F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S

HERMETISCHE LTCC-KERAMIK-GEHÄUSE FÜR µ-BATTERIEN

Entwicklungsziel

Ziel ist die Entwicklung eines Gehäuses für

wieder aufladbare Lithium-Mikrobatterien

zur Integration als SMD-Element. Dabei

kommt die keramische Multilayer-Techno-

logie (LTCC) zum Einsatz. Solche Batterien

werden als Zwischenspeicher in energieau-

tarken Sensorknoten, aktiven RFIDs, medi-

zintechnischen Produkten, SmartCards,

Datenloggern und in vielen anderen Elekt-

ronikprodukten benötigt.

LTCC-Design und Technologie

Ein auf LTCC-Mikrobatteriegehäuse basiert

auf der Herstellung und Fügung von LTCC-

Halbschalen mit Kavitäten für Elektroden

und Elektrolyt. An die jeweiligen LTCC-

Halbschalen werden folgende Anforderun-

gen gestellt:

- geringe Dicke ( < 0,5 mm), - geringer Edelmetallanteil (Kosten), - ausreichende Ebenheit,

- Herstellbarkeit unter Berücksichtigung der Kompatibilität involvierter Materia-

lien während der Wärmebehandlung,

- Heizerintegration als Option für in-situ Glasfügung und

- SMD-Integrationsfähigkeit.

Diese Anforderungen wurden im Design

berücksichtigt und anschließend praktisch

umgesetzt. In einer ersten Revision betra-

gen die lateralen Abmessungen der Batterie

10 x 10 mm und die Tiefe der Kavität 100

μm. Die für Elektroden zur Verfügung ste-

hende Fläche beträgt in dieser Designvari-

ante 6 x 6 mm². Die erreichbaren Kapazitä-

ten solcher LTCC µBatterien betragen

derzeit 0,5 – 0,8 mAh.

Fraunhofer-Institut für Keramische

Technologien und Systeme IKTS

Winterbergstraße 28

01277 Dresden

Ansprechpartner

Dr. Steffen Ziesche

Telefon 0351 25537875

Steffen.ziesche@ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

1 Hermetisch dichtes LTCC-Batteriegehäuse mit THT-Anschlusskontakten.

2 Gehäuseherstellung im Mehrfachnutzen mit Kupfermetallisierungen (Keramikwafer).

3 LTCC Halbschalen mit integriertem Heizer für in-situ Glasfügung.

4 Gehäuseherstellung im Mehrfachnutzen mit Aluminiummetallisierung (Keramik-

wafer).

Querschnitt des LTCC-Gehäuses (Schematisch)

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F R A U N H O F E R I N S T I T U T E F O R C E R A M I C T E C H N O L O G I E S A N D S Y S T E M S I K T S

HERMETIC CERAMIC LTCC HOUSING FOR µ-BATTERIES

Development goal

The aim is to develop a housing for re-

chargeable micro lithium batteries for the

integration as SMD-element. To achieve

this goal the ceramic multilayer technology

(LTCC) is used. Such batteries are used as

buffers in self-powered sensor nodes, ac-

tive RFID, medical devices, smart cards,

data loggers and many other electronic

products.

LTCC Design and Technology

AnLTCC-Micro battery case is based on

manufacturing and assembling of LTCC

halves with cavities for electrodes and elec-

trolyte. Following demands are made on

the LTCC-halves:

- Small thickness (< 0.5 mm), - Low noble metal content

(cost reduction),

- Adequate planarity, - Producibility in consideration of the

compatibility of the involved materials,

during the heat treatment,

- Heater integration as an option for in-situ glass soldering and

- SMD-Integration possibility.

These requirements are implemented in the

design (see figure) and then put into prac-

tice. In a first revision the lateral dimensions

of the batteries are 10 x 10 mm and the

depths of the cavities 100 microns. The

area available for electrodes is in this design

variant is 6 x 6 mm². The achievable capa-

cities of such LTCC µ-Batteries are currently

0.5 – 0.8 mAh.

1 Hermetically sealed LTCC battery housing with THT terminal contacts.

2 Housing production in large multiple panels with copper metallization (ceramic

wafer).

3 LTCC halves with integrated heaters for in-situ glass soldering.

4 Housing production in large multiple pan-els with aluminum metallization (ceramic

wafer).

Fraunhofer Institute for Ceramic

Technologies and Systems IKTS

Winterbergstrasse 28

01277 Dresden, Germany

Contact

Dr. Steffen Ziesche

Phone +49 351 25537875

Steffen.ziesche@ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

Cross section of the LTCC package (schematic)

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322-W-14-11-6

EntwicklungszielLTCC-Design und TechnologieDevelopment goalLTCC Design and Technology

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