[发明专利]振动发电装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及配置为通过MEMS（微机电系统）技术来将振动能转换成电能的振动发电装置及其制造方法。

背景技术

现有的发电装置是一种将来自诸如车或人的运动等振动的振动能转换成电能的MEMS装置。已经对这样的发电装置进行了研究（例如，R.vanSchai jk等人的“Piezoelectric ALN energy harvesters for wireless autonomous transducer solution”，IEEE SENSORS 2008Conference，2008，p.45-48（以下称为“文献1”））。

如图6中所示，文献1中所描述的发电装置包括主衬底4、第一盖衬底5和第二盖衬底6。主衬底4具有框架部（frame section）1和配重部（weight section）3，配重部3通过框架部1内部的挠性挠曲部2可摆动地支撑，并且由用于元件形成的衬底形成。第一盖衬底5由用于第一盖形成的衬底形成，并且框架部1粘贴至主衬底4的一个表面侧。第二盖衬底6由用于第二盖形成的衬底形成，并且框架部1粘贴至主衬底4的另一表面侧。用于响应于配重部3的振动而产生的交流电压的发电部7形成在主衬底4的挠曲部2上。发电部7还具有下部电极8、压电层9和上部电极10的叠层结构。

然而，这种单片发电装置存在输出较小的问题。由于配重部3的硅密度与金属材料相比相对较小，并且配重部3的硅杨氏模量大于金属材料的杨氏模量，因此，配重部3并没有响应于外部振动而充分振动。

发明内容

鉴于上述背景技术而提供了本发明，并且目的是提供一种能有效地将外部振动传递至配重部的振动发电装置及其制造方法。

为了解决上述问题，本发明的振动发电装置包括：框架部；配重部，其位于所述框架部内部；挠曲部，其接合在所述框架部与所述配重部之间，并且配置为响应于所述配重部的位移而弯曲；以及发电部，其至少位于所述挠曲部处，并且配置为响应于所述配重部的振动而产生交流电压。所述框架部和所述配重部由硅衬底形成。所述发电部在其自身表面上包括由树脂材料形成的弹性膜。所述挠曲部包括由所述树脂材料形成的所述弹性膜，所述树脂材料的杨氏模量小于形成所述框架部和所述配重部的硅的杨氏模量。优选地，所述挠曲部由所述弹性膜和相对于所述硅衬底的蚀刻停止层中的至少仅所述弹性膜组成，并且设置有所述发电部。

在所述振动发电装置中，优选的是形成所述弹性膜并将其延伸至所述配重部。

在制造振动发电装置的方法中，优选的是所述框架部和所述配重部由形成有蚀刻停止层的硅衬底形成，并且通过蚀刻所述硅衬底直至到达所述蚀刻停止层来形成所述挠曲部。

在本发明的振动发电装置中，所述挠曲部包括由所述树脂材料形成的所述弹性膜，所述树脂材料的杨氏模量小于形成所述框架部和所述配重部的硅的杨氏模量。由此，所述发电装置可以响应于加速度相对较低的外部振动而得到大的输出，并且可以通过所述弹性膜防止由所述配重部的振动所致的所述挠曲部的破裂。

附图说明

现在将进一步详细描述本发明的优选实施例。根据以下详细描述和附图，将会更好地理解本发明的其它特征和优点，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的振动发电装置的示意性分解透视图；

图2是根据本发明的实施例的振动发电装置的硅衬底区域的示意性平面图；

图3A是沿图2的线A-A′截取的硅衬底区域的截面图以及根据本发明的实施例的振动发电装置的弹性膜区域的示意性平面图，并且图3B是沿图2的线A-A′截取的修改的硅衬底区域的截面图以及根据本发明的实施例的振动发电装置的修改的弹性膜区域的示意性平面图；以及

图4是根据本发明的实施例的振动发电装置的示意性分解透视图；

图5示出了图2的A-A′中的截面图，用于解释制造根据本发明的实施例的振动发电装置的硅衬底区域的方法中的主要工艺；

图6是作为现有技术的振动发电装置的示意性截面图。

具体实施方式