壓電震動發(fā)電裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，包括：（1）提供一呈中空結(jié)構(gòu)的基座；（2）提供第一底蓋，將其設(shè)于基座的一個(gè)端部而使其與基座形成容置腔；（3）通過刻蝕晶圓及在刻蝕后的晶圓上形成柔性薄膜、壓電片而制成數(shù)個(gè)發(fā)電單元；（4）提供至少一個(gè)發(fā)電單元并將其裝設(shè)于容置腔內(nèi)；（5）提供至少兩根導(dǎo)電焊針，使其與發(fā)電單元電連接；（6）提供第二底蓋，將其蓋設(shè)于基座的另一個(gè)端部，并使導(dǎo)電焊針穿過第一或第二底蓋從而形成導(dǎo)電電極。通過刻蝕晶圓及在刻蝕后的晶圓上形成柔性薄膜、壓電片而制成數(shù)個(gè)發(fā)電單元，一次成型得到數(shù)個(gè)獨(dú)立的發(fā)電單元，提高精度，縮短工藝時(shí)間，大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明還公開一種壓電震動發(fā)電裝置。
【專利說明】壓電震動發(fā)電裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微能源【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種壓電震動發(fā)電裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微納機(jī)電系統(tǒng)(MEMS、NEMS)技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，帶動了無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，并在工業(yè)、航天、通訊、商業(yè)、消費(fèi)及軍事領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，但仍然面臨一個(gè)十分嚴(yán)重的問題，即如何保障這些無線傳感單元及移動通訊設(shè)備的電能供給。傳統(tǒng)做法是使用電池，但由于構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)及移動通訊設(shè)備的單元器件數(shù)量龐大，體積微小，位置分散，這就要求其供電器件具有體積小、效能高、易集成、無人值守及不需更換等特點(diǎn)。所以，采用傳統(tǒng)電池已經(jīng)不能滿足無線傳感網(wǎng)絡(luò)及移動通訊設(shè)備的發(fā)展要求。
[0003]因此，一種可為微納系統(tǒng)提供長期可靠的自供電能的微型發(fā)電裝置應(yīng)運(yùn)而生，其通過吸收環(huán)境中的機(jī)械能(如震動、風(fēng)能、氣流能等)和/或熱能、太陽能、靜電能等，從而在相應(yīng)的系統(tǒng)中產(chǎn)生電力輸出?，F(xiàn)有的微型發(fā)電裝置一般都將震動介質(zhì)裝設(shè)于懸臂梁上，例如美國專利第US2007/0284969號揭示了一種壓電振動發(fā)電裝置，該裝置利用設(shè)置在一端的重力塊使平板彎曲，敷設(shè)在平板表面的PZT壓電片因彎曲變形而產(chǎn)生電能；又如中國專利第200810023882.8號也揭示了一種壓電振動發(fā)電裝置，該裝置也是利用貼附在懸臂梁表面的PZT壓電片形變而產(chǎn)生電能；上述兩種方案都存在PZT壓電片形變小，輸出效率低，防沖擊效果差等不足；因?yàn)閼冶哿旱男巫兇笮∨c桿長有關(guān)，但由于結(jié)構(gòu)及成本的限制，懸臂梁不可能太長，這樣，就限制了其位移及PZT形變，因而限制了其發(fā)電效率；另外，桿越長，防沖擊效果越差，所以，為滿足制造成本及防沖擊的要求，桿不可能做的太長。
[0004]因此，有必要提供一種體積小，發(fā)電效率高，制作簡單，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的壓電震動發(fā)電裝置以及其制造方法以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，通過該方法制造壓電震動發(fā)電裝置時(shí)，制作簡單，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種壓電震動發(fā)電裝置，其制作簡單，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，且該壓電震動發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，發(fā)電效率高。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:提供一種壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其包括如下步驟:(1)提供一基座，所述基座呈中空結(jié)構(gòu)；(2)提供第一底蓋，將所述第一底蓋蓋設(shè)于所述基座的一個(gè)端部，所述第一底蓋與所述基座形成容置腔；(3)通過刻蝕晶圓及在刻蝕后的所述晶圓上形成柔性薄膜、壓電片而制成數(shù)個(gè)發(fā)電單元；(4)提供至少一個(gè)發(fā)電單元，將所述發(fā)電單元從所述基座的另一端部裝設(shè)于所述容置腔內(nèi)；(5)提供至少兩根導(dǎo)電焊針，使所述導(dǎo)電焊針與所述發(fā)電單元電連接；(6)提供第二底蓋，將所述第二底蓋蓋設(shè)于基座的另一個(gè)端部，并使所述導(dǎo)電焊針穿過所述第一底蓋或第二底蓋從而形成導(dǎo)電電極。[0008]在本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置的制造方法的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(3)進(jìn)一步包括如下步驟:
[0009](31)提供第一晶圓，在所述第一晶圓的背面進(jìn)行刻蝕，從而使所述第一晶圓的背面形成有薄壁、支撐部及質(zhì)量塊；(32)在所述第一晶圓的正面進(jìn)行刻蝕，將所述薄壁刻蝕形成多個(gè)彈性臂，從而使第一晶圓形成彈性板；(33)在所述第一晶圓的正面敷設(shè)一柔性薄膜；(34)在所述柔性薄膜上沉積或?yàn)R射形成一壓電膜；(35)將壓電膜進(jìn)行刻蝕而劃分成包含多個(gè)壓電片的諸多壓電片組，并沉積壓電片焊盤；(36)在所述壓電片上沉積形成保護(hù)層；(37)將所述第一晶圓進(jìn)行單體切割而形成所述發(fā)電單元。
[0010]較佳地，所述壓電膜為有鉛壓電陶瓷鋯鈦酸鉛壓電薄膜、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛壓電薄膜、無鉛壓電陶瓷鈦酸鋇薄膜、無鉛壓電陶瓷薄膜、鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷薄膜或鈮鎳酸鉀壓電薄膜。
[0011]較佳地，所述壓電膜為弛豫鐵電單晶薄膜(例如:PMN、PZN、PMN-PT, PZN-PT,PMN-PZT)、壓電纖維薄膜(例如:PFC、MFC)、壓電聚合物薄膜(例如PVDF、P (VDF-TrFE))或壓電復(fù)合材料薄膜(例如0-3型的PZT-PVDF、l-3型的PZT-PVDF)。
[0012]較佳地，所述柔性薄膜為塑料、聚合體、聚酯纖維、金屬氧化物及非金屬氧化物材質(zhì)。
[0013]較佳地，所述彈性板呈圓形或方形結(jié)構(gòu)，所述質(zhì)量塊形成于所述彈性板的中心位置處，所述支撐部形成于所述彈性板的外緣，所述彈性臂形成于所述質(zhì)量塊與所述支撐部之間。
[0014]較佳地，所述彈性臂有若干個(gè)，相鄰的所述彈性臂之間均具有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的所述彈性臂。
[0015]較佳地，所述柔性薄膜形成于所述彈性板的相對于所述質(zhì)量塊的另一側(cè)側(cè)面上，所述壓電片組設(shè)置于所述柔性薄膜上。
[0016]較佳地，所述壓電片組包括若干個(gè)壓電片，若干個(gè)所述壓電片呈放射狀地形成于所述柔性薄膜上，且若干個(gè)所述壓電片的兩端通過所述柔性薄膜分別與所述彈性板的中心位置、支撐部相連。
[0017]較佳地，所述壓電片呈條狀或梯形狀。
[0018]較佳地，所述彈性板為單晶硅、多晶硅或氧化鎂材質(zhì)。
[0019]在本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置的制造方法的另一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟(3)具體包括如下步驟:
[0020](31)提供第二晶圓，在所述第二晶圓的背面進(jìn)行刻蝕，從而使所述第二晶圓的背面形成有薄壁、支撐部及質(zhì)量塊；(32)在所述第二晶圓的正面進(jìn)行刻蝕，將所述薄壁刻蝕形成多個(gè)彈性臂，從而使第二晶圓形成彈性板；(33)提供第三晶圓，并在所述第三晶圓的一表面上沉積或?yàn)R射形成一壓電膜；(34)在所述壓電膜上敷設(shè)一柔性薄膜；(35)將所述第三晶圓的柔性薄膜與所述第二晶圓的正面對應(yīng)粘接；(36)通過刻蝕將所述第三晶圓去除；
(37)將去除所述第三晶圓后露出的所述壓電膜進(jìn)行刻蝕而劃分成包含多個(gè)壓電片的諸多壓電片組，并沉積壓電片焊盤；(38)在所述壓電片上沉積形成保護(hù)層；(39)將所述第二晶圓進(jìn)行單體切割而形成所述發(fā)電單元。
[0021]較佳地，所述壓電膜為有鉛壓電陶瓷鋯鈦酸鉛壓電薄膜、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛壓電薄膜、無鉛壓電陶瓷鈦酸鋇薄膜、無鉛壓電陶瓷薄膜、鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷薄膜或鈮鎳酸鉀壓電薄膜。
[0022]較佳地，所述壓電膜為弛豫鐵電單晶薄膜(例如:PMN、PZN、PMN-PT, PZN-PT,PMN-PZT)、壓電纖維薄膜(例如:PFC、MFC)、壓電聚合物薄膜(例如PVDF、P (VDF-TrFE))或壓電復(fù)合材料薄膜(例如0-3型的PZT-PVDF、l-3型的PZT-PVDF)。
[0023]較佳地，所述柔性薄膜為塑料、聚合體、聚酯纖維、金屬氧化物及非金屬氧化物材質(zhì)。
[0024]較佳地，所述彈性板呈圓形或方形結(jié)構(gòu)，所述質(zhì)量塊形成于所述彈性板的中心位置處，所述支撐部形成于所述彈性板的外緣，所述彈性臂形成于所述質(zhì)量塊與所述支撐部之間。
[0025]較佳地，所述彈性臂有若干個(gè)，相鄰的所述彈性臂之間均具有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的所述彈性臂。
[0026]較佳地，所述柔性薄膜形成于所述彈性板的相對于所述質(zhì)量塊的另一側(cè)側(cè)面上，所述壓電片組設(shè)置于所述柔性薄膜上。
[0027]較佳地，所述壓電片組包括若干個(gè)壓電片，若干個(gè)所述壓電片呈放射狀地形成于所述柔性薄膜上，且若干個(gè)所述壓電片的兩端通過所述柔性薄膜分別與所述彈性板的中心位置、支撐部相連。
[0028]較佳地，所述壓電片呈條狀或梯形狀。
[0029]較佳地，所述彈性板為單晶硅、多晶硅或氧化鎂材質(zhì)。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，通過刻蝕晶圓及在刻蝕后的所述晶圓上形成柔性薄膜、壓電片而制成數(shù)個(gè)發(fā)電單元，再將所述發(fā)電單元安裝于基座與底蓋形成的容置腔內(nèi)，從而得到壓電震動發(fā)電裝置；制造過程中將彈性板、柔性薄膜、壓電片集成到晶圓工藝，一次成型得到數(shù)個(gè)獨(dú)立的發(fā)電單元，從而提高精度，縮短工藝時(shí)間，大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
[0031]對應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種使用上述壓電震動發(fā)電裝置的制造方法制造的壓電震動發(fā)電裝置，其包括第一底蓋、第二底蓋、基座、至少一個(gè)發(fā)電單元及至少兩個(gè)導(dǎo)電焊針，所述基座呈中空結(jié)構(gòu)，所述第一底蓋、所述第二分別蓋設(shè)于所述基座的兩端部并與所述基座形成容置腔，所述發(fā)電單元安裝于所述容置腔內(nèi)，所述導(dǎo)電焊針穿過所述第一底蓋或第二底蓋而形成導(dǎo)電電極。
[0032]較佳地，所述發(fā)電單元包括彈性板、柔性薄膜及壓電片組，所述彈性板的周沿支撐于所述基座上，以使所述彈性板沿其中心軸線所在方向上下震動，所述柔性薄膜設(shè)置于所述彈性板上，所述壓電片組設(shè)置于所述柔性薄膜上并通過所述柔性薄膜與所述彈性板相連接。
[0033]較佳地，所述彈性板的中心位置處形成有質(zhì)量塊，所述彈性板的外緣形成支撐部，所述質(zhì)量塊與所述支撐部之間形成有若干彈性臂，相鄰的所述彈性臂之間均具有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的所述彈性臂，所述柔性薄膜設(shè)置于所述彈性板的相對于所述質(zhì)量塊的另一側(cè)面上，所述壓電片組設(shè)置于所述柔性薄膜上。
[0034]較佳地，所述壓電片組包含多個(gè)所述壓電片，多個(gè)所述壓電片呈放射狀地設(shè)置于所述柔性薄膜上，且多個(gè)所述壓電片的兩端通過所述柔性薄膜分別與所述彈性板的中心位置、支撐部相連。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置，其壓電片形成于所述彈性板的表面，增大其面積，從而提高發(fā)電效率；而震動時(shí)，所述彈性板帶動所述壓電片沿其軸線方向震動，彈性大，機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率聞，進(jìn)一步提聞發(fā)電效率；且彈性板結(jié)構(gòu)簡單，體積小、厚度薄、效能高且成本低；且該壓電震動發(fā)電裝置具有較高的抗沖擊性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置的制造方法的第一實(shí)施例的流程圖。
[0037]圖2是本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置的制造方法的第二實(shí)施例的流程圖。
[0038]圖3是本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖4是圖3的剖視圖。
[0040]圖5是圖3的分解圖。
[0041]圖6是圖5中發(fā)電單元的放大示意圖。
[0042]圖7是圖6中彈性板的放大示意圖。
[0043]圖8是圖7另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖9是圖6中壓電片的放大示意圖。
[0045]圖10是本發(fā)明發(fā)電單元一種成型過程的示意圖。
[0046]圖11是本發(fā)明發(fā)電單元另一種成型過程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。本發(fā)明提供的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，通過將彈性板、柔性薄膜、壓電片集成到晶圓工藝，一次成型得到數(shù)個(gè)發(fā)電單元，從而提高精度，縮短工藝時(shí)間，大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
[0048]如圖1所示，本發(fā)明所提供的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法的第一實(shí)施例，包括如下步驟:
[0049]SlOl:提供一基座，所述基座呈中空結(jié)構(gòu)；
[0050]S102:提供第一底蓋,將所述第一底蓋蓋設(shè)于所述基座的一個(gè)端部,所述第一底蓋與所述基座形成容置腔；
[0051]S103:提供第一晶圓，在所述第一晶圓的背面進(jìn)行刻蝕，從而使所述第一晶圓的背面形成有薄壁、支撐部及質(zhì)量塊；
[0052]S104:在所述第一晶圓的正面進(jìn)行刻蝕，將所述薄壁刻蝕形成多個(gè)彈性臂，從而使第一晶圓形成彈性板；
[0053]S105:在所述第一晶圓的正面敷設(shè)一柔性薄膜；
[0054]S106:在所述柔性薄膜上沉積或?yàn)R射形成一壓電膜；
[0055]S107:將壓電膜進(jìn)行刻蝕而劃分成包含多個(gè)壓電片的諸多壓電片組，并沉積壓電片焊盤;
[0056]S108:在所述壓電片上沉積形成保護(hù)層；
[0057]S109:將所述第一晶圓進(jìn)行單體切割而形成所述發(fā)電單元；[0058]SllO:提供至少一個(gè)發(fā)電單元，將所述發(fā)電單元從所述基座的另一端部裝設(shè)于所述容置腔內(nèi)；
[0059]Slll:提供至少兩根導(dǎo)電焊針，使所述導(dǎo)電焊針與所述發(fā)電單元電連接 '及
[0060]S112:提供第二底蓋，將所述第二底蓋蓋設(shè)于基座的另一個(gè)端部，并使所述導(dǎo)電焊針穿過所述第一底蓋或第二底蓋從而形成導(dǎo)電電極。
[0061]如圖2所示，本發(fā)明所提供的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法的第二實(shí)施例，包括如下步驟:
[0062]S201:提供一基座，所述基座呈中空結(jié)構(gòu)；
[0063]S202:提供第一底蓋,將所述第一底蓋蓋設(shè)于所述基座的一個(gè)端部,所述第一底蓋與所述基座形成容置腔；
[0064]S203:提供第二晶圓，在所述第二晶圓的背面進(jìn)行刻蝕，從而使所述第二晶圓的背面形成有薄壁、支撐部及質(zhì)量塊；
[0065]S204:在所述第二晶圓的正面進(jìn)行刻蝕，將所述薄壁刻蝕形成多個(gè)彈性臂，從而使第二晶圓形成彈性板；
[0066]S205:提供第三晶圓，并在所述第三晶圓的一表面上沉積或?yàn)R射形成一壓電膜；
[0067]S206:在所述壓電膜上敷設(shè)一柔性薄膜；
[0068]S207:將所述第三晶圓的柔性薄膜與所述第二晶圓的正面對應(yīng)粘接；
[0069]S208:通過刻蝕將所述第三晶圓去除；
[0070]S209:將去除所述第三晶圓后露出的所述壓電膜進(jìn)行刻蝕而劃分成包含多個(gè)壓電片的諸多壓電片組，并沉積壓電片焊盤；
[0071]S210:在所述壓電片上沉積形成保護(hù)層；
[0072]S211:將所述第二晶圓進(jìn)行單體切割而形成所述發(fā)電單元；
[0073]S212:提供至少一個(gè)發(fā)電單元，將所述發(fā)電單元從所述基座的另一端部裝設(shè)于所述容置腔內(nèi)；
[0074]S213:提供至少兩根導(dǎo)電焊針，使所述導(dǎo)電焊針與所述發(fā)電單元電連接 '及
[0075]S214:提供第二底蓋，將所述第二底蓋蓋設(shè)于基座的另一個(gè)端部，并使所述導(dǎo)電焊針穿過所述第一底蓋或第二底蓋從而形成導(dǎo)電電極。
[0076]在上述壓電震動發(fā)電裝置的制造方法的第二實(shí)施例中，利用兩晶圓來制造所述發(fā)電單元，其制造工藝更簡單，工藝時(shí)間更短，因此，利用該方法制造的成本更低，產(chǎn)能更大。
[0077]值得注意的是，上述制造方法的第一、第二實(shí)施例中，第一晶圓、第二晶圓、第三晶圓均為相同的晶圓，采用上述命名方式僅是為了更方便地描述本發(fā)明的不同實(shí)施例，命名方式當(dāng)然不能以此為限，還可以用其他方式命名，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。
[0078]由于本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置I的制造方法，通過刻蝕晶圓及在刻蝕后的所述晶圓上形成柔性薄膜33、壓電片32而制成數(shù)個(gè)發(fā)電單元30，再將所述發(fā)電單元30安裝于基座20與底蓋10形成的容置腔內(nèi)；通過將彈性板34、柔性薄膜33、壓電片32集成到晶圓工藝，一次成型得到數(shù)個(gè)獨(dú)立的發(fā)電單元30，從而提高精度，縮短工藝時(shí)間，大大提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。
[0079]利用上述兩種方法制造得到的壓電震動發(fā)電裝置1，結(jié)構(gòu)相同。具體地，所述壓電震動發(fā)電裝置I包括第一底蓋11、第二底蓋12、基座20、至少一個(gè)發(fā)電單元30及至少兩個(gè)導(dǎo)電焊針40，所述基座20呈中空結(jié)構(gòu)，第一底蓋11、第二底蓋12分別蓋設(shè)于所述基座20的兩端部并與所述基座20形成容置腔，所述發(fā)電單元30安裝于所述容置腔內(nèi)，所述導(dǎo)電焊針40穿過第一底蓋11、第二底蓋12之一而形成導(dǎo)電電極。
[0080]下面結(jié)合圖3-圖9所示，對利用本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置I的制造方法制造得到的壓電震動發(fā)電裝置I的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0081]如圖3-圖5所示，在本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置I的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，其包括兩第一底蓋11、第二底蓋12、一基座20、一發(fā)電單元30及兩個(gè)導(dǎo)電焊針40 ;其中，所述基座20呈中空結(jié)構(gòu)，第一底蓋11、第二底蓋12分別蓋設(shè)于所述基座20的兩端，因此，第一底蓋11、第二底蓋12與基座20共同圍城一容置腔，所述發(fā)電單元30安裝于所述容置腔內(nèi)，本實(shí)施例中，兩導(dǎo)電焊針40穿過第二底蓋12而形成兩導(dǎo)電電極。其中，第一底蓋11的中部設(shè)置有一凸起111，第二底蓋12的中部設(shè)置有一凸起121，所述凸起111、121均具有限位作用，從而防止發(fā)電單元30過載振動而被損壞；且本發(fā)明基座20與第一底蓋11、第二底蓋12的配合設(shè)置，在保證發(fā)電效率的同時(shí)，提高壓電震動發(fā)電裝置I的抗沖擊性能。
[0082]如圖4-圖9所示，所述發(fā)電單元30包括壓電片組32、柔性薄膜33、彈性板34及自由振子35，其中，壓電片組32具有多個(gè)壓電片321。柔性薄膜33設(shè)置于所述彈性板34的上表面，且多個(gè)壓電片321呈放射狀地設(shè)置于所述柔性薄膜33上，每個(gè)壓電片321的內(nèi)外兩端均通過柔性薄膜33而與所述彈性板34相連接；自由振子35連接于彈性板34的下表面的中心位置處。對應(yīng)安裝于基座20上時(shí)，彈性板34的周沿支撐于所述基座20的一端部，并使其自由振子35容置于基座20的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此，彈性板34可沿其中心軸線所在方向上下震動，從而帶動其上設(shè)置的壓電片321沿其垂直方向震動，壓電片321的形變會使其產(chǎn)生一壓電輸出，這樣，由于彈性板34及壓電片321的反復(fù)震動，就能源源不斷產(chǎn)生輸出電能，從而向移動電子產(chǎn)品或終端提供電能或向其電池反復(fù)充電。
[0083]下面參閱圖6-圖9所示，本實(shí)施例中，所述彈性板34呈圓形薄片狀，所述彈性板34的中心位置處形成一中心活動區(qū)341，在該彈性板34的另一側(cè)面，對應(yīng)于中心活動區(qū)341的位置處則通過刻蝕形成有一質(zhì)量塊342，所述彈性板34的外緣通過刻蝕形成支撐部343，所述質(zhì)量塊342與支撐部343之間則通過刻蝕形成有若干彈性臂344，相鄰的所述彈性臂344之間均具有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋345以連接相鄰的所述彈性臂344 ;所述柔性薄膜33的結(jié)構(gòu)與彈性板34的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，本實(shí)施例中，柔性薄膜33也呈圓形狀，所述柔性薄膜33設(shè)置于中心活動區(qū)341所在的側(cè)面上，多個(gè)壓電片32設(shè)置于柔性薄膜33上，且多個(gè)壓電片32的兩端分別通過所述柔性薄膜33分別與所述彈性板34的中心活動區(qū)341、支撐部343相連，自由振子35對應(yīng)連接于彈性板34的質(zhì)量塊342上。
[0084]繼續(xù)參閱圖6-圖9所示，本實(shí)施例中，所述彈性臂344有四個(gè)，相鄰的彈性臂344之間均有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋345以連接相鄰的彈性臂344，每個(gè)間隙中的支撐橋345有兩個(gè)。同一間隙中的支撐橋345沿所述中心活動區(qū)341均勻分布，相鄰間隙中的支撐橋345的沿所述中心活動區(qū)341交錯(cuò)分布。當(dāng)然，所述彈性臂344并不以四個(gè)為限，還可以是兩個(gè)、三個(gè)或其他數(shù)目，支撐橋345的數(shù)量對應(yīng)增減即可。
[0085]優(yōu)選地，所述壓電膜為有鉛壓電陶瓷鋯鈦酸鉛壓電薄膜、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛壓電薄膜、無鉛壓電陶瓷鈦酸鋇薄膜、無鉛壓電陶瓷薄膜、鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷薄膜或鈮鎳酸鉀壓電薄膜。[0086]優(yōu)選地，所述壓電膜為弛豫鐵電單晶薄膜(例如:PMN、PZN、PMN-PT, PZN-PT,PMN-PZT)、壓電纖維薄膜(例如:PFC、MFC)、壓電聚合物薄膜(例如PVDF、P (VDF-TrFE))或壓電復(fù)合材料薄膜(例如0-3型的PZT-PVDF、l-3型的PZT-PVDF)。
[0087]優(yōu)選地，所述柔性薄膜33為塑料、聚合體、聚酯纖維、金屬氧化物及非金屬氧化物材質(zhì)。
[0088]優(yōu)選地，本發(fā)明中的彈性板34為單晶硅、多晶硅或氧化鎂材質(zhì)，當(dāng)然并不以此為限，還可以采用其他陶瓷基體制成，利用陶瓷基體形成發(fā)電單元30的方法與利用硅基晶圓制造的方法相同，不再贅述。
[0089]值得注意的是，上述實(shí)施例中，所述彈性板34為圓形結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，彈性板34的結(jié)構(gòu)并不以此為限，所述彈性板34還可以呈三角形、正方形或多邊形其他變形體、組合體等。
[0090]當(dāng)本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置I被安置在移動電子產(chǎn)品或終端上時(shí)，隨著移動電子產(chǎn)品或終端的移動，所述壓電震動發(fā)電裝置I的彈性板34會發(fā)生共振因而帶動壓電片321產(chǎn)生形變，壓電片321的形變會使其產(chǎn)生一壓電輸出，這樣，由于彈性板34及壓電片321的反復(fù)震動，就能源源不斷產(chǎn)生輸出電壓，從而向移動電子產(chǎn)品或終端提供電能或向其電池反復(fù)充電；且壓電片321保持有效形變，機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率高，提高發(fā)電效率；再者，所述彈性板34結(jié)構(gòu)簡單，體積小、厚度薄、效能高且成本低。
[0091]下面結(jié)合圖1、圖3-圖10所示，對利用第一種壓電震動發(fā)電裝置的制造方法制造發(fā)電單元30的過程、由該發(fā)電單元30組裝成為壓電震動發(fā)電裝置I的過程進(jìn)行描述。
[0092]本發(fā)明發(fā)電單元30的第一種制造方法中，只利用一個(gè)晶圓制造得到該發(fā)電單元30。具體地，首先在第一晶圓340a的背面進(jìn)行刻蝕，從而使所述第一晶圓340a的背面形成有質(zhì)量塊342、支撐部343及薄壁344a，質(zhì)量塊342形成于中間位置處，為支撐部343在形成于其外緣處；其次，在對第一晶圓340a的正面進(jìn)行刻蝕，將所述薄壁344a刻蝕形成多個(gè)彈性臂344，從而使第一晶圓340a形成彈性板34 ;然后,在第一晶圓340a的正面敷設(shè)一柔性薄膜33，所述柔性薄膜33為塑料、聚合體、聚酯纖維、金屬氧化物及非金屬氧化物材質(zhì)；接著，在柔性薄膜33上通過沉積或?yàn)R射形成一壓電膜32a，再將壓電膜32a進(jìn)行刻蝕而劃分成包含多個(gè)壓電片321的諸多壓電片組32，并沉積壓電片焊盤；再次，在壓電片321上沉積形成保護(hù)層，優(yōu)選地，所述壓電片321為PZT壓電片，且壓電片321的結(jié)構(gòu)呈長條形或梯形，其中，以梯形結(jié)構(gòu)為最佳，另外，所述壓電片321可為單層或多層；最后，將第一晶圓340a進(jìn)行單體切割而形成發(fā)電單元30。
[0093]利用上述發(fā)電單元30組裝得到壓電震動發(fā)電裝置I時(shí)，先提供一基座20，所述基座20呈中空結(jié)構(gòu)，先將第二底蓋12蓋設(shè)于所述基座20的一端部，第二底蓋12與基座20圍成一容置腔，再將發(fā)電單元30從基座20的另一端部裝設(shè)于所述容置腔內(nèi)，并使彈性板34的支撐部343支撐于基座20上，彈性板34的質(zhì)量塊342對應(yīng)容置于基座20的中空結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，還可以在質(zhì)量塊342上連接一自由振子35 ;然后，將兩根導(dǎo)電焊針40與發(fā)電單元30電連接；最后再將第一底蓋11蓋設(shè)于基座20的另一個(gè)端部；且本實(shí)施例中，所述導(dǎo)電焊針40穿過所述第二底蓋12從而形成兩導(dǎo)電電極。
[0094]下面結(jié)合圖2、圖3-圖9、圖11所示，對利用第二種壓電震動發(fā)電裝置的制造方法制造發(fā)電單元30的過程、及由該發(fā)電單元30組裝成為壓電震動發(fā)電裝置I的過程進(jìn)行描述。[0095]本發(fā)明發(fā)電單元30的第二種制造方法中，利用兩個(gè)晶圓制造得到發(fā)電單元30。具體地，首先，提供一第二晶圓340b，在第二晶圓340b的背面進(jìn)行刻蝕，從而使第二晶圓340b的背面形成有質(zhì)量塊342、支撐部343及薄壁344a，質(zhì)量塊342形成于中間位置處，支撐部343形成于外緣處。其次，在第二晶圓340b的正面進(jìn)行刻蝕，將薄壁344a刻蝕形成多個(gè)彈性臂344，從而第二晶圓340b形成彈性板34。然后，提供一第三晶圓340c，并在三晶圓340的一表面上通過沉積或?yàn)R射形成一壓電膜32a，并在壓電膜32a上敷設(shè)一柔性薄膜33，所述柔性薄膜33為塑料、聚合體、聚酯纖維、金屬氧化物及非金屬氧化物材質(zhì)。接著，將第三晶圓340c的柔性薄膜33與第二晶圓340b的正面對應(yīng)粘接，并通過刻蝕將第三晶圓340c的基體部分全部去除，只留下柔性薄膜33及壓電膜32a。最后，將去除第三晶圓340c的基體后所露出的壓電膜32a進(jìn)行刻蝕而劃分成包含多個(gè)壓電片321的諸多壓電片組32，并沉積壓電片焊盤；再在所述壓電片321上沉積形成保護(hù)層31 ;優(yōu)選地，所述壓電片321為PZT壓電片，且壓電片321的結(jié)構(gòu)呈長條形或梯形，其中，以梯形結(jié)構(gòu)為最佳，另外，所述壓電片組32可為單層或多層。完成上述步驟后，再將所述第二晶圓340b進(jìn)行單體切割而形成所述發(fā)電單元30。
[0096]利用兩個(gè)晶圓來制造得到本發(fā)明的發(fā)電單元30，其制造時(shí)的工藝時(shí)間更短，工藝更簡單，產(chǎn)能更大，成本更低。
[0097]利用上述發(fā)電單元30組裝得到壓電震動發(fā)電裝置I時(shí)，先提供一基座20，所述基座20呈中空結(jié)構(gòu)；然后，在基座20的一端部蓋設(shè)第二底蓋12，所述第二底蓋12與所述基座20形成容置腔；接著，將發(fā)電單元30從所述基座20的另一端部裝設(shè)于所述容置腔內(nèi)，即將彈性板34的支撐部343支撐于基座20上，并使彈性板34的質(zhì)量塊342對應(yīng)容置于基座20的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)，優(yōu)選地，還可以在質(zhì)量塊342上連接一自由振子35 ;然后，再將兩導(dǎo)電焊針40與所述發(fā)電單元30電連接，最后，將第一底蓋11蓋設(shè)于基座20的另一端部，并使所述導(dǎo)電焊針40穿過所述第二底蓋12從而形成導(dǎo)電電極。
[0098]由于本發(fā)明壓電震動發(fā)電裝置I，其壓電片321形成于所述彈性板34的表面，增大其面積，從而提高發(fā)電效率；而震動時(shí)，所述彈性板34帶動所述壓電片321沿其軸線方向震動，彈性大，機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率高，進(jìn)一步提高發(fā)電效率；且彈性板34結(jié)構(gòu)簡單，體積小、厚度薄、效能高且成本低；且該壓電震動發(fā)電裝置I具有較高的抗沖擊性能。
[0099]以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)提供一基座，所述基座呈中空結(jié)構(gòu)； (2)提供第一底蓋，將所述第一底蓋蓋設(shè)于所述基座的一個(gè)端部，所述第一底蓋與所述基座形成容置腔； (3)通過刻蝕晶圓及在刻蝕后的所述晶圓上形成柔性薄膜、壓電片而制成數(shù)個(gè)發(fā)電單元; (4)提供至少一個(gè)發(fā)電單元，將所述發(fā)電單元從所述基座的另一端部裝設(shè)于所述容置腔內(nèi)； (5 )提供至少兩根導(dǎo)電焊針，使所述導(dǎo)電焊針與所述發(fā)電單元電連接；及 (6)提供第二底蓋，將所述第二底蓋蓋設(shè)于基座的另一個(gè)端部，并使所述導(dǎo)電焊針穿過所述第一底蓋或第二底蓋從而形成導(dǎo)電電極。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述步驟(3)具體包括如下步驟: (31)提供第一晶圓，在所述第一晶圓的背面進(jìn)行刻蝕，從而使所述第一晶圓的背面形成有薄壁、支撐部及質(zhì)量塊； (32)在所述第 一晶圓的正面進(jìn)行刻蝕，將所述薄壁刻蝕形成多個(gè)彈性臂，從而使第一晶圓形成彈性板； (33)在所述第一晶圓的正面敷設(shè)一柔性薄膜； (34)在所述柔性薄膜上沉積或?yàn)R射形成一壓電膜； (35)將壓電膜進(jìn)行刻蝕而劃分成包含多個(gè)壓電片的諸多壓電片組，并沉積壓電片焊盤； (36)在所述壓電片上沉積形成保護(hù)層； (37)將所述第一晶圓進(jìn)行單體切割而形成所述發(fā)電單元。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述步驟(3)具體包括如下步驟: (31)提供第二晶圓，在所述第二晶圓的背面進(jìn)行刻蝕，從而使所述第二晶圓的背面形成有薄壁、支撐部及質(zhì)量塊； (32)在所述第二晶圓的正面進(jìn)行刻蝕，將所述薄壁刻蝕形成多個(gè)彈性臂，從而使第二晶圓形成彈性板； (33)提供第三晶圓，并在所述第三晶圓的一表面上沉積或?yàn)R射形成一壓電膜； (34)在所述壓電膜上敷設(shè)一柔性薄膜； (35)將所述第三晶圓的柔性薄膜與所述第二晶圓的正面對應(yīng)粘接； (36)通過刻蝕將所述第三晶圓去除； (37)將去除所述第三晶圓后露出的所述壓電膜進(jìn)行刻蝕而劃分成包含多個(gè)壓電片的諸多壓電片組，并沉積壓電片焊盤； (38)在所述壓電片上沉積形成保護(hù)層； (39)將所述第二晶圓進(jìn)行單體切割而形成所述發(fā)電單元。
4.如權(quán)利要求2或3所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述壓電膜為有鉛壓電陶瓷鋯鈦酸鉛壓電薄膜、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛壓電薄膜、無鉛壓電陶瓷鈦酸鋇薄膜、無鉛壓電陶瓷薄膜、鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷薄膜或鈮鎳酸鉀壓電薄膜。
5.如權(quán)利要求2或3所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述壓電膜為弛豫鐵電單晶薄膜、壓電纖維薄膜、壓電聚合物薄膜或壓電復(fù)合材料薄膜。
6.如權(quán)利要求2或3所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述柔性薄膜為塑料、聚合體、聚酯纖維、金屬氧化物及非金屬氧化物材質(zhì)。
7.如權(quán)利要求2或3所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述彈性板呈圓形或方形結(jié)構(gòu)，所述質(zhì)量塊形成于所述彈性板的中心位置處，所述支撐部形成于所述彈性板的外緣，所述彈性臂形成于所述質(zhì)量塊與所述支撐部之間。
8.如權(quán)利要求7所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述彈性臂有若干個(gè)，相鄰的所述彈性臂之間均具有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的所述彈性臂。
9.如權(quán)利要求7所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述柔性薄膜形成于所述彈性板的相對于所述質(zhì)量塊的另一側(cè)側(cè)面上，所述壓電片組設(shè)置于所述柔性薄膜上。
10.如權(quán)利要求9所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述壓電片組包括若干個(gè)壓電片，若干個(gè)所述壓電片呈放射狀地形成于所述柔性薄膜上，且若干個(gè)所述壓電片的兩端通過所述柔性薄膜分別與所述彈性板的中心位置、支撐部相連。
11.如權(quán)利要求10所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述壓電片呈條狀或梯形狀。
12.如權(quán)利要求2或3所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，所述彈性板為單晶硅、多晶硅或氧化 鎂材質(zhì)。
13.使用如權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的壓電震動發(fā)電裝置的制造方法制造的壓電震動發(fā)電裝置，其特征在于:包括第一底蓋、第二底蓋、基座、至少一個(gè)發(fā)電單元及至少兩個(gè)導(dǎo)電焊針，所述基座呈中空結(jié)構(gòu)，所述第一底蓋、所述第二分別蓋設(shè)于所述基座的兩端部并與所述基座形成容置腔，所述發(fā)電單元安裝于所述容置腔內(nèi)，所述導(dǎo)電焊針穿過所述第一底蓋或第二底蓋而形成導(dǎo)電電極。
14.如權(quán)利要求13所述的壓電震動發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電單元包括彈性板、柔性薄膜及壓電片組，所述彈性板的周沿支撐于所述基座上，以使所述彈性板沿其中心軸線所在方向上下震動，所述柔性薄膜設(shè)置于所述彈性板上，所述壓電片組設(shè)置于所述柔性薄膜上并通過所述柔性薄膜與所述彈性板相連接。
15.如權(quán)利要求14所述的壓電震動發(fā)電裝置，其特征在于，所述彈性板的中心位置處形成有質(zhì)量塊，所述彈性板的外緣形成支撐部，所述質(zhì)量塊與所述支撐部之間形成有若干彈性臂，相鄰的所述彈性臂之間均具有一定的間隙，所述間隙中均分布有支撐橋以連接相鄰的所述彈性臂，所述柔性薄膜設(shè)置于所述彈性板的相對于所述質(zhì)量塊的另一側(cè)面上，所述壓電片組設(shè)置于所述柔性薄膜上。
16.如權(quán)利要求15所述的壓電震動發(fā)電裝置，其特征在于，所述壓電片組包含多個(gè)所述壓電片，多個(gè)所述壓電片呈放射狀地設(shè)置于所述柔性薄膜上，且多個(gè)所述壓電片的兩端通過所述柔性薄膜分別與所述彈性板的中心位置、支撐部相連。
【文檔編號】H01L41/113GK103888020SQ201210559065
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】馮淑蘭, 彭春雷 申請人:北京嘉岳同樂極電子有限公司