一种基于微加工技术的压电电磁集成发电装置的制造方法_2

文档序号:8907404阅读:来源:国知局
8、光刻、显影,用王水腐蚀Pt,用氢氟酸腐蚀Ti,使得下电极图形化,去负胶,使用掩膜版,得到下电极片;
[0023]步骤5:在下电极片的上表面通过匀胶一一凝胶法制备PZT压电材料层;
[0024]步骤6:通过溅射工艺,甩正胶BP212、光刻、显影、后烘,在PZT压电材料层表面先溅射一层50nm的Ti作为结合层,然后在结合层上溅射200nm的Pt ;去正胶,使用掩膜版,采用剥离工艺制作出上电极片;
[0025]步骤7:在上电极片上设置PZT薄膜作为上电极片的绝缘保护层;
[0026]步骤8:使用掩膜版,刻蚀硅基压电悬臂梁释放窗口、引脚的PZT和上、下电极片焊盘的PZT,反面ICP刻蚀,正面ICP刻透,释放硅基压电悬臂梁;在硅基压电悬臂梁的短边上设置上电极引线点和下电极引线点;
[0027]步骤9:选取100型硅片,对其单面进行抛光形成第二硅层,采用标准清洗,烘干后对抛光的第二硅层表面进行热氧化形成第二二氧化硅层,在第二硅层的背面采用湿法刻蚀,刻蚀娃杯,厚度留30um ;用正胶AZ702,光刻、显影,使用掩膜版,在第二二氧化娃层表面先派射一层40nm的Ti作为结合层,然后在结合层上派射Ium的Cu,然后在Cu表面派射一层50nm的Au作为保护层,采用剥离的方法制作出微型平面感应线圈,在微型平面感应线圈上设置正极引线点和负极引线点;采用干法刻蚀,在第二硅层的中央刻蚀出引线孔;
[0028]步骤10:将加工好的硅基压电悬臂梁的硅片和溅射微型平面感应线圈的硅片进行切片,单元大小为20mmX20mm ;选取截面尺寸为30mmX30mm的基板,中间挖出1mmX 1mm的通口 ;在基板的下端面上设置硅基压电悬臂梁接线点,基板的上端面上设置微型平面感应线圈接线点;
[0029]步骤11:通过热声键合工艺,把引线与微型平面感应线圈的正极引线点和负极引线点的引线键合焊盘,把键合好的引线穿过引线孔待用;把切割好的基板、溅射微型平面感应线圈的硅片以及加工硅基压电悬臂梁的硅片通过低温超声阳极键合工艺键合到一起,其中,溅射微型平面感应线圈的硅片在上方,且溅射微型平面感应线圈的一面朝下,基板夹在中间,加工硅基压电悬臂梁的硅片在下方且使含有PZT压电材料层的一面朝下,同时使硅基压电悬臂梁与微型平面感应线圈保持500um至100um的距离;把键合好的穿过引线孔的引线与基板的微型平面感应线圈接线点相键合,另选引线与硅基压电悬臂梁的上电极引线点和下电极引线点的引线键合焊盘键合,把键合好的引线与基板上的硅基压电悬臂梁接线点相键合;
[0030]步骤12:在四根硅基压电悬臂梁围成的定位平台的中央处均匀涂抹适量的AB胶,选取永磁铁粘附在定位平台上;
[0031]步骤13:给基板的微型平面感应线圈接线点和硅基压电悬臂梁接线点接线,测试发电装置的性能,待通过测试后,撤掉测试线,再用引线分别与基板的微型平面感应线圈接线点和硅基压电悬臂梁接线点通过热声键合工艺键合,键合好的引线待用;
[0032]步骤14:制作衬底和截面呈U型的边框,在边框的下端面上镀一层Au膜,通过共晶键合工艺把边框键合到衬底上,把键合好的基板固定到边框内,使永磁铁与衬底的上表面之间留有振动间隙;
[0033]步骤15:在衬底的上表面两端镀一层Au膜,形成与外部连接的薄膜型金属化布线,在金属化布线的两端设置引线键合焊盘,通过热声键合工艺,把步骤13中键合好的引线与衬底两端的金属化布线引线键合焊盘相键合,实现能量的输出;
[0034]步骤16:设置外壳和金属环片,外壳的上、下端面均为开口结构,把金属环片通过共晶键合工艺键合到外壳的上端面上,在外壳的下端面镀一层Au膜,通过共晶键合工艺,把外壳键合到衬底上;
[0035]步骤17:制作盖板和焊片,在盖板的下表面和金属环片的上表面镀一层Ni和Au,将键合好的上述器件用丙酮超声波清洗,去除表面油污,保证封装表面清洁,提高封装密封性;然后在真空干燥箱内烘烤20分钟,去除器件材料表面吸附的气体;
[0036]步骤18:将键合好的上述器件放入真空封装设备的特制夹具中,同时在外壳围成的真空腔室内加入吸气剂,在金属环片上依次放上焊片和盖板,对依次叠放的盖板、焊片、金属环片、外壳和衬底施加一定的压力,控制好合适的温度,通过回流焊接工艺,完成该发电装置的真空封装。
[0037]由于采用了上述技术方案,本发明所取得的有益效果为:
[0038]1、本发明实现了压电和电磁的复合发电,可有效地将环境中的振动能转化为电能,输出的电压高、电流大、能量密度大、能量转换率高,从而为微机电系统提供持久、稳定、高效的能量。
[0039]2、本发明采用环境中普遍存在的振动能驱动,实现了微器件的自供能,工作寿命长、适应范围广。
[0040]3、本发明实现了发电装置的集成制造和真空封装,真空封装能够保证发电装置实现最大有效的工作状态,提高发电装置的能量输出,并延长其使用寿命。
【附图说明】
[0041]图1为本发明的半剖结构示意图。
[0042]图2为本发明的剖面立体结构示意图。
[0043]图3为本发明的中的基板从一侧看过去的结构示意图。
[0044]图4为本发明中的基板与边框装配后从一侧看过去的结构示意图。
[0045]图5为本发明中的基板与边框装配后从另一侧看过去的结构示意图。
[0046]图6为本发明中的压电发电机构和电磁发电机构的平面结构示意图。
[0047]图7为本发明中基板下端面的接线点布局图。
[0048]图8为本发明中基板上端面的接线点布局图。
[0049]图9为本发明中第一硅层的结构示意图。
[0050]图10为本发明中微型平面感应线圈的结构示意图。
[0051]其中,
[0052]1、盖板 2、外壳 3、焊片 4、边框 5、基板 6、第一娃层 7、第一二氧化硅层 8、下电极片 9、PZT压电材料层 10、上电极片 11、上电极引线点 12、下电极引线点 13、第二硅层 14、第二二氧化硅层 15、微型平面感应线圈 16、永磁铁 17、正极引线点 18、负极引线点 19、引线孔 20、金属环片 21、衬底 22、
真空腔室 23、硅基压电悬臂梁 24、硅基压电悬臂梁接线点 25、微型平面感应线圈接线点
【具体实施方式】
[0053]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明,但本发明并不限于这些实施例。
[0054]如图1和图2所示,一种基于微加工技术的压电电磁集成发电装置,包括衬底21,衬底21的上方设置有外壳2和盖板1,外壳2的上部和下部均为开口结构,外壳2的底端通过共晶键合工艺键合在衬底21的上端面上,外壳2的顶端与盖板I的下端面之间设置有相互键合的焊片3和金属环片20,焊片3的顶端与盖板I的下端面相键合,金属环片20的底端与外壳2的顶端相键合,所述外壳2是由陶瓷制成的,其形状为长方形或正方形,外壳2的底端镀有Au膜;所述盖板I的下表面和金属环片20的上表面要求要有很好的平整性,因此其上表面均镀有Ni和Au,金属环片20通过共晶键合工艺键合在外壳2的顶端面上,所述焊片3为金锡焊料,在真空封装设备内,通过回流焊接工艺,将外壳2、金属环片20、焊片3和盖板I键合到一起并与上述衬板21配合形成真空腔室22,以避免空气中的细微颗粒对发电装置的影响,减小空气阻尼,提高发电装置的工作效率。
[0055]如图1和图2所示,所述真空腔室22内加入吸气剂,以减少外部气体泄漏和随温度升高各种材料中吸附的气体会释放出的影响,延长发电装置的使用寿命;所述真空腔室22内设置有边
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