CN117242693A - 驻极体设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防止被封入密闭空间内的驻极体元件的带电劣化的高寿命的驻极体设备。一种驻极体设备，包括封装部件和盖部件以及驻极体元件，所述盖部件密封所述封装部件，形成密闭空间，所述驻极体元件设置在所述密闭空间内，在所述密闭空间的内部的至少一部分具备吸氢剂。
Description
技术领域
本发明涉及驻极体设备以及驻极体设备的制造方法。
背景技术
作为从环境振动收获能量的能量收集技术之一，已知有使用MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)振动元件进行发电的方法(例如，参照专利文献1)。
振动元件有时使用驻极体、即对电介体施加电压等来维持带电的部件。驻极体通过利用电晕放电向绝缘膜注入电荷的方法、或者专利文献2所记载的方法等来制作。
然而，驻极体的带电量会随着时间经过而降低。这种现象称为带电劣化。带电劣化已知主要是由于驻极体与外部空气中的水分接触而产生的(参照专利文献3等)。
通常，为了抑制电子元件因水分而劣化，将电子元件密封于真空封装体。进而，为了维持真空封装体内部的真空状态，在真空封装体内部设置有被称为吸气剂的吸附材料(参照非专利文献1等)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-088780号公报
专利文献2：日本特开2013-13256号公报
专利文献3：日本特开2008-182666号公报
专利文献4：日本特开2014-049557号公报
专利文献5：日本专利第4662666号
非专利文献
非专利文献1：《小型生物体计测传感器的安装技术》，日暮荣治等，精密工学会志Vol.73，No.11，P.1190(2007)
发明内容
发明所要解决的技术问题
由于真空保持用吸气剂材料的表面被气体的吸附分子覆盖，所以为了使其活性化，需要在真空中加热(例如400℃以上)，这样的加热处理有可能使驻极体的电荷减少。
进而，发明人着眼于尽管进行着除去水分后但产生带电劣化的问题，查明了其原因之一是因为氢原子H+与蓄积了电荷的氧化硅膜内的SiO-分子发生反应而使电荷中和，发现了对于此问题需要寻找一些对策。
因此，本发明的目的在于提供一种高寿命的驻极体设备，不进行高温处理而除去导致劣化的氢，防止被封入密闭空间内的驻极体元件的带电劣化。
用于解决技术问题的方案
为了解决上述课题，本发明的一个实施方式的驻极体设备，包括封装部件和盖部件以及驻极体元件，其中，所述盖部件密封所述封装部件，形成密闭空间，包含所述驻极体的元件设置在所述密闭空间内，在所述密闭空间的内部的至少一部分具备吸氢剂。
另外，本发明的其他实施方式的驻极体设备的制造方法是制造包括封装部件和盖部件以及驻极体元件的驻极体设备的方法，其中，包括：提供所述封装部件的工序；在所述封装部件内设置所述驻极体元件的工序；以及由所述盖部件密封所述封装部件，形成密闭空间的工序，在所述密封工序前，包括在形成所述密闭空间的内壁的所述封装部件、所述盖部件、所述驻极体元件的至少一部分设置吸氢剂的工序。
发明效果
本发明能够提供一种驻极体设备及其制造方法，该驻极体设备能够在不进行高温处理的情况下吸附密闭空间内的氢，防止封入密闭空间内的驻极体的带电劣化。
附图说明
图1的(a)是示出本发明的一个实施方式的驻极体设备的立体图，图1的(b)是图1的(a)的驻极体设备的分解立体图，并且图1的(c)是图1的(a)的盖部件20的后视图。
图2是图1的(a)的驻极体设备的剖视图。
图3的(a)是示出本发明的实施方式的变形例的驻极体设备的立体图，图3的(b)是图3的(a)的驻极体设备的分解立体图，并且图3的(c)是图3的(a)的盖部件20的后视图。
图4是图3的(a)的驻极体设备的剖视图。
图5的(a)～(c)是本发明的实施方式的变形例的吸氢剂的安装例。
图6的(a)是安装有图5的(a)的盖部件的驻极体设备的剖视图，图6的(b)是安装有图5的(b)的盖部件的驻极体设备的剖视图，图6的(c)是安装有图5的(c)的盖部件的驻极体设备的剖视图。
图7是本发明的一个实施方式的驻极体设备和比较例的带电劣化试验的结果。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明不限于此。
＜驻极体设备的结构＞
图1的(a)是表示本发明的一个实施方式的驻极体设备的概要的立体图，图1的(b)是其分解立体图，图1的(c)是盖部件的后视图。图2是图1的(a)的驻极体设备的剖视图。
在本发明的一个实施方式中，驻极体设备100具备封装部件10、盖部件20、驻极体元件30以及吸氢剂60。封装部件10和盖部件20形成密闭空间，在该密闭空间内设置驻极体元件30。并且，驻极体元件30从设于该元件的电极焊盘31、32经由电线40与设于封装部件的电极连结，并与外部电路(未图示)连接。在该密闭空间的内部设置有吸氢剂60。
详细情况后述，在本实施方式中，在形成密闭空间的封装部件10、盖部件20或者驻极体元件30的至少一部分设置吸氢剂60，从而不进行高温活性化处理也能够吸附密闭空间内的氢。由此，能够提供防止了封入密闭空间内的驻极体元件的因氢引起的带电劣化的高寿命的驻极体设备。
(封装部件)
封装部件10是在内部设置驻极体元件30，与后述的盖部件20一起形成密闭空间的部件。封装部件10具有经由电线40与驻极体元件30连结的电极，能够将驻极体元件30与外部电路连接。
封装部件10所使用的材料能够使用一般用于密封电子元件的材料。例如，能够使用氧化铝等陶瓷、金属、树脂、玻璃、硅。封装部件10也可以对内壁15的一部分进行憎水加工。
(盖部件)
盖部件20是与封装部件10一起形成密闭空间的部件。
盖部件20所使用的材料能够使用一般用于密封电子元件的材料。例如，在盖部件20为金属制的情况下，优选能够由焊接来密封盖部件20。盖部件20所使用的金属可以是单体，也可以是合金。盖部件20也可以对内壁面25的一部分进行憎水加工。
(驻极体元件)
驻极体元件30是包含驻极体的电子元件，例如也可以是将振动能量变换为电能的振动元件。
在本说明书中，将对加热后的氧化膜施加电压等而产生带电的部件称为驻极体。另外，将在结束电压的施加后也维持带电称为驻极体化。并且，将使用驻极体的元件称为驻极体元件。另外，将包含驻极体元件的设备称为驻极体设备。
驻极体可以通过本领域已知的方法生成。例如，通过实施专利文献4所记载的公知的带电处理而形成。驻极体元件30也可以在驻极体表面具有保护膜。
驻极体元件30能够经由电线40与封装部件10连结，并与外部电路(未图示)连接。
在本发明的实施方式的变形例中，驻极体元件也可以是具有梳齿型电极部52以及53的驻极体元件50(参照图3的(a)～图4)。在本实施方式中，驻极体元件50具有形成在支撑部51上的固定梳齿型电极部52、和经由弹性支撑部弹性支撑于支撑部51的可动梳齿型电极部53。驻极体元件50例如能够使用SOI(Silicon On Insulator)基板并利用一般的MEMS加工技术来形成。SOI基板是由Si的支撑层、SiO2的BOX层和Si的活性层构成的3层构造的基板，支撑部51由支撑层形成，固定梳齿型电极部52、可动梳齿型电极部53以及弹性支撑部由活性层形成。
固定梳齿型电极部52和可动梳齿型电极部53各自的梳齿型电极以在y轴方向上隔着间隙相互啮合的方式配置，当可动梳齿型电极部53在x轴方向上振动时，可动梳齿型电极部53的梳齿型电极相对于固定梳齿型电极部52的梳齿型电极的插入量变化而能够进行发电。为了增大该振动，提高发电效率，也可以在可动梳齿型电极部53的一部分的表背两面固定一对锤70a及70b。
固定梳齿型电极部52经由电线40与封装部件10连接，能够将通过可动梳齿型电极部53的振动而得到的电输送到外部电路(未图示)。
驻极体元件50的梳齿型电极部52和53中的一个梳齿型电极部的至少一部分包含驻极体。并且，驻极体元件50也可以在驻极体表面具有保护膜。
以下，使用驻极体元件30进行说明，但对于驻极体元件使用驻极体元件50的情况下也相同。
(密闭空间)
在本发明的一个实施方式中，如图2所示，在内部具备驻极体元件30的封装部件10使用盖部件20密封，形成密闭空间。密封能够在大气中、氮、氩等惰性气体存在下、或真空下进行。
封装部件10与盖部件20的密封能够使用一般使用的方法来进行，例如能够通过盖部件20的焊接来进行。
(吸氢剂)
吸氢剂60主要是吸附氢的物质，吸附由封装部件10和盖部件20形成的密闭空间内的氢。吸氢剂60能够使用本领域中作为氢吸附性物质而已知的物质，例如能够使用专利文献5中记载的吸氢剂。
如专利文献5所记载的那样，吸氢剂即使在比较低的温度下，氢原子也在材料中扩散，形成最初的固溶体，当氢浓度增加时，能够形成ZrH2那样的氢化物，因此氢吸附的能力即使在低温下也高。因此，吸氢剂60即使不进行高温活性化处理也能够吸附该密闭空间内的氢，所以能够避免加热引起的驻极体的劣化，防止氢引起的驻极体的带电劣化。
吸氢剂60只要不妨碍驻极体设备100的动作，则能够设置在由封装部件10和盖部件20形成的密闭空间内的任意场所。例如，如图3的(c)所记载的那样，也可以将其设置为覆盖除了盖部件20的内壁面25与封装部件10接触的缘部以外的部分。
进而，如图5的(a)～(c)所示，也可以以避开与设置在可动梳齿型电极部53上的锤70a相对的部分的形状，在盖部件20的内壁面25上设置吸氢剂60。通过设为这样的结构，能够不妨碍可动梳齿型电极部53的动作地缩短盖部件20与驻极体元件50的距离，因此能够使驻极体设备100小型化(图6的(a)～(c))。另外，在图6的(a)～图6(c)中，吸氢剂60也可以以不妨碍可动梳齿型电极部53的运动而填埋与锤70a相邻的空间的方式从盖部件20的内壁面25朝向驻极体元件50沿Z轴方向延伸。吸氢剂60具有比从盖部件20到固定梳齿型电极部52的表面的距离小的范围的厚度。通过设为这样的结构，能够扩大吸氢剂60的表面积，提高吸氢剂的处理能力，因此能够期待驻极体的长寿命化。
在上述实施方式中，说明了在盖部件20上安装吸氢剂60的方式，但吸氢剂60也可以安装于封装部件10或驻极体元件30。另外，也可以安装于封装部件10、盖部件20、驻极体元件30的至少一部分。吸氢剂60具有比封装部件10与驻极体元件30之间的距离小的范围的厚度、或者比盖部件20与驻极体元件30之间的距离小的范围的厚度。通过设为这样的结构，能够不妨碍可动梳齿型电极部53的动作地进一步扩大吸氢剂60的表面积。吸氢剂60的安装例如能够通过电阻焊接等焊接法或使用粘接剂的粘接等来进行。
＜驻极体设备的制造方法＞
接着，说明本发明的一个实施方式的驻极体设备100的制造方法。
提供封装部件10和盖部件20，在封装部件10的内壁15或盖部件20的内壁面25的至少一部分设置吸氢剂60。接着，在封装部件10的内部设置驻极体元件30，用盖部件20密封封装部件10。
另外，封装部件10的利用盖部件20的密封能够在大气中、氮、氩等惰性气体存在下、或者真空下进行。
＜驻极体设备的性能试验＞
(实施例1)
在陶瓷制封装部件的内部设置具有梳齿型芯片的驻极体元件，用电线连接电极芯片。接着，对于设置有驻极体元件的封装部件，在真空下焊接在科瓦铁镍钴合金制盖部件的内壁面设置有吸氢剂的盖部件，制成被密封的驻极体设备。
(比较例1)
除了在盖部件上未设置吸氢剂以外，与实施例1同样地制成密封的驻极体设备。
(带电保持试验)
将通过实施例1和比较例1制作的驻极体设备加热至100℃，测定带电电压。其结果示于图7。
如图7所示，对于未设置吸氢剂的比较例1的驻极体设备发现了带电电压急剧降低，但实施例1的驻极体设备即使超过250小时也未发现带电电压显著降低。
根据以上说明的实施方式，起到以下的作用效果。
(1)驻极体设备包括封装部件和盖部件以及驻极体元件，盖部件密封所述封装部件，形成密闭空间，驻极体元件设置在密闭空间内，在密闭空间的内部的至少一部分具备吸氢剂。
由于是这样的结构，因此驻极体设备不进行高温活性化处理也能够吸附密闭空间内的氢。由此，能够提供防止了封入密闭空间内的驻极体元件的因氢引起的带电劣化的高寿命的驻极体设备。
(2)在驻极体设备中，吸氢剂设置于封装部件的至少一部分。
由于是这样的结构，所以能够不对驻极体设备内部的空间造成较大影响地设置吸氢剂。
(3)在驻极体设备中，吸氢剂设置于盖部件的至少一部分。
由于是这样的结构，所以能够不对驻极体设备内部的空间造成较大影响地设置吸氢剂。
(4)在驻极体设备中，吸氢剂设置于驻极体元件的至少一部分。
由于是这样的结构，所以能够不对驻极体设备内部的空间造成较大影响地设置吸氢剂。
(5)驻极体元件具有可动的锤，在与所述锤的可动区域相对的部分以外的区域设置有吸氢剂。
由于是这样的结构，所以能够不妨碍可动梳齿型电极部53的动作地缩短盖部件20与驻极体元件50的距离，所以能够在不妨碍能够使驻极体设备100小型化的驻极体元件的可动部分的运动的同时缩短盖部件与驻极体元件的距离，所以能够使驻极体设备小型化。
(6)在驻极体设备中，吸氢剂具有比封装部件与驻极体元件之间的距离小的范围的厚度。
由于是这样的结构，驻极体设备能够以不妨碍可动梳齿型电极部53的运动地填埋与锤70a相邻的空间的方式扩大吸氢剂60的表面积，提高吸氢剂的处理能力，因此能够期待驻极体的长寿命化。
(7)在驻极体设备中，吸氢剂具有比盖部件与驻极体元件之间的距离小的范围的厚度。
由于是这样的结构，驻极体设备能够以不妨碍可动梳齿型电极部53的运动地填埋与锤70a相邻的空间的方式扩大吸氢剂60的表面积，提高吸氢剂的处理能力，因此能够期待驻极体的长寿命化。
(8)在驻极体设备中，封装部件由选自陶瓷、金属、树脂、玻璃、硅的部件构成。
由于是这样的结构，所以驻极体设备简便且充分地密封，并且能够抑制驻极体的劣化。
(9)制造包括封装部件和盖部件以及驻极体元件的驻极体设备的方法包括：提供封装部件的工序；在封装部件内设置驻极体元件的工序；以及由盖部件密封封装部件，形成密闭空间的工序，在密封工序前，包括在形成密闭空间的内壁的封装部件、盖部件、驻极体元件的至少一部分设置吸氢剂的工序。
由于是这样的结构，因此驻极体设备不进行高温活性化处理便能够吸附密闭空间内的氢。由此，能够提供防止了封入密闭空间内的驻极体元件的因氢引起的带电劣化的高寿命的驻极体设备。
(10)在驻极体设备的制造方法中，密封在真空下进行。
通过这样地构成，能够防止在密封工序中水分等从外部向密闭空间内的混入，能够防止驻极体的劣化，能够抑制驻极体设备的输出的降低。
(11)在驻极体设备的制造方法中，密封在惰性气体气氛下进行。
通过这样地构成，能够防止在密封工序中水分等从外部向密闭空间内的混入，能够防止驻极体的劣化，能够抑制驻极体设备的输出的降低。
在上述中，说明了各种实施方式以及变形例，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内考虑的其它方式也包含在本发明的范围内。
另外，也可以适当组合上述的各实施方式和变形例中的一个或多个。
符号说明
10—封装部件，15—内壁，20—盖部件，25—内壁面，30—驻极体元件，40—电线，50—含有梳齿型电极的驻极体元件，51—支撑部，52—固定梳齿型电极部，53—可动梳齿型电极部，60—吸氢剂，70a—锤，70b—锤。
Claims (15)
1.一种驻极体设备，包括封装部件和盖部件以及和驻极体元件，其特征在于，
所述盖部件密封所述封装部件，形成密闭空间，
所述驻极体元件设置在所述密闭空间内，
在所述密闭空间的内部的至少一部分具备吸氢剂。
2.根据权利要求1所述的驻极体设备，其特征在于，
所述吸氢剂设置于所述封装部件的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的驻极体设备，其特征在于，
所述吸氢剂设置于所述盖部件的至少一部分。
4.根据权利要求1所述的驻极体设备，其特征在于，
所述吸氢剂设置于所述驻极体元件的至少一部分。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的驻极体设备，其特征在于，
所述驻极体元件具有可动的锤，在与所述锤的可动区域相对的部分以外的区域设置有所述吸氢剂。
6.根据权利要求5所述的驻极体设备，其特征在于，
所述吸氢剂具有比所述封装部件与所述驻极体元件之间的距离小的范围的厚度。
7.根据权利要求5所述的驻极体设备，其特征在于，
所述吸氢剂具有比所述盖部件与所述驻极体元件之间的距离小的范围的厚度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的驻极体设备，其特征在于，
所述封装部件由选自陶瓷、金属、树脂、玻璃、硅的部件构成。
9.一种方法，其是制造驻极体设备的方法，所述驻极体设备包括封装部件和盖部件以及驻极体元件，所述制造驻极体设备的方法的特征在于，包括：
提供所述封装部件的工序；
在所述封装部件内设置所述驻极体元件的工序；以及
由所述盖部件密封所述封装部件，形成密闭空间的工序，
在所述密封工序前，包括在形成所述密闭空间的内壁的所述封装部件、所述盖部件、所述驻极体元件的至少一部分设置吸氢剂的工序。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述吸氢剂设置于所述封装部件的至少一部分。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述吸氢剂设置于所述盖部件的至少一部分。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述吸氢剂设置于所述驻极体元件的至少一部分。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，
所述密封在真空下进行。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，
所述密封在惰性气体气氛下进行。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于，
所述封装部件由选自陶瓷、金属、树脂、玻璃、硅的部件构成。
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