專利名稱：微型電磁式能量采集器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于采集環(huán)境機(jī)械振動(dòng)或生物體運(yùn)動(dòng)能量的微4幾電系統(tǒng)
(MEMS)的微型電磁式能量采集器及制備方法，利用電鍍法制備電磁式能量采 集器所需的永磁體，然后利用MEMS體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù)相結(jié)合的方法制 備能量采集器，屬于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著微納技術(shù)的快速發(fā)展，大量新型微納器件與系統(tǒng)不斷的開發(fā)出來，如微 型發(fā)電機(jī)、納米結(jié)構(gòu)光電子器件，用于防病治病的納米藥物輸運(yùn)和定向治療等， 但是，微納產(chǎn)品的供電問題正成為困擾其應(yīng)用的主要障礙，原因是目前這些微 納系統(tǒng)的供電主要依靠電池。為避免頻繁的更換電池，這就要求電池的工作壽 命不斷延長，而在一些特殊的微納產(chǎn)品或裝置中，特別是在植入式系統(tǒng)(如心 臟起搏器，植入式傳感器等)中，更換電池或充電更是困難。替代電池作為微 納傳感器能源的技術(shù)途徑主要是從微型器件的環(huán)境中采集能量，然后將環(huán)境的 能量轉(zhuǎn)換成電能。由于振動(dòng)在工業(yè)、建筑甚至生物體中(如肢體運(yùn)動(dòng)、血液流 動(dòng)、心臟跳動(dòng)等)時(shí)刻存在，所以采集環(huán)境振動(dòng)的MEMS電磁式能量采集器得到 了國內(nèi)外同行的重視。在已經(jīng)開展的研究中，由于加工技術(shù)多采用組裝式工藝
或粘連手"a將永磁體裝配到能量采集器中，導(dǎo)致器件體積、效率、與傳感器的
集成等方面還有較大不足。Arairtharajah等人在 "Self-powered signal processing using vibration—based power generation" (IEEE Journal ofSolid-State Circuits, 1998, 33: 687-695 )(中文題目"基于振動(dòng)式能量發(fā)電 機(jī)的自供電信號處理"，國際期刊IEEE固體電路學(xué)報(bào))文章中報(bào)導(dǎo)了一個(gè)帶有 0. 5g質(zhì)量塊的移動(dòng)線圈和固定永磁體的能量采集器，體積有4 x 4 x 10cm3,并有 匝數(shù)比為1: 10的變壓器。仿真結(jié)果顯示，在2Hz頻率振動(dòng)下，可以獲得400 liW的能量，豐lT出電壓為180mV。 Glynne—Jones等人在"An electromagnetic, vibration powered generator for intel 1 igent sensor systems" ( Sensors and actuators A, 2004, 110: 344-349 )(中文題目"用于智能傳感系統(tǒng)的電》茲式 振動(dòng)能量發(fā)電機(jī)"，國際期刊傳感器和執(zhí)行器A)文章中報(bào)導(dǎo)了永磁體、懸梁 和固定線圈的能量采集器，這個(gè)器件約有3. 15cm3，在322Hz振動(dòng)頻率下，輸出 功率157 juW，輸出電壓250mV,所得結(jié)果很不錯(cuò)，但是器件尺寸較大。王佩紅
(Pei-Hong Wang)等人在"Design, fabrication and performance of a new vibration-based electromagnetic micro power generator ，'
(Microelectronics Journal, 2007， 38: 1175—1180 )(中文題目"一種新型振 動(dòng)式電磁能量發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、制備和性能"，國際期刊微電子學(xué)報(bào))文章中報(bào) 導(dǎo)了利用MEMS組裝工藝制作了電磁式能量采集器。該能量采集器由硅襯底上的 MFeB永磁體、平面螺旋懸臂梁和玻璃襯底的兩層銅線圏裝配組成，在121. 25Hz 激勵(lì)下，輸出電壓約60mV，該能量采集器的體積為2 x 2 x iram3,永磁體和平面
螺旋懸臂梁的手工粘連是一大難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型電磁式能量采集器及制備方法。利用電鍍工 藝制備電磁式能量采集器的永磁體，代替目前的微裝配或手工粘連永磁體的方 法，結(jié)合MEMS體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù)來制備電磁式能量采集器。
5微型電磁式能量采集器，包括電鍍永磁體、振動(dòng)膜和平面螺旋線圈三個(gè)主要 部分，硅片刻蝕出硅片V型槽，位于硅片V型槽內(nèi)的電鍍永磁體陣列，振動(dòng)膜 位于硅片表面，正對電鍍永磁體陣列，而平面螺旋線圏位于振動(dòng)膜的正上方。
當(dāng)振動(dòng)膜的固有頻率接近或等于外界環(huán)境振動(dòng)的頻率時(shí)，振動(dòng)膜發(fā)生諧振， 引起平面螺旋線圈振動(dòng)，從而穿過平面螺旋線圏的磁通量發(fā)生變化，根據(jù)法4立 第電磁感應(yīng)定律，平面螺旋線圈就會有感應(yīng)電動(dòng)勢，從而在外加負(fù)載上輸出功 率。
電鍍7JCF茲體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的電鍍永磁體材料為CoNiMnP永磁材料，CoNiMnP容易在石圭基體上 電鍍，而且與硅襯底的結(jié)合較好。電鍍永磁體陣列而沒有采用電鍍一整塊石茲體， 是由于永磁體陣列可以減少CoNiMnP電鍍層與珪基體之間的應(yīng)力。永磁體陣列 的電鍍裝置如圖2所示，采用Co作為陽極，以維持電鍍液中Co離子的濃度， 另外，在電鍍槽兩側(cè)沿垂直于硅片6方向放置兩塊強(qiáng)永磁體8 (比如NdFeB)以 形成外加磁場，在電鍍時(shí)對電鍍的永磁體陣列進(jìn)行垂直磁場取向，為了改善電 鍍層磁體的磁性能和均勻性，可以采取攪拌器7等對電鍍液進(jìn)行攪拌，硅片6 連接恒流源5的負(fù)極在電鍍槽的一側(cè)，恒流源5的陽極連接于電鍍槽的另一側(cè)。
永磁體的矯頑力和剩磁與磁體的幾何形狀有關(guān)。磁體的高度、橫截面影響 磁體的矯頑力、剩磁和退磁因子。當(dāng)橫截面積一定時(shí)，可以通過控制電鍍磁體 厚度來改變磁體的矯頑力、剩磁和磁能積。為了降低電鍍永磁體膜層的內(nèi)應(yīng)力， 除了電鍍永磁體陣列代替電鍍整塊磁體之外，還可以在電鍍液配方中添加糖 精，糖精添加劑分子可以吸附在空穴處阻礙位錯(cuò)的生成，從而使得鍍層應(yīng)力下 降；采用低濃度鍍液，有利于降低鍍層的內(nèi)應(yīng)力；電鍍夾層薄膜，比如三明治 Ni/CoNiMnP/Ni,石茲性變化不大，但可以降低應(yīng)力。
振動(dòng)膜的尺寸設(shè)計(jì)振動(dòng)膜有四個(gè)"蟹腳"狀的懸臂梁和振動(dòng)平板組成，"蟹腳"狀的懸臂梁如 圖3所示。懸臂梁連接在振動(dòng)平板的四個(gè)直角處，厚度一樣，電鍍時(shí)懸臂梁和
平板一起電鍍，而懸臂梁的后端是錨點(diǎn)9，錨點(diǎn)9錨接在硅片IO上。 根據(jù)彈性力學(xué)原理，四個(gè)蟹狀梁的等效彈性系數(shù)夂,,為
"々 m
式中，s為懸臂梁的楊氏模量，f為振動(dòng)膜的厚度，^和/^分別為"蟹腳"脛的
長度和寬度，4和K分別為"蟹腳"股的長度和寬度。 能量采集器系統(tǒng)的固有頻率為
A^=2;r、—— (3) 附
式中，/z 為振動(dòng)膜的質(zhì)量和平面螺旋線圈質(zhì)量之和。
根據(jù)(l)-(3)式，可以確定能量采集器的諧振頻率，從而設(shè)計(jì)出采集外界環(huán) 境不同振動(dòng)頻率的能量采集器，如果采集對象是生物體，只要外加一些處理電 路，就可以采集生物體運(yùn)動(dòng)能量。
一種微型電磁式能量采集器制備方法，包括如下步驟實(shí)現(xiàn)
(a) 處理、清洗硅片10;
(b) 在硅片10背面制作用于對準(zhǔn)的金屬對準(zhǔn)符號標(biāo)記20;
(c) 在硅片IO正面等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD) 1)am的Si02 30;
(d) 甩正膠40、光刻、刻蝕Si02和硅，形成硅片V型槽l;
7(e )去膠、濺射第一層100nm的Cr/Cu種子層50; (f )甩膠、光刻、電鍍永磁體陣列60;
(g) 去膠、去第一層種子層、甩膠、化學(xué)機(jī)械拋光；
(h) 濺射第二層100nm的Cr/Cu種子層、甩膠、光刻、制作振動(dòng)膜70; (i )去膠、甩膠、電鍍平面螺旋線圏80;
(j)無掩膜曝光去除種子層上面的光刻膠、去除第二層種子層、去除種子 層下面的光刻膠。
利用本發(fā)明制造的電鍍永磁體的MEMS電磁式能量采集器的優(yōu)點(diǎn)在于(1 ) 電鍍法制備的永磁體以及三維微機(jī)械加工方法，使得能量采集器的尺寸更小， 相比微裝配或者手工粘連永磁體，電鍍法制備的永磁體與平面螺旋線圏的間距 進(jìn)一步縮小，可以獲得更大的輸出功率；(2)相對于目前微裝配或手工粘連永 磁體的電磁式能量采集器，本發(fā)明的能量采集器與IC工藝相兼容，可以與處理 電路相集成，易于封裝，適于大規(guī)模生產(chǎn)，使得微納傳感器的自我供電成為可 能；(3)本發(fā)明適合生物體應(yīng)用，不但為微納傳感器自我供電提供了技術(shù)途徑， 而且為微納傳感器在生物體內(nèi)的無線應(yīng)用提供了可能，可以應(yīng)用于內(nèi)置生物傳 感器、生物醫(yī)藥監(jiān)控和生物活體探測等；(4)本發(fā)明的電鍍法制作永磁體，還 可以在其它MEMS器件和系統(tǒng)制作上進(jìn)行應(yīng)用，比如磁致致動(dòng)器、電磁繼電器、 磁芯電感、可調(diào)電感、電f茲馬達(dá)等。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
圖1為本發(fā)明的微型電磁式能量采集器示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的電鍍永磁體陣列的電鍍槽示意圖。圖3為本發(fā)明能量采集器的振動(dòng)膜"蟹腳"狀懸臂梁示意圖。
圖4為微型電磁式能量采集器及制作工藝過程。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。 實(shí)施例1
微型電磁式能量采集器，由電鍍永磁體60、振動(dòng)膜70和平面螺旋線圈80 三個(gè)主要部分組成，如圖l所示。硅片V型槽l由濕法刻蝕硅片IO獲得，本發(fā) 明的能量采集器的永磁體是由位于硅片V型槽1內(nèi)的電鍍永磁體陣列60來實(shí)現(xiàn) 的，振動(dòng)膜7 0位于硅片表面，正對電鍍永磁體陣列60,而平面螺旋線圈80位 于振動(dòng)膜70的正上方。振動(dòng)膜70為四個(gè)蟹腳狀的懸臂梁和振動(dòng)平板組成，蟹 腳狀的懸臂梁如圖3所示。懸臂梁連接在振動(dòng)平板的四個(gè)直角處，厚度一樣， 電鍍時(shí)懸臂梁和平板一起電鍍，而懸臂梁的后端是錨點(diǎn)9,錨點(diǎn)9錨接在硅片 IO上。
當(dāng)振動(dòng)膜70的固有頻率接近或等于外界環(huán)境振動(dòng)的頻率時(shí)，振動(dòng)膜70發(fā)生 諧振，引起平面螺旋線圈80振動(dòng)，從而穿過平面螺旋線圏80的磁通量發(fā)生變 化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，平面螺旋線圈80就會有感應(yīng)電動(dòng)勢，從而在外 加負(fù)載上輸出功率。
一種微型電磁式能量采集器制備方法，采用體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù)相結(jié) 合的三維微機(jī)械加工方法，即利用體硅微機(jī)械加工技術(shù)的方法刻蝕硅，形成V 型槽，在V型槽內(nèi)電鍍永磁體，再通過表面微機(jī)械加工技術(shù)的方法制作振動(dòng)膜
和平面螺旋線圈。 包括如下步驟
9a) 背面對準(zhǔn)符號制作
在硅片背面濺射100 nm的金屬鉻，然后甩5 p m厚的正膠AZ P4620,光刻、 顯影，用8°/。鹽酸刻蝕金屬鉻，用丙酮去除正膠，得到金屬鉻的背面對準(zhǔn)符號。
(2) 硅片V型槽制作
濕法刻蝕等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的Si02所用的腐蝕劑為緩沖氧 化硅腐蝕液，腐蝕液成分為HF: NH4F: H20=84: 339: 510 (質(zhì)量比),刻蝕溫度為45 °C,腐蝕速率為0. 4|am/min。 Si02的腐蝕為各向同性腐蝕，由于HF酸對Si02 的腐蝕速率遠(yuǎn)大于對Si的腐蝕，因此在正膠的掩蔽作用下，光刻圖形地方的Si02 將被HF酸腐蝕。腐蝕Si02后，采用KOH溶液(配比KOH: H20 =44g: 100ml)腐 蝕Si,刻蝕溫度為85。C，腐蝕速率為1. 4pm/min， Si的腐蝕為各向異性腐蝕， 被HF酸刻蝕的Si02下方的Si被刻蝕掉，形成V型槽。
(3) 永磁體電鍍制作
在制作硅片V型槽之后，賊射一層lOOnm的Cr/Cu種子層，甩10 |um的正 膠AZ P4903,曝光時(shí)間70s,顯影時(shí)間120s，然后電鍍CoNiMnP永萬茲材料，電 鍍的永,茲體陣列為3 x 3 ( 3行3歹'J ),每個(gè)4cf茲體的兮黃截面為250 ju m x 250 ju m， 陣列永磁體的間距為80pm。電鍍條件電流密度為5mA/cm2， PtH直為3. 5，并 用磁力攪拌器攪拌。電鍍液配方為CoCl2'6H20 ( 24g/1 )， NiCl2 6H20 ( 24g/l )， MnS04 -H20 ( 3. 4g/l )， NaH2P02 ( 4. 4g/l )， H肌(25g/l )， NaCl ( 24g/l )， C12H 2504NaS (0. 3g/l)，糖精(O. 9g/l)。電鍍液是上述所有成分的組合，為保證鍍膜均勻 致密，電鍍的速率約為2 |jm/h。
(4) 振動(dòng)膜制作
永磁體陣列電鍍之后，去膠、去第一層種子層，然后甩5 jura的正膠AZ P4620、化學(xué)機(jī)械拋光、賊射第二層lOOrnn的Cr/Cu種子層，再甩3 p m的正膠AZ P4620 膠，曝光時(shí)間40s,顯影時(shí)間60s,然后電鍍Cu或Ni的振動(dòng)膜。振動(dòng)膜厚度 為3pm,振動(dòng)膜的振動(dòng)平板長和寬都為7 00jum,"蟹腳"狀懸臂梁脛66和股55 的長度分別為850jum、 100pm,脛66和股55的寬度都為50 n m。 (5)平面螺旋線圏制作
在振動(dòng)膜制作之后，去除光刻膠膠，再甩一層5jam的正膠AZP4620,曝光 時(shí)間60s,顯影時(shí)間80s，電鍍平面螺旋線圏。平面螺旋線圏的臣數(shù)為10,導(dǎo)線 寬度為40|am，導(dǎo)線間距為30jim。
實(shí)施例2
一種微型電磁式能量采集器制備方法，采用體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù)相結(jié) 合的三維微機(jī)械加工方法，即利用體硅微機(jī)械加工技術(shù)的方法刻蝕硅，形成V 型槽，在V型槽內(nèi)電鍍永磁體，再通過表面微機(jī)械加工技術(shù)的方法制作振動(dòng)膜 和平面螺旋線圏。
包括如下步驟
(1) 背面對準(zhǔn)符號制作
在硅片背面濺射100 nffl的金屬鉻，然后甩5 in ffl厚的正膠AZ P4620,光刻、 顯影，用8%鹽酸刻蝕金屬鉻，用丙酮去除正膠，得到金屬鉻的背面對準(zhǔn)符號。
(2) 硅片V型槽制作
濕法刻蝕等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的Si02所用的腐蝕劑為緩沖氧 化硅腐蝕液，腐蝕液成分為HF: NH4F: H20=84: 339: 510 (質(zhì)量比)，刻蝕溫度為 45°C,腐蝕速率為0. 4 |am/min。 Si02的腐蝕為各向同性腐蝕，由于HF酸對Si02的腐蝕速率遠(yuǎn)大于對Si的腐蝕，因此在正膠的掩蔽作用下，光刻圖形地方的Si02
將被HF酸腐蝕。腐蝕Si02后，采用KOH溶液(配比KOH: H20 =44g: 100ml )腐 蝕Si，刻蝕溫度為85。C,腐蝕速率為1. 4|nin/min, Si的腐蝕為各向異性腐蝕， 被HF酸刻蝕的Si02下方的Si被刻蝕掉，形成V型槽。
(3) 永磁體電鍍制作
在制作硅片V型槽之后，濺射一層lOOnm的Cr/Cu種子層，甩20 |um的正 膠AZP4903,曝光時(shí)間220s,顯影時(shí)間150s,然后電鍍CoNiMnP永》茲材津+,電 鏡的7JC不茲體陣歹寸為4x4 ( 4 4亍4歹寸)，每個(gè)7JOf茲體的誶黃截面為200 jam x 200 /am， 陣列永磁體的間距為50jum。電鍍條件電流密度為10mA/cm2， PH值為3. 6，并 用》茲力攪拌器攪拌。電鍍液配方為CoCl2 6H20 ( 23. 8g/l ), NiCl2 . 6H20 (23.8g/l)' MnS04 . H20 ( 3. 2g/l )， NaH2P02 ( 4. 2g/l ), H3B03 ( 24. 5g/l )， NaCl (23. 5g/l ), C12H2504NaS ( 0. 3g/l ),糖精(0. 9g/l )。電鍍液是上述所有成分的 組合，為保證鍍膜均勻致密，電鍍的速率約為3jjm/h。
(4) 振動(dòng)膜制作
永磁體陣列電鍍之后，去膠、去第一層種子層，然后甩5 (am的正膠AZ P4620、 化學(xué)機(jī)械拋光、賊射第二層lOOnm的Cr/Cu種子層，再甩3 |a m的正膠AZ P4620 膠，曝光時(shí)間40s，顯影時(shí)間60s,然后電鍍Cu或Ni的振動(dòng)膜。振動(dòng)膜厚度 為3jam，振動(dòng)膜的振動(dòng)平板長和寬都為600 |u m,"蟹腳"狀懸臂梁脛66和股55 的長度分別為700|am、 80 jam,脛66和股55的寬度都為30jam。
(5) 平面螺旋線圈制作
在振動(dòng)膜制作之后，去除光刻膠膠，再甩一層lOjam的正膠AZ P4903,曝 光時(shí)間70s,顯影時(shí)間120s,電鍍平面螺旋線圈。平面螺旋線圈的臣數(shù)為8，導(dǎo)
12線寬度為50jura，導(dǎo)線間距為40ym。 實(shí)施例3
一種微型電磁式能量采集器制備方法，采用體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù)相結(jié) 合的三維微機(jī)械加工方法，即利用體硅微機(jī)械加工技術(shù)的方法刻蝕硅，形成V 型槽，在V型槽內(nèi)電鍍永磁體，再通過表面微機(jī)械加工技術(shù)的方法制作振動(dòng)膜 和平面螺旋線園。
包括如下步驟
(1) 背面對準(zhǔn)符號制作
在硅片背面濺射100 nm的金屬鉻，然后甩5 |a m厚的正膠AZ P4620,光刻、 顯影，用8%鹽酸刻蝕金屬鉻，用丙酮去除正膠，得到金屬鉻的背面對準(zhǔn)符號。
(2) 硅片V型槽制作
濕法刻蝕等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的Si02所用的腐蝕劑為緩沖氧 化硅腐蝕液，腐蝕液成分為HF:NH4F:H20=84: 339: 510 (質(zhì)量比)，刻蝕溫度為 45°C,腐蝕速率為0. 4 nm/min。 Si02的腐蝕為各向同性腐蝕，由于HF酸對Si02 的腐蝕速率遠(yuǎn)大于對Si的腐蝕，因此在正膠的掩蔽作用下，光刻圖形地方的Si02 將被HF酸腐蝕。腐蝕Si02后，采用KOH溶液(配比KOH: H20 =44g: 100ml)腐 蝕Si,刻蝕溫度為85。C,腐蝕速率為1. 4|um/min， Si的腐蝕為各向異性腐蝕， 被HF酸刻蝕的Si(h下方的Si被刻蝕掉，形成V型槽。
(3) 永磁體電鍍制作
在制作硅片V型槽之后，'烕射一層lOOnm的Cr/Cu種子層，甩30 |am的正 膠AZP4903,曝光時(shí)間240s,顯影時(shí)間300s,然后電鍍CoNiMnP永石茲材料，電 鍍的永磁體陣列為5x5 ( 5行5歹'j ),每個(gè)永石茲體的4黃截面為150 jLim x 150 jum，陣列永磁體的間距為30/am。電鍍條件電流密度為8mA/cm2, PH值為3. 5，并 用磁力攪拌器攪拌。電鍍液配方為CoCl2 '6H20 ( 23g/1 )， NiCl2 . 6國23g/l )， MnS04 . H20 ( 3g/l )， NaH2P02 ( 4g/l )， H,B03 ( 24g/l ), NaCl(23g/1)， C12H 25 0 4NaS (0. 3g/l),糖精(O. 9g/l)。電鍍液是上述所有成分的組合，為保證鍍膜均勻 致密，電鍍的速率約為2|am/h。
(4) 振動(dòng)膜制作
永磁體陣列電鍍之后，去膠、去第一層種子層，然后甩5 nm的正膠AZ P4620、 化學(xué)機(jī)械拋光、濺射第二層lOOnm的Cr/Cu種子層，再甩3 p m的正膠AZ P4620 膠，曝光時(shí)間40s,顯影時(shí)間60s，然后電鍍Cu或Ni的振動(dòng)膜。振動(dòng)膜厚度 為3|am，振動(dòng)膜的振動(dòng)平板長和寬都為500 pm，"蟹腳"狀懸臂梁脛66和股55 的長度分別為600|ura、 50|itn，脛66和股55的寬度都為30 (am。
(5) 平面螺旋線圈制作
在振動(dòng)膜制作之后，去除光刻膠膠，再甩一層lOiam的正膠AZ P4903,曝 光時(shí)間70s，顯影時(shí)間120s，電鍍平面螺旋線圏。平面螺旋線圈的匝數(shù)為6，導(dǎo) 線寬度為60jLim，導(dǎo)線間距為30|am。
權(quán)利要求
1、一種微型電磁式能量采集器，包括刻蝕V型槽、電鍍永磁體、振動(dòng)膜和平面螺旋線圈，其特征在于硅片刻蝕出硅片V型槽，在硅片V型槽內(nèi)電鍍永磁體陣列，振動(dòng)膜位于硅片表面，正對電鍍永磁體陣列，而平面螺旋線圈位于振動(dòng)膜的正上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型電磁式能量采集器，其特征是振動(dòng)膜 為四個(gè)蟹腳狀的懸臂梁和振動(dòng)平板組成，懸臂梁連接在振動(dòng)平板的四個(gè)直角處， 而懸臂梁的后端是錨點(diǎn)，錨點(diǎn)錨接在硅片上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微型電磁式能量采集器，其特征是振動(dòng)膜 振動(dòng)膜厚度為3pm，振動(dòng)膜的振動(dòng)平板長和寬都為500-700)am,蟹腳狀懸臂梁 脛和股的長度分別為600-850|am、 50-100 pm，脛和股的寬度都為30-50 u m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種微型電磁式能量采集器，其特征是電鍍永 磁體陣列為3行3列，每個(gè)永》茲體的對黃截面為250 |j m x 250 ia m,陣列永磁體的 間if巨為80 jam;或電鍍永磁體陣列為4行4歹'J,每個(gè)永》茲體的橫截面為200 jj m x 200 jli in,陣 列永磁體的間距為50 in m;或電鍍永磁體陣列為5行5歹'J ，每個(gè)永磁體的橫截面為150 ja m x 150 ia m,陣 列永》茲體的間距為30 ja m。
5、 MEMS微型電磁式能量采集器的制備方法，其特征在于制備工藝包括如下 工藝步驟(a)處理、清洗硅片；(b)在硅片背面制作用于對準(zhǔn)的金屬對準(zhǔn)符號標(biāo)記； (c)在硅片正面等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVDl pm的Si02; (d)甩膠、光刻、 刻蝕Si02和硅，在硅片形成V型槽；(e)去膠、'踐射第一層1 OOnm的Cr/Cu種 子層；(f)甩膠、光刻、電鍍永磁體陣列；(g)去膠、去第一層種子層、甩膠、 化學(xué)機(jī)械拋光；(h)濺射第二層100nm的Cr/Cu種子層、甩膠、光刻、制作振 動(dòng)膜；(i)去膠、甩膠、電鍍平面螺旋線圈；(j )無掩膜曝光去除種子層上面 的光刻膠、去除第二層種子層、去除種子層下面的光刻膠。
6、 按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于采用體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù) 相結(jié)合的三維微機(jī)械加工方法，即利用體硅微機(jī)械加工技術(shù)的方法刻蝕硅，形 成V型槽，在V型槽內(nèi)電鍍永磁體，再通過表面微機(jī)械加工技術(shù)的方法制作振 動(dòng)膜和平面螺旋線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)電磁式能量采集器及制備方法，它采用體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù)相結(jié)合的三維微機(jī)械加工方法，利用體硅微機(jī)械加工技術(shù)的方法刻蝕硅片V型槽，在V型槽內(nèi)電鍍能量采集器的永磁體(陣列)，利用表面微機(jī)械加工技術(shù)的方法制備能量采集器的振動(dòng)膜(“蟹腳”狀懸臂梁和振動(dòng)平板)和平面螺旋線圈。本發(fā)明的電磁式能量采集器采用電鍍法制備永磁體(陣列)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能量采集器的永磁體的微裝配或者粘連手段，使得能量采集器及制備可以與IC工藝相兼容。
文檔編號H02K35/02GK101515746SQ20091008054
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者張海霞, 方東明, 泉 袁 申請人:北京大學(xué)