[發明專利]一種晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的制作方法

在審

• 申請號: 201610186003.8
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105621350A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 尚正國;李東玲;佘引
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于可再生資源領域，涉及到將振動能轉換為電能的微能源技術，尤其是 一種晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的制作方法，屬于基于MEMS技術的微能源技 術領域。

背景技術

壓電振動能量收集器是利用材料的壓電效應將環境中大量存在的振動能轉換為 電能的器件，與當前的MEMS技術結合，使其不僅具有體積小、壽命長、易集成等優點，在重 量、壽命、能量密度、補給速度、可靠性、成本等方面均具有顯著優勢，是目前解決無線傳感 網絡節點供能問題的有效途徑，也是當今國際微能源領域研究的熱點之一。

盡管基于MEMS技術的壓電振動能量收集器已經取得了一定的成果，但由于其頻帶 寬度窄和能量密度低的限制，大大影響了壓電振動能量收集器的推廣和應用。為解決上述 問題，許多研究機構著力發展MEMS晶圓級真空封裝技術和頻帶拓展技術。

發明內容

鑒于此，本發明提供一種一種晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的制作方 法，該方法實現MEMS振動能量收集器的圓晶級真空封裝，在提高其能力輸出密度的同時，也 可拓寬其頻帶寬度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種晶圓級壓電振動能量收集器真空 封裝結構的制作方法，所述晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構包括第一晶圓、第二 晶圓和第三晶圓，三者通過共晶鍵合方式連接成一體，形成真空腔室；所述第二晶圓設置于 第一晶圓與第三晶圓之間，所述第二晶圓包括固定架、懸臂梁、質量塊、上電極和下電極，其 特征在于：該方法包括以下步驟：

S1.第二晶圓制作：

S11.以SOI基片作為基底材料，雙面分別生長頂層SiO₂層和底層SiO₂層，SOI基片包 括頂層Si層、中間夾層SiO₂層和底層Si層；

S12.在頂層SiO₂層上生長下電極層并圖形化，下電極層為Mo層；

S13.在下電極層上生長壓電層并圖形化，壓電層材料AlN；

S14.在壓電層上生長上電極層并圖形化，上電極層為Al層；

S15.在上電極層上生長Ge層并圖形化；

S16.ICP刻蝕功能層Si至夾層SiO₂層；通過步驟S11～S16形成第二晶圓；

S2.第一晶圓和第三晶圓作制；

S21.分別在硅層上依次生長SiO₂層及Al層并圖形化，ICP刻蝕至要求深度形成淺 腔；

S3.第一晶圓和第二晶圓進行共晶鍵合；

S4.第二晶圓背面生長Al層并圖形化，ICP刻蝕第二晶圓的底層Si層，形成質量塊 圖形，RIE去除底層SiO₂層；

S5.第三晶圓和第二晶圓進行共晶鍵合，最終形成晶圓級壓電振動能量收集器真 空封裝結構。

由于采用了上述技術方案，本發明具有如下的優點：

1.本發明提出的晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的制作方法，通過特定 的結構設計，避免采用TSV及TGV等復雜方法，實現能量收集器的真空封裝；

2.本發明提出的晶圓級MEMS壓電振動能量收集器的封裝結構和封裝方法，主要是 利用鋁(Al)、鍺(Ge)等金屬作為共晶鍵合層，因此成本低、易實現等優點；

3.本發明所提出的晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的制作方法，在實現 能量收集器真空封裝的同時，也可通過特定的結構，對第二晶圓的懸臂梁結構進行限幅，在 增加其能量輸出密度的同時，實現能量收集器的頻帶寬度的拓展；壓電材料可采用與集成 電路兼容的氮化鋁壓電薄膜材料或者其他壓電薄膜材料；

4.本發明提出的晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的制作方法，可廣泛用 于其他內部具有可動結構或部件，只有在真空環境下才能獲得良好的工作性能的MEMS器 件，如微加速度計、微陀螺儀等。

由此可見，本發明提出的晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的制作方法， 具有較高的研究價值和廣闊的市場應用前景。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進 一步的詳細描述，其中：

圖1為晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的結構圖；

圖2為晶圓級壓電振動能量收集器真空封裝結構的三視圖；