微型压电振动能量收集器及其制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103840075103840075A(43)申请公布日2014.06.04(21)申请号201210493270.1(22)申请日2012.11.27(71)申请人中国科学院微电子研究所地址100029北京市朝阳区北土城西路3#(72)发明人吴航欧毅郑陶雷欧文刘宇(74)专利代理机构北京蓝智辉煌知识产权代理事务所(普通合伙)11345代理人陈红(51)Int.Cl.H01L41/113(2006.01)H01L41/22(2013.01)B81B3/00(2006.01)B81C1/00(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书6页说明书6页附图4页附图4页(54)发明名称微型压电振动能量收集器及其制造方法(57)摘要本发明设计一种新型MEMS压电振动能量收集器的结构及其制备方法，其包括双抛衬底；双面衬底保护层；正面金属导电层(底)作为输出底电极；金属上层制备图形化后的导电胶；PZT压电片通过导电胶键合在硅片底电极；整片覆盖顶电极金属导电层(顶)；KOH通过背面衬底保护层窗口腐蚀，释放出不含Si以环氧树脂为主的悬臂梁结构；划片释放出悬臂梁-质量块结构。本发明结构简单易于实现，便于批量生产，敏感度，输出电平、功率高，适用范围广，安全可靠。CN103840075ACN1038475ACN103840075A权利要求书1/1页1.一种微型压电振动能量收集器，包括：衬底，衬底背面具有开口，剩余的衬底部分作为质量块；第一保护层，位于衬底正面上，开口暴露第一保护层；第一金属层，位于第一保护层上；导电胶层，位于第一金属层上，位置与开口相对应；压电陶瓷片，位于导电胶层上；第二金属层，位于压电陶瓷片上、以及位于未被导电胶层覆盖第一金属层上；其中，第二金属层、压电陶瓷片、导电胶层、第一金属层以及第一保护层构成悬梁臂，跨越开口两侧的质量块。2.如权利要求1的微型压电振动能量收集器，其中，衬底包括硅，第一保护层包括氧化硅、氮化硅及其组合。3.如权利要求1的微型压电振动能量收集器，其中，第一金属层和/或第二金属层包括粘附层以及导电层。4.如权利要求1的微型压电振动能量收集器，其中，导电胶层为掺杂了金属的环氧树脂，压电陶瓷片包括PZT薄膜。5.一种微型压电振动能量收集器的制造方法，包括：在衬底正面上形成第一保护层以及第一金属层；在第一金属层上形成具有窗口的光刻胶层；在第一金属层以及光刻胶层上形成导电胶层；在与窗口对应的位置处的导电胶层上粘贴压电陶瓷片；去除光刻胶层以及未被压电陶瓷片覆盖的导电胶层；在压电陶瓷片以及第一金属层上形成第二金属层；在衬底背面形成与窗口位置对应的开口，直至暴露第一保护层，使得第二金属层、压电陶瓷片、导电胶层、第一金属层以及第一保护层构成悬梁臂，跨越开口两侧的衬底构成的质量块。6.如权利要求6的微型压电振动能量收集器的制造方法，其中，粘贴压电陶瓷片之后进一步包括加热固化导电胶层以完成键合。7.如权利要求6的微型压电振动能量收集器的制造方法，其中，形成第一保护层的同时也在衬底背面形成第二保护层，图案化第二保护层形成暴露衬底的背面窗口，用于在衬底背面形成直至暴露第一保护层的开口。8.如权利要求6的微型压电振动能量收集器的制造方法，其中，粘贴压电陶瓷片之后进一步包括通过CMP以及湿法腐蚀，将压电陶瓷片减薄至需要厚度。9.如权利要求6的微型压电振动能量收集器的制造方法，其中，形成开口之后进一步包括：划片以释放质量块；在第二金属层上形成接触焊垫。10.如权利要求6的微型压电振动能量收集器的制造方法，其中，导电胶层为掺杂了金属的环氧树脂，压电陶瓷片包括PZT薄膜。2CN103840075A说明书1/6页微型压电振动能量收集器及其制造方法技术领域[0001]本发明涉及一种微型压电振动能量收集器及其制造方法，特别是涉及一种基于环氧树脂悬臂梁的微型压电式振动能量收集器及其制造方法。背景技术[0002]微电源通常是无源无线传感器网或者是微执行器的一部分，此类微传感器微执行器使用范围广、需求量大，要求在保证性能的情况下体积小，稳定性强，经常需要工作在极端、恶劣环境或者无法随意更换电池的环境，所以微传感器微执行器搭载微电源模块变得相当必要。[0003]微电源模块，即能量收集器分为压电型、电磁型、可变电容式以及复合型。压电型以其结构简单，性能出众，工作稳定以及近几年来业界对压电材料的广泛深入研究而收到人们的格外关注，在目前的能量收集器件中也占据主导地位。[0004]在压电振动能量收集器结构中，电极-压电材料-电极结构下释放出悬臂梁结构，悬臂梁一端附质量块的结构占据主导地位，此种结构简单易行，但是目前的压电振动能量收集器普遍存在两个显著的问题：[00