專(zhuān)利名稱：振動(dòng)發(fā)電裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配 置為通過(guò)MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)來(lái)將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的振動(dòng)發(fā)電裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的發(fā)電裝置是一種將來(lái)自諸如車(chē)或人的運(yùn)動(dòng)等振動(dòng)的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的MEMS裝置。已經(jīng)對(duì)這樣的發(fā)電裝置進(jìn)行了研究(例如，R. vanSchai jk等人的“Piezoelectric ALN energy harvesters for wireless autonomous transducersolution”，IEEE SENSORS 2008Conference, 2008, p. 45-48 (以下稱為“文獻(xiàn) I”))。如圖6中所示，文獻(xiàn)I中所描述的發(fā)電裝置包括主襯底4、第一蓋襯底5和第二蓋襯底6。主襯底4具有框架部(frame section) I和配重部(weight section) 3,配重部3通過(guò)框架部I內(nèi)部的撓性撓曲部2可擺動(dòng)地支撐，并且由用于元件形成的襯底形成。第一蓋襯底5由用于第一蓋形成的襯底形成，并且框架部I粘貼至主襯底4的一個(gè)表面?zhèn)?。第二蓋襯底6由用于第二蓋形成的襯底形成，并且框架部I粘貼至主襯底4的另一表面?zhèn)?。用于響?yīng)于配重部3的振動(dòng)而產(chǎn)生的交流電壓的發(fā)電部7形成在主襯底4的撓曲部2上。發(fā)電部7還具有下部電極8、壓電層9和上部電極10的疊層結(jié)構(gòu)。然而，這種單片發(fā)電裝置存在輸出較小的問(wèn)題。由于配重部3的硅密度與金屬材料相比相對(duì)較小，并且配重部3的硅楊氏模量大于金屬材料的楊氏模量，因此，配重部3并沒(méi)有響應(yīng)于外部振動(dòng)而充分振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述背景技術(shù)而提供了本發(fā)明，并且目的是提供一種能有效地將外部振動(dòng)傳遞至配重部的振動(dòng)發(fā)電裝置及其制造方法。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的振動(dòng)發(fā)電裝置包括框架部；配重部，其位于所述框架部?jī)?nèi)部；撓曲部，其接合在所述框架部與所述配重部之間，并且配置為響應(yīng)于所述配重部的位移而彎曲；以及發(fā)電部，其至少位于所述撓曲部處，并且配置為響應(yīng)于所述配重部的振動(dòng)而產(chǎn)生交流電壓。所述框架部和所述配重部由硅襯底形成。所述發(fā)電部在其自身表面上包括由樹(shù)脂材料形成的彈性膜。所述撓曲部包括由所述樹(shù)脂材料形成的所述彈性膜，所述樹(shù)脂材料的楊氏模量小于形成所述框架部和所述配重部的硅的楊氏模量。優(yōu)選地，所述撓曲部由所述彈性膜和相對(duì)于所述硅襯底的蝕刻停止層中的至少僅所述彈性膜組成，并且設(shè)置有所述發(fā)電部。在所述振動(dòng)發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是形成所述彈性膜并將其延伸至所述配重部。在制造振動(dòng)發(fā)電裝置的方法中，優(yōu)選的是所述框架部和所述配重部由形成有蝕刻停止層的硅襯底形成，并且通過(guò)蝕刻所述硅襯底直至到達(dá)所述蝕刻停止層來(lái)形成所述撓曲部。在本發(fā)明的振動(dòng)發(fā)電裝置中，所述撓曲部包括由所述樹(shù)脂材料形成的所述彈性膜，所述樹(shù)脂材料的楊氏模量小于形成所述框架部和所述配重部的硅的楊氏模量。由此，所述發(fā)電裝置可以響應(yīng)于加速度相對(duì)較低的外部振動(dòng)而得到大的輸出，并且可以通過(guò)所述彈性膜防止由所述配重部的振動(dòng)所致的所述撓曲部的破裂。


現(xiàn)在將進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)以下詳細(xì)描述和附圖，將會(huì)更好地理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置的示意性分解透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝 置的硅襯底區(qū)域的示意性平面圖；圖3A是沿圖2的線A-A'截取的硅襯底區(qū)域的截面圖以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置的彈性膜區(qū)域的示意性平面圖，并且圖3B是沿圖2的線A-A'截取的修改的硅襯底區(qū)域的截面圖以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置的修改的彈性膜區(qū)域的示意性平面圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置的示意性分解透視圖；圖5示出了圖2的A-A'中的截面圖，用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置的硅襯底區(qū)域的方法中的主要工藝；圖6是作為現(xiàn)有技術(shù)的振動(dòng)發(fā)電裝置的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式圖1-4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置。振動(dòng)發(fā)電裝置至少包括框架部11、配重部12、撓曲部13和發(fā)電部18。配重部12設(shè)置在框架部11內(nèi)部。撓曲部13接合在框架部11與配重部12之間，并且適合于響應(yīng)于配重部12的位移而彎曲。發(fā)電部18至少位于撓曲部13上，并且配置為響應(yīng)于配重部12的振動(dòng)而產(chǎn)生交流電壓?？蚣懿?1和配重部12由硅襯底形成。由樹(shù)脂材料制成的彈性膜20形成在發(fā)電部18的表面上。撓曲部13包括彈性膜20，彈性膜20由楊氏模量小于形成框架部11和配重部12的硅的楊氏模量的樹(shù)脂材料制成。還形成彈性膜20，并且將其延伸至配重部12。如圖5中所示，在制造振動(dòng)發(fā)電裝置的方法中，框架部11和配重部12由形成有蝕刻停止層(將要描述的二氧化硅膜36)的硅襯底25形成。通過(guò)蝕刻硅襯底25直至到達(dá)蝕刻停止層來(lái)形成撓曲部13。娃襯底25具有第一和第二表面,并且發(fā)電部18形成在第一表面?zhèn)壬?。從第一表面?zhèn)?，娃襯底25設(shè)置有二氧化娃膜36、發(fā)電部18以及由楊氏模量小于娃的楊氏模量的樹(shù)脂材料制成的彈性膜20。在實(shí)施例中，框架部11和配重部12主要由硅襯底25、二氧化硅膜36和彈性膜20形成，而撓曲部13則主要由彈性膜20形成。優(yōu)選的是，應(yīng)當(dāng)去除圖3A和圖3B中所示的每個(gè)二氧化硅膜36。簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的撓曲部(13)至少包括彈性膜(20)的彈性膜(20)以及相對(duì)于硅襯底(25)的蝕刻停止層，并且設(shè)置有發(fā)電部(18)。因此，本發(fā)明撓曲部可以包括蝕刻停止層。如圖I中所示，振動(dòng)發(fā)電裝置具有固定至硅襯底25的第一表面中的框架部11的第一蓋襯底29。振動(dòng)發(fā)電裝置還具有固定至娃襯底25的第一表面的相對(duì)側(cè)上的第二表面中的框架部11的第二蓋襯底30。第一和第二蓋襯底29和30由硅、玻璃等形成。因此，在圖I的示例中，振動(dòng)發(fā)電裝置由硅襯底25、第一蓋襯底29和第二蓋襯底30形成。現(xiàn)在將以實(shí)施例的方式詳細(xì)解釋振動(dòng)發(fā)電裝置及其制造方法。如圖2中所示，在平面視圖中框架部11的外部形式是矩形形狀。如同框架部11的外部形式一樣，在平面視圖中形成在框架部11內(nèi)部的配重部12和撓曲部13的外部形式也是矩形形狀。在平面視圖中位于撓曲部13上的發(fā)電部18的外部形式是沿?fù)锨?3的外部形式的矩形形狀。換言之，配重部12包括第一端部和第二端部，并且分別在第一端部和第二端部具有自由端部和支撐端部。支撐端部通過(guò)撓曲部13，由作為框架部11的支撐部的部分來(lái)支撐。在圖3的示例中，框架部11是具有矩形孔的矩形框架，配重部12是放置在框架部11內(nèi)部的矩形板的形狀。在縱向方向上，上述的第一和第二端部對(duì)應(yīng)于配重部12的兩個(gè)端部。彈性膜20還至少形成在配重部12的支撐端部的邊緣與框架部11的支撐部的邊緣之間。
振動(dòng)發(fā)電裝置包括發(fā)電部18，發(fā)電部18形成在形成在硅襯底25的第一表面?zhèn)壬系亩趸枘?6的表面上。即，從二氧化硅膜36的表面?zhèn)劝错樞蚨询B下部電極15、壓電層16和上部電極17，并構(gòu)成發(fā)電部18。在二氧化硅膜36的所述表面?zhèn)戎?，下部和上部電極15和17分別形成有由金屬配線形成的連接配線31a和31c。在二氧化硅膜36的所述表面?zhèn)戎?，還形成了通過(guò)連接配線31a和31c電連接的下部和上部電極焊盤(pán)32a和32c。設(shè)計(jì)發(fā)電部18，以使得下部電極15的平坦表面具有最大尺寸，壓電層16的平坦表面具有的第二大尺寸，并且上部電極17的平坦表面具有最小尺寸。在實(shí)施例中，在平面視圖中，壓電層16和上部電極17分別位于下部電極15和壓電層16的外周邊緣的內(nèi)側(cè)。如圖3A中所示，彈性膜20可以由樹(shù)脂材料形成，使得它覆蓋硅襯底25的全部第一表面?zhèn)?。在此情況下，在對(duì)應(yīng)于下部和上部電極焊盤(pán)32a和32c的位置處，彈性膜20形成有貫通孔23，以便從焊盤(pán)獲得交流電壓，并且金屬膜形成在貫通孔23中。還采用PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯樹(shù)脂)、聚酰亞胺等作為樹(shù)脂材料。此外，如圖3B中所示，彈性膜20必須至少覆蓋發(fā)電部18。在此情況下，如果下部和上部電極焊盤(pán)32a和32c暴露在表面處，就不需要貫通孔23。在平面視圖中，貫通孔23的每種形式可以是四邊形、圓形或等形狀，并且只要可以設(shè)置配線就不限于此。如圖4中所示，通過(guò)從上述的二氧化硅膜36的所述表面?zhèn)劝错樞蚨询B下部電極15、壓電層16和上部電極17來(lái)形成發(fā)電部18。至少?gòu)目蚣懿?1與撓曲部13之間的邊界直到配重部12和撓曲部13之間的邊界形成發(fā)電部18。因?yàn)椴淮嬖趯?duì)發(fā)電部18的振動(dòng)的發(fā)電無(wú)貢獻(xiàn)的部分，所以如果發(fā)電部18與框架部11與撓曲部13之間的邊界對(duì)齊，就提高了發(fā)電能力。用于防止電連接至上部電極17連接配線31c與下部電極15之間的短路的絕緣部35形成在硅襯底25的第一表面?zhèn)壬?，以使得其在框架?1側(cè)覆蓋下部電極15和壓電層16的端部。絕緣部35由二氧化硅膜形成，但不限于二氧化硅膜。絕緣部可以由氮化硅膜形成。MgO層的晶種層(未不出)形成在娃襯底25與下部電極15之間。二氧化娃膜36和37分別形成在硅襯底25的第一和第二表面?zhèn)壬?。此外，在?shí)施例中，硅襯底25的襯底材料是硅，因此在硅襯底的第一表面上的二氧化硅膜36是蝕刻停止層。當(dāng)形成撓曲部13時(shí)，通過(guò)蝕刻去除硅襯底的對(duì)應(yīng)于撓曲部13的所有部分。配線圖案和發(fā)電部18形成在硅襯底25上，但是覆蓋有彈性膜20，因此在平面視圖中不可見(jiàn)。彈性膜20在對(duì)應(yīng)于下部和上部電極32a和32c的位置處設(shè)置有貫通孔23，以便從焊盤(pán)獲得交流電壓。第一蓋襯底29具有第一和第二表面,并且第一蓋襯底29的第二表面接合至娃襯底25的第一表面?zhèn)?。在硅襯底25的一側(cè)中的第二表面的一部分處，第一蓋襯底形成有作為由配重部12和撓曲部13形成的可移動(dòng)部的第一凹部38的位移空間。
用于將在發(fā)電部18產(chǎn)生的交流電壓供應(yīng)至外部的輸出電極40和40形成在第一蓋襯底29的第一表面?zhèn)壬稀］敵鲭姌O40和40通過(guò)貫通孔配線42和42電連接至形成在第一蓋襯底29的第二表面?zhèn)壬系鸟詈想姌O41和41，貫通孔配線42和42分別穿透并設(shè)置在第一蓋襯底29的厚度方向上。在此情況下，第一蓋襯底29的稱合電極41和41分別I禹合至并電連接至硅襯底25的下部和上部電極32a和32c。此外，每個(gè)輸出電極40和40與耦合電極41和41均由Ti膜和Au膜的疊層膜形成，但并不特別地限于材料和層狀結(jié)構(gòu)。此夕卜，采用Cu來(lái)作為貫通孔配線42和42的各個(gè)材料，但并不限于此。例如，可以采用Ni、Al
坐寸ο在本實(shí)施例中，當(dāng)采用硅襯底來(lái)作為第一蓋襯底29時(shí)，形成第一蓋襯底29，為了防止兩個(gè)輸出電極40和40之間的短路，從而在第一蓋襯底29的第一和第二表面?zhèn)壬弦约捌鋬?nèi)部形成有貫通孔配線42和42的貫通孔44和44的內(nèi)周表面上形成絕緣膜43。此外，當(dāng)采用諸如玻璃襯底等絕緣襯底來(lái)作為第一蓋襯底29時(shí)，不需要這樣的絕緣膜43。第二蓋襯底30具有第一和第二表面,并且第二蓋襯底30的第一表面接合至娃襯底25的第二表面?zhèn)?。作為第二凹?9，在第二蓋襯底30的第一表面上形成由配重部12和撓曲部13形成的可移動(dòng)部的位移空間?？梢圆捎弥T如玻璃襯底等絕緣襯底來(lái)作為第二蓋襯底30。第一蓋襯底29通過(guò)粘合劑等接合至包括彈性膜20的硅襯底25。通過(guò)常溫接合工藝來(lái)接合硅襯底25和第二蓋襯底30，但并不限于常溫接合工藝。例如，可以通過(guò)陽(yáng)極接合工藝或者使用環(huán)氧樹(shù)脂的樹(shù)脂粘合工藝等來(lái)接合它們。此外，通過(guò)用于MEMS裝置的制造技術(shù)等來(lái)形成本實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置。在上述實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置中，由于發(fā)電部18由下部電極15、壓電層16和上部電極17形成，所以壓電層16接收到由撓曲部13的振動(dòng)的應(yīng)力，并且在下部和上部電極15和17中產(chǎn)生電荷偏壓，且在發(fā)電部18產(chǎn)生交流電壓。在此情況下，根據(jù)P C e2/ ε的關(guān)系，發(fā)電效率隨著P變大而進(jìn)一步增大，其中P、e和ε分別是用于振動(dòng)發(fā)電裝置的壓電層16的壓電材料的發(fā)電指數(shù)、壓電常數(shù)和相對(duì)介電常數(shù)。考慮到作為用于振動(dòng)發(fā)電裝置的常用壓電材料的PZT和AlN中的每一個(gè)的壓電常數(shù)e和相對(duì)介電常數(shù)ε的一般值，可以通過(guò)采用壓電常數(shù)e較大且以平方貢獻(xiàn)于發(fā)電指數(shù)P的PZT來(lái)增大發(fā)電指數(shù)P。在本實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置中，采用鉛基壓電材料類(lèi)型的PZT來(lái)作為壓電層16的壓電材料，但是本實(shí)施例并不限于PZT。例如，可以采用PZT-PMN(Pb (MN, Nb) O3)或摻雜有其它不純物質(zhì)的PZT。然而，壓電層16的壓電材料并不限于鉛基壓電材料。也可以采用其它壓電材料。參照?qǐng)D5解釋制造本實(shí)施例中的振動(dòng)發(fā)電裝置的方法。圖5A-H示出了對(duì)應(yīng)于沿圖2中的線A-A'截取的截面的區(qū)域。首先，通過(guò)熱氧化法等分別在由硅制成的硅襯底25的第一和第二表面?zhèn)壬闲纬啥趸枘?6和37，來(lái)執(zhí)行絕緣膜形成工藝，從而得到圖5A中所示的結(jié)構(gòu)。具體而言，(第一)二氧化硅膜36形成在硅襯底25的全部第一表面上，而(第二)二氧化硅膜37形成在除了撓曲部13的形成區(qū)域外的硅襯底25的第二表面上。然后，通過(guò)濺射技術(shù)、CVD法等在硅襯底25的全部第一表面上形成Pt層的金屬層50，來(lái)執(zhí)行金屬層形成工藝，其中金屬層成為下部電極15、連接配線31a和下部電極焊盤(pán)32a的基礎(chǔ)。然后，通過(guò)濺射技術(shù)、CVD法、溶膠凝膠法等在全部金屬層50上形成壓電膜51(例如，PZT膜等)，來(lái)執(zhí)行壓電膜形成工藝，其中壓電膜成為由壓電材料(例如，PZT等)制成的壓電層16的基礎(chǔ)。由此，得到了圖5B中所示的結(jié)構(gòu)。然而，金屬層50并不限于Pt層。例如，金屬層可以是Al層或Al-Si層，或者可以由Pt層和插置在Pt層與籽晶層之間用于提高粘合的Ti層形成。粘合層的材料并不限于Ti。材料也可以是Cr、Nb、Zr、TiN、TaN等。在壓電膜形成工藝之后，通過(guò)光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)對(duì)壓電膜51進(jìn)行構(gòu)圖來(lái)執(zhí)行壓電膜構(gòu)圖工藝，以形成由壓電膜51的一部分形成的壓電層16，從而得到圖5C中所示的結(jié)構(gòu)。 然后，通過(guò)光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)對(duì)金屬層50進(jìn)行構(gòu)圖來(lái)執(zhí)行金屬層構(gòu)圖工藝，以形成由金屬層50的一部分形成的下部電極15、連接配線31a和下部電極焊盤(pán)32a，從而得到圖5D中所示的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，通過(guò)在金屬層構(gòu)圖工藝中對(duì)金屬層50進(jìn)行構(gòu)圖來(lái)與下部電極15 —起形成連接配線31a和下部電極焊盤(pán)32a，但本實(shí)施例并不限于此。也可以在通過(guò)在金屬層構(gòu)圖工藝中對(duì)金屬層50進(jìn)行構(gòu)圖來(lái)僅形成下部電極15之后，再進(jìn)一步提供用于形成連接配線31a和下部電極焊盤(pán)32a的配線形成工藝?？梢苑謩e地提供用于形成連接配線31a的連接配線形成工藝和用于形成下部電極焊盤(pán)32a的下部電極焊盤(pán)形成工藝。此外，例如可以通過(guò)RIE法、離子銑削法等來(lái)蝕刻金屬層50。在通過(guò)上述金屬層構(gòu)圖工藝形成下部電極15、連接配線31a和下部電極焊盤(pán)32a之后，通過(guò)在襯底25的第一表面?zhèn)壬闲纬山^緣部35來(lái)執(zhí)行絕緣部形成工藝，從而得到圖5E中所示的結(jié)構(gòu)。在絕緣部形成工藝中，通過(guò)CVD法等在襯底25的全部第一表面?zhèn)壬闲纬山^緣層，隨后通過(guò)光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖，但是也可以通過(guò)剝離工藝來(lái)形成絕緣部35。在上述絕緣部形成工藝之后，例如通過(guò)諸如EB蒸鍍法、濺射技術(shù)或CVD法等薄膜形成技術(shù)、光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)形成上部電極17來(lái)執(zhí)行上部電極形成工藝，同時(shí)通過(guò)諸如EB蒸鍍法、濺射技術(shù)或CVD法等薄膜形成技術(shù)、光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)來(lái)執(zhí)行配線形成工藝，從而得到圖5F中所示的結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，在本實(shí)施例中，在上部電極形成工藝中，與上部電極17 —起形成連接配線31c和上部電極焊盤(pán)32c，但本實(shí)施例并不限于此。也可以分別執(zhí)行上部電極形成工藝和配線形成工藝。此外，在配線形成工藝中，可以分別執(zhí)行用于形成連接配線31c的連接配線形成工藝和用于形成上部電極焊盤(pán)32c的上部電極焊盤(pán)形成工藝。優(yōu)選地，通過(guò)諸如RIE法等干法蝕刻來(lái)蝕刻上部電極17，但是也可以采用濕法蝕刻。例如，可以分別利用碘化鉀溶液和過(guò)氧化氫溶液來(lái)濕法蝕刻Au膜和Ti膜。上部電極17由Pt、Al、Al-Si等形成。在形成上部電極17、連接配線31c和上部電極焊盤(pán)32c之后，通過(guò)旋涂法和光刻技術(shù)在硅襯底25的全部第一表面?zhèn)壬闲纬捎蓸?shù)脂材料制成的彈性膜20。從而得到了圖5G中所示的結(jié)構(gòu)。在彈性膜形成工藝之后，通過(guò)光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)等形成框架部11、配重部12和撓曲部13來(lái)執(zhí)行襯底制造工藝，從而得到圖5H中所示的結(jié)構(gòu)。在襯底制造工藝中，通過(guò)光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)從第二表面?zhèn)任g刻硅襯底25直至到達(dá)二氧化硅膜36以去除除框架部11和配重部12以外的部分,執(zhí)行用于形成背面槽(back groove)的背面槽形成工藝。然后，蝕刻二氧化硅膜36以穿透二氧化硅膜36，從而形成框架部11、配重部12和撓曲部13。在此情況下，也通過(guò)蝕刻去除了二氧化硅膜37。通過(guò)執(zhí)行蝕刻工藝，得到了圖5H中所示的振動(dòng)發(fā)電裝置。在本實(shí)施例中的襯底制造工藝的背面槽形成工藝中，通過(guò)能垂直深蝕刻的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)型的蝕刻設(shè)備蝕刻硅襯底25，因此可以使二氧化硅膜36的背面?zhèn)扰c框架部11的內(nèi)周面之間的角大約為90°。然而，襯底制造工藝的背面槽形成工藝并不限于通過(guò)ICP型干法蝕刻設(shè)備的干法蝕刻。只要高各向異性蝕刻是可能的，就可以使用另外的干法蝕刻設(shè)備。在硅襯底25的第一表面是(110)表面的情況下，可以使用使用諸如TMAH溶液或KOH溶液等堿性溶液的濕法蝕刻(晶體各向異性蝕刻)。在本實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置中，以晶片為單位執(zhí)行直到襯底制造工藝結(jié)束的工藝，然后執(zhí)行切割工藝，由此將每個(gè)晶片分割為單獨(dú)的發(fā)電裝置。在本實(shí)施例中，提供第一和第二蓋襯底29和30，因此在用于形成撓曲部13的蝕刻工藝之后，執(zhí)行用于接合每個(gè)蓋襯底29和30的蓋接合工藝。在此情況下，以晶片為單位執(zhí)行直到蓋接合工藝結(jié)束的工藝，然后執(zhí)行切割工藝，由此將每個(gè)晶片分割為單獨(dú)的發(fā)電裝置。這里需要的是通過(guò)任意運(yùn)用諸如光刻工藝、蝕刻工藝、薄膜形成工藝、鍍覆工藝等已知工藝來(lái)形成每個(gè)蓋襯底29和30。在發(fā)電部18中，壓電層16形成在下部電極15上，但是可以通過(guò)制造緩沖層(未示出)來(lái)進(jìn)一步提高壓電層16的結(jié)晶度，所述緩沖層作為當(dāng)形成壓電層16時(shí)插置在下部電極15與壓電層16之間的基礎(chǔ)。可以采用諸如SrRuOx、(Pb, Ra)Ti03、PbTiO3等導(dǎo)電性氧化物材料來(lái)作為緩沖層材料。例如，振動(dòng)發(fā)電裝置可以是設(shè)置在二維陣列中的陣列振動(dòng)發(fā)電裝置。因此，在本實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置中，框架部11和配重部12由硅襯底25形成。在其自身表面上，發(fā)電部18設(shè)置有由樹(shù)脂材料制成的彈性膜20。撓曲部13包括由楊氏模量小于形成框架部11和配重部12的硅的楊氏模量的樹(shù)脂材料形成的彈性膜20。由此，發(fā)電裝置可以響應(yīng)于加速度相對(duì)較低的外部振動(dòng)而得到大的輸出，并且可以通過(guò)彈性膜20防止由配重部12的振動(dòng)所致的撓曲部13的破裂。在本實(shí)施例的振動(dòng)發(fā)電裝置中，形成彈性膜20直至配重部12。從而，可以通過(guò)增大配重部12的質(zhì)量同時(shí)防止由配重部12的振動(dòng)所致的撓曲部13的破裂而得到較大的輸出。在振動(dòng)發(fā)電裝置、制造本實(shí)施例中的振動(dòng)發(fā)電裝置的方法中，框架部11和配重部12由形成有蝕刻停止層的硅襯底形成，并且通過(guò)蝕刻硅襯底25直至到達(dá)蝕刻停止層來(lái)形成撓曲部13。由此，可以使用相對(duì)廉價(jià)的硅，并且因此可以生產(chǎn)振動(dòng)發(fā)電裝置而無(wú)需復(fù)雜的工藝。盡管已經(jīng)參照特定優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍(即權(quán)利要求)的情況下而作出許多修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)發(fā)電裝置，包括 框架部； 配重部，其位于所述框架部?jī)?nèi)部； 撓曲部，其接合在所述框架部與所述配重部之間，并且配置為響應(yīng)于所述配重部的位移而彎曲；以及 發(fā)電部，其至少位于所述撓曲部處，并且配置為響應(yīng)于所述配重部的振動(dòng)而產(chǎn)生交流電壓， 其中，所述框架部和所述配重部由硅襯底形成， 其中，所述發(fā)電部在其自身表面上包括由樹(shù)脂材料形成的彈性膜， 其中，所述撓曲部包括由所述樹(shù)脂材料形成的所述彈性膜，所述樹(shù)脂材料的楊氏模量小于形成所述框架部和所述配重部的硅的楊氏模量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的振動(dòng)發(fā)電裝置，其中，所述撓曲部由所述彈性膜和相對(duì)于所述硅襯底的蝕刻停止層中的至少僅所述彈性膜組成，并且設(shè)置有所述發(fā)電部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的振動(dòng)發(fā)電裝置，其中，形成所述彈性膜并將其延伸至所述配重部。
4.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的振動(dòng)發(fā)電裝置的方法， 其中，所述框架部和所述配重部由形成有蝕刻停止層的硅襯底形成，并且 其中，通過(guò)蝕刻所述硅襯底直至到達(dá)所述蝕刻停止層來(lái)形成所述撓曲部。
全文摘要
公開(kāi)了一種振動(dòng)發(fā)電裝置，其設(shè)置有框架部；配重部，其設(shè)置在所述框架部?jī)?nèi)部；撓曲部，其接合在所述框架部與所述配重部之間，并且配置為響應(yīng)于所述配重部的位移而彎曲；以及發(fā)電部，其至少位于所述撓曲部處，并且配置為響應(yīng)于所述配重部的振動(dòng)而產(chǎn)生交流電壓。所述框架部和所述配重部由硅襯底形成。所述發(fā)電部在其自身表面上包括由樹(shù)脂材料形成的彈性膜。所述撓曲部包括由所述樹(shù)脂材料形成的所述彈性膜，所述樹(shù)脂材料的楊氏模量小于形成所述框架部和所述配重部的硅的楊氏模量。
文檔編號(hào)H02N2/00GK102906987SQ20118002106
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者小川純矢, 山內(nèi)規(guī)裕, 松島朝明, 相澤浩一 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社