一种MEMS能量收集器的制作方法

一种mems能量收集器
技术领域
[0001]
本实用新型属于微惯性导航仪器测量仪器仪表零部件的技术领域，具体涉及一种mems能量收集器。


背景技术：

[0002]
能量收集器是利用太阳能、温度梯度、声波振动,机械振动等，以实现无限的器件寿命。在现代建筑、交通、环保、电力、医疗卫生、消费电子等领域和民用领域发挥着重要作用。
[0003]
目前，振动机械能转化为电能的方法有三种:压电式、静电式, 电磁式，其中:静电收集器由于其需要启动电压,并且静电器件产生的是高电压、低电流和高输出阻抗,还要考虑到晶元应用中电极短路问题,这些导致通过静电产生电能的方式很难实现器件的商业化。电磁感应是根据法拉第定律,由振动时磁体和线圈之间的相对运动或者磁场的变化产生了电流,电流的强度依赖于磁场的强度、相对运动速度和线圈的匝数。其模型比较成熟,而且被广泛应用在许多电能收集器中。目前,大尺寸、性能好的体磁铁、多转数和宏范围的线圈在大系统中都已得到了实现，而对于微惯性导航仪器测量仪器仪表零部件的技术领域，针对能量收集器不能小型化的技术缺陷，目前还未出现相关的公开文件、及相关专利。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的就是针对能量收集器不能小型化这一不足，设计一种无驱动的、微型的、易集成的mems能量收集器，使能量收集器更加简单、更加微型化。
[0005]
技术方案
[0006]
一种mems能量收集器，所述mems能量收集器应用电磁感应原理产生能量，所述mems能量收集器包括：
[0007]
作为载体的键合基板，所述键合基板内经过加工刻蚀形成第一凹槽、第二凹槽，并分别在第一凹槽、第二凹槽内设置用于提供磁场的第一永磁体、第二永磁体；
[0008]
所述键合基板上固定设置外框，所述外框内构成的框架空间内设置敏感质量块，并所述敏感质量块通过组合梁结构与外框连接；
[0009]
所述敏感质量块上设置用于切割磁感线的检测线圈，所述检测线圈的一端与第二电极连接，另一端通过引线电极、及引线与第一电极连接。
[0010]
进一步地，所述组合梁结构包括第一组合梁、第二组合梁、第三组合梁、第四组合梁；
[0011]
所述敏感质量块的四侧位置分别设置所述第一组合梁、第二组合梁、第三组合梁、第四组合梁连接，所述敏感质量块位于所述外框的中心位置。
[0012]
进一步地，所述检测线圈整体结构为“回”形线圈结构，所述检测线圈的一端为引线电极，并设置在所述敏感质量块的中央位置，另一端回折设置并通过所述第二电极连接至外部电路。
[0013]
进一步地，所述第一组合梁包括至少两个活动梁、及一个连接块，所述连接块呈“t”形结构，厚度与各组合梁和敏感质量块的厚度一致；
[0014]
所述活动梁呈“细长梁”结构，所述连接块的两侧对称设置所述活动梁，并同一个组合梁的两个活动梁相互平行。
[0015]
进一步地，所述外框为一个方形框架结构，所述外框位于所述键合基板上，并与键合基板长宽尺寸一致，外框与键合基板吻合连接，并粘结固牢。
[0016]
进一步地，所述连接块与所述活动梁非接触的一端与所述外框相互连接。
[0017]
进一步地，所述第一永磁体、第二永磁体采用铁磁薄膜。
[0018]
进一步地，所述引线为弯折的导线结构，在所述引线一端与所述引线电极相互连接，另一端通过所述第一电极连接至外部电路。
[0019]
有益效果
[0020]
本实用新型与背景技术相比具有明显的先进性，此能量收集器是采用mems工艺，以键合基板为载体，在外框上设置外框、敏感质量块和组合梁，并与外框吻合连接，在键合基板凹槽对称设置结构一样的永磁体，在敏感质量块上设置检测导线、引线电极和引线，检测组合梁由连接块、活动梁组成，此陀螺能量收集器设计合理简单、易单片集成、使用方便，整体结构合理简单，无需驱动，易小型化，是十分理想的用于收集能量的微型mems能量收集器。
附图说明
[0021]
图1为本实用新型实施例的整体结构拆分示意图；
[0022]
图2为本实用新型实施例的整体结构立体图；
[0023]
图3为本实用新型实施例的整体结构俯视图；
[0024]
图4为本实用新型实施例的整体结构侧视图；
[0025]
图5为本实用新型实施例的整体结构剖视图；
[0026]
图6为本实用新型实施例的键合基板结构图；
[0027]
图7为本实用新型实施例的外框结构图；
[0028]
图8为本实用新型实施例的永磁体结构图；
[0029]
图9为本实用新型实施例的组合梁结构示意图；
[0030]
图10为本实用新型实施例的组合梁结构俯视图
[0031]
图11为本实用新型实施例另一结构示意图；
[0032]
图12为本实用新型实施例的检测线圈结构图；
[0033]
图13为本实用新型实施例的引线结构图；
[0034]
图14为本实用新型实施例的组合梁结构图；
[0035]
图15为本实用新型另一实施例的组合梁主视图；
[0036]
图中所示，附图标记清单如下：
[0037]
1-第一永磁体；2-第二永磁体；3-第一电极；4-外框；5-敏感质量块；6-第二电极；7-第一组合梁；8-检测线圈；9-引线；10-引线电极；11-第二组合梁；12-键合基板；13-外框侧壁；14-第三组合梁； 15-第四组合梁；16-第一凹槽；17-第二凹槽；18-第一活动梁18； 19-第二活动梁19；20-第一连接质量块。
具体实施方式
[0038]
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。
[0039]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0040]
以下结合附图对本实用新型做进一步说明：
[0041]
如图1-15所示，为本实用新型实施例的结构示意图，所述mems 能量收集器包括键合基板12，外框4，第一永磁体1、第二永磁体2，外框4，敏感质量块5，第一引线电极3、第二引线电极6，第一组合梁7、第二组合梁11、第三组合梁11、第四组合梁14，检测线圈8，第三引线电极10，引线9；
[0042]
所述键合基板12整体结构为方形，中间经工艺加工刻蚀有第一凹槽16、第二凹槽17，所述第一凹槽16上对称设置所述第一永磁体 1，所述第二凹槽17上对称设置所述第二永磁体2。
[0043]
所述第一永磁体1、第二永磁体2分别与第一凹槽16、第二凹槽 17长宽尺寸一致，所述第一永磁体1与第一凹槽16吻合连接，并粘结固牢，所述第二永磁体1与第二凹槽17吻合连接，并粘结固牢。
[0044]
进一步地，在所述第一永磁体1、第二永磁体2的上方一侧设置所述外框4，所述外框4包括第一组合梁7、第二组合梁11、第三组合梁14、第四组合梁15、外框4、敏感质量块5，第一组合梁7、第二组合梁11、第三组合梁14、第四组合梁15，结构尺寸一样，在本实施例中，仅以第一组合梁7进行说明，所述第一组合梁7包括至少两个活动梁、及一个连接块，所述连接块呈“t”形，厚度与各组合梁和敏感质量块的厚度一致，用于连接外框4和活动梁。
[0045]
所述外框4为一个方形框架结构，所述外框4位于所述键合基板 12上，并与键合基板12长宽尺寸一致，外框4与键合基板12吻合连接，并粘结固牢，所述外框侧壁13与键合基板12的外周壁平齐。
[0046]
所述敏感质量块5通过所述第一组合梁7、第二组合梁11、第三组合梁14、第四组合梁15设置在所述外框4的内部空间内，并所述敏感质量块5可在键合基板12上方做左、右移动，在敏感质量块上设置检测线圈8、引线电极10、及引线9。
[0047]
具体为，在所述敏感质量块5的上方设置所述检测线圈8，所述检测线圈8为“回”形线圈结构，并外框4的内壁分别与第一组合梁7、第二组合梁11、第三组合梁14、第四组合梁15吻合连接，具体为，所述第一组合梁7的连接块与所述外框4的内壁相互吻合连接，所述第一组合梁7的活动梁连接至所述敏感质量块5，相当于在所述外框4的框架空间内，所述第一组合梁7、第二组合梁11、第三组合梁11、第四组合梁14共同支撑一个敏感质量块5；
[0048]
所述检测线圈8的一端为引线电极10，并设置在所述敏感质量块5的中央位置，另一端回折设置于所述连接块位置处，并通过所述第二电极6连接至外部电路；
[0049]
在所述检测线圈8相反于所述第二电极6的一端，即所述引线电极10连接所述引线9，所述引线9为弯折的导线结构，在所述引线9 一端与所述引线电极10相互连接，另一端设置于所述第四组合梁15 的所述连接块位置处，并通过所述第一电极3连接至外部电路；
[0050]
在本实施例中，所述外部电路为可收集电磁效应产生电能的常规电路，仅以本领域公开的常用收集电磁能量转换为电能的电路即可，在此不做具体赘述。
[0051]
所述检测线圈8，第三引线电极10，引线9与外框4和敏感质量块5吻合连接，并粘结固牢，键合基板13与外框4吻合连接，并粘结固牢，所述引线9与所述检测线圈8的其他回折结构相互没有电性接触
[0052]
如14、15图所示，所述第一组合梁7包括至少两个活动梁、及一个连接块，所述连接块呈“t”形，厚度与各组合梁和敏感质量块的厚度一致，用于连接外框4和活动梁，在本实施例中，所述连接块界定为第一连接块20，所述活动梁界定为第一活动梁18、及第二活动梁19，所述连接块为薄片结构，并在所述连接块的一侧弯折延伸出第一活动梁18、第二活动梁19，所述第一活动梁18、第二活动梁 19，呈“细长梁”结构，即梁的长度远大于它的宽度，用于连接敏感质量块与第一连接块20，同一个组合梁的两个活动梁相互平行，且结构尺寸完全相同，从而实现所述敏感质量块可检测微小位移距离。
[0053]
工作过程：在所述mems开关惯性模组进行微小位移的检测时，例如在x轴有外力输入时，x轴上的敏感质量块受外力力作用沿x轴活动，所述敏感质量块通过组合梁结构，带动检测线圈相对于外框发生微小位移，所述检测线圈、永磁体之间相对位移发生变化，实现检测线圈切割磁感线，引起电磁效应，并通过第一电极、第二电极输出电压信号可实现电磁能量转换为电能的能力收集工作。
[0054]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。