[发明专利]压电震动发电装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微能源技术领域，尤其涉及一种压电震动发电装置及其制造方法。

背景技术

随着微纳机电系统（MEMS、NEMS）技术的快速发展与应用，带动了无线传感网络技术的发展，并在工业、航天、通讯、商业、消费及军事领域逐步实现了商业化应用，但仍然面临一个十分严重的问题，即如何保障这些无线传感单元及移动通讯设备的电能供给。传统做法是使用电池，但由于构成无线传感网络及移动通讯设备的单元器件数量庞大，体积微小，位置分散，这就要求其供电器件具有体积小、效能高、易集成、无人值守及不需更换等特点。所以，采用传统电池已经不能满足无线传感网络及移动通讯设备的发展要求。

因此，一种可为微纳系统提供长期可靠的自供电能的微型发电装置应运而生，其通过吸收环境中的机械能（如震动、风能、气流能等）和/或热能、太阳能、静电能等，从而在相应的系统中产生电力输出。现有的微型发电装置一般都将震动介质装设于悬臂梁上，例如美国专利第US2007/0284969号揭示了一种压电振动发电装置，该装置利用设置在一端的重力块使平板弯曲，敷设在平板表面的PZT压电片因弯曲变形而产生电能；又如中国专利第200810023882.8号也揭示了一种压电振动发电装置，该装置也是利用贴附在悬臂梁表面的PZT压电片形变而产生电能；上述两种方案都存在PZT压电片形变小，输出效率低，防冲击效果差等不足；因为悬臂梁的形变大小与杆长有关，但由于结构及成本的限制，悬臂梁不可能太长，这样，就限制了其位移及PZT形变，因而限制了其发电效率；另外，杆越长，防冲击效果越差，所以，为满足制造成本及防冲击的要求，杆不可能做的太长。

因此，有必要提供一种体积小，发电效率高，制作简单，易实现产业化的压电震动发电装置以及其制造方法以解决现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压电震动发电装置的制造方法，通过该方法制造压电震动发电装置时，制作简单，易实现产业化。

本发明的另一目的在于提供一种压电震动发电装置，其制作简单，易实现产业化，且该压电震动发电装置的结构简单，体积小，发电效率高。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种压电震动发电装置的制造方法，其包括如下步骤：（1）提供一基座，所述基座呈中空结构；（2）提供第一底盖，将所述第一底盖盖设于所述基座的一个端部，所述第一底盖与所述基座形成容置腔；（3）通过刻蚀晶圆及在刻蚀后的所述晶圆上形成柔性薄膜、压电片而制成数个发电单元；（4）提供至少一个发电单元，将所述发电单元从所述基座的另一端部装设于所述容置腔内；（5）提供至少两根导电焊针，使所述导电焊针与所述发电单元电连接；（6）提供第二底盖，将所述第二底盖盖设于基座的另一个端部，并使所述导电焊针穿过所述第一底盖或第二底盖从而形成导电电极。

在本发明压电震动发电装置的制造方法的一个实施例中，所述步骤（3）进一步包括如下步骤：

（31）提供第一晶圆，在所述第一晶圆的背面进行刻蚀，从而使所述第一晶圆的背面形成有薄壁、支撑部及质量块；（32）在所述第一晶圆的正面进行刻蚀，将所述薄壁刻蚀形成多个弹性臂，从而使第一晶圆形成弹性板；（33）在所述第一晶圆的正面敷设一柔性薄膜；（34）在所述柔性薄膜上沉积或溅射形成一压电膜；（35）将压电膜进行刻蚀而划分成包含多个压电片的诸多压电片组，并沉积压电片焊盘；（36）在所述压电片上沉积形成保护层；（37）将所述第一晶圆进行单体切割而形成所述发电单元。

较佳地，所述压电膜为有铅压电陶瓷锆钛酸铅压电薄膜、铌镁酸铅-钛酸铅压电薄膜、无铅压电陶瓷钛酸钡薄膜、无铅压电陶瓷薄膜、铌酸盐系无铅压电陶瓷薄膜或铌镍酸钾压电薄膜。

较佳地，所述压电膜为弛豫铁电单晶薄膜（例如：PMN、PZN、PMN-PT、PZN-PT、PMN-PZT）、压电纤维薄膜（例如：PFC、MFC）、压电聚合物薄膜（例如PVDF、P（VDF-TrFE））或压电复合材料薄膜（例如0-3型的PZT-PVDF、1-3型的PZT-PVDF）。

较佳地，所述柔性薄膜为塑料、聚合体、聚酯纤维、金属氧化物及非金属氧化物材质。

较佳地，所述弹性板呈圆形或方形结构，所述质量块形成于所述弹性板的中心位置处，所述支撑部形成于所述弹性板的外缘，所述弹性臂形成于所述质量块与所述支撑部之间。

较佳地，所述弹性臂有若干个，相邻的所述弹性臂之间均具有一定的间隙，所述间隙中均分布有支撑桥以连接相邻的所述弹性臂。