[發明專利]一種集成于硅基片上的電磁式振動能量采集器及制備方法

在審

• 申請號: 201911367244.2
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN110932517A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 李昕欣;顧杰斌;韓若楓
• 申請（專利權）人: 上海邁鑄半導體科技有限公司
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02K15/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡鳳娟;胡晶

一種集成于硅基片上的電磁式振動能量采集器及制備方法，包括：硅基片上螺線圈、微型磁體和擋板；硅基片上螺線圏的內部為貫穿的中空腔體，微型磁體滑動設置于腔體內，微型磁體受到外界激勵時在腔體內相對硅基片上螺線圈往復運動；擋板設置于硅基片上螺線圈的兩端，對微型磁體施加與其運動方向相反的碰撞力。本申請提供的電磁式振動能量采集器通過螺線圈切割磁感線進行發電，且是基于硅基片上可集成3D螺線圈實現的，解決了現有技術中電磁式振動能量采集器體積大、難以批量化生產的問題。

技術領域

本發明涉及微機械傳感領域，具體涉及一種集成于硅基片上的電磁式振動能量采集器及制備方法。

背景技術

自21世紀以來，MEMS技術的發展已使許多傳感器小型化和集成化。這些設備的功耗可以降低至微瓦和毫瓦數量級。相反地，供能器件的小型化問題變得越來越突出。隨著機電系統的小型化，供能器件的尺寸將確定整個系統的大小。如果小型化的供能器件無法產生足夠的能量，微系統也無法發揮其小型化優勢。此外，在許多情況下，現場電池的更換或充電也很不方便。因此，為了解決這些問題，將環境能量轉換成電能的可長期供應電能的小型化能量收集器受到越來越多的關注。

為了給微機電系統提供足夠的能量，研究人員研究了環境中的替代能源，例如熱能，太陽能，風能和振動能等，這些能源環保且理論上可無限使用。在這些可持續能源中，振動能具有獨特的優勢。首先，它幾乎可以在任何地方獲得，例如人體、建筑結構和機械設備。其次，環境中的振動能十分充足，可以為大多數低功耗應用(例如可穿戴電子設備，無線傳感器節點和生物醫學植入式設備)提供動力。另外，振動能量的能量轉換方法種類多樣且易于實現。因此，振動能量采集器已迅速發展為電池的替代能源，并可為許多無線傳感器和低功率設備提供電能。對于振動能量收集器，通常高度要求小型化。電磁式振動能量采集器可以產生較大的功率密度，但是很難通過晶圓級MEMS技術進行批量制造，其螺線圈通常是通過繞線的方式制作，制作工藝復雜，難以批量化生產，這會阻礙其小型化和批量制造的均勻性。

發明內容

為了解決電磁式振動能量采集器體積大、難以批量化生產的問題，本申請提供一種集成于硅基片上的電磁式振動能量采集器及制備方法，通過在硅基片上3D螺線圈的內部腔體中集成微型磁體，使微型磁體與螺線圈可在外界振動下發生相對運動，通過螺線圈切割磁感線進行發電，進而實現基于硅基片上集成3D螺線圈的電磁式振動能量采集器，解決了現有技術中電磁式振動能量采集器體積大、難以批量化生產的問題。

本發明的技術方案如下：

本發明提供一種集成于硅基片上的電磁式振動能量采集器，包括：硅基片上螺線圈、微型磁體和擋板；

所述硅基片上螺線圏的內部為貫穿的中空腔體，所述微型磁體滑動設置于所述腔體內，所述微型磁體受到外界激勵時在所述腔體內相對所述硅基片上螺線圈往復運動；

所述擋板設置于所述硅基片上螺線圈的兩端，對所述微型磁體施加與其運動方向相反的碰撞力。

進一步優選的，所述硅基片上螺線圈為硅基片上單層螺線圈，具體包括：

上層硅基底，所述上層硅基底的一面刻有螺線槽和電極槽，另一面刻有使所述微型磁體自由移動的空腔；

下層硅基底，所述下層硅基底的一面刻有螺線槽和電極槽，另一面刻有使所述微型磁體自由移動的空腔，所述上層硅基底與所述下層硅基底上下對準時，所述上層硅基底的空腔與所述下層硅基底的空腔形成為貫穿的中空腔體；

金屬螺線圈，所述金屬螺線圈貫穿于所述上層硅基底的螺線槽和下層硅基底的螺線槽；

電極，所述電極設置于上層硅基底的電極槽和下層硅基底的電極槽。

進一步優選的，所述硅基片上螺線圈為硅基片上雙層螺線圈，具體包括：

外部上層硅基底，所述外部上層硅基底的一面刻有外層螺線槽和電極槽；