MEMS振动元件、MEMS振动元件的制造方法及振动发电元件技术

本发明专利技术提供MEMS振动元件，其具备基体部、固定于基体部的固定部、相对于固定部可动的可动部、以及将可动部弹性支撑于基体部的弹性支撑部，弹性支撑部由与固定部及可动部不同的材料形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MEMS振动元件、MEMS振动元件的制造方法及振动发电元件
本专利技术涉及MEMS振动元件、MEMS振动元件的制造方法及振动发电元件。
技术介绍
作为从环境振动获取能量的能量收集技术之一，公知使用MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)振动元件亦即振动发电元件来根据环境振动进行发电的方法(例如参照专利文献1)。环境振动包括各种频带，但为了有效地进行振动发电，需要使振动发电元件的共振频率与作为环境振动的功率谱较大的频率的主要频率一致。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-172523号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题主要频率根据作为振动检测对象的环境而分别不同。但是，在现有的振动发电元件中，构成该振动发电元件的MEMS振动元件的弹性支撑部由与包括可动电极的可动部相同的材料形成。因而，弹性支撑部的设计自由度较低，无法容易地对应于各种主要频率，从而相应地有耗费成本、劳力和时间的问题。用于解决课题的方案本专利技术的第一方案的MEMS振动元件具备：基体部；固定部，其固定于上述基体部；可动部，其相对于上述固定部可动；以及弹性支撑部，其将上述可动部弹性支撑于上述基体部，上述弹性支撑部由与上述固定部及上述可动部不同的材料形成。在第一方案的MEMS振动元件的基础上，本专利技术的第二方案的MEMS振动元件优选为，上述弹性支撑部由与构成上述固定部及上述可动部的材料相比断裂韧性值较高的材料形成。在第一或第二方案的MEMS振动元件的基础上，本专利技术的第三方案的MEMS振动元件优选为，上述弹性支撑部由金属形成。在第一至第三方案中任一方案的MEMS振动元件的基础上，本专利技术的第四方案的MEMS振动元件优选为，上述弹性支撑部由断裂韧性值为10[MPa·m1/2]以上的材料形成。在第一至第四方案中任一方案的MEMS振动元件的基础上，本专利技术的第五方案的MEMS振动元件优选为，上述固定部及上述可动部由硅形成。在第一至第五方案中任一方案的MEMS振动元件的基础上，本专利技术的第六方案的MEMS振动元件优选为，上述固定部和上述可动部构成梳齿构造。在第一至第六方案中任一方案的MEMS振动元件的基础上，本专利技术的第七方案的MEMS振动元件优选为，上述弹性支撑部由平板构成，且在与连接上述可动部和上述基体部的预定方向正交的方向上的宽度在至少一部分根据上述预定方向的位置而不同。本专利技术的第八方案的MEMS振动元件的制造方法包括以下各工序：形成基体部的工序；形成固定部的工序；形成可动部的工序；由与上述固定部及上述可动部不同的材料形成弹性支撑部的工序；将上述弹性支撑部的一端连接于上述基体部的工序；以及将上述弹性支撑部的另一端连接于上述可动部的工序。在第八方案的MEMS振动元件的制造方法的基础上，本专利技术的第九方案的MEMS振动元件的制造方法优选为，由与上述固定部及上述可动部的材料相比断裂韧性值较大的材料形成上述弹性支撑部。在第八或第九方案的MEMS振动元件的制造方法的基础上，本专利技术的第十方案的MEMS振动元件的制造方法优选为，利用光刻法来进行上述固定部的形成及上述可动部的形成。在第十方案的MEMS振动元件的制造方法的基础上，本专利技术的第十一方案的MEMS振动元件的制造方法优选为，在上述光刻法中，从同一基体材料形成上述固定部、上述可动部以及结合上述固定部和上述可动部的结合部，并且，在将上述弹性支撑部的一端连接于上述基体部、而且将上述弹性支撑部的另一端连接于上述可动部之后，除去上述结合部而使上述固定部与上述可动部分离。本专利技术的第十二方案的振动发电元件具备第一至第七方案中任一方案的MEMS振动元件，并且，上述固定部具备固定电极，上述可动部具备可动电极，上述固定电极或上述可动电极的至少一方在表面具有驻极体。专利技术的效果根据本专利技术，能够容易地制造与各种环境振动对应的MEMS振动元件。附图说明图1是示出振动发电元件的简要结构的示意图，图1的(a)是俯视图，图1的(b)及图1的(c)是侧剖视图。图2是示出MEMS振动元件的制造工序的一例的侧剖视图，图2的(a)示出将固定部连接于基体部的工序，图2的(b)示出将弹性支撑部连接于可动部的工序，图2的(c)示出将弹性支撑部连接于基体部的工序。图3是示出固定部及可动部的形成过程的一例的图，图3的(a)是俯视图，图3的(b)、图3的(c)及图3的(d)是侧剖视图。图4是示出固定部及可动部的形成过程的变形例的图。图5是示出弹性支撑部的变形例的图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1是示出本专利技术的一个实施方式的MEMS振动元件的一例、并示出应用于振动发电元件100的情况的简要结构的图。图1的(a)是振动发电元件100的俯视图，图1的(b)是图1的(a)中的BB线剖视图，图1的(c)是图1的(a)中的CC线剖视图。振动发电元件100具备：固定梳齿电极2，其设于作为矩形框的基体部1的一端侧；以及可动梳齿电极3，其由弹性支撑部4弹性支撑于基体部1的另一端，并设为与固定梳齿电极2啮合。因来自外部的振动而可动梳齿电极3相对于固定梳齿电极2位移，由此在电极间产生电荷，振动发电元件100是利用上述的在电极间产生的电荷作为电力的发电元件。如在下文中说明那样，利用各种制造方法来制造振动发电元件100，但至少固定梳齿电极2和可动梳齿电极部3是作为例如以硅为基体材料的MEMS构造体来制造的。因此，能够将振动发电元件100称作MEMS振动元件。实施方式的振动发电元件100是利用因可动梳齿电极3相对于固定梳齿电极2的相对位移而产生的电荷作为电力的一例。但是，实施方式的振动发电元件100是因可动电极相对于固定电极的相对位移而产生电荷的构造的振动发电元件即可，也能够采用利用彼此面对置的平行平板型电极的振动发电元件作为实施方式的变形例。在下文中对振动发电元件100进行详细说明。以下，结合附图，对由基体部1、固定梳齿电极2、可动梳齿电极3、弹性支撑部4构成的振动发电元件100亦即MEMS振动元件进行详细说明。此外，MEMS振动元件不限定于发电元件，在下文中，将固定梳齿电极2作为固定部并将可动梳齿电极3作为可动部来说明。作为一例，固定部2及可动部3构成以下梳齿构造，该梳齿构造具有多个梳齿状的突起部，并且配置为一个突起部与另一个突起部相互经由缝隙而啮合。作为一例，固定部2及可动部3能够由蚀刻加工性良好的结晶硅形成。此外，在下文中对其形成方法进行详细说明。弹性支撑部4是具有挠性的长方形平板，其长边方向与图中的x方向一致，其短边方向与图中的y方向一致。可动部3与弹性支撑部4的x方向的一端连接，并且弹性支撑部4的x方向的另一端与基体部1连接。即，图中的x方向也与连接可动部3和基体部1的方向一致。固定部2以与基体部1连接的方式固定于基体部1。挠性的弹性支本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS振动元件，其特征在于，具备：/n基体部；/n固定部，其固定于上述基体部；/n可动部，其相对于上述固定部可动；以及/n弹性支撑部，其将上述可动部弹性支撑于上述基体部，/n上述弹性支撑部由与上述固定部及上述可动部不同的材料形成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170809 JP 2017-1544751.一种MEMS振动元件，其特征在于，具备：
基体部；
固定部，其固定于上述基体部；
可动部，其相对于上述固定部可动；以及
弹性支撑部，其将上述可动部弹性支撑于上述基体部，
上述弹性支撑部由与上述固定部及上述可动部不同的材料形成。


2.根据权利要求1所述的MEMS振动元件，其特征在于，
上述弹性支撑部由与构成上述固定部及上述可动部的材料相比断裂韧性值较高的材料形成。


3.根据权利要求1或2所述的MEMS振动元件，其特征在于，
上述弹性支撑部由金属形成。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的MEMS振动元件，其特征在于，
上述弹性支撑部由断裂韧性值为10[MPa·m1/2]以上的材料形成。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS振动元件，其特征在于，
上述固定部及上述可动部由硅形成。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的MEMS振动元件，其特征在于，
上述固定部和上述可动部构成梳齿构造。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的MEMS振动元件，其特征在于，
上述弹性支撑部由平板构成，且在与连结上述可动部和上述基体部的预定方向正交的方向上的宽度在至少一部分根据上述预定方向的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥口原，古贺英明，
申请(专利权)人：国立大学法人静冈大学，株式会社鹭宫制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP