[發明專利]六維壓電式能量收集器及其制作方法

在審

• 申請號: 201711441423.7
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN107947636A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 陸顥瓚;李江南;王德波
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學;南京郵電大學南通研究院有限公司
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 劉莎

1.六維壓電式能量收集器，其特征在于，該收集器以硅為襯底，在所述硅襯底上設置有支持梁；所述支持梁方向與Y軸平行，且其一端連接襯底，另一端垂直連接主懸臂梁；

所述主懸臂梁方向與X軸平行且其平面法向方向為Y軸方向，所述主懸臂梁的表面設置有主壓電片，所述主懸臂梁的兩側分別設置有一個主質量塊，每個所述主質量塊分別垂直連接一個第一副懸臂梁；

每個所述第一副懸臂梁與Y軸平行且其平面法向方向為X軸方向，每個所述第一副懸臂梁的表面分別設置有一個第一副壓電片，每個所述第一副懸臂梁的兩側分別設置有一個第一副質量塊，每個所述第一副質量塊分別垂直連接一個第二副懸臂梁，其中，對應同一個所述第一副懸臂梁的兩個第二副懸臂梁分別為一個X向第二副懸臂梁和一個Y向第二副懸臂梁；

每個所述X向第二副懸臂梁與X軸平行且其平面法向方向為Z軸方向，所述X向第二副懸臂梁的表面設置有第二副壓電片，所述X向第二副懸臂梁的兩側分別設置有一個第二副質量塊；每個所述Y向第二副懸臂梁與Y軸平行且其平面法向方向為Z軸方向，所述Y向第二副懸臂梁的表面設置有第二副壓電片，所述Y向第二副懸臂梁的兩側分別設置有一個第二副質量塊。

2.根據權利要求1所述的六維壓電式能量收集器，其特征在于，所述主質量塊與所述第一副懸臂梁的連接處位于所述第一副懸臂梁的中點。

3.根據權利要求1所述的六維壓電式能量收集器，其特征在于，所述第一副質量塊與所屬第二副懸臂梁的連接處位于所述第二副懸臂梁的中點。

4.如權利要求1至3中任一所述的六維壓電式能量收集器的制作方法，其特征在于，該制作方法包括以下步驟：

1)準備硅襯底；

2)采用光刻膠作為犧牲層材料涂覆在硅襯底上形成第一犧牲層，再通過淀積SiO2形成第二犧牲層，在第二犧牲層上再涂覆一層光刻膠；

3)去除支持梁區域的最上層光刻膠；

4)將支持梁部分的第一犧牲層和第二犧牲層全部刻蝕，刻蝕完畢后在支持梁區域內濺射錫青銅合金或者電鍍金屬銅，該工序結束后對表面進行平面化處理；

5)去除主懸臂梁和第一副懸臂梁區域的光刻膠；

6)將主懸臂梁和第一副懸臂梁區域的第二犧牲層全部刻蝕，刻蝕完畢后在主懸臂梁和第一副懸臂梁區域內濺射錫青銅合金或者電鍍金屬銅，形成主懸臂梁和第一副懸臂梁；

7)去除主質量塊以及第一副質量塊區域的光刻膠；

8)將主質量塊以及第一副質量塊區域的第二犧牲層全部刻蝕，刻蝕完畢后在主質量塊以及第一副質量塊區域內濺射金屬鎳，形成主質量塊以及第一副質量塊；

9)在步驟8形成的器件表面涂上光刻膠；

10)去除第二副懸臂梁區域的光刻膠；

11)在第二副懸臂梁區域濺入錫青銅合金或者電鍍金屬銅，剝離光刻膠后形成第二副懸臂梁；

12)在步驟11形成的器件表面淀積SiO₂；

13)去除第二副質量塊區域的光刻膠；

14)將第二副質量塊區域的SiO₂全部刻蝕，刻蝕完畢后在第二副質量塊區域內濺射金屬鎳，形成第二副質量塊；

15)腐蝕第二犧牲層的SiO₂，剝離第一犧牲層；

16)在主懸臂梁、第一副懸臂梁和第二副懸臂梁的表面濺射壓電材料，形成壓電片。

5.根據權利要求4所述的六維壓電式能量收集器的制作方法，其特征在于，步驟1中采用未摻雜的單晶硅作為襯底。

6.根據權利要求4所述的六維壓電式能量收集器的制作方法，其特征在于，步驟2中第一犧牲層的厚度為1μm，第二犧牲層的厚度為4μm。

7.根據權利要求4所述的六維壓電式能量收集器的制作方法，其特征在于，步驟4中還包括在濺射錫青銅合金或者電鍍金屬銅后對表面進行平面化處理。

8.根據權利要求4所述的六維壓電式能量收集器的制作方法，其特征在于，步驟8中還包括在濺射金屬鎳后對表面進行平面化處理。

9.根據權利要求4所述的六維壓電式能量收集器的制作方法，其特征在于，步驟9中的光刻膠厚度為0.5μm，步驟12中SiO₂的厚度為3μm，步驟16中壓電材料的厚度為300-500nm。

10.根據權利要求4所述的六維壓電式能量收集器的制作方法，其特征在于，步驟12中還包括在淀積完畢后對表面進行平面化處理。