[發明專利]MEMS動能轉化

有效

• 申請號: 201110329759.0
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102556933A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 鐘添淦;林宗賢;黃耀德;朱家驊;洪嘉明;戴文川;楊長沂
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;高雪琴

技術領域

本發明涉及一種微器件以及制造該微器件的方法。

背景技術

微電子機械系統(MEMS)器件可以為各種用途收集能量，例如自供電或電池充電器件或系統。這種MEMS器件可以收集能量，例如，通過將機械動能(例如環境振動)轉化成電能(例如電荷)以及隨后給器件供電或給電池充電。

然而，現有的MEMS能量收集器具有許多限制。傳統的使用鉛-鋯-鈦(PZT)薄膜材料轉化能量的MEMS壓電器件具有環境和加工工具污染問題。與PZT相比，傳統的使用氮化鋁(AlN)薄膜材料的MEMS壓電器件不能產生更多的能量因為AlN具有較低的壓電系數。另外，傳統的MEMS壓電器件只限于從機械變形轉化成動能，而不能以結構移位，速度，和加速為基礎(尤其是當后三種運動是零變形時，即沒有變形)。

發明內容

針對現有技術的問題，本發明提供了一種微器件，包括：微電子機械系統(MEMS)結構，所述微電子機械系統結構包括MEMS可移動結構；位于所述MEMS可移動結構上方的多個金屬環；位于所述MEMS可移動結構上方的壓電元件；與所述MEMS結構接合的前部覆蓋晶圓和背部覆蓋晶圓，所述前部覆蓋晶圓和所述背部覆蓋晶圓封裝所述MEMS可移動結構、所述多個金屬環、和所述壓電元件；以及設置在所述多個金屬環上方的所述前部覆蓋晶圓上的磁體。

根據本發明所述的器件，其中所述MEMS可移動結構是非共振結構，帶有檢驗質量的懸臂式結構，或膜片結構之一。

根據本發明所述的器件，其中所述多個金屬環包括兩組金屬線圈，所述兩組金屬線圈相互疊放并且由至少一個介電層隔開。

根據本發明所述的器件，其中所述壓電元件在所述兩組金屬線圈之間。

根據本發明所述的器件，其中所述壓電元件包括底部金屬層，位于所述底部金屬層上方的氮化鋁(AlN)層，和位于所述AlN層上方的頂部金屬層。

根據本發明所述的器件，其中所述前部覆蓋晶圓和所述背部覆蓋晶圓通過苯并環丁烯(BCB)接合物或共晶接合物與所述MEMS結構接合。

根據本發明所述的器件，其中所述磁體由釹，鐵，和硼的合金組成。

根據本發明所述的器件，還包括設置在所述多個金屬環下方的所述背部覆蓋晶圓上的第二磁體。

根據本發明所述的一種微器件，包括：微電子機械系統(MEMS)結構，所述微電子機械系統結構包括MEMS可移動結構；位于所述MEMS可移動結構上方的金屬線圈；位于所述MEMS可移動結構上方的壓電元件；所述壓電元件包括底部金屬層，位于所述底部金屬層上方的氮化鋁(AlN)層，和位于所述AlN層上方的頂部金屬層；與所述MEMS結構接合的前部覆蓋晶圓和背部覆蓋晶圓，所述前部覆蓋晶圓和所述背部覆蓋晶圓封裝所述MEMS可移動結構，所述金屬線圈，和所述壓電元件；以及設置在所述金屬線圈上方的所述前部覆蓋晶圓上的磁體。

根據本發明所述的器件，其中所述MEMS可移動結構是非共振結構，帶有檢驗質量的懸臂式結構，或膜片結構之一。

根據本發明所述的器件，其中所述前部覆蓋晶圓和所述背部覆蓋晶圓通過苯并環丁烯(BCB)接合物或共晶接合物與所述MEMS結構接合。

根據本發明所述的器件，其中所述磁體由釹，鐵，和硼的合金組成。

根據本發明所述的器件，還包括設置在所述金屬線圈下方的所述背部覆蓋晶圓上的第二磁體。

根據本發明所述的器件，還包括位于所述MEMS可移動結構上方的第二金屬線圈，其中所述壓電元件在所述第二金屬線圈和所述金屬線圈之間。

根據本發明所述的一種制造微器件的方法，所述方法包括：提供基板；在所述基板上方形成多個金屬環；在所述基板上方形成壓電元件；蝕刻所述基板以形成包括MEMS可移動結構的微電子機械系統(MEMS)結構；將前部覆蓋晶圓和背部覆蓋晶圓與所述MEMS結構接合以封裝位于所述前部覆蓋晶圓和所述背部覆蓋晶圓之間的所述MEMS可移動結構，所述多個金屬環，和所述壓電元件；以及在所述多個金屬環上方的所述前部覆蓋晶圓上形成磁體。

根據本發明所述的方法，其中所述MEMS可移動結構是非共振結構，帶有檢驗質量的懸臂式結構，或膜片結構之一。

根據本發明所述的方法，其中形成所述多個金屬環包括形成兩組金屬線圈，所述兩組金屬線圈相互疊放并且由至少一個介電層隔開。

根據本發明所述的方法，其中所述壓電元件形成在所述兩組金屬線圈之間。