設(shè)備一起包裝的半導(dǎo)體設(shè)備(A)和利用倒裝芯片技術(shù)(B)進(jìn)行電路板連接。 (由Cymbet提供。)

工程師可以在單個(gè)設(shè)備中找到將薄膜存儲(chǔ)與附加功能相結(jié)合的混合薄膜電池。例如，Cymbet提供其EnerChip系列的變體，它將薄膜存儲(chǔ)與電源管理電路相結(jié)合(圖5)。例如，EnerChip CC CBC3105提供5μAh容量，而EnerChip CC CBC3112提供12μAh容量。

圖5：薄膜存儲(chǔ)設(shè)備可以與附加電路集成。 Cymbet EnerChip CC CBC3105將電荷泵和電源管理電路與集成的薄膜存儲(chǔ)相結(jié)合。 (由Cymbet提供。)

在這里，設(shè)備使用其內(nèi)部電荷泵在正常操作期間自行充電。當(dāng)芯片的電源電壓低于工程師用戶指定的閾值電壓時(shí)，器件將內(nèi)部薄膜存儲(chǔ)器的輸出路由到輸出。