压电震动发电装置及其制造方法
【专利摘要】本发明公开一种压电震动发电装置的制造方法，包括：（1）提供一呈中空结构的基座；（2）提供第一底盖，将其设于基座的一个端部而使其与基座形成容置腔；（3）通过刻蚀晶圆及在刻蚀后的晶圆上形成柔性薄膜、压电片而制成数个发电单元；（4）提供至少一个发电单元并将其装设于容置腔内；（5）提供至少两根导电焊针，使其与发电单元电连接；（6）提供第二底盖，将其盖设于基座的另一个端部，并使导电焊针穿过第一或第二底盖从而形成导电电极。通过刻蚀晶圆及在刻蚀后的晶圆上形成柔性薄膜、压电片而制成数个发电单元，一次成型得到数个独立的发电单元，提高精度，缩短工艺时间，大大提高生产效率，降低生产成本。本发明还公开一种压电震动发电装置。
【专利说明】压电震动发电装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微能源【技术领域】，尤其涉及一种压电震动发电装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着微纳机电系统(MEMS、NEMS)技术的快速发展与应用，带动了无线传感网络技术的发展，并在工业、航天、通讯、商业、消费及军事领域逐步实现了商业化应用，但仍然面临一个十分严重的问题，即如何保障这些无线传感单元及移动通讯设备的电能供给。传统做法是使用电池，但由于构成无线传感网络及移动通讯设备的单元器件数量庞大，体积微小，位置分散，这就要求其供电器件具有体积小、效能高、易集成、无人值守及不需更换等特点。所以，采用传统电池已经不能满足无线传感网络及移动通讯设备的发展要求。
[0003]因此，一种可为微纳系统提供长期可靠的自供电能的微型发电装置应运而生，其通过吸收环境中的机械能(如震动、风能、气流能等)和/或热能、太阳能、静电能等，从而在相应的系统中产生电力输出。现有的微型发电装置一般都将震动介质装设于悬臂梁上，例如美国专利第US2007/0284969号揭示了一种压电振动发电装置，该装置利用设置在一端的重力块使平板弯曲，敷设在平板表面的PZT压电片因弯曲变形而产生电能；又如中国专利第200810023882.8号也揭示了一种压电振动发电装置，该装置也是利用贴附在悬臂梁表面的PZT压电片形变而产生电能；上述两种方案都存在PZT压电片形变小，输出效率低，防冲击效果差等不足；因为悬臂梁的形变大小与杆长有关，但由于结构及成本的限制，悬臂梁不可能太长，这样，就限制了其位移及PZT形变，因而限制了其发电效率；另外，杆越长，防冲击效果越差，所以，为满足制造成本及防冲击的要求，杆不可能做的太长。
[0004]因此，有必要提供一种体积小，发电效率高，制作简单，易实现产业化的压电震动发电装置以及其制造方法以解决现有技术的不足。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种压电震动发电装置的制造方法，通过该方法制造压电震动发电装置时，制作简单，易实现产业化。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种压电震动发电装置，其制作简单，易实现产业化，且该压电震动发电装置的结构简单，体积小，发电效率高。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案为:提供一种压电震动发电装置的制造方法，其包括如下步骤:(1)提供一基座，所述基座呈中空结构；(2)提供第一底盖，将所述第一底盖盖设于所述基座的一个端部，所述第一底盖与所述基座形成容置腔；(3)通过刻蚀晶圆及在刻蚀后的所述晶圆上形成柔性薄膜、压电片而制成数个发电单元；(4)提供至少一个发电单元，将所述发电单元从所述基座的另一端部装设于所述容置腔内；(5)提供至少两根导电焊针，使所述导电焊针与所述发电单元电连接；(6)提供第二底盖，将所述第二底盖盖设于基座的另一个端部，并使所述导电焊针穿过所述第一底盖或第二底盖从而形成导电电极。[0008]在本发明压电震动发电装置的制造方法的一个实施例中，所述步骤(3)进一步包括如下步骤:
[0009](31)提供第一晶圆，在所述第一晶圆的背面进行刻蚀，从而使所述第一晶圆的背面形成有薄壁、支撑部及质量块；(32)在所述第一晶圆的正面进行刻蚀，将所述薄壁刻蚀形成多个弹性臂，从而使第一晶圆形成弹性板；(33)在所述第一晶圆的正面敷设一柔性薄膜；(34)在所述柔性薄膜上沉积或溅射形成一压电膜；(35)将压电膜进行刻蚀而划分成包含多个压电片的诸多压电片组，并沉积压电片焊盘；(36)在所述压电片上沉积形成保护层；(37)将所述第一晶圆进行单体切割而形成所述发电单元。
[0010]较佳地，所述压电膜为有铅压电陶瓷锆钛酸铅压电薄膜、铌镁酸铅-钛酸铅压电薄膜、无铅压电陶瓷钛酸钡薄膜、无铅压电陶瓷薄膜、铌酸盐系无铅压电陶瓷薄膜或铌镍酸钾压电薄膜。
[0011]较佳地，所述压电膜为弛豫铁电单晶薄膜(例如:PMN、PZN、PMN-PT, PZN-PT,PMN-PZT)、压电纤维薄膜(例如:PFC、MFC)、压电聚合物薄膜(例如PVDF、P (VDF-TrFE))或压电复合材料薄膜(例如0-3型的PZT-PVDF、l-3型的PZT-PVDF)。
[0012]较佳地，所述柔性薄膜为塑料、聚合体、聚酯纤维、金属氧化物及非金属氧化物材质。
[0013]较佳地，所述弹性板呈圆形或方形结构，所述质量块形成于所述弹性板的中心位置处，所述支撑部形成于所述弹性板的外缘，所述弹性臂形成于所述质量块与所述支撑部之间。
[0014]较佳地，所述弹性臂有若干个，相邻的所述弹性臂之间均具有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的所述弹性臂。
[0015]较佳地，所述柔性薄膜形成于所述弹性板的相对于所述质量块的另一侧侧面上，所述压电片组设置于所述柔性薄膜上。
[0016]较佳地，所述压电片组包括若干个压电片，若干个所述压电片呈放射状地形成于所述柔性薄膜上，且若干个所述压电片的两端通过所述柔性薄膜分别与所述弹性板的中心位置、支撑部相连。
[0017]较佳地，所述压电片呈条状或梯形状。
[0018]较佳地，所述弹性板为单晶硅、多晶硅或氧化镁材质。
[0019]在本发明压电震动发电装置的制造方法的另一个实施例中，所述步骤(3)具体包括如下步骤:
[0020](31)提供第二晶圆，在所述第二晶圆的背面进行刻蚀，从而使所述第二晶圆的背面形成有薄壁、支撑部及质量块；(32)在所述第二晶圆的正面进行刻蚀，将所述薄壁刻蚀形成多个弹性臂，从而使第二晶圆形成弹性板；(33)提供第三晶圆，并在所述第三晶圆的一表面上沉积或溅射形成一压电膜；(34)在所述压电膜上敷设一柔性薄膜；(35)将所述第三晶圆的柔性薄膜与所述第二晶圆的正面对应粘接；(36)通过刻蚀将所述第三晶圆去除；
(37)将去除所述第三晶圆后露出的所述压电膜进行刻蚀而划分成包含多个压电片的诸多压电片组，并沉积压电片焊盘；(38)在所述压电片上沉积形成保护层；(39)将所述第二晶圆进行单体切割而形成所述发电单元。
[0021]较佳地，所述压电膜为有铅压电陶瓷锆钛酸铅压电薄膜、铌镁酸铅-钛酸铅压电薄膜、无铅压电陶瓷钛酸钡薄膜、无铅压电陶瓷薄膜、铌酸盐系无铅压电陶瓷薄膜或铌镍酸钾压电薄膜。
[0022]较佳地，所述压电膜为弛豫铁电单晶薄膜(例如:PMN、PZN、PMN-PT, PZN-PT,PMN-PZT)、压电纤维薄膜(例如:PFC、MFC)、压电聚合物薄膜(例如PVDF、P (VDF-TrFE))或压电复合材料薄膜(例如0-3型的PZT-PVDF、l-3型的PZT-PVDF)。
[0023]较佳地，所述柔性薄膜为塑料、聚合体、聚酯纤维、金属氧化物及非金属氧化物材质。
[0024]较佳地，所述弹性板呈圆形或方形结构，所述质量块形成于所述弹性板的中心位置处，所述支撑部形成于所述弹性板的外缘，所述弹性臂形成于所述质量块与所述支撑部之间。
[0025]较佳地，所述弹性臂有若干个，相邻的所述弹性臂之间均具有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的所述弹性臂。
[0026]较佳地，所述柔性薄膜形成于所述弹性板的相对于所述质量块的另一侧侧面上，所述压电片组设置于所述柔性薄膜上。
[0027]较佳地，所述压电片组包括若干个压电片，若干个所述压电片呈放射状地形成于所述柔性薄膜上，且若干个所述压电片的两端通过所述柔性薄膜分别与所述弹性板的中心位置、支撑部相连。
[0028]较佳地，所述压电片呈条状或梯形状。
[0029]较佳地，所述弹性板为单晶硅、多晶硅或氧化镁材质。
[0030]与现有技术相比，由于本发明压电震动发电装置的制造方法，通过刻蚀晶圆及在刻蚀后的所述晶圆上形成柔性薄膜、压电片而制成数个发电单元，再将所述发电单元安装于基座与底盖形成的容置腔内，从而得到压电震动发电装置；制造过程中将弹性板、柔性薄膜、压电片集成到晶圆工艺，一次成型得到数个独立的发电单元，从而提高精度，缩短工艺时间，大大提高生产效率，降低生产成本。
[0031]对应地，本发明还提供一种使用上述压电震动发电装置的制造方法制造的压电震动发电装置，其包括第一底盖、第二底盖、基座、至少一个发电单元及至少两个导电焊针，所述基座呈中空结构，所述第一底盖、所述第二分别盖设于所述基座的两端部并与所述基座形成容置腔，所述发电单元安装于所述容置腔内，所述导电焊针穿过所述第一底盖或第二底盖而形成导电电极。
[0032]较佳地，所述发电单元包括弹性板、柔性薄膜及压电片组，所述弹性板的周沿支撑于所述基座上，以使所述弹性板沿其中心轴线所在方向上下震动，所述柔性薄膜设置于所述弹性板上，所述压电片组设置于所述柔性薄膜上并通过所述柔性薄膜与所述弹性板相连接。
[0033]较佳地，所述弹性板的中心位置处形成有质量块，所述弹性板的外缘形成支撑部，所述质量块与所述支撑部之间形成有若干弹性臂，相邻的所述弹性臂之间均具有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的所述弹性臂，所述柔性薄膜设置于所述弹性板的相对于所述质量块的另一侧面上，所述压电片组设置于所述柔性薄膜上。
[0034]较佳地，所述压电片组包含多个所述压电片，多个所述压电片呈放射状地设置于所述柔性薄膜上，且多个所述压电片的两端通过所述柔性薄膜分别与所述弹性板的中心位置、支撑部相连。
[0035]与现有技术相比，由于本发明压电震动发电装置，其压电片形成于所述弹性板的表面，增大其面积，从而提高发电效率；而震动时，所述弹性板带动所述压电片沿其轴线方向震动，弹性大，机械能转换效率闻，进一步提闻发电效率；且弹性板结构简单，体积小、厚度薄、效能高且成本低；且该压电震动发电装置具有较高的抗冲击性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是本发明压电震动发电装置的制造方法的第一实施例的流程图。
[0037]图2是本发明压电震动发电装置的制造方法的第二实施例的流程图。
[0038]图3是本发明压电震动发电装置的结构示意图。
[0039]图4是图3的剖视图。
[0040]图5是图3的分解图。
[0041]图6是图5中发电单元的放大示意图。
[0042]图7是图6中弹性板的放大示意图。
[0043]图8是图7另一角度的结构示意图。
[0044]图9是图6中压电片的放大示意图。
[0045]图10是本发明发电单元一种成型过程的示意图。
[0046]图11是本发明发电单元另一种成型过程的示意图。
【具体实施方式】
[0047]现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明提供的压电震动发电装置的制造方法，通过将弹性板、柔性薄膜、压电片集成到晶圆工艺，一次成型得到数个发电单元，从而提高精度，缩短工艺时间，大大提高生产效率，降低生产成本。
[0048]如图1所示，本发明所提供的压电震动发电装置的制造方法的第一实施例，包括如下步骤:
[0049]SlOl:提供一基座，所述基座呈中空结构；
[0050]S102:提供第一底盖,将所述第一底盖盖设于所述基座的一个端部,所述第一底盖与所述基座形成容置腔；
[0051]S103:提供第一晶圆，在所述第一晶圆的背面进行刻蚀，从而使所述第一晶圆的背面形成有薄壁、支撑部及质量块；
[0052]S104:在所述第一晶圆的正面进行刻蚀，将所述薄壁刻蚀形成多个弹性臂，从而使第一晶圆形成弹性板；
[0053]S105:在所述第一晶圆的正面敷设一柔性薄膜；
[0054]S106:在所述柔性薄膜上沉积或溅射形成一压电膜；
[0055]S107:将压电膜进行刻蚀而划分成包含多个压电片的诸多压电片组，并沉积压电片焊盘;
[0056]S108:在所述压电片上沉积形成保护层；
[0057]S109:将所述第一晶圆进行单体切割而形成所述发电单元；[0058]SllO:提供至少一个发电单元，将所述发电单元从所述基座的另一端部装设于所述容置腔内；
[0059]Slll:提供至少两根导电焊针，使所述导电焊针与所述发电单元电连接 '及
[0060]S112:提供第二底盖，将所述第二底盖盖设于基座的另一个端部，并使所述导电焊针穿过所述第一底盖或第二底盖从而形成导电电极。
[0061]如图2所示，本发明所提供的压电震动发电装置的制造方法的第二实施例，包括如下步骤:
[0062]S201:提供一基座，所述基座呈中空结构；
[0063]S202:提供第一底盖,将所述第一底盖盖设于所述基座的一个端部,所述第一底盖与所述基座形成容置腔；
[0064]S203:提供第二晶圆，在所述第二晶圆的背面进行刻蚀，从而使所述第二晶圆的背面形成有薄壁、支撑部及质量块；
[0065]S204:在所述第二晶圆的正面进行刻蚀，将所述薄壁刻蚀形成多个弹性臂，从而使第二晶圆形成弹性板；
[0066]S205:提供第三晶圆，并在所述第三晶圆的一表面上沉积或溅射形成一压电膜；
[0067]S206:在所述压电膜上敷设一柔性薄膜；
[0068]S207:将所述第三晶圆的柔性薄膜与所述第二晶圆的正面对应粘接；
[0069]S208:通过刻蚀将所述第三晶圆去除；
[0070]S209:将去除所述第三晶圆后露出的所述压电膜进行刻蚀而划分成包含多个压电片的诸多压电片组，并沉积压电片焊盘；
[0071]S210:在所述压电片上沉积形成保护层；
[0072]S211:将所述第二晶圆进行单体切割而形成所述发电单元；
[0073]S212:提供至少一个发电单元，将所述发电单元从所述基座的另一端部装设于所述容置腔内；
[0074]S213:提供至少两根导电焊针，使所述导电焊针与所述发电单元电连接 '及
[0075]S214:提供第二底盖，将所述第二底盖盖设于基座的另一个端部，并使所述导电焊针穿过所述第一底盖或第二底盖从而形成导电电极。
[0076]在上述压电震动发电装置的制造方法的第二实施例中，利用两晶圆来制造所述发电单元，其制造工艺更简单，工艺时间更短，因此，利用该方法制造的成本更低，产能更大。
[0077]值得注意的是，上述制造方法的第一、第二实施例中，第一晶圆、第二晶圆、第三晶圆均为相同的晶圆，采用上述命名方式仅是为了更方便地描述本发明的不同实施例，命名方式当然不能以此为限，还可以用其他方式命名，此为本领域技术人员所熟知的技术。
[0078]由于本发明压电震动发电装置I的制造方法，通过刻蚀晶圆及在刻蚀后的所述晶圆上形成柔性薄膜33、压电片32而制成数个发电单元30，再将所述发电单元30安装于基座20与底盖10形成的容置腔内；通过将弹性板34、柔性薄膜33、压电片32集成到晶圆工艺，一次成型得到数个独立的发电单元30，从而提高精度，缩短工艺时间，大大提高生产效率,降低生产成本。
[0079]利用上述两种方法制造得到的压电震动发电装置1，结构相同。具体地，所述压电震动发电装置I包括第一底盖11、第二底盖12、基座20、至少一个发电单元30及至少两个导电焊针40，所述基座20呈中空结构，第一底盖11、第二底盖12分别盖设于所述基座20的两端部并与所述基座20形成容置腔，所述发电单元30安装于所述容置腔内，所述导电焊针40穿过第一底盖11、第二底盖12之一而形成导电电极。
[0080]下面结合图3-图9所示，对利用本发明压电震动发电装置I的制造方法制造得到的压电震动发电装置I的结构进行说明。
[0081]如图3-图5所示，在本发明压电震动发电装置I的一个优选实施例中，其包括两第一底盖11、第二底盖12、一基座20、一发电单元30及两个导电焊针40 ;其中，所述基座20呈中空结构，第一底盖11、第二底盖12分别盖设于所述基座20的两端，因此，第一底盖11、第二底盖12与基座20共同围城一容置腔，所述发电单元30安装于所述容置腔内，本实施例中，两导电焊针40穿过第二底盖12而形成两导电电极。其中，第一底盖11的中部设置有一凸起111，第二底盖12的中部设置有一凸起121，所述凸起111、121均具有限位作用，从而防止发电单元30过载振动而被损坏；且本发明基座20与第一底盖11、第二底盖12的配合设置，在保证发电效率的同时，提高压电震动发电装置I的抗冲击性能。
[0082]如图4-图9所示，所述发电单元30包括压电片组32、柔性薄膜33、弹性板34及自由振子35，其中，压电片组32具有多个压电片321。柔性薄膜33设置于所述弹性板34的上表面，且多个压电片321呈放射状地设置于所述柔性薄膜33上，每个压电片321的内外两端均通过柔性薄膜33而与所述弹性板34相连接；自由振子35连接于弹性板34的下表面的中心位置处。对应安装于基座20上时，弹性板34的周沿支撑于所述基座20的一端部，并使其自由振子35容置于基座20的中空结构内，因此，弹性板34可沿其中心轴线所在方向上下震动，从而带动其上设置的压电片321沿其垂直方向震动，压电片321的形变会使其产生一压电输出，这样，由于弹性板34及压电片321的反复震动，就能源源不断产生输出电能，从而向移动电子产品或终端提供电能或向其电池反复充电。
[0083]下面参阅图6-图9所示，本实施例中，所述弹性板34呈圆形薄片状，所述弹性板34的中心位置处形成一中心活动区341，在该弹性板34的另一侧面，对应于中心活动区341的位置处则通过刻蚀形成有一质量块342，所述弹性板34的外缘通过刻蚀形成支撑部343，所述质量块342与支撑部343之间则通过刻蚀形成有若干弹性臂344，相邻的所述弹性臂344之间均具有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥345以连接相邻的所述弹性臂344 ;所述柔性薄膜33的结构与弹性板34的结构相对应，本实施例中，柔性薄膜33也呈圆形状，所述柔性薄膜33设置于中心活动区341所在的侧面上，多个压电片32设置于柔性薄膜33上，且多个压电片32的两端分别通过所述柔性薄膜33分别与所述弹性板34的中心活动区341、支撑部343相连，自由振子35对应连接于弹性板34的质量块342上。
[0084]继续参阅图6-图9所示，本实施例中，所述弹性臂344有四个，相邻的弹性臂344之间均有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥345以连接相邻的弹性臂344，每个间隙中的支撑桥345有两个。同一间隙中的支撑桥345沿所述中心活动区341均匀分布，相邻间隙中的支撑桥345的沿所述中心活动区341交错分布。当然，所述弹性臂344并不以四个为限，还可以是两个、三个或其他数目，支撑桥345的数量对应增减即可。
[0085]优选地，所述压电膜为有铅压电陶瓷锆钛酸铅压电薄膜、铌镁酸铅-钛酸铅压电薄膜、无铅压电陶瓷钛酸钡薄膜、无铅压电陶瓷薄膜、铌酸盐系无铅压电陶瓷薄膜或铌镍酸钾压电薄膜。[0086]优选地，所述压电膜为弛豫铁电单晶薄膜(例如:PMN、PZN、PMN-PT, PZN-PT,PMN-PZT)、压电纤维薄膜(例如:PFC、MFC)、压电聚合物薄膜(例如PVDF、P (VDF-TrFE))或压电复合材料薄膜(例如0-3型的PZT-PVDF、l-3型的PZT-PVDF)。
[0087]优选地，所述柔性薄膜33为塑料、聚合体、聚酯纤维、金属氧化物及非金属氧化物材质。
[0088]优选地，本发明中的弹性板34为单晶硅、多晶硅或氧化镁材质，当然并不以此为限，还可以采用其他陶瓷基体制成，利用陶瓷基体形成发电单元30的方法与利用硅基晶圆制造的方法相同，不再赘述。
[0089]值得注意的是，上述实施例中，所述弹性板34为圆形结构，当然，弹性板34的结构并不以此为限，所述弹性板34还可以呈三角形、正方形或多边形其他变形体、组合体等。
[0090]当本发明压电震动发电装置I被安置在移动电子产品或终端上时，随着移动电子产品或终端的移动，所述压电震动发电装置I的弹性板34会发生共振因而带动压电片321产生形变，压电片321的形变会使其产生一压电输出，这样，由于弹性板34及压电片321的反复震动，就能源源不断产生输出电压，从而向移动电子产品或终端提供电能或向其电池反复充电；且压电片321保持有效形变，机械能转换效率高，提高发电效率；再者，所述弹性板34结构简单，体积小、厚度薄、效能高且成本低。
[0091]下面结合图1、图3-图10所示，对利用第一种压电震动发电装置的制造方法制造发电单元30的过程、由该发电单元30组装成为压电震动发电装置I的过程进行描述。
[0092]本发明发电单元30的第一种制造方法中，只利用一个晶圆制造得到该发电单元30。具体地，首先在第一晶圆340a的背面进行刻蚀，从而使所述第一晶圆340a的背面形成有质量块342、支撑部343及薄壁344a，质量块342形成于中间位置处，为支撑部343在形成于其外缘处；其次，在对第一晶圆340a的正面进行刻蚀，将所述薄壁344a刻蚀形成多个弹性臂344，从而使第一晶圆340a形成弹性板34 ;然后,在第一晶圆340a的正面敷设一柔性薄膜33，所述柔性薄膜33为塑料、聚合体、聚酯纤维、金属氧化物及非金属氧化物材质；接着，在柔性薄膜33上通过沉积或溅射形成一压电膜32a，再将压电膜32a进行刻蚀而划分成包含多个压电片321的诸多压电片组32，并沉积压电片焊盘；再次，在压电片321上沉积形成保护层，优选地，所述压电片321为PZT压电片，且压电片321的结构呈长条形或梯形，其中，以梯形结构为最佳，另外，所述压电片321可为单层或多层；最后，将第一晶圆340a进行单体切割而形成发电单元30。
[0093]利用上述发电单元30组装得到压电震动发电装置I时，先提供一基座20，所述基座20呈中空结构，先将第二底盖12盖设于所述基座20的一端部，第二底盖12与基座20围成一容置腔，再将发电单元30从基座20的另一端部装设于所述容置腔内，并使弹性板34的支撑部343支撑于基座20上，弹性板34的质量块342对应容置于基座20的中空结构，优选地，还可以在质量块342上连接一自由振子35 ;然后，将两根导电焊针40与发电单元30电连接；最后再将第一底盖11盖设于基座20的另一个端部；且本实施例中，所述导电焊针40穿过所述第二底盖12从而形成两导电电极。
[0094]下面结合图2、图3-图9、图11所示，对利用第二种压电震动发电装置的制造方法制造发电单元30的过程、及由该发电单元30组装成为压电震动发电装置I的过程进行描述。[0095]本发明发电单元30的第二种制造方法中，利用两个晶圆制造得到发电单元30。具体地，首先，提供一第二晶圆340b，在第二晶圆340b的背面进行刻蚀，从而使第二晶圆340b的背面形成有质量块342、支撑部343及薄壁344a，质量块342形成于中间位置处，支撑部343形成于外缘处。其次，在第二晶圆340b的正面进行刻蚀，将薄壁344a刻蚀形成多个弹性臂344，从而第二晶圆340b形成弹性板34。然后，提供一第三晶圆340c，并在三晶圆340的一表面上通过沉积或溅射形成一压电膜32a，并在压电膜32a上敷设一柔性薄膜33，所述柔性薄膜33为塑料、聚合体、聚酯纤维、金属氧化物及非金属氧化物材质。接着，将第三晶圆340c的柔性薄膜33与第二晶圆340b的正面对应粘接，并通过刻蚀将第三晶圆340c的基体部分全部去除，只留下柔性薄膜33及压电膜32a。最后，将去除第三晶圆340c的基体后所露出的压电膜32a进行刻蚀而划分成包含多个压电片321的诸多压电片组32，并沉积压电片焊盘；再在所述压电片321上沉积形成保护层31 ;优选地，所述压电片321为PZT压电片，且压电片321的结构呈长条形或梯形，其中，以梯形结构为最佳，另外，所述压电片组32可为单层或多层。完成上述步骤后，再将所述第二晶圆340b进行单体切割而形成所述发电单元30。
[0096]利用两个晶圆来制造得到本发明的发电单元30，其制造时的工艺时间更短，工艺更简单，产能更大，成本更低。
[0097]利用上述发电单元30组装得到压电震动发电装置I时，先提供一基座20，所述基座20呈中空结构；然后，在基座20的一端部盖设第二底盖12，所述第二底盖12与所述基座20形成容置腔；接着，将发电单元30从所述基座20的另一端部装设于所述容置腔内，即将弹性板34的支撑部343支撑于基座20上，并使弹性板34的质量块342对应容置于基座20的中空结构内，优选地，还可以在质量块342上连接一自由振子35 ;然后，再将两导电焊针40与所述发电单元30电连接，最后，将第一底盖11盖设于基座20的另一端部，并使所述导电焊针40穿过所述第二底盖12从而形成导电电极。
[0098]由于本发明压电震动发电装置I，其压电片321形成于所述弹性板34的表面，增大其面积，从而提高发电效率；而震动时，所述弹性板34带动所述压电片321沿其轴线方向震动，弹性大，机械能转换效率高，进一步提高发电效率；且弹性板34结构简单，体积小、厚度薄、效能高且成本低；且该压电震动发电装置I具有较高的抗冲击性能。
[0099]以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)提供一基座，所述基座呈中空结构； (2)提供第一底盖，将所述第一底盖盖设于所述基座的一个端部，所述第一底盖与所述基座形成容置腔； (3)通过刻蚀晶圆及在刻蚀后的所述晶圆上形成柔性薄膜、压电片而制成数个发电单元; (4)提供至少一个发电单元，将所述发电单元从所述基座的另一端部装设于所述容置腔内； (5 )提供至少两根导电焊针，使所述导电焊针与所述发电单元电连接；及 (6)提供第二底盖，将所述第二底盖盖设于基座的另一个端部，并使所述导电焊针穿过所述第一底盖或第二底盖从而形成导电电极。
2.如权利要求1所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括如下步骤: (31)提供第一晶圆，在所述第一晶圆的背面进行刻蚀，从而使所述第一晶圆的背面形成有薄壁、支撑部及质量块； (32)在所述第 一晶圆的正面进行刻蚀，将所述薄壁刻蚀形成多个弹性臂，从而使第一晶圆形成弹性板； (33)在所述第一晶圆的正面敷设一柔性薄膜； (34)在所述柔性薄膜上沉积或溅射形成一压电膜； (35)将压电膜进行刻蚀而划分成包含多个压电片的诸多压电片组，并沉积压电片焊盘； (36)在所述压电片上沉积形成保护层； (37)将所述第一晶圆进行单体切割而形成所述发电单元。
3.如权利要求1所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括如下步骤: (31)提供第二晶圆，在所述第二晶圆的背面进行刻蚀，从而使所述第二晶圆的背面形成有薄壁、支撑部及质量块； (32)在所述第二晶圆的正面进行刻蚀，将所述薄壁刻蚀形成多个弹性臂，从而使第二晶圆形成弹性板； (33)提供第三晶圆，并在所述第三晶圆的一表面上沉积或溅射形成一压电膜； (34)在所述压电膜上敷设一柔性薄膜； (35)将所述第三晶圆的柔性薄膜与所述第二晶圆的正面对应粘接； (36)通过刻蚀将所述第三晶圆去除； (37)将去除所述第三晶圆后露出的所述压电膜进行刻蚀而划分成包含多个压电片的诸多压电片组，并沉积压电片焊盘； (38)在所述压电片上沉积形成保护层； (39)将所述第二晶圆进行单体切割而形成所述发电单元。
4.如权利要求2或3所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述压电膜为有铅压电陶瓷锆钛酸铅压电薄膜、铌镁酸铅-钛酸铅压电薄膜、无铅压电陶瓷钛酸钡薄膜、无铅压电陶瓷薄膜、铌酸盐系无铅压电陶瓷薄膜或铌镍酸钾压电薄膜。
5.如权利要求2或3所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述压电膜为弛豫铁电单晶薄膜、压电纤维薄膜、压电聚合物薄膜或压电复合材料薄膜。
6.如权利要求2或3所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述柔性薄膜为塑料、聚合体、聚酯纤维、金属氧化物及非金属氧化物材质。
7.如权利要求2或3所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述弹性板呈圆形或方形结构，所述质量块形成于所述弹性板的中心位置处，所述支撑部形成于所述弹性板的外缘，所述弹性臂形成于所述质量块与所述支撑部之间。
8.如权利要求7所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述弹性臂有若干个，相邻的所述弹性臂之间均具有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的所述弹性臂。
9.如权利要求7所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述柔性薄膜形成于所述弹性板的相对于所述质量块的另一侧侧面上，所述压电片组设置于所述柔性薄膜上。
10.如权利要求9所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述压电片组包括若干个压电片，若干个所述压电片呈放射状地形成于所述柔性薄膜上，且若干个所述压电片的两端通过所述柔性薄膜分别与所述弹性板的中心位置、支撑部相连。
11.如权利要求10所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述压电片呈条状或梯形状。
12.如权利要求2或3所述的压电震动发电装置的制造方法，其特征在于，所述弹性板为单晶硅、多晶硅或氧化 镁材质。
13.使用如权利要求1-12任一项所述的压电震动发电装置的制造方法制造的压电震动发电装置，其特征在于:包括第一底盖、第二底盖、基座、至少一个发电单元及至少两个导电焊针，所述基座呈中空结构，所述第一底盖、所述第二分别盖设于所述基座的两端部并与所述基座形成容置腔，所述发电单元安装于所述容置腔内，所述导电焊针穿过所述第一底盖或第二底盖而形成导电电极。
14.如权利要求13所述的压电震动发电装置，其特征在于，所述发电单元包括弹性板、柔性薄膜及压电片组，所述弹性板的周沿支撑于所述基座上，以使所述弹性板沿其中心轴线所在方向上下震动，所述柔性薄膜设置于所述弹性板上，所述压电片组设置于所述柔性薄膜上并通过所述柔性薄膜与所述弹性板相连接。
15.如权利要求14所述的压电震动发电装置，其特征在于，所述弹性板的中心位置处形成有质量块，所述弹性板的外缘形成支撑部，所述质量块与所述支撑部之间形成有若干弹性臂，相邻的所述弹性臂之间均具有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的所述弹性臂，所述柔性薄膜设置于所述弹性板的相对于所述质量块的另一侧面上，所述压电片组设置于所述柔性薄膜上。
16.如权利要求15所述的压电震动发电装置，其特征在于，所述压电片组包含多个所述压电片，多个所述压电片呈放射状地设置于所述柔性薄膜上，且多个所述压电片的两端通过所述柔性薄膜分别与所述弹性板的中心位置、支撑部相连。
【文档编号】H01L41/113GK103888020SQ201210559065
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】冯淑兰, 彭春雷 申请人:北京嘉岳同乐极电子有限公司