[發明專利]基于MEMS工藝的復合式微型能量采集器及其制作方法

有效

• 申請號: 201310462132.1
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103475183A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 徐峰;馮飛;時金輝;呂衛衛;俞本立
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H02K35/04
• 分類號: H02K35/04;H02N6/00;H02K15/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及一種微型能量采集器及其制作方法，特別是一種基于MEMS工藝的復合式微型能量采集器及其制作方法。

背景技術

隨著無線傳感網絡和微機電系統不斷發展，如何有效地解決它們供電問題越來越受到關注。目前，給這些系統供電主要依靠電池或外部電源，但這兩種供電方式在很多應用場合下并不合適。特別是對無線傳感網絡通訊，定期更換電池或用外部供電，顯然并不現實。

能量采集器能夠將環境中存在的其它形式能量轉換成電能，從而為微型器件和系統提供能源。現有能量采集器大多是采集單一能量源。如公開號CN101141093A的發明專利提出了一種微型電磁式低頻振動能量采集器，它采用微加工技術制造出一種基于金屬平面彈簧的磁體振動式電磁式能量采集器，使其滿足對低頻振動能量的采集；公開號CN102522915A的發明專利提出了一種基于電磁和靜電耦合的微型能量采集器，它利用電磁效應產生的輸出電壓供應給靜電所需的外加電源，從而產生輸出電壓，其適用于低頻振動能采集；公開號CN102437657A的發明專利提出了一種多線圈的電線能量采集器，它使用線圈式電流互感器來采集交流電線周圍的電磁能。雖然這些能量采集器可以實現能量采集，但采集方式單一，振動采集頻帶窄，當外界振動強度不足，或外界振動頻率與能量采集器頻帶不匹配時，能量采集器的轉換效率將顯著下降，影響其供電特性。而公開號CN102217185A的發明專利提出了一種能量采集器，它可以從周圍環境中多個能量源采集能量，但其對不同形式能量的采集結構是各自獨立，并且通過彈簧等機械結構裝配為一體，導致其能量采集器的制作工藝復雜，體積大，成本高，不適合批量制作，實用價值不高。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種振動響應靈敏度高，采集頻帶寬并且集振動能和太陽能兩種能量采集功能于一體的基于MEMS工藝的復合式微型能量采集器。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明基于MEMS工藝的復合式微型能量采集器，其特征是：以太陽能材料為材質、通過MEMS工藝制成振動薄膜，在所述振動薄膜的中心平面下方制作平面螺旋線圈，在所述振動薄膜的正下方，處在所述平面螺旋線圈的同軸位置上設置永磁體；用于支撐振動薄膜的振動薄膜硅片和用于支撐永磁體的永磁體硅片是通過MEMS工藝分別制作，再鍵合成一支撐座，所述支撐座是底部具有圓形通孔的開放腔，以所述振動薄膜和平面螺旋線圈輸出采集的能量。

本發明基于MEMS工藝的復合式微型能量采集器，其特征是：所述振動薄膜是以銅銦鎵硒或聚-3已基噻吩為材質；所述振動薄膜可以是平面或者是中心為平面、外圍具有環形波紋結構的薄膜，所述振動薄膜的厚度為500nm-5μm。

所述振動薄膜硅片和永磁體硅片都是由厚度為250-500μm的硅片制作而成。

所述平面螺旋線圈為單層線圈或多層線圈。

所述永磁體形狀可以是圓柱體或立方體，其橫截面尺寸在微米量級，并小于平面螺旋線圈的最大外徑。

本發明基于MEMS工藝的復合式微型能量采集器的制作方法，其特征是按如下過程進行：

制備永磁體：

a、采用熱氧化工藝在永磁體硅片的上表面和下表面分別生長出厚度為1.0-1.4μm的二氧化硅薄膜；

b、采用光刻工藝將圓形通孔圖形轉移到永磁體硅片上表面的光刻膠層，然后采用ICP等離子體刻蝕技術進行刻蝕，形成貫穿永磁體硅片及二氧化硅薄膜的圓形通孔；

c、采用光刻工藝將永磁體橫截面圖形光刻到永磁體硅片上表面的光刻膠層，然后采用ICP等離子體刻蝕技術在永磁體硅片上表面的二氧化硅薄膜中刻蝕出永磁體橫截面圖形窗口，并繼續刻蝕至在永磁體硅片內形成永磁體立體結構；

d、去除表面殘余光刻膠并清洗，在永磁體硅片上表面濺射300nm的Cu/Cr種子層，再利用光刻膠對其它部位Cu/Cr種子層進行覆蓋，只在永磁體立體結構所在位置處的Cu/Cr種子層上電鍍永磁體材料，形成永磁體；

制作振動薄膜：

a、采用熱氧化工藝在振動薄膜硅片的上表面和下表面分別生長出厚度為1.0-1.4μm的二氧化硅薄膜；

b、當所述振動薄膜是中心為平面、外圍具有環形波紋結構的薄膜時，利用光刻工藝將環形波紋圖形轉移到振動薄膜硅片上表面的光刻膠層，然后采用ICP等離子體刻蝕技術，在振動薄膜硅片上表面的二氧化硅薄膜中刻蝕出環形波紋圖形窗口，并繼續刻蝕至在振動薄膜硅片內形成環形波紋立體結構；