[发明专利]MEMS动能转化

说明书

技术领域

本发明涉及一种微器件以及制造该微器件的方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)器件可以为各种用途收集能量，例如自供电或电池充电器件或系统。这种MEMS器件可以收集能量，例如，通过将机械动能(例如环境振动)转化成电能(例如电荷)以及随后给器件供电或给电池充电。

然而，现有的MEMS能量收集器具有许多限制。传统的使用铅-锆-钛(PZT)薄膜材料转化能量的MEMS压电器件具有环境和加工工具污染问题。与PZT相比，传统的使用氮化铝(AlN)薄膜材料的MEMS压电器件不能产生更多的能量因为AlN具有较低的压电系数。另外，传统的MEMS压电器件只限于从机械变形转化成动能，而不能以结构移位，速度，和加速为基础(尤其是当后三种运动是零变形时，即没有变形)。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供了一种微器件，包括：微电子机械系统(MEMS)结构，所述微电子机械系统结构包括MEMS可移动结构；位于所述MEMS可移动结构上方的多个金属环；位于所述MEMS可移动结构上方的压电元件；与所述MEMS结构接合的前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆，所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆封装所述MEMS可移动结构、所述多个金属环、和所述压电元件；以及设置在所述多个金属环上方的所述前部覆盖晶圆上的磁体。

根据本发明所述的器件，其中所述MEMS可移动结构是非共振结构，带有检验质量的悬臂式结构，或膜片结构之一。

根据本发明所述的器件，其中所述多个金属环包括两组金属线圈，所述两组金属线圈相互叠放并且由至少一个介电层隔开。

根据本发明所述的器件，其中所述压电元件在所述两组金属线圈之间。

根据本发明所述的器件，其中所述压电元件包括底部金属层，位于所述底部金属层上方的氮化铝(AlN)层，和位于所述AlN层上方的顶部金属层。

根据本发明所述的器件，其中所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆通过苯并环丁烯(BCB)接合物或共晶接合物与所述MEMS结构接合。

根据本发明所述的器件，其中所述磁体由钕，铁，和硼的合金组成。

根据本发明所述的器件，还包括设置在所述多个金属环下方的所述背部覆盖晶圆上的第二磁体。

根据本发明所述的一种微器件，包括：微电子机械系统(MEMS)结构，所述微电子机械系统结构包括MEMS可移动结构；位于所述MEMS可移动结构上方的金属线圈；位于所述MEMS可移动结构上方的压电元件；所述压电元件包括底部金属层，位于所述底部金属层上方的氮化铝(AlN)层，和位于所述AlN层上方的顶部金属层；与所述MEMS结构接合的前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆，所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆封装所述MEMS可移动结构，所述金属线圈，和所述压电元件；以及设置在所述金属线圈上方的所述前部覆盖晶圆上的磁体。

根据本发明所述的器件，其中所述MEMS可移动结构是非共振结构，带有检验质量的悬臂式结构，或膜片结构之一。

根据本发明所述的器件，其中所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆通过苯并环丁烯(BCB)接合物或共晶接合物与所述MEMS结构接合。

根据本发明所述的器件，其中所述磁体由钕，铁，和硼的合金组成。

根据本发明所述的器件，还包括设置在所述金属线圈下方的所述背部覆盖晶圆上的第二磁体。

根据本发明所述的器件，还包括位于所述MEMS可移动结构上方的第二金属线圈，其中所述压电元件在所述第二金属线圈和所述金属线圈之间。

根据本发明所述的一种制造微器件的方法，所述方法包括：提供基板；在所述基板上方形成多个金属环；在所述基板上方形成压电元件；蚀刻所述基板以形成包括MEMS可移动结构的微电子机械系统(MEMS)结构；将前部覆盖晶圆和背部覆盖晶圆与所述MEMS结构接合以封装位于所述前部覆盖晶圆和所述背部覆盖晶圆之间的所述MEMS可移动结构，所述多个金属环，和所述压电元件；以及在所述多个金属环上方的所述前部覆盖晶圆上形成磁体。

根据本发明所述的方法，其中所述MEMS可移动结构是非共振结构，带有检验质量的悬臂式结构，或膜片结构之一。

根据本发明所述的方法，其中形成所述多个金属环包括形成两组金属线圈，所述两组金属线圈相互叠放并且由至少一个介电层隔开。

根据本发明所述的方法，其中所述压电元件形成在所述两组金属线圈之间。