[发明专利]一种宽频振动能量采集器结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统加工领域，尤其涉及一种新型的宽频振动能量采集器件及其制造方法。

背景技术

近年来，电子设备和传感器等系统应用范围不断扩大，而传统的供电方式，如电化学电池等存在着寿命短、需要经常更换、存储能量有限等缺点。因此，新的供电技术的研究就显得非常迫切。振动能是自然环境中广泛存在的一种能量，振动式能量采集器即是一种将环境中的振动能收集转化成电能输出的微小器件。基于振动的能量采集方法一般有三种：压电式、静电式和电磁式。相对于静电、电磁式，压电能量采集器具有结构简单、能量密度高、寿命长等优点而备受关注。

由于多数振动能量采集器只能工作在共振状态，在现有技术中，多数振动能量采集器采用的是悬臂梁结构，采用这种结构其设计尺寸是一定的，因而其固有频率也一定，这就导致了能量采集的工作频带较窄，从而限制了其应用。因此，急需一种能在较宽的频带内对振动能量进行采集的系统。

发明内容

本发明提供了一种可以解决上述问题的宽频的振动能量采集器及其制造方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种振动能量采集器的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

a)提供上框架、下框架，并分别在上框架的下表面和下框架的上表面形成金属层；

b)提供压电薄膜，并在其表面形成金属层；

c)利用下框架和上框架将压电薄膜固定在中间，形成三明治结构；

d)在压电膜中间位置设置质量块。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种振动能量采集器结构，包括：

下框架；

压电薄膜，位于所述下框架上方；

上框架，位于所述压电薄膜的上方，且与所述下框架将压电薄膜固定在中间，形成三明治结构；

质量块，位于所述压电薄膜中间位置的上方。

与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案具有如下优点：通过质量块振动使压电薄膜发生大形变，利用有机压电薄膜的非线性弹性形变实现宽频率范围的振动能量采集，并将其转化成电能输出，进而有效地提高了振动能量采集器的性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为根据本发明的实施例的振动能量采集器结构制造方法的流程图；

图2至图7为按照图1所示流程制造振动能量采集器结构的各个阶段的剖面示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

根据本发明的一个方面，提供了一种振动能量采集器的制造方法。下面，将结合图2至图7通过本发明的一个实施例对图1形成振动能量采集器的方法进行具体描述。如图1所示，本发明所提供的制造方法包括以下步骤：

在步骤S101中，提供下框架101和上框架102，并分别在下框架101的上表面和上框架102的下表面形成金属层103。

具体地，如图2所示，首先提供用于制作上框架和下框架结构的材料。在本实施例中，用于制作上框架和下框架结构的材料是体硅片100。在其他实施例中，也可应用其它可以进行微机械加工，同时电学性能符合要求的材料，例如陶瓷材料、高分子聚合材料等。在接下来的介绍中，将采用体硅片作为例子对下面的步骤进行说明。

首先，在整块体硅片的基础上通过激光划片的方式对其进行加工，在其他实施例中也可选用其他微机械加工方式进行加工。加工出的下框架101和上框架102具有非对称的边框结构，如图3所示。