CN1320736C

CN1320736C - 发电装置、半导体装置以及发电装置的成形方法

Info

Publication number: CN1320736C
Application number: CNB2004100904286A
Authority: CN
Inventors: 卢乃诚
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-11-18
Also published as: US20050104159A1; US6927475B2; CN2751478Y; TWI228753B; CN1619923A; TW200518175A

Abstract

一种发电装置，包括一第一基材、一第二基材、一磁性薄膜、一第一导电层、一第二导电层以及一电力储存装置。该第二基材是设置于该第一基材之上，该第一基材与该第二基材之间是形成有一腔体。该磁性薄膜是设置于该第一基材与该第二基材之间，并且是位于该腔体之中，同时，该磁性薄膜具有一固定磁场。该第一导电层是设置于该第一基材之下，并且对应于该腔体。该第二导电层是设置于该第二基材之上，并且对应于该腔体。该电力储存装置是电性连接于该第一导电层以及该第二导电层。

Description

发电装置、半导体装置以及发电装置的成形方法

技术领域

本发明有关于一种发电装置，特别是有关于一种可将震动能量转换成电能的发电装置。

背景技术

一般来说，现有的发电装置或动力产生装置可以具有各种不同的形式，有的是采用机械或物理的方式来发电或产生动力，有的则是利用电子电路的设计来达成发电或产生动力的目的。

举例来说，一自动上发条(self-winding)的手表可以藉由任何的震动而获得动力，以使手表不停的运转，故此种自动上发条的手表乃是藉由震动而产生动力的代表。

在美国专利第6,515,375号中揭露有一种电力产生装置，其具有可自由漂浮在一水面上的一交流发电机(alternator)，同时，该交流发电机具有一磁铁以及一线圈结构。当该水面产生波浪运动时，该磁铁以及该线圈结构亦会随之产生相对移动，因此可产生流经该线圈结构的感应电流，然后此感应电流可以进一步地被输出使用或储存。

在美国专利第6,509,894号中揭露有一种应用于液晶显示器的电力产生方法，但是此种电力产生方法乃是运用一电力产生电路来达成，而非采用机械或物理的方式来达成。

虽然美国专利第6,515,375号的电力产生装置是以物理方式来进行电力产生的目的，然而其构造方式过于复杂，且由于其需要搭配水或液体的存在才可运作，因此必须限定于特定的环境场合使用。

有鉴于此，本发明的目的是要提供一种可轻易产生电力的发电装置，其可将周围环境震动所产生的能量转换成电能或电力。

发明内容

本发明基本上采用如下所详述的特征以为了要解决上述的问题。也就是说，本发明的一目的是要提供一种发电装置，并且包括一第一基材；一第二基材，设置于该第一基材之上，其中，该第一基材与该第二基材之间是形成有一腔体；一磁性薄膜，设置于该第一基材与该第二基材之间，并且是位于该腔体之中，其中，该磁性薄膜具有一固定磁场；一第一导电层，设置于该第一基材之下，并且对应于该腔体；一第二导电层，设置于该第二基材之上，并且对应于该腔体；以及一电力储存装置，电性连接于该第一导电层以及该第二导电层。

同时，根据本发明的上述目的，该发电装置是设置于一半导体芯片之中，用以将震动能量转换成电能而获得电力。

又根据上述目的，该发电装置更包括一第一回路以及一第二回路，该电力储存装置是藉由该第一回路而连接于该第一导电层，以及该电力储存装置是藉由该第二回路而连接于该第二导电层。

又根据上述目的，该发电装置更包括一第一绝缘控制开关以及一第二绝缘控制开关，该第一绝缘控制开关是设置于该第一回路之上，该第二绝缘控制开关是设置于该第二回路之上。

又根据上述目的，该第一绝缘控制开关以及该第二绝缘控制开关为N型晶体管(NMOS)。

又根据上述目的，该第一基材以及该第二基材是由绝缘材料所制成。

又根据上述目的，该第一导电层更具有一第一线圈电路，以及该第二导电层更具有一第二线圈电路。

又根据上述目的，该第一线圈电路以及该第二线圈电路是以微影蚀刻(photolithography and etching)的方式而分别成形于该第一导电层以及该第二导电层之上。

又根据上述目的，该第一线圈电路以及该第二线圈电路是以印刷的方式而分别成形于该第一导电层以及该第二导电层之上。

又根据上述目的，该腔体是处于一真空状态。

又根据上述目的，该真空状态为10^-6torr。

又根据上述目的，该电力储存装置是一电容器。

又根据上述目的，该电力储存装置是一电池。

本发明的另一目的是要提供一种发电装置的成形方法，其包括下列步骤：提供一第一绝缘基材；成形一第一导电层于该第一绝缘基材的下表面；成形一第二绝缘基材于该第一绝缘基材之上；在该第一绝缘基材与该第二绝缘基材之间界定一腔体；在该第一绝缘基材与该第二绝缘基材之间成形一磁性薄膜以分离该腔体；以及成形一第二导电层于该第二绝缘基材之上。

本发明的另一目的是要提供一种发电装置的成形方法，其包括下列步骤：提供一第一绝缘材料；成形一第一导电层于该第一绝缘材料的下表面；在该第一绝缘材料之上且对应于该第一导电层之处挖设一凹入部；填充一第二绝缘材料于该凹入部之中；制作一磁性薄膜于该第一绝缘材料的该凹入部之上；成形一第三绝缘材料于该磁性薄膜之上，其中，该第三绝缘材料是对应于该第二绝缘材料；成形一第四绝缘材料于该第一绝缘材料以及该磁性薄膜之上，其中，该第四绝缘材料是包围该第三绝缘材料；成形一第五绝缘材料于该第三绝缘材料以及该第四绝缘材料之上；成形至少一第一透槽于该第五绝缘材料之上，其中，该第一透槽是位于该第三绝缘材料之上；成形一第六绝缘材料于该第五绝缘材料之上以及该第一透槽之中；成形多个第二透槽于该第六绝缘材料之上，其中，所述的第二透槽是位于该第五绝缘材料之上；成形一第七绝缘材料于该第六绝缘材料之上以及所述的第二透槽之中；去除该第二绝缘材料、该第三绝缘材料以及该第六绝缘材料以形成一腔体，其中，该磁性薄膜是位于该腔体之中；使该腔体成为一真空状态；溅镀一第二导电层于该第五绝缘材料以及该第七绝缘材料之上；在该第一导电层以及该第二导电层之上分别成形一第一线圈电路以及一第二线圈电路；以及连接该第一线圈电路以及该第二线圈电路于一电力储存装置。

同时，根据本发明的上述目的，该第一绝缘材料、该第四绝缘材料、该第五绝缘材料以及该第七绝缘材料为氮化硅(SiN)。

又根据上述目的，该第二绝缘材料、该第三绝缘材料以及该第六绝缘材料是由相同的材料所制成。

又根据上述目的，该第二绝缘材料、该第三绝缘材料以及该第六绝缘材料为氟硅玻璃(Fluorinated silicate glass，FSG)或旋涂式玻璃(Spin onglass，SOG)。

又根据上述目的，该第一透槽是以蚀刻(etching)方式所形成。

又根据上述目的，所述的第二透槽是以蚀刻(etching)方式所形成。

又根据上述目的，该第二绝缘材料、该第三绝缘材料以及该第六绝缘材料是以湿蚀刻(wet etching)方式而去除。

又根据上述目的，该湿蚀刻是采用氢氟酸溶液(HF)。

又根据上述目的，该腔体的真空状态为10^-6torr。

又根据上述目的，该电力储存装置是一电容器。

又根据上述目的，该电力储存装置是一电池。

附图说明

图1A是显示本发明的发电装置的成形结构示意图；

图1B是显示根据图1A的A-A剖面示意图；

图1C是显示根据图1A的B-B剖面示意图；

图2A是显示本发明的发电装置的成形结构示意图；

图2B是显示根据图2A的A-A剖面示意图；

图2C是显示根据图2A的B-B剖面示意图；

图3A是显示本发明的发电装置的成形结构示意图；

图3B是显示根据图3A的A-A剖面示意图；

图3C是显示根据图3A的B-B剖面示意图；

图4A是显示本发明的发电装置的成形结构示意图；

图4B是显示根据图4A的A-A剖面示意图；

图4C是显示根据图4A的B-B剖面示意图；

图5A是显示本发明的发电装置的成形结构示意图；

图5B是显示根据图5A的A-A剖面示意图；

图5C是显示根据图5A的B-B剖面示意图；

图6是显示本发明的发电装置的成形结构的剖面示意图；

图7A是显示本发明的发电装置的成形结构示意图；

图7B是显示根据图7A的A-A剖面示意图；

图7C是显示根据图7A的B-B剖面示意图；

图8A是显示本发明的发电装置的成形结构示意图；

图8B是显示根据图8A的A-A剖面示意图；以及

图8C是显示根据图8A的B-B剖面示意图。

符号说明：

100～发电装置

110～第一基材

120～第二基材

130～磁性薄膜

140～第一导电层

150～第二导电层

160～电力储存装置

170～腔体

180～第一回路

181～第一绝缘控制开关

190～第二回路

191～第二绝缘控制开关

210～第一绝缘材料

211～下表面

212～凹入部

230～第二绝缘材料

250～第三绝缘材料

260～第四绝缘材料

270～第五绝缘材料

271～第一透槽

280～第六绝缘材料

281～第二透槽

290～第七绝缘材料

A、B～方向

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合所附图式做详细说明。

兹配合图式说明本发明的较佳实施例。

请先参阅图8B，本发明的发电装置100是设置(镶嵌)于一半导体芯片10之中，用以将震动能量转换成电能而获得电力。发电装置100主要包括有一第一基材110、一第二基材120、一磁性薄膜130、一第一导电层140、一第二导电层150以及一电力储存装置160。第二基材120是设置于第一基材110之上，并且在第一基材110与第二基材120之间是形成有一腔体(如震动腔)170，同时，第一基材110以及第二基材120是由绝缘材料所制成。磁性薄膜130是设置于第一基材110与第二基材120之间，并且磁性薄膜130是位于腔体170之中，同时，磁性薄膜130可以具有一固定磁场。第一导电层140可以是一金属层，并且是设置于第一基材110的下方，第一导电层140的位置是对应于腔体170的位置。第二导电层150可以是一金属层，并且是设置于第二基材120的上方，第二导电层150的位置是对应于腔体170的位置。电力储存装置160则是电性连接于第一导电层140以及第二导电层150。

此外，本发明的发电装置100还包括有一第一回路180以及一第二回路190，故电力储存装置160是藉由第一回路180而连接于第一导电层140，以及电力储存装置160是藉由第二回路190而连接于第二导电层150。同时，在第一回路180上还具有一第一绝缘控制开关181，以及在第二回路190上还具有一第二绝缘控制开关191。以下将会说明第一绝缘控制开关181以及第二绝缘控制开关191是用来控制在第一回路180以及第二回路190中的电流流动。此外，第一绝缘控制开关181以及第二绝缘控制开关191可以是一种N型晶体管(NMOS)。

如上所述，在第一导电层140之上还成形有一第一线圈电路(未显示)，以及在第二导电层150之上还成形有一第二线圈电路(未显示)。以下将会说明当磁性薄膜130震动时，第一线圈电路以及第二线圈电路会由于磁性薄膜130的变化磁场而产生感应电流。第一线圈电路以及第二线圈电路乃是以微影蚀刻(photolithography and etching)的方式或印刷的方式而分别成形于第一导电层140以及第二导电层150之上。

此外，电力储存装置160可以是一电容器或一电池等可收集电力的组件。特别地，腔体170是处于一约10^-6torr的高真空状态。

接下来将先说明本发明的发电装置100的成形方法。

请参阅图1A、图1B以及图1C，首先，提供一第一绝缘材料210。在以下的叙述中，为了清楚叙述发电装置100的成形方法，第一绝缘材料210是与图8B及图8C中所示的第一基材110相同的。接着，在第一绝缘材料210的下表面211成形一第一导电层140。然后，先在第一绝缘材料210的上方且对应于第一导电层140的位置处挖设一凹入部212，再填充一第二绝缘材料230于凹入部212之中。接着，制作一磁性薄膜130于第一绝缘材料210的凹入部212之上。

请参阅图2A、图2B以及图2C，成形一第三绝缘材料250于磁性薄膜130之上，并且第三绝缘材料250的位置是对应于第二绝缘材料230的位置。接着，成形一第四绝缘材料260于第一绝缘材料210以及磁性薄膜130之上，并且第四绝缘材料260是包围着第三绝缘材料250。

请参阅图3A、图3B以及图3C，成形一第五绝缘材料270于第三绝缘材料250以及第四绝缘材料260之上。接着，成形二第一透槽271于第五绝缘材料270之上，并且此二第一透槽271是位于第三绝缘材料250的上方，如图3A以及图3C所示。特别地，第一透槽271是以蚀刻(etching)的方式而形成于第五绝缘材料270之上。

第一透槽271是成形于第五绝缘材料270之上，以利进行后续的成形过程。

请参阅图4A、图4B以及图4C，成形一第六绝缘材料280于第五绝缘材料270之上以及第一透槽271之中。接着，成形多个第二透槽281于第六绝缘材料280之上，并且此多个第二透槽281是位于第五绝缘材料270的上方，如图4A以及图4C所示。特别地，第二透槽281是以蚀刻(etching)的方式而形成于第六绝缘材料280之上。

请参阅图5A、图5B以及图5C，成形二第七绝缘材料290于第六绝缘材料280之上以及第二透槽281之中。

请参阅图6，以湿蚀刻(wet etching)方式去除第二绝缘材料230、第三绝缘材料250以及第六绝缘材料280以形成腔体170，同时，磁性薄膜130是位于腔体170之中。至于上述湿蚀刻(wet etching)的方式，则是利用氢氟酸溶液(HF)来将第二绝缘材料230、第三绝缘材料250以及第六绝缘材料280腐蚀掉。在此需特别说明的是，第一绝缘材料210、第四绝缘材料260、第五绝缘材料270以及第七绝缘材料290是由质地较为坚硬或较不易被酸所腐蚀的材质所制成，例如氮化硅(SiN)。至于第二绝缘材料230、第三绝缘材料250以及第六绝缘材料280，则是由质地较为松散或较易被酸所腐蚀的材质所制成，例如氟硅玻璃(Fluorinated silicate glass，FSG)或旋涂式玻璃(Spin onglass，SOG)。因此，当第二绝缘材料230、第三绝缘材料250以及第六绝缘材料280遇到氢氟酸溶液(HF)时，其就会很容易地被腐蚀掉，而当第一绝缘材料210、第四绝缘材料260、第五绝缘材料270以及第七绝缘材料290遇到氢氟酸溶液(HF)时，其仍不会被腐蚀掉。

请参阅图7A、图7B以及图7C，将腔体170抽真空，直到腔体170的真空状态至少达到10^-6torr。接着，溅镀一第二导电层150于第五绝缘材料270以及第七绝缘材料290之上。然后，以微影蚀刻(photolithography andetching)的方式或印刷的方式分别在第一导电层140以及第二导电层150之上成形一第一线圈电路(未显示)以及一第二线圈电路(未显示)。

最后，分别连接第一回路180以及第二回路190于电力储存装置160，即可完成如图8B所示的发电装置100。在发电装置100中，第二基材120是由第四绝缘材料260、第五绝缘材料270以及第七绝缘材料290所构成，而第一基材110即为第一绝缘材料210。

接下来说明发电装置100的运作方式。

请参阅图8A、图8B以及图8C，由于磁性薄膜130的二端是固定于第一基材110与第二基材120之间，而磁性薄膜130的中央部分是悬空于腔体170之中，因此，当发电装置100被放置于一震动源之上并随之震动时，磁性薄膜130的中央部分便会产生上下摆动，如箭头A、B所示方向。由于磁性薄膜130具有一固定磁场，故当磁性薄膜130的中央部分上下摆动时，会诱发第一导电层140的第一线圈电路以及第二导电层150的第二线圈电路产生感应电流，这些感应电流可以透过第一回路180以及第二回路190流至电力储存装置160之中，以对电力储存装置160充电，或由电力储存装置160所收集。

至于在第一回路180以及第二回路190中分别设置第一绝缘控制开关181以及第二绝缘控制开关191的目的则叙述如下。如图8B所示，当磁性薄膜130的中央部分以A方向移动时，磁性薄膜130会诱发第一导电层140的第一线圈电路产生感应电流，此时，第一绝缘控制开关181(N型晶体管)便会被导通而使第一回路180完全导通，故第一线圈电路上的感应电流会流入电力储存装置160之中。当磁性薄膜130的中央部分以B方向往回移动时，第一线圈电路上的感应电流会逐渐减少，直到磁性薄膜130的中央部分回到其起始状态时，则不再有感应电流。但是当磁性薄膜130的中央部分继续以B方向朝第二导电层150移动时，同样会诱发第二导电层150的第二线圈电路产生感应电流，然而，此时的第一导电层140的第一线圈电路又会产生一反向的感应电流，因而诱使电力储存装置160中的电流往回流入第一导电层140的第一线圈电路之中。因此，为避免此一现象，设置第一绝缘控制开关181(N型晶体管)来阻止感应电流从电力储存装置160中流出。如上所述，第一绝缘控制开关181(N型晶体管)不但可使第一线圈电路的感应电流流入电力储存装置160之中，还可防止电力储存装置160中的电流往回流入第一导电层140的第一线圈电路之中。同样地，第二回路190的第二绝缘控制开关191(N型晶体管)的功能是与第一绝缘控制开关181完全相同。

综上所述，本发明的发电装置100可以放置于任何震动源之上或镶嵌于任何可产生震动的装置中，以将震动能量转换成电能。因此，本发明的发电装置100不但可轻易取得电力，其更具有极高的环保效益与利用价值。此外，本发明的发电装置100并不局限于仅是小体积的发电装置，换言之，本发明的发电装置100亦可以依应用场合的不同而为大体积的发电装置(例如相当于房屋或车子大小的发电装置)。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种发电装置的成形方法，包括下列步骤：

提供一第一绝缘材料；

成形一第一导电层于该第一绝缘材料的下表面；

在该第一绝缘材料之上且对应于该第一导电层之处挖设一凹入部；

填充一第二绝缘材料于该凹入部之中；

制作一磁性薄膜于该第一绝缘材料的该凹入部之上；

成形一第三绝缘材料于该磁性薄膜之上，其中，该第三绝缘材料是对应于该第二绝缘材料；

成形一第四绝缘材料于该第一绝缘材料以及该磁性薄膜之上，其中，该第四绝缘材料是包围该第三绝缘材料；

成形一第五绝缘材料于该第三绝缘材料以及该第四绝缘材料之上；

成形至少一第一透槽于该第五绝缘材料之上，其中，该第一透槽是位于该第三绝缘材料之上；

成形一第六绝缘材料于该第五绝缘材料之上以及该第一透槽之中；

成形多个第二透槽于该第六绝缘材料之上，其中，所述的第二透槽是位于该第五绝缘材料之上；

成形一第七绝缘材料于该第六绝缘材料之上以及所述的第二透槽之中；

去除该第二绝缘材料、该第三绝缘材料以及该第六绝缘材料以形成一腔体，其中，该磁性薄膜是位于该腔体之中；

使该腔体成为一真空状态；

溅镀一第二导电层于该第五绝缘材料以及该第七绝缘材料之上；

在该第一导电层以及该第二导电层之上分别成形一第一线圈电路以及一第二线圈电路；以及

连接该第一线圈电路以及该第二线圈电路于一电力储存装置。

2.根据权利要求1所述的发电装置的成形方法，其中，该第一绝缘材料、该第四绝缘材料、该第五绝缘材料以及该第七绝缘材料为氮化硅。

3.根据权利要求1所述的发电装置的成形方法，其中，该第二绝缘材料、该第三绝缘材料以及该第六绝缘材料是由相同的材料所制成。

4.根据权利要求3所述的发电装置的成形方法，其中，该第二绝缘材料、该第三绝缘材料以及该第六绝缘材料为氟硅玻璃或旋涂式玻璃。

5.根据权利要求1所述的发电装置的成形方法，其中，该第一透槽以及所述的第二透槽是以蚀刻方式所形成。

6.根据权利要求1所述的发电装置的成形方法，其中，该第二绝缘材料、该第三绝缘材料以及该第六绝缘材料是以湿蚀刻方式而去除。

7.根据权利要求1所述的发电装置的成形方法，其中，该腔体的真空状态为10^-6torr。

8.根据权利要求1所述的发电装置的成形方法，其中，该第一线圈电路以及该第二线圈电路是以微影蚀刻或印刷的方式而分别成形于该第一导电层以及该第二导电层之上。

9.根据权利要求1所述的发电装置的成形方法，其中，该电力储存装置是一电容器或一电池。

10.一种发电装置，包括：

一第一基材；

一第二基材，设置于该第一基材之上，其中，该第一基材与该第二基材之间是形成有一腔体；

一磁性薄膜，设置于该第一基材与该第二基材之间，并且是位于该腔体之中，其中，该磁性薄膜具有一固定磁场；

一第一导电层，设置于该第一基材之下，并且对应于该腔体；

一第二导电层，设置于该第二基材之上，并且对应于该腔体；以及

一电力储存装置，电性连接于该第一导电层以及该第二导电层。

11.根据权利要求10所述的发电装置，更包括一第一回路以及一第二回路，该电力储存装置是藉由该第一回路而连接于该第一导电层，以及该电力储存装置是藉由该第二回路而连接于该第二导电层。

12.根据权利要求11所述的发电装置，更包括一第一绝缘控制开关以及一第二绝缘控制开关，该第一绝缘控制开关是设置于该第一回路之上，该第二绝缘控制开关是设置于该第二回路之上。

13.根据权利要求12所述的发电装置，其中，该第一绝缘控制开关以及该第二绝缘控制开关为N型晶体管。

14.根据权利要求10所述的发电装置，其中，该第一基材以及该第二基材是由绝缘材料所制成。

15.根据权利要求10所述的发电装置，其中，该第一导电层更具有一第一线圈电路，该第二导电层更具有一第二线圈电路，以及该第一线圈电路与该第二线圈电路是以微影蚀刻或印刷的方式而分别成形于该第一导电层以及该第二导电层之上。

16.根据权利要求10所述的发电装置，其中，该腔体是处于一真空状态，并且该真空状态为10^-6torr。

17.根据权利要求10所述的发电装置，其中，该电力储存装置是一电容器或一电池。

18.根据权利要求10所述的发电装置，其中，该第一基材与该第二基材为氮化硅。

19.一种发电装置的成形方法，包括下列步骤：

提供一第一绝缘基材；

成形一第一导电层于该第一绝缘基材的下表面；

成形一第二绝缘基材于该第一绝缘基材之上；

在该第一绝缘基材与该第二绝缘基材之间界定一腔体；

在该第一绝缘基材与该第二绝缘基材之间成形一磁性薄膜以分离该腔体；以及

成形一第二导电层于该第二绝缘基材之上。

20.根据权利要求19所述的发电装置的成形方法，其中，该腔体是处于一真空状态，并且该真空状态为10^-6torr。