[发明专利]多方向宽频压电MEMS振动能量采集器及其制备方法

权利要求书

1.多方向宽频压电MEMS振动能量采集器，其特征在于，包括：基座和形成在所述基座上的多个压电悬臂梁、微弹簧、弹簧底座、永磁铁、软磁铁，其中：压电悬臂梁在基座空腔位置均匀布置，且每个压电悬臂梁的一端固定在基座上，另一端悬空，软磁铁固定于悬臂梁的悬空端；微弹簧上端与永磁铁连接，下端固定在弹簧底座上；基座与弹簧底座通过粘接连接，微弹簧位于基座空腔中心位置，且其上永磁铁与压电悬臂梁上的软磁铁在垂直方向上保持一定距离；

所述的压电悬臂梁包括：支撑层以及在基座上依次形成的下电极层、环氧树脂粘接层、压电厚膜层、上电极层；

所述的基座材料是(100)面双面氧化的普通硅片或SOI硅片；

所述的多个压电悬臂梁，数量为3-6个；

所述的支撑层与基座为一整体，通过微加工制作，其厚度范围为15-20μm。

2.根据权利要求1所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器，其特征在于，所述的微弹簧材料是Cu，或Ni，或Cr。

3.根据权利要求1所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器，其特征在于，所述的压电厚膜材料为PZT压电陶瓷或PMN-PT压电单晶，厚度范围为15-20μm。

4.根据权利要求1所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器，其特征在于，所述的环氧树脂粘接层材料为导电型环氧树脂胶，厚度范围是3-5μm。

5.根据权利要求1所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器，其特征在于，所述的电极层材料是Cr/Au合金，或者是Ti/Pt合金，或者是Al。

6.一种权利要求1所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在硅片表面上采用溅射或蒸发方法制备一层金属电极层；

第二步，采用键合和减薄技术在制备了电极层的硅片上制作压电厚膜，并在压电厚膜表面上采用溅射或蒸发方法制备一层金属电极层；

第三步，使用微加工和激光加工工艺完成压电悬臂梁阵列结构制作；

第四步，基于MEMS技术制备螺旋圆柱微弹簧；

第五步，器件组装，焊接电导线，极化压电片。

7.根据权利要求6所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器的制备方法，其特征在于，所述的制备压电厚膜方法，具体是：在制备了电极层的硅片表面采用丝网印刷方法涂覆一层环氧树脂胶层，然后与已抛光的压电片进行粘接，最后通过机械化学研磨抛光方法将压电片厚度减薄至15μm-20μm，完成压电厚膜的制备。

8.根据权利要求6所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器的制备方法，其特征在于，所述的使用微加工和激光加工工艺完成压电悬臂梁阵列结构制作，具体是：在完成压电厚膜制作工艺基础上，采用光刻、显影技术完成器件背部SiO₂的图形化；然后采用湿法或干法刻蚀器件背部SiO₂层；接着采用干法深硅刻蚀方法刻Si层至一定厚度；最后采用激光加工工艺切割器件正面，完成悬臂梁的释放。

9.根据权利要求6所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器的制备方法，其特征在于，所述的基于MEMS技术制备螺旋圆柱微弹簧，具体是：在玻璃圆柱管表面溅射一层金属种子层，并在种子层上涂覆光刻胶；然后采用立体投影曝光、显影技术完成弹簧形状图形化；接着采用化学电镀Cu、Cr或Ni作为弹簧结构材料；最后去除光刻胶牺牲层、金属种子层，并采用化学腐蚀方法去除玻璃圆柱管，完成微弹簧的制备。

10.根据权利要求6所述的多方向宽频压电MEMS振动能量采集器的制备方法，其特征在于，所述的器件组装，具体是：先通过环氧树脂胶将微弹簧下端与弹簧底座硅片进行粘接连接，并将永磁铁粘接于弹簧上端，然后将弹簧底座与基座通过粘接连接，最后在压电悬臂梁的自由端粘接软磁铁，完成器件的组装。