[发明专利]一种设有镂空部的压电能量采集器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种设有镂空部的压电能量采集器及其制备方法，方法包括：S1：获取硅基板，对该硅基板进行清洗以及干燥处理；S2：获取PZT压电层，分别在步骤S1获取的硅基板上侧和PZT压电层的下侧镀接金属层；S3：将硅基板和PZT压电层的金属层共晶键合；S4：对PZT压电层的上侧进行研磨减薄至预设的厚度范围；S5：在硅基板的下表面进行刻蚀得到凹槽；S6：采用KrF准分子激光器在凹槽区域进行镂空处理，形成镂空部，得到最终的压电能量采集器。与现有技术相比，本发明具有工艺步骤少、加工过程简单、固有频率低、功率输出高等优点。

技术领域

本发明涉及压电能量采集器领域，尤其是涉及一种设有镂空部的压电能量采集器及其制备方法。

背景技术

在压电式能量采集领域的众多MEMS结构中，直线型悬臂梁结构因其具有低结构刚度、高灵敏度以及容易通过微细加工实现等优点，成为压电能量采集器的首选结构类型。

然而，由于MEMS直线型悬臂梁在受到外界激励时，其应力多集中在固定端，导致压电材料的有效部位很窄，严重影响了能量采集器件的能源产能效率。此外，由于传统直线型悬臂梁式的尺寸有限，其固有频率很高，难以匹配自然环境中所存在的谐振频率，使得其应用受到很大约束。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提升压电能量采能器的输出效率设有镂空部的压电能量采集器及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种设有镂空部的压电能量采集器，包括自下而上依次设置的硅基板、金属层和PZT压电层，所述硅基板和PZT压电层通过所述金属层共晶键合连接，所述硅基板的中部下侧设有凹槽，该凹槽区域设有贯穿所述硅基板、金属层和PZT压电层的镂空部。

进一步地，所述硅基板在所述凹槽的两侧分别形成有固定端和自由端，所述自由端的上侧连接有上部质量块、下侧连接有下部质量块。

进一步地，所述上部质量块和下部质量块分别粘接连接所述硅基板的自由端。

进一步地，所述镂空部的形状为梯形。

进一步地，所述镂空部设有圆角。

进一步地，所述金属层的材料为Cr或Au。

本发明还提供一种设有镂空部的压电能量采集器的制备方法，包括以下步骤：

S1：获取硅基板，对该硅基板进行清洗以及干燥处理；

S2：获取PZT压电层，分别在步骤S1获取的所述硅基板上侧和PZT压电层的下侧镀接金属层；

S3：将硅基板和PZT压电层的金属层共晶键合；

S4：对所述PZT压电层的上侧进行研磨减薄至预设的厚度范围；

S5：在硅基板的下表面进行刻蚀得到凹槽；

S6：采用KrF准分子激光器在所述凹槽区域进行镂空处理，形成镂空部，得到最终的压电能量采集器。

进一步地，所述步骤S4还包括：将硅基板在所述凹槽的两侧分别作为固定端和自由端，在自由端的上侧和下侧分别连接上部质量块和下部质量块。

进一步地，所述步骤S4具体为，首先采用配置有金刚砂磨料悬浊液的研磨装置对所述PZT压电层进行机械研磨，然后采用研磨膏对所述PZT压电层进行精细研磨。

进一步地，所述研磨装置采用转速为100～140r/min的金属磨砂盘以及转速设置为60～100r/min的研磨头，所述机械研磨后，PZT压电层减薄至50～200um范围以内，所述精细研磨后，PZT压电层减薄至20～45um范围以内。