一种压电悬臂梁能量采集器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种悬臂梁采集器，特别是设及一种压电悬臂梁能量采集器。
【背景技术】
[0002] 随着微机电系统的发展，微型电子器件应用范围广的优势逐渐凸显出来。当前，通 过采集微电子器件工作环境中的振动能，从而将其转换成电能的方式，已成为一种新的研 究趋势和热点研究问题。对于压电振动能量采集器而言，压电振子的固有频率与开路输出 电压是衡量其工作效率的重要输出参数。
[0003] 为了获得更低的固有频与更高的输出电压，国外一些研究人员把研究重点放在压 电悬臂梁的几何形状上。目前，矩形的悬臂梁结构被广泛应用于压电振动能量采集器，国外 研究员用在悬臂梁末端添加多个质量块运种方法来降低器件固有频率，但为了避免悬臂梁 因振动发生断裂，器件总体尺寸较大。运种方法虽然降低了器件固有频率，但不利于微型集 成化，无法为大量分散的网络传感器节点供电。而基于MEMS技术的压电能量采集器虽然实 现了微型化目标，却往往固有频率较高。
[0004] 然而在生产生活W及国防等某些领域需要实现低频环境的能量采集时，运些方案 会由于采用矩形压电晶片而增大器件的固有频率，不利于低频能量的采集，运就亟需本领 域技术人员解决相应的技术问题。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种压 电悬臂梁能量采集器。
[0006] 为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种压电悬臂梁能量采集 器，包括基板、质量块和压电晶片，在所述基板的上表面覆盖有压电晶片，在压电晶片末端 的上表面承载有质量块，在压电晶片上有M个缕空区域，在基板上有N个缕空区域，所述M和N 均为正整数，且M与N的和不小于1。
[0007] 有利于低频能量的采集，获得最优电压输出性能。
[000引在本实用新型的一种优选实施方式中，M = N时，压电晶片上的缕空区域与基板上 的缕空区域处于相同位置。有利于缕空区域制作方便。
[0009] 在本实用新型的一种优选实施方式中，M、N均为双数时，缕空区域相对于基板的中 屯、线成对称结构，且由最边缘向中屯、线缕空。对称结构的缕空区域更容易找到规律，并且稳 定性更好。
[0010] 在本实用新型的一种优选实施方式中，所述缕空区域为长方体。该形状的缕空区 域制作方便。利用机械微切割方法可W准确地获得直线类型的设计形状尺寸，缕空区域的 长度和宽度可通过机器的走刀位移精确控制，且切片具有0.1 wii的切割精度，能够精确保证 切割图形的均匀性。
[0011] 在本实用新型的一种优选实施方式中，缕空区域的长度1为10-230皿，宽度d为10- 180皿，M、N为 2-44 个。
[0012] 缕空区域的长度和宽度W及缕空区域个数的选择，都能降低器件固有频率，使压 电晶片的输出电压更高。
[0013] 在本实用新型的一种更加优选实施方式中，缕空区域的长度1为200WI1，宽度d为 165皿，M、N分别为12个。
[0014] 此时的固有频率更低，开路输出电压更高;避免器件所受应力过大，导致悬梁臂断 裂。
[0015] 在本实用新型的一种优选实施方式中，其特征在于，压电晶片的长度Lp为3200WI1， 宽度Wp为800皿，厚度tp为14皿;基板的长Ls为3200皿，宽化为800皿，厚度ts为1祉m;质量块的 长Im为900皿，宽机!为800皿，厚度hm为450皿。
[0016] 该尺寸有利于调整降低器件谐振频率，而且可提高器件的输出性能。
[0017] 在本实用新型的一种优选实施方式中，压电晶片的材料为PZT-4H压电陶瓷。
[0018] PZT压电陶瓷体材是由一定比例的铁酸铅、二氧化铅、错酸铅在1200°C高溫下烧结 结晶而成，是应用于MEMS领域最广泛的压电材料，其压电常数和介电性能都比较优异，且制 备工艺成熟，是用于制作微压电能量采集器的理想选择。在本实用新型的一种优选实施方 式中，基板的材料为娃。
[0019] 采用该材料具有弹性模量大，并且能承受较大的形变，使得效果更加明显。
[0020] 在本实用新型的一种优选实施方式中，质量块的材料为儀。
[0021] 质量块材料的选择采用具有较大密度的儀金属块不但有利于调整降低器件谐振 频率，而且可提高器件的输出性能。
[0022] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:采用本实用新型 的结构有利于低频能量的采集，并在此基础上，获得最优电压值。
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型的结构示意图。
[0024] 图2是本实用新型缕空区域长度与固有频率之间的示意图。
[0025] 图3是本实用新型缕空区域宽度与固有频率之间的示意图。
[0026] 图4是本实用新型缕空区域个数与电压之间的示意图。
[0027] 图5是本实用新型缕空区域长度与电压之间的示意图。
[0028] 图6是本实用新型缕空区域宽度与电压之间的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的 限制。
[0030] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下前"、 。后'、"左V'右'、"竖直"、"水甲V'顶V'底'"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、W特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本 实用新型的限制。
[0031] 本实用新型提供了一种压电悬臂梁能量采集器，如图1所示，包括基板3、质量块4 和压电晶片2,在基板3的上表面覆盖有压电晶片2,在压电晶片2末端的上表面承载有质量 块4,在压电晶片2上有M个缕空区域1，在基板3上有N个缕空区域1，M和N均为正整数，且M与N 的和不小于1。在本实施方式中，缕空区域1不限于为长方体，也可W是其它形状，例如，圆 形、正方形或者=角形之一或者组合。压电晶片2上的缕空区域与基板3上的缕空区域处于 相同位置。
[0032] 在本实用新型的一种优选实施方式中，M、N均为双数时，缕空区域相对于基板的中 屯、线成对称结构，且由最边缘向中屯、线缕空。
[0033] 在本实用新型的一种优选实施方式中，缕空区域的长度1为10-230皿，宽度d为10-180wii，M、N为2-44个。在本实施方式中，优选缕空区域的长度1为200WH，宽度d为165wii，M、N 分别为12个。
[0034] 在本实用新型的一种优选实施方式中，其特征在于，压电晶片的长度Lp为3200WI1， 宽度Wp为800皿，厚度tp为14皿;基板的长Ls为3200皿，宽化为800皿，厚度ts为1祉m;质量块的 长Im为900皿，宽机!为800皿，厚度hm为450皿。
[0035] 在本实用新型的一种优选实施方式中，压电晶片的材料为PZT-4H压电陶瓷。
[0036] 在本实用新型的一种优选实施方式中，基板的材料为娃。
[0037] 在本实用新型的一种优选实施方式中，质量块的材料为儀。
[0038] 在本实施方式中，压电晶片、基板和质量块的