[发明专利]一种集成于硅基片上的电磁式振动能量采集器及制备方法

说明书

一种集成于硅基片上的电磁式振动能量采集器及制备方法，包括：硅基片上螺线圈、微型磁体和挡板；硅基片上螺线圏的内部为贯穿的中空腔体，微型磁体滑动设置于腔体内，微型磁体受到外界激励时在腔体内相对硅基片上螺线圈往复运动；挡板设置于硅基片上螺线圈的两端，对微型磁体施加与其运动方向相反的碰撞力。本申请提供的电磁式振动能量采集器通过螺线圈切割磁感线进行发电，且是基于硅基片上可集成3D螺线圈实现的，解决了现有技术中电磁式振动能量采集器体积大、难以批量化生产的问题。

技术领域

本发明涉及微机械传感领域，具体涉及一种集成于硅基片上的电磁式振动能量采集器及制备方法。

背景技术

自21世纪以来，MEMS技术的发展已使许多传感器小型化和集成化。这些设备的功耗可以降低至微瓦和毫瓦数量级。相反地，供能器件的小型化问题变得越来越突出。随着机电系统的小型化，供能器件的尺寸将确定整个系统的大小。如果小型化的供能器件无法产生足够的能量，微系统也无法发挥其小型化优势。此外，在许多情况下，现场电池的更换或充电也很不方便。因此，为了解决这些问题，将环境能量转换成电能的可长期供应电能的小型化能量收集器受到越来越多的关注。

为了给微机电系统提供足够的能量，研究人员研究了环境中的替代能源，例如热能，太阳能，风能和振动能等，这些能源环保且理论上可无限使用。在这些可持续能源中，振动能具有独特的优势。首先，它几乎可以在任何地方获得，例如人体、建筑结构和机械设备。其次，环境中的振动能十分充足，可以为大多数低功耗应用(例如可穿戴电子设备，无线传感器节点和生物医学植入式设备)提供动力。另外，振动能量的能量转换方法种类多样且易于实现。因此，振动能量采集器已迅速发展为电池的替代能源，并可为许多无线传感器和低功率设备提供电能。对于振动能量收集器，通常高度要求小型化。电磁式振动能量采集器可以产生较大的功率密度，但是很难通过晶圆级MEMS技术进行批量制造，其螺线圈通常是通过绕线的方式制作，制作工艺复杂，难以批量化生产，这会阻碍其小型化和批量制造的均匀性。

发明内容

为了解决电磁式振动能量采集器体积大、难以批量化生产的问题，本申请提供一种集成于硅基片上的电磁式振动能量采集器及制备方法，通过在硅基片上3D螺线圈的内部腔体中集成微型磁体，使微型磁体与螺线圈可在外界振动下发生相对运动，通过螺线圈切割磁感线进行发电，进而实现基于硅基片上集成3D螺线圈的电磁式振动能量采集器，解决了现有技术中电磁式振动能量采集器体积大、难以批量化生产的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种集成于硅基片上的电磁式振动能量采集器，包括：硅基片上螺线圈、微型磁体和挡板；

所述硅基片上螺线圏的内部为贯穿的中空腔体，所述微型磁体滑动设置于所述腔体内，所述微型磁体受到外界激励时在所述腔体内相对所述硅基片上螺线圈往复运动；

所述挡板设置于所述硅基片上螺线圈的两端，对所述微型磁体施加与其运动方向相反的碰撞力。

进一步优选的，所述硅基片上螺线圈为硅基片上单层螺线圈，具体包括：

上层硅基底，所述上层硅基底的一面刻有螺线槽和电极槽，另一面刻有使所述微型磁体自由移动的空腔；

下层硅基底，所述下层硅基底的一面刻有螺线槽和电极槽，另一面刻有使所述微型磁体自由移动的空腔，所述上层硅基底与所述下层硅基底上下对准时，所述上层硅基底的空腔与所述下层硅基底的空腔形成为贯穿的中空腔体；

金属螺线圈，所述金属螺线圈贯穿于所述上层硅基底的螺线槽和下层硅基底的螺线槽；

电极，所述电极设置于上层硅基底的电极槽和下层硅基底的电极槽。

进一步优选的，所述硅基片上螺线圈为硅基片上双层螺线圈，具体包括：

外部上层硅基底，所述外部上层硅基底的一面刻有外层螺线槽和电极槽；