一種壓電懸臂梁能量采集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種懸臂梁采集器，特別是設(shè)及一種壓電懸臂梁能量采集器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，微型電子器件應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢逐漸凸顯出來。當(dāng)前，通 過采集微電子器件工作環(huán)境中的振動能，從而將其轉(zhuǎn)換成電能的方式，已成為一種新的研 究趨勢和熱點(diǎn)研究問題。對于壓電振動能量采集器而言，壓電振子的固有頻率與開路輸出 電壓是衡量其工作效率的重要輸出參數(shù)。
[0003] 為了獲得更低的固有頻與更高的輸出電壓，國外一些研究人員把研究重點(diǎn)放在壓 電懸臂梁的幾何形狀上。目前，矩形的懸臂梁結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于壓電振動能量采集器，國外 研究員用在懸臂梁末端添加多個質(zhì)量塊運(yùn)種方法來降低器件固有頻率，但為了避免懸臂梁 因振動發(fā)生斷裂，器件總體尺寸較大。運(yùn)種方法雖然降低了器件固有頻率，但不利于微型集 成化，無法為大量分散的網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)供電。而基于MEMS技術(shù)的壓電能量采集器雖然實(shí) 現(xiàn)了微型化目標(biāo)，卻往往固有頻率較高。
[0004] 然而在生產(chǎn)生活W及國防等某些領(lǐng)域需要實(shí)現(xiàn)低頻環(huán)境的能量采集時，運(yùn)些方案 會由于采用矩形壓電晶片而增大器件的固有頻率，不利于低頻能量的采集，運(yùn)就亟需本領(lǐng) 域技術(shù)人員解決相應(yīng)的技術(shù)問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種壓 電懸臂梁能量采集器。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型提供了一種壓電懸臂梁能量采集 器，包括基板、質(zhì)量塊和壓電晶片，在所述基板的上表面覆蓋有壓電晶片，在壓電晶片末端 的上表面承載有質(zhì)量塊，在壓電晶片上有M個縷空區(qū)域，在基板上有N個縷空區(qū)域，所述M和N 均為正整數(shù)，且M與N的和不小于1。
[0007] 有利于低頻能量的采集，獲得最優(yōu)電壓輸出性能。
[000引在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，M = N時，壓電晶片上的縷空區(qū)域與基板上 的縷空區(qū)域處于相同位置。有利于縷空區(qū)域制作方便。
[0009] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，M、N均為雙數(shù)時，縷空區(qū)域相對于基板的中 屯、線成對稱結(jié)構(gòu)，且由最邊緣向中屯、線縷空。對稱結(jié)構(gòu)的縷空區(qū)域更容易找到規(guī)律，并且穩(wěn) 定性更好。
[0010] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述縷空區(qū)域?yàn)殚L方體。該形狀的縷空區(qū) 域制作方便。利用機(jī)械微切割方法可W準(zhǔn)確地獲得直線類型的設(shè)計形狀尺寸，縷空區(qū)域的 長度和寬度可通過機(jī)器的走刀位移精確控制，且切片具有0.1 wii的切割精度，能夠精確保證 切割圖形的均勻性。
[0011] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，縷空區(qū)域的長度1為10-230皿，寬度d為10- 180皿，M、N為 2-44 個。
[0012] 縷空區(qū)域的長度和寬度W及縷空區(qū)域個數(shù)的選擇，都能降低器件固有頻率，使壓 電晶片的輸出電壓更高。
[0013] 在本實(shí)用新型的一種更加優(yōu)選實(shí)施方式中，縷空區(qū)域的長度1為200WI1，寬度d為 165皿，M、N分別為12個。
[0014] 此時的固有頻率更低，開路輸出電壓更高;避免器件所受應(yīng)力過大，導(dǎo)致懸梁臂斷 裂。
[0015] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于，壓電晶片的長度Lp為3200WI1， 寬度Wp為800皿，厚度tp為14皿;基板的長Ls為3200皿，寬化為800皿，厚度ts為1祉m;質(zhì)量塊的 長Im為900皿，寬機(jī)!為800皿，厚度hm為450皿。
[0016] 該尺寸有利于調(diào)整降低器件諧振頻率，而且可提高器件的輸出性能。
[0017] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，壓電晶片的材料為PZT-4H壓電陶瓷。
[0018] PZT壓電陶瓷體材是由一定比例的鐵酸鉛、二氧化鉛、錯酸鉛在1200°C高溫下燒結(jié) 結(jié)晶而成，是應(yīng)用于MEMS領(lǐng)域最廣泛的壓電材料，其壓電常數(shù)和介電性能都比較優(yōu)異，且制 備工藝成熟，是用于制作微壓電能量采集器的理想選擇。在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方 式中，基板的材料為娃。
[0019] 采用該材料具有彈性模量大，并且能承受較大的形變，使得效果更加明顯。
[0020] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，質(zhì)量塊的材料為儀。
[0021] 質(zhì)量塊材料的選擇采用具有較大密度的儀金屬塊不但有利于調(diào)整降低器件諧振 頻率，而且可提高器件的輸出性能。
[0022] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:采用本實(shí)用新型 的結(jié)構(gòu)有利于低頻能量的采集，并在此基礎(chǔ)上，獲得最優(yōu)電壓值。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2是本實(shí)用新型縷空區(qū)域長度與固有頻率之間的示意圖。
[0025] 圖3是本實(shí)用新型縷空區(qū)域?qū)挾扰c固有頻率之間的示意圖。
[0026] 圖4是本實(shí)用新型縷空區(qū)域個數(shù)與電壓之間的示意圖。
[0027] 圖5是本實(shí)用新型縷空區(qū)域長度與電壓之間的示意圖。
[0028] 圖6是本實(shí)用新型縷空區(qū)域?qū)挾扰c電壓之間的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的 限制。
[0030] 在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語"縱向"、"橫向"、"上"、"下前"、 。后'、"左V'右'、"豎直"、"水甲V'頂V'底'"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附 圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示 所指的裝置或元件必須具有特定的方位、W特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本 實(shí)用新型的限制。
[0031] 本實(shí)用新型提供了一種壓電懸臂梁能量采集器，如圖1所示，包括基板3、質(zhì)量塊4 和壓電晶片2,在基板3的上表面覆蓋有壓電晶片2,在壓電晶片2末端的上表面承載有質(zhì)量 塊4,在壓電晶片2上有M個縷空區(qū)域1，在基板3上有N個縷空區(qū)域1，M和N均為正整數(shù)，且M與N 的和不小于1。在本實(shí)施方式中，縷空區(qū)域1不限于為長方體，也可W是其它形狀，例如，圓 形、正方形或者=角形之一或者組合。壓電晶片2上的縷空區(qū)域與基板3上的縷空區(qū)域處于 相同位置。
[0032] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，M、N均為雙數(shù)時，縷空區(qū)域相對于基板的中 屯、線成對稱結(jié)構(gòu)，且由最邊緣向中屯、線縷空。
[0033] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，縷空區(qū)域的長度1為10-230皿，寬度d為10-180wii，M、N為2-44個。在本實(shí)施方式中，優(yōu)選縷空區(qū)域的長度1為200WH，寬度d為165wii，M、N 分別為12個。
[0034] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于，壓電晶片的長度Lp為3200WI1， 寬度Wp為800皿，厚度tp為14皿;基板的長Ls為3200皿，寬化為800皿，厚度ts為1祉m;質(zhì)量塊的 長Im為900皿，寬機(jī)!為800皿，厚度hm為450皿。
[0035] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，壓電晶片的材料為PZT-4H壓電陶瓷。
[0036] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，基板的材料為娃。
[0037] 在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，質(zhì)量塊的材料為儀。
[0038] 在本實(shí)施方式中，壓電晶片、基板和質(zhì)量塊的