薄膜電池為工程師提供了一個獨特的組件，可用于為電路設(shè)計設(shè)計電源。薄膜器件具有超級電容器和傳統(tǒng)電池的許多優(yōu)點，是半導(dǎo)體器件，可簡化電路集成，同時提供高能量密度，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設(shè)備來增強設(shè)計。

這些器件將超級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，薄膜電池可以實現(xiàn)更多的放電/充電周期 - 在100%放電深度時更高一個數(shù)量級，在10%放電深度下可以達(dá)到兩個數(shù)量級。薄膜電池的體積小于超級電池或標(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)，完成層的整個高度確實很薄，為10-15μm。當(dāng)Li離子從陽極擴散到陰極膜時，薄膜存儲裝置產(chǎn)生電力，移動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)的擴散路徑。 (電化學(xué)學(xué)會提供。)在實踐中，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)保持相對平坦的電壓輸出(圖3)。

圖2：商用薄膜存儲設(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是相對于電池在一小時內(nèi)的全部容量的充電或放電速率，因此對于額定為1.0 mAh的MEC201-10P充電的40 C速率對應(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，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，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時放電100μA)，脈沖放電電流為300μA。

薄膜存儲設(shè)備非常適合在負(fù)載點設(shè)計中使用，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。薄膜存儲設(shè)備允許設(shè)計人員實施這種方法，因為這些設(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)載點設(shè)計(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。)

工程師可以在單個設(shè)備中找到將薄膜存儲與附加功能相結(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，器件將內(nèi)部薄膜存儲器的輸出路由到輸出。