作為壓電厚膜層，并制作壓電厚膜(3)上、下表面的壓電厚膜電極層(5)，完成壓電厚膜層的制作。
[0128]壓電厚膜(3)下表面的壓電厚膜電極層(5)的制備方法包括:在第二硅層⑷上表面的二氧化硅層(2)上甩正膠ΙΟμπι，通過光刻、顯影技術(shù)圖形化光刻膠，然后在圖形化的光刻膠表面上通過蒸鍍沉積一層0.15Mm的CrAu合金薄膜，然后采用liftoff工藝制備壓電厚膜⑶下表面的壓電厚膜電極層(5);
[0129]環(huán)氧鍵合技術(shù)，具體是:在制備好的壓電厚膜(3)下表面的壓電厚膜電極層(5)上采用絲網(wǎng)印刷方法涂環(huán)氧導(dǎo)電膠，然后與厚度為400μπι單面拋光好的ΡΖΤ體材粘貼，在貼合的ΡΖΤ上施加0.2Mpa的壓力后放入真空烘箱進(jìn)行加溫固化。固化分為三個(gè)階段，1、95°C溫度下0.5小時(shí)；2、135°C溫度下0.5小時(shí)；3、175°C溫度下2.0小時(shí)。
[0130]減薄技術(shù)，具體步驟包括:將鍵合好的厚度為400Pm的PZT，依次采用顆粒為W28、W14、W7的金剛砂進(jìn)行研磨，最后采用粒度為0.5μπι的金剛石拋光膏進(jìn)行拋光，減薄后的PZT厚度層為20Pm。
[0131]壓電厚膜(3)上表面的壓電厚膜電極層(5)的制備方法，具體是:先在制備好的壓電厚膜⑶上甩正膠ΙΟμπι，通過光刻、顯影技術(shù)圖形化光刻膠，然后在圖形化的光刻膠表面上通過蒸鍍沉積一層0.15Mm的CrAu合金薄膜，然后采用liftoff工藝制備壓電厚膜(3)上表面的壓電厚膜電極層(5)。
[0132]Sb2:使用微加工工藝加工壓電能量采集器主結(jié)構(gòu)正面。
[0133]微加工工藝，具體是:通過光刻、顯影等工藝，圖形化壓電PZT厚膜，然后采用濕法刻蝕壓電PZT厚膜層以暴露電極，刻蝕液成分和質(zhì)量比為(40%的NH4F:HF=1:5)BHF:HCl:H20=l:25:74o接著通過光刻、顯影工藝，采用RIE干法刻蝕環(huán)氧樹脂層，采用BHF溶液刻蝕位于第二硅層(4)上表面的二氧化硅層(2)，采用DRIE刻蝕第二硅層(4)至位于其下表面的二氧化硅層(2)。
[0134]Sb3:在壓電能量采集器主結(jié)構(gòu)背部制備厚為30Pm左右的PI摩擦層(14)及其上的摩擦結(jié)構(gòu)電極層(9)。
[0135]背部制備PI摩擦層(14)及其上的摩擦結(jié)構(gòu)電極層(9)的方法，是指在制備好正面圖形的壓電能量采集器結(jié)構(gòu)背部，先濺射一層厚度為0.Ιδμπι的CrAu合金薄膜作為摩擦結(jié)構(gòu)電極層(9)并圖形化，然后采用旋涂方法制備30μπι的ΡΙ膜作為ΡΙ摩擦層(14)，并采用光刻、顯影方法圖形化ΡΙ膜。
[0136]Sb4:壓電能量采集器主結(jié)構(gòu)背部微加工、釋放懸臂梁。
[0137]壓電能量采集器主結(jié)構(gòu)背部微加工、釋放懸臂梁方法，具體是:先用離子銑刻蝕方法刻蝕PI摩擦層(14)上的摩擦結(jié)構(gòu)電極層(9)，然后采用RIE刻蝕二氧化硅層(8)，接著采用DRIE進(jìn)行深硅刻蝕，直至刻至第二硅層(4)下表面的二氧化硅層(2)，最后采用RIE刻蝕第二硅層(4)下表面的二氧化硅層(2)，釋放懸臂梁。
[0138]Sb5:制備表面具有硅微坑結(jié)構(gòu)的阻擋塊。
[0139]制備表面具有硅微坑結(jié)構(gòu)的阻擋塊方法，具體步驟包括:采用普通硅基片最為摩擦層基座(13)，先在其表面熱氧化一層二氧化硅層(2)，先采用切割工藝切割出微方塊，再用濕法刻蝕方法刻蝕出微坑形成硅微坑摩擦層(15)，然后在硅微坑摩擦層(15)表面濺射一層CrAu合金薄膜作為摩擦結(jié)構(gòu)電極層(9)，完成阻擋塊結(jié)構(gòu)的制作。
[0140]Sb6:組裝器件，焊接電導(dǎo)線，極化壓電厚膜(3)。
[0141]組裝器件步驟包括:通過絲網(wǎng)印刷法將厚度小于2μπι的環(huán)氧樹脂膠涂在硅固定基座和相應(yīng)的阻擋塊的摩擦層基座(11)上，選擇合適厚度的硅片作為墊片(13)，利用晶片鍵合技術(shù)將制備好的能量采集器主結(jié)構(gòu)和阻擋塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體組裝，并在50°C溫度下固化1小時(shí)，隨后在100°C溫度下固化3小時(shí)。
[0142]極化壓電厚膜(3)具體是:在引出的電導(dǎo)線兩端，加直流電壓80V，保持30分鐘。
[0143]本實(shí)用新型制備的壓電-摩擦電復(fù)合式MEMS能量采集器，能有效提高器件的輸出特性，具有轉(zhuǎn)換效率高、運(yùn)行頻帶寬等特點(diǎn)，較一般的壓電能量采集器，其轉(zhuǎn)換效率可提高40%以上，頻寬提高30%以上，可有效地克服MEMS能量采集器輸出功率較低、運(yùn)行頻帶窄的問題。
[0144]本文雖然已經(jīng)給出了本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型精神的情況下，可以對(duì)本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本實(shí)用新型權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電-摩擦電復(fù)合式MEMS寬頻能量采集器，其特征在于，包括壓電能量采集器主結(jié)構(gòu)、阻擋塊及墊片； 所述壓電能量采集器主結(jié)構(gòu)包括:硅固定基座、第一硅基壓電懸臂梁、第二硅基壓電懸臂梁、第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊； 所述硅固定基座包括:第一硅層及位于所述第一硅層兩側(cè)的二氧化硅層； 所述第一硅基壓電懸臂梁及第二硅基壓電懸臂梁都包括:硅懸臂梁支撐層及附于所述硅懸臂梁支撐層上的壓電厚膜層；所述硅懸臂梁支撐層包括第二硅層、所述第二硅層上、下表面的二氧化硅層及所述第二硅層上表面二氧化硅層上的支撐層電極層；所述壓電厚膜層包括壓電厚膜及所述壓電厚膜表面的電極層； 所述第一質(zhì)量塊及第二質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)相同，包括:集成硅質(zhì)量塊及附于其表面的摩擦層； 所述阻擋塊包括:摩擦層基座、電極層及摩擦層； 所述墊片位于所述硅固定基座和阻擋塊之間。2.如權(quán)利要求1所述的一種壓電-摩擦電復(fù)合式MEMS寬頻能量采集器，其特征在于， 所述第一硅基壓電懸臂梁中間開槽，所述第二硅基壓電懸臂梁位于所述開槽內(nèi)；所述第一硅基壓電懸臂梁一端固定在所述硅固定基座上，且另一端為懸空的自由端并與所述第一質(zhì)量塊固定連接，所述第二硅基壓電懸臂梁的固定端為所述第一硅基壓電懸臂梁的自由端，且另一端懸空并與所述第二質(zhì)量塊固定連接。3.如權(quán)利要求1所述的一種壓電-摩擦電復(fù)合式MEMS寬頻能量采集器，其特征在于，所述第一硅基壓電懸臂梁及第二硅基壓電懸臂梁形狀為矩形或梯形。4.如權(quán)利要求1所述的一種壓電-摩擦電復(fù)合式MEMS寬頻能量采集器，其特征在于，所述壓電厚膜層與硅懸臂梁支撐層通過粘貼膠層實(shí)現(xiàn)粘貼鍵合。5.如權(quán)利要求1所述的一種壓電-摩擦電復(fù)合式MEMS寬頻能量采集器，其特征在于，所述質(zhì)量塊的摩擦層為表面附有CrAu合金電極層的SU8膠微柱或硅微坑結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的阻擋塊的摩擦層為PI膜或PDMS薄膜；或者， 質(zhì)量塊摩擦層為PI或PDMS薄膜，相應(yīng)的阻擋塊摩擦層為表面附有CrAu合金電極層的SU8膠微柱或硅微坑結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】一種壓電-摩擦電復(fù)合式MEMS寬頻能量采集器，該采集器包括壓電能量采集器主結(jié)構(gòu)、阻擋塊及墊片；壓電能量采集器主結(jié)構(gòu)包括硅固定基座、硅基壓電懸臂梁及質(zhì)量塊；硅固定基座包括硅層及其兩側(cè)的二氧化硅層；硅基壓電懸臂梁包括硅懸臂梁支撐層及其上的壓電厚膜層；硅懸臂梁支撐層包括硅層、二氧化硅層及支撐層電極層；壓電厚膜層包括壓電厚膜及其表面的壓電厚膜電極層；質(zhì)量塊包括集成硅質(zhì)量塊及其表面的摩擦層；阻擋塊包括摩擦層基座、電極層及摩擦層；墊片位于硅固定基座和阻擋塊之間。本實(shí)用新型使換能元件在低頻振動(dòng)環(huán)境下獲得較大的輸出功率，以解決傳統(tǒng)的MEMS壓電能量采集器輸出功率低、頻帶窄等問題。
【IPC分類】B81C3/00, H02N2/18, H02N1/04
【公開號(hào)】CN205070840
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520836341
【發(fā)明人】唐剛, 鄔文靜, 胡敏, 李志彪, 徐斌, 閆肖肖, 鄧小珍, 徐兵, 侯誠(chéng)
【申請(qǐng)人】南昌工程學(xué)院
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日