JP2012095422A - Electrostatic conversion apparatus and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic conversion apparatus capable of improving a generating efficiency, and method for manufacturing the same.SOLUTION: A first fixed electrode 17 and a second fixed electrode 18 are arranged on an orbit of an insulating charged body 16 formed on a surface of a wide part 15b to oppose the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18 to the insulating charged body 16 in a plane perpendicular to a semiconductor substrate 11. An overlap area of the insulating charged body 16, and the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18 can be set without being restricted by an area of the semiconductor substrate 11, and the generating efficiency can be improved.

Description

本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する静電変換装置に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic conversion device that converts vibration energy into electrical energy.

近年、多数の携帯端末装置から構成されるユビキタスネットワークの開発が進んでいる。このユビキタスネットワークにおいて、ノードとなる携帯端末装置には、携帯性などの観点から、小型かつメンテナンス不要であることが望まれている(例えば、非特許文献1を参照。)。ところが、従来より携帯端末装置の電源に用いられている一次電池や二次電池は、携帯端末装置の構成要素と比較してサイズが大きくなるとともに、交換や充電などのメンテナンスが不可欠であった。   In recent years, development of a ubiquitous network composed of a large number of mobile terminal devices has progressed. In this ubiquitous network, it is desired that the mobile terminal device as a node is small and does not require maintenance from the viewpoint of portability and the like (see, for example, Non-Patent Document 1). However, the primary battery and the secondary battery conventionally used for the power source of the mobile terminal device are larger in size than the components of the mobile terminal device, and maintenance such as replacement and charging is indispensable.

そこで、近年では、携帯端末装置に適した電源として、Energy harvesting技術を用いた手段が注目されている。このEnergy harvesting技術とは、環境の中に存在する振動、熱、電磁波(光や電波)など、通常は無駄に放出されていた各種エネルギーを電気エネルギーに変換する技術のことである。このようなEnergy harvesting技術のうち、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する技術としては、電磁誘導、圧電変換、静電変換などを用いた技術が提案されている(非特許文献2を参照。)。中でも静電変換を用いる技術は、半導体プロセスやMEMS(Micro Electro Mechanical System)プロセスにより、小型化が容易であり、かつ機械的要素と電気的要素を独立して設計や作製することが可能であることから、多くの提案がなされている。その一例を図16に示す(非特許文献3を参照。)。   Therefore, in recent years, means using the energy harvesting technique has attracted attention as a power source suitable for portable terminal devices. This energy harvesting technology is a technology that converts various kinds of energy normally discharged in vain, such as vibration, heat, and electromagnetic waves (light and radio waves) present in the environment, into electrical energy. Among such energy harvesting techniques, techniques using electromagnetic induction, piezoelectric conversion, electrostatic conversion, and the like have been proposed as techniques for converting vibration energy into electrical energy (see Non-Patent Document 2). In particular, the technology using electrostatic conversion can be easily reduced in size by a semiconductor process or a micro electro mechanical system (MEMS) process, and mechanical elements and electrical elements can be designed and manufactured independently. Therefore, many proposals have been made. An example is shown in FIG. 16 (see Non-Patent Document 3).

非特許文献3に開示された静電変換装置は、図16に示すように、20mm角程度のガラス板からなる下部基板701と、この下部基板701と同等の材料からなり、下部基板701の上方に所定距離離間し、かつ、下部基板701と互いに平行に配置された上部基板702と、この上部基板702の一端に連結され、上部基板702をその平面に平行な方向に振動させる加振器703とを備えている。下部基板701の上部基板702と対向する側の面上には、複数の電極704が設けられている。同様に、上部基板702の下部基板701と対向する側の面上には、複数の電極705が設けられている。これらの電極704および電極705は、対向配置されており、外部負荷706を介して電気的に接続されている。また、下部基板701に設けられた電極704の一部には、その上面に絶縁層707が設けられている。この絶縁層707は、一般に「エレクトレット」と呼ばれる電荷保持のための絶縁体として機能する。   As shown in FIG. 16, the electrostatic conversion device disclosed in Non-Patent Document 3 is composed of a lower substrate 701 made of a glass plate of about 20 mm square and a material equivalent to the lower substrate 701, and And an exciter 703 that is connected to one end of the upper substrate 702 and vibrates the upper substrate 702 in a direction parallel to the plane. And. A plurality of electrodes 704 are provided on the surface of the lower substrate 701 facing the upper substrate 702. Similarly, a plurality of electrodes 705 are provided on the surface of the upper substrate 702 facing the lower substrate 701. These electrodes 704 and 705 are arranged opposite to each other and are electrically connected via an external load 706. In addition, an insulating layer 707 is provided on a part of the electrode 704 provided on the lower substrate 701. This insulating layer 707 functions as an insulator for retaining electric charge, generally called “electret”.

このように構成された静電変換装置では、エレクトレットとして機能する絶縁層707により形成される静電場によってその絶縁層707と対向する電極705に誘導電荷を生じさせる。そして、加振器703を駆動させて上部基板702をその平面に平行な方向に振動させて、絶縁層707と電極705との重なり合う面積(以下、「重なり面積」という。)を変化させる。すると、電極705の絶縁層707と重なり合っていない部分が生じると、この部分に誘導されていた電荷が、外部負荷706を通って電極704に移動し、再びその部分が絶縁層707と重なり合うと、電極704に移動した電荷が外部負荷706を通ってその部分に移動することになる。これにより、外部706に交流電流が流れることとなる。したがって、このような静電変換装置の発電効率は、エレクトレットによって形成される電場の空間的な変化や下部基板701と上部基板702との相対的な位置関係の変化に伴う重なり面積の変化に依存する、と言える。   In the electrostatic conversion device configured as described above, an induced charge is generated in the electrode 705 facing the insulating layer 707 by an electrostatic field formed by the insulating layer 707 functioning as an electret. Then, the vibrator 703 is driven to vibrate the upper substrate 702 in a direction parallel to the plane, so that the overlapping area (hereinafter referred to as “overlapping area”) of the insulating layer 707 and the electrode 705 is changed. Then, when a portion that does not overlap with the insulating layer 707 of the electrode 705 is generated, the charge induced in this portion moves to the electrode 704 through the external load 706, and when that portion again overlaps with the insulating layer 707, The electric charge that has moved to the electrode 704 moves to that portion through the external load 706. As a result, an alternating current flows to the outside 706. Therefore, the power generation efficiency of such an electrostatic conversion device depends on a change in the overlapping area due to a spatial change in the electric field formed by the electret and a change in the relative positional relationship between the lower substrate 701 and the upper substrate 702. You can say.

T. Shimamura, et al. , “Nano-Watt Power Management and Vibration Sensing on a Dust-Size Batteryless Sensor Node for Ambient Intelligence Applications” , Proc. Int. Conf. ISSCC2010, pp. 504-505, 2010T. Shimamura, et al., “Nano-Watt Power Management and Vibration Sensing on a Dust-Size Batteryless Sensor Node for Ambient Intelligence Applications”, Proc. Int. Conf. ISSCC2010, pp. 504-505, 2010 S. Beeby, et al., “Energy harvesting vibration sources for microsystem applications” Meas. Sci. Technol., 17 (2006) pp. R175-R195S. Beeby, et al., “Energy harvesting vibration sources for microsystem applications” Meas. Sci. Technol., 17 (2006) pp. R175-R195 T. Tsutsumino, et al., “SEISMIC POWER GENERATOR USING HIGH-PERFORMANCE POLYMER ELECTRET” Proc. Int. Conf. MEMS 2006 , pp. 98-101, 2006T. Tsutsumino, et al., “SEISMIC POWER GENERATOR USING HIGH-PERFORMANCE POLYMER ELECTRET” Proc. Int. Conf. MEMS 2006, pp. 98-101, 2006

しかしながら、従来の静電変換装置では、その機構上、エレクトレットとして機能する絶縁層707やこれと対向する電極705を形成できる領域は、下部基板701と上部基板702との対向面に限定される。そのため、発電効率を向上させることが困難であった。   However, in the conventional electrostatic conversion device, the region where the insulating layer 707 functioning as an electret and the electrode 705 facing the electret can be formed is limited to the facing surface between the lower substrate 701 and the upper substrate 702. For this reason, it has been difficult to improve the power generation efficiency.

そこで、本願発明は、発電効率を向上させることができる静電変換装置および静電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrostatic conversion device and a method for manufacturing the electrostatic conversion device that can improve power generation efficiency.

上述したような課題を解決するために、本発明に係る静電変換装置は、基板と、この基板の上方に設けられ、この基板の平面に対して平行な第1の方向に移動可能に支持された可動部材と、第1の方向に延在する棒状の部材からなり、一端が可動部材に接続された腕部材と、この腕部材の他端に設けられた第1の帯電体と、基板上に垂設され、第1の帯電体の移動軌跡から平面に平行でかつ第1の方向に対して垂直な第2の方向に所定距離離間して設けられた第1の固定電極と、基板上に垂設され、第1の方向に沿って第1の固定電極と並設された第2の固定電極とを備えることを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, an electrostatic conversion device according to the present invention is provided above a substrate and supported so as to be movable in a first direction parallel to the plane of the substrate. A movable member, a bar-shaped member extending in the first direction, one end of which is connected to the movable member, a first charged body provided at the other end of the arm member, and a substrate A first fixed electrode provided on the substrate and provided at a predetermined distance apart in a second direction parallel to the plane and perpendicular to the first direction from the movement locus of the first charged body; It is provided with the 2nd fixed electrode arranged in parallel with the 1st fixed electrode along the 1st direction.

また、上記静電変換装置において、外部負荷と接続される第1の端子および第2の端子をさらに備え、第1の端子は、第1の固定電極に接続され、第2の端子は、第2の固定電極に接続されるようにしてもよい。   The electrostatic conversion device further includes a first terminal and a second terminal connected to an external load, the first terminal is connected to the first fixed electrode, and the second terminal is the first terminal You may make it connect to 2 fixed electrodes.

また、上記静電変換装置において、腕部材は、可動部材の両側に設けられるようにしてもよい。   In the electrostatic conversion device, the arm member may be provided on both sides of the movable member.

また、上記静電変換装置において、第1の固定電極および第2の固定電極は、それぞれ移動軌跡に対して線対称をなす位置に設けられるようにしてもよい。   In the electrostatic conversion device, the first fixed electrode and the second fixed electrode may be provided at positions that are line-symmetric with respect to the movement locus.

また、上記静電変換装置において、第2の固定電極は、第1の方向における第1の固定電極の両側に設けられるようにしてもよい。   In the electrostatic conversion device, the second fixed electrode may be provided on both sides of the first fixed electrode in the first direction.

また、上記静電変換装置において、基板上に第2の方向に所定間隔離間して垂設された柱状の一対の柱部材と、一方の柱部材の上端に一端が支持され、他方の柱部材に向かって基板の平面方向に延在する一対の梁部材とをさらに備え、可動部材は、直方体の形状を有し、柱部材と対向する一対の第1の側面に梁部材の他端が接続されることにより基板上方に配設され、腕部材は、可動部材の第1の側面と直交する第2の側面に設けられるようにしてもよい。   Further, in the electrostatic conversion device, a pair of columnar column members suspended on the substrate at a predetermined interval in the second direction, and one end supported on the upper end of one column member, the other column member The movable member has a rectangular parallelepiped shape, and the other end of the beam member is connected to the pair of first side surfaces facing the column member. By doing so, the arm member may be provided on the second side surface orthogonal to the first side surface of the movable member.

また、上記静電変換装置において、可動部材の上面に垂設された第2の帯電体と、可動部材の上方に、第2の帯電体と対向配置された第3の固定電極と、可動部材の上方で、かつ、第3の固定電極から第1の方向に離間して配設された第4の固定電極とをさらに備えるようにしてもよい。   In the electrostatic conversion device, the second charged body suspended from the upper surface of the movable member, the third fixed electrode disposed opposite to the second charged body above the movable member, and the movable member And a fourth fixed electrode disposed apart from the third fixed electrode in the first direction.

また、上記静電変換装置において、第2の帯電体は、第1の方向に所定間隔離間して複数設けられ、第3の固定電極および第4の固定電極は、第2の方向に交互に複数設けられるようにしてもよい。   In the electrostatic conversion device, a plurality of second charged bodies are provided at predetermined intervals in the first direction, and the third fixed electrode and the fourth fixed electrode are alternately arranged in the second direction. A plurality of them may be provided.

また、本発明に係る静電変換装置の製造方法は、基板と、この基板の上方に設けられ、この基板の平面に対して平行な第1の方向に移動可能に支持された可動部材と、第1の方向に延在する棒状の部材からなり、一端が可動部材に接続された腕部材と、この腕部材の他端に設けられた第1の帯電体と、基板上に垂設され、第1の帯電体の移動軌跡から平面に平行でかつ第1の方向に対して垂直な第2の方向に所定距離離間して設けられた第1の固定電極と、基板上に垂設され、第1の方向に沿って第1の固定電極と並設された第2の固定電極とを備えた静電変換装置の製造方法であって、上面に絶縁膜が形成されたシリコン基板を基板として用意する第1のステップと、絶縁膜上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して所定の形状のマスクパターンを用いて露光することにより所定の箇所に第1の開口部が形成された第1のレジストパターンを形成する第2のステップと、メッキ法により第1の開口部内に金属を堆積して第1の金属パターンを形成した後、第1のレジストパターンを除去することにより、第1の固定電極の下部および第2の固定電極の下部を形成する第3のステップと、第1の金属パターンを含む絶縁膜上に、第1の金属パターンの上面を露出させた第1の犠牲層を形成する第4のステップと、第1の犠牲層上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して所定の形状のマスクパターンを用いて露光することにより所定の箇所に第2の開口部が形成された第2のレジストパターンを形成する第5のステップと、メッキ法により第2の開口部内に金属を堆積して第2の金属パターンを形成した後、第2のレジストパターンを除去することにより、第1の固定電極の上部、第2の固定電極の上部、可動部材および腕部材を形成する第6のステップと、第1の犠牲層を除去する第7のステップと、腕部材に、電着により第1の帯電体を形成する第8のステップとを有することを特徴とするものである。   In addition, a method for manufacturing an electrostatic conversion device according to the present invention includes a substrate, a movable member provided above the substrate and supported so as to be movable in a first direction parallel to the plane of the substrate, It consists of a rod-shaped member extending in the first direction, one end of which is connected to the movable member, the first charging body provided at the other end of the arm member, A first fixed electrode provided at a predetermined distance apart in a second direction parallel to the plane and perpendicular to the first direction from the movement locus of the first charged body, and suspended from the substrate; A method of manufacturing an electrostatic conversion device comprising a first fixed electrode and a second fixed electrode arranged in parallel along a first direction, wherein a silicon substrate having an upper surface formed with an insulating film is used as a substrate First step to be prepared, and a photoresist is applied on the insulating film, and a predetermined amount is applied to the photoresist. A second step of forming a first resist pattern in which a first opening is formed at a predetermined position by exposure using a mask pattern having a shape; and depositing metal in the first opening by plating. And forming the first metal pattern, and then removing the first resist pattern to form a lower portion of the first fixed electrode and a lower portion of the second fixed electrode, A fourth step of forming a first sacrificial layer with the upper surface of the first metal pattern exposed on an insulating film including the metal pattern; and applying a photoresist on the first sacrificial layer; A fifth step of forming a second resist pattern in which a second opening is formed at a predetermined location by exposing the substrate to light using a mask pattern having a predetermined shape, and a second opening by plating. After the metal is deposited in the part to form the second metal pattern, the second resist pattern is removed, so that the upper part of the first fixed electrode, the upper part of the second fixed electrode, the movable member, and the arm member A sixth step of forming, a seventh step of removing the first sacrificial layer, and an eighth step of forming a first charged body on the arm member by electrodeposition It is.

本発明によれば、第1の固定電極および第2の固定電極を第1の帯電体の軌道に並設することにより、基板に垂直な面内で第1の帯電体と第1および第2の固定電極が対向することになる。したがって、基板の面積の制約を受けずに、第1の帯電体と第1および第2の固定電極との重なり面積を設定することができ、発電効率を向上させることができる。   According to the present invention, by arranging the first fixed electrode and the second fixed electrode in parallel with the track of the first charging body, the first charging body and the first and second charging bodies are arranged in a plane perpendicular to the substrate. The fixed electrodes are opposed to each other. Accordingly, the overlapping area between the first charged body and the first and second fixed electrodes can be set without being restricted by the area of the substrate, and the power generation efficiency can be improved.

図1は、本発明に係る第1の実施の形態の静電変換装置の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 1 is a plan view schematically showing the configuration of the electrostatic conversion device according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1のI-I線断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 図3は、図1の静電変換装置の動作を説明するための要部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a main part for explaining the operation of the electrostatic conversion device of FIG. 図4は、図1の静電変換装置の動作を説明するための要部拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a main part for explaining the operation of the electrostatic conversion device of FIG. 図5は、本発明に係る第2の実施の形態の静電変換装置の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically showing the configuration of the electrostatic conversion device according to the second embodiment of the present invention. 図6は、図5の静電変換装置の動作を説明するための要部拡大図である。6 is an enlarged view of a main part for explaining the operation of the electrostatic conversion device of FIG. 図7は、本発明に係る第3の実施の形態の静電変換装置の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of the electrostatic conversion device according to the third embodiment of the present invention. 図8は、図7のII-II線断面図である。8 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 図9は、図7の静電変換装置の動作を説明するための要部拡大図である。FIG. 9 is an enlarged view of a main part for explaining the operation of the electrostatic conversion device of FIG. 図10は、図7の静電変換装置の動作を説明するための要部拡大図である。FIG. 10 is an enlarged view of a main part for explaining the operation of the electrostatic conversion device of FIG. 図11は、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の構成を模式的に示す平面図である。FIG. 11 is a plan view schematically showing the configuration of the electrostatic conversion device according to the fourth embodiment of the present invention. 図12は、図11のIII-III線断面図である。12 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 図13は、図11のIV-IV線断面図である。13 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図14は、図11のV-V線断面図である。14 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 図15Aは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15A is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Bは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15B is a schematic diagram for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Cは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15C is a schematic diagram for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Dは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15D is a schematic diagram for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Eは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15E is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Fは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15F is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Gは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15G is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Hは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15H is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Iは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15I is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Jは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15J is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Kは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15K is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Lは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15L is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Mは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15M is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Nは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15N is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Oは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15O is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Pは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15P is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Qは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15Q is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図15Rは、本発明に係る第4の実施の形態の静電変換装置の製造方法を説明するための模式図である。FIG. 15R is a schematic diagram for explaining the manufacturing method for the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. 図16は、従来の静電変換装置の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional electrostatic conversion device.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.

<静電変換装置の構成>
図1,図2に示すように、本実施の形態に係る静電変換装置1は、上面に酸化シリコン等の絶縁膜12が形成されたシリコン等からなる半導体基板11と、この半導体基板11上方に設けられ、この半導体基板11の平面に対して平行な第1の方向(以下、「Y方向」という。)に揺動可能に支持された可動部材15と、絶縁膜12上において、可動部材15からY方向に離間した位置に設けられた第1の固定電極17および第2の固定電極18とを備えている。ここで、可動部材15、第1の固定電極17および第2の固定電極18は、半導体基板11上において互いに絶縁分離されている。また、本実施の形態では、第1の固定電極17と第2の固定電極18とは、それぞれX方向に沿って複数設けられ、配線19を介して一対の端子20に接続される。ここで、複数の第1の固定電極17は電気的に共通に一方の端子20に電気的に接続され、複数の第2の固定電極18は電気的に共通に他方の端子20に接続されている。この端子20は、外部負荷21と接続可能に構成されている。
なお、便宜上、X方向およびY方向に垂直な方向、すなわち半導体基板11の平面に対して垂直な方向を「Z方向」という。また、X方向において、柱部材13aから柱部材13bに向かう側を正の側とする。同様に、Y方向において、図1の紙面に対して上方を正の側とする。同様に、Z方向において、半導体基板11から離間する側を上側または上方、半導体基板11に近づく側を下側または下方とする。また、図2においては、切断面以外については記載を省略している。
<Configuration of electrostatic conversion device>
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrostatic conversion device 1 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 11 made of silicon or the like having an insulating film 12 such as silicon oxide formed on the upper surface, and an upper portion of the semiconductor substrate 11. And a movable member 15 supported in a first direction parallel to the plane of the semiconductor substrate 11 (hereinafter referred to as “Y direction”) and movable on the insulating film 12. The first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18 are provided at positions spaced from the 15 in the Y direction. Here, the movable member 15, the first fixed electrode 17, and the second fixed electrode 18 are insulated and separated from each other on the semiconductor substrate 11. In the present embodiment, a plurality of first fixed electrodes 17 and a plurality of second fixed electrodes 18 are provided along the X direction, and are connected to a pair of terminals 20 via wirings 19. Here, the plurality of first fixed electrodes 17 are electrically commonly connected to one terminal 20, and the plurality of second fixed electrodes 18 are electrically commonly connected to the other terminal 20. Yes. This terminal 20 is configured to be connectable to an external load 21.
For convenience, a direction perpendicular to the X direction and the Y direction, that is, a direction perpendicular to the plane of the semiconductor substrate 11 is referred to as a “Z direction”. In the X direction, the side from the column member 13a toward the column member 13b is defined as a positive side. Similarly, in the Y direction, the upper side with respect to the paper surface of FIG. Similarly, in the Z direction, the side away from the semiconductor substrate 11 is defined as the upper side or the upper side, and the side approaching the semiconductor substrate 11 is defined as the lower side or the lower side. Moreover, in FIG. 2, description is abbreviate | omitted except a cut surface.

可動部材15は、絶縁膜12上に所定間隔離間して設けられた一対の柱部材13a,13bと、一端が一方の柱部材13a,13bに支持され他端が他方の柱部材13a,13bに向かって延在する一対の梁部材14a,14bと、この梁部材14a,14bの他端に接続されることにより、Y方向に揺動可能に支持された可動部材15と、柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材15の表面を覆う絶縁帯電体16とを備えている。   The movable member 15 includes a pair of column members 13a and 13b provided on the insulating film 12 at a predetermined interval, one end supported by one column member 13a and 13b, and the other end supported by the other column member 13a and 13b. A pair of beam members 14a, 14b extending toward the end, a movable member 15 supported so as to be swingable in the Y direction by being connected to the other ends of the beam members 14a, 14b, and column members 13a, 13b. And the insulating charged body 16 that covers the surfaces of the beam members 14 a and 14 b and the movable member 15.

柱部材13a,13bは、絶縁膜12上から上方に突出した金属からなる棒状の部材から構成される。柱部材13aの上端には梁部材14aの一端、柱部材13bの上端には梁部材14bの一端がそれぞれ接続されている。   The column members 13a and 13b are composed of rod-shaped members made of metal protruding upward from the insulating film 12. One end of the beam member 14a is connected to the upper end of the column member 13a, and one end of the beam member 14b is connected to the upper end of the column member 13b.

梁部材14a,14bは、X方向に沿って延在する金属からなる棒状の部材から構成される。上述したように、梁部材14aの一端は、柱部材13aの上端に接続され、他端は、可動部材15の1つの側面に接続されている。同様に、梁部材14bの一端は、柱部材13bの上端に接続され、他端は、可動部材15の1つの側面に接続されている。このような梁部材14a、14bは、少なくともY方向に可撓性を有するように形成されている。これは、例えば、幅よりも厚さの方を大きく、言い換えるとZY方向の断面においてY方向の長さよりもZ方向の長さの方が大きくなるように形成することにより、実現することができる。   The beam members 14a and 14b are composed of rod-shaped members made of metal extending along the X direction. As described above, one end of the beam member 14 a is connected to the upper end of the column member 13 a, and the other end is connected to one side surface of the movable member 15. Similarly, one end of the beam member 14 b is connected to the upper end of the column member 13 b, and the other end is connected to one side surface of the movable member 15. Such beam members 14a and 14b are formed to have flexibility in at least the Y direction. This can be realized, for example, by forming the thickness to be larger than the width, in other words, the length in the Z direction is larger than the length in the Y direction in the cross section in the ZY direction. .

可動部材15は、金属からなる直方体の部材から構成され、上面および下面の長手方向がX方向に沿い、短手方向がY方向に沿うように配設されている。ここで、可動部材15の柱部材13a,13bと対向する2つの側面(以下、「第1の側面」という。)には、対向する梁部材14a,14bの他端が接続されている。これにより、可動部材15は、梁部材14a、14bによって半導体基板11上方に吊設されることとなる。このとき、上述したように梁部材14a、14bがY方向に可撓性を有するので、可動部材15は、Y方向に揺動可能な状態、Y方向の正負の側に往復移動が可能な状態とされている。したがって、静電変換装置1が外力を受けると、可動部材15は、半導体基板11に対して相対的に移動することとなる。静電変換装置1自体が振動すると、可動部材15は、半導体基板11に対して相対的に往復運動することとなる。   The movable member 15 is composed of a rectangular parallelepiped member made of metal, and is arranged so that the longitudinal direction of the upper surface and the lower surface is along the X direction, and the lateral direction is along the Y direction. Here, the other end of the beam members 14 a and 14 b facing each other is connected to two side surfaces (hereinafter referred to as “first side surfaces”) facing the column members 13 a and 13 b of the movable member 15. Thereby, the movable member 15 is suspended above the semiconductor substrate 11 by the beam members 14a and 14b. At this time, since the beam members 14a and 14b have flexibility in the Y direction as described above, the movable member 15 can swing in the Y direction and can reciprocate in the positive and negative directions in the Y direction. It is said that. Therefore, when the electrostatic conversion device 1 receives an external force, the movable member 15 moves relative to the semiconductor substrate 11. When the electrostatic conversion device 1 itself vibrates, the movable member 15 reciprocates relative to the semiconductor substrate 11.

可動部材15の第1の側面とは異なる2つの側面(以下、「第2の側面」という。)には、Y方向に沿って垂設された複数の板状の腕部材15aが互いにX方向に所定間隔離間して形成されている。上述したように可動部材15がY方向の正負両側に移動可能とされているので、この可動部材15の移動に伴って腕部材15aもY方向の正負両側に移動することとなる。
腕部材15aの、第2の側面に接続された側と反対側の端部には、X方向の長さが大きくなっている平面視略矩形の幅広部15bが設けられている。この腕部材15aのY方向の長さは、可動部材15のY方向の移動量に応じて設定される。すなわち、可動部材15の第2の側面が第1の固定電極17に接触しないように設定される。
このような可動部材15は、図示しない配線を介して接地されている。
On two side surfaces different from the first side surface of the movable member 15 (hereinafter referred to as “second side surface”), a plurality of plate-like arm members 15 a provided vertically along the Y direction are mutually in the X direction. Formed at a predetermined interval. As described above, since the movable member 15 is movable to both positive and negative sides in the Y direction, the arm member 15a also moves to both positive and negative sides in the Y direction as the movable member 15 moves.
An end portion of the arm member 15a opposite to the side connected to the second side surface is provided with a wide portion 15b having a substantially rectangular shape in plan view and having a large length in the X direction. The length of the arm member 15a in the Y direction is set according to the amount of movement of the movable member 15 in the Y direction. That is, the second side surface of the movable member 15 is set so as not to contact the first fixed electrode 17.
Such a movable member 15 is grounded via a wiring (not shown).

絶縁帯電体16は、柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材15の表面に形成された絶縁体から構成される。このような絶縁帯電体16は、少なくとも幅広部15bの部分が予め電子を帯電したエレクトレットとして機能する。この帯電は、後述するように電子ビーム法、液体接触法、コロナ放電法などによって実現される。   The insulated charging body 16 is composed of insulators formed on the surfaces of the column members 13 a and 13 b, the beam members 14 a and 14 b and the movable member 15. Such an insulating charged body 16 functions as an electret in which at least the wide portion 15b is charged with electrons in advance. As will be described later, this charging is realized by an electron beam method, a liquid contact method, a corona discharge method, or the like.

第1の固定電極17は、絶縁膜12上から上方に突出した金属の柱状の部材から構成されている。このような第1の固定電極17は、可動部材15が静止している状態において、可動部材15の第2の側面と所定間隔離間し、かつ、幅広部15bとX方向に所定間隔離間する位置に配設されている。この幅広部15bと第1の固定電極17との距離は、第1の固定電極17が幅広部15bの表面に設けられた絶縁帯電体16の静電場の影響を受ける距離に設定されている。1つの腕部材15aに第1の固定電極17を1つずつ対応付けることができる。   The first fixed electrode 17 is composed of a metal columnar member protruding upward from the insulating film 12. Such a first fixed electrode 17 is spaced apart from the second side surface of the movable member 15 by a predetermined distance while the movable member 15 is stationary, and is spaced from the wide portion 15b by a predetermined distance in the X direction. It is arranged. The distance between the wide portion 15b and the first fixed electrode 17 is set to a distance at which the first fixed electrode 17 is affected by the electrostatic field of the insulating charging body 16 provided on the surface of the wide portion 15b. The first fixed electrodes 17 can be associated with one arm member 15a one by one.

第2の固定電極18は、絶縁膜12上から上方に突出した金属の柱状の部材から構成され、絶縁膜12上において、可動部材15の第2の側面と所定間隔離間して配置されている。また、第2の固定電極18は、第1の固定電極17とY方向に沿った同一直線上に所定間隔離間して配置されている。1つの腕部材15aに第2の固定電極18を1つずつ対応付けることができる。   The second fixed electrode 18 is composed of a metal columnar member protruding upward from the insulating film 12, and is disposed on the insulating film 12 at a predetermined distance from the second side surface of the movable member 15. . The second fixed electrode 18 is arranged on the same straight line along the Y direction with the first fixed electrode 17 with a predetermined interval. The second fixed electrode 18 can be associated with one arm member 15a one by one.

<静電変換装置の発電動作>
次に、図3,図4を参照して、本実施の形態に係る静電変換装置による発電動作について説明する。
<Power generation operation of electrostatic conversion device>
Next, with reference to FIGS. 3 and 4, the power generation operation by the electrostatic conversion device according to the present embodiment will be described.

まず、図3に示すように、可動部材15が静止している状態において幅広部15bの近くに位置する第1の固定電極17は、その幅広部15bの表面に設けられた絶縁帯電体16により形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体16の負電荷に対応した正電荷が第1の固定電極17に現れる。   First, as shown in FIG. 3, the first fixed electrode 17 located near the wide portion 15b in a state where the movable member 15 is stationary is caused by the insulating charging body 16 provided on the surface of the wide portion 15b. Under the influence of the formed electrostatic field, a positive charge corresponding to the negative charge of the insulating charged body 16 appears on the first fixed electrode 17 by the principle of electrostatic induction.

このような状態において、例えば静電変換装置1が振動させられると、質量を有する可動部材15がY方向に揺動する。可動部材15がY方向の正の向きに移動したときには、図4に示すように、幅広部15bもY方向の正の向きに移動し、第1の固定電極17から遠ざかり、第2の固定電極18に近づく。すると、第2の固定電極18は、第1の固定電極17よりも幅広部15bの表面に設けられた絶縁帯電体16に近づくので、第1の固定電極17よりも絶縁帯電体16が形成する静電場の影響をより強く受けるため、静電誘導の原理により、その負電荷に対応する正電荷が第2の固定電極18に現れる。この正電荷は、第1の固定電極17と第2の固定電極18とが外部負荷21を介して電気的に接続されていることから、図3において第1の固定電極17に現れた正電荷が移動してきたものである。   In this state, for example, when the electrostatic conversion device 1 is vibrated, the movable member 15 having a mass swings in the Y direction. When the movable member 15 moves in the positive direction in the Y direction, as shown in FIG. 4, the wide portion 15b also moves in the positive direction in the Y direction, moves away from the first fixed electrode 17, and moves to the second fixed electrode. Approach 18 Then, the second fixed electrode 18 is closer to the insulating charging body 16 provided on the surface of the wider portion 15 b than the first fixed electrode 17, so that the insulating charging body 16 is formed more than the first fixed electrode 17. In order to be more strongly affected by the electrostatic field, a positive charge corresponding to the negative charge appears on the second fixed electrode 18 by the principle of electrostatic induction. This positive charge is because the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18 are electrically connected via the external load 21, and thus the positive charge that appears on the first fixed electrode 17 in FIG. 3. Has been moved.

図4に示す状態から、可動部材15がY方向の負の向きに再度移動すると、図3に示すように、幅広部15bは、第2の固定電極18から遠ざかり、第1の固定電極17に近づく。すると、第1の固定電極17は、第2の固定電極18よりも幅広部15bの表面に設けられた絶縁帯電体16が形成する静電場の影響をより強く受けるため、静電誘導により正電荷が現れることとなる。この正電荷は、第2の固定電極18から移動してきたものである。   When the movable member 15 moves again in the negative direction of the Y direction from the state shown in FIG. 4, the wide portion 15 b moves away from the second fixed electrode 18 and moves to the first fixed electrode 17 as shown in FIG. 3. Get closer. Then, since the first fixed electrode 17 is more strongly affected by the electrostatic field formed by the insulating charged body 16 provided on the surface of the wide portion 15b than the second fixed electrode 18, positive charge is caused by electrostatic induction. Will appear. This positive charge has moved from the second fixed electrode 18.

このように、静電変換装置1が振動させられることによって可動部材15がY方向に揺動すると、第1の固定電極17と第2の固定電極18とに交互に正電荷が誘導されて、外部負荷21に電流が流れることとなる。   Thus, when the movable member 15 swings in the Y direction by vibrating the electrostatic conversion device 1, positive charges are alternately induced in the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18, A current flows through the external load 21.

以上説明したように、本実施の形態によれば、第1の固定電極17および第2の固定電極18を幅広部15bの表面に形成された絶縁帯電体16の軌道に並設することにより、半導体基板11に垂直な面内で絶縁帯電体16と第1の固定電極17および第2の固定電極18が対向することになる。したがって、半導体基板11の面積の制約を受けずに、絶縁帯電体16と第1の固定電極17および第2の固定電極18との重なり面積を設定することができ、発電効率を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, by arranging the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18 in parallel with the track of the insulating charging body 16 formed on the surface of the wide portion 15b, Insulating charging body 16, first fixed electrode 17, and second fixed electrode 18 face each other in a plane perpendicular to semiconductor substrate 11. Therefore, it is possible to set the overlapping area between the insulating charged body 16 and the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18 without being restricted by the area of the semiconductor substrate 11, thereby improving the power generation efficiency. it can.

また、本実施の形態によれば、直方体形状の可動部材15の表面を形成する6つの面のうち、2つの第2の側面で静電変換できるので、結果として、出力の向上や静電変換装置の小型化を実現することができる。   In addition, according to the present embodiment, the electrostatic conversion can be performed on the two second side surfaces among the six surfaces forming the surface of the rectangular parallelepiped movable member 15. As a result, the output can be improved and the electrostatic conversion can be performed. Miniaturization of the apparatus can be realized.

なお、本実施の形態では、図1に示すように、可動部材15の第2の側面それぞれ4つずつ腕部材15aを設ける場合を例に説明したが、腕部材15aの数量は4つに限定されず適宜自由に設定できるのは言うまでもない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the case where four arm members 15a are provided for each of the second side surfaces of the movable member 15 has been described as an example. However, the number of arm members 15a is limited to four. Needless to say, it can be set as appropriate.

また、本実施の形態では、幅広部15bを、可動部材15が静止した状態において第1の固定電極17とX方向に対向する位置に設ける場合を例に説明したが、幅広部15bを設ける位置はこれに限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、幅広部15bを、可動部材15が静止した状態において、第1の固定電極17と第2の固定電極18との間の領域と、X方向に対向する位置に設けるようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, the case where the wide portion 15b is provided at a position facing the first fixed electrode 17 in the X direction when the movable member 15 is stationary has been described as an example, but the position where the wide portion 15b is provided. Is not limited to this, and can be freely set as appropriate. For example, the wide portion 15b may be provided at a position facing the region between the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18 in the X direction when the movable member 15 is stationary.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態における静電変換装置1における第1の固定電極17および第2の固定電極18を1つの幅広部15bに対してそれぞれ2つずつ設けたものである。したがって、上述した第1の実施と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, two each of the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18 in the electrostatic conversion device 1 in the first embodiment described above are provided for one wide portion 15b. It is a thing. Therefore, components equivalent to those in the first embodiment described above are denoted by the same names and reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.

<静電変換装置の構成>
図5に示すように、本実施の形態に係る静電変換装置1は、上面に絶縁膜12が形成された半導体基板11と、柱部材13a,13bと梁部材14a,14bとによってY方向に揺動可能に支持された可動部材15と、絶縁膜12上において、可動部材15からY方向に離間した位置に1つの幅広部15bに対して一対ずつ設けられた複数の第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bとを備えている。この第1の固定電極17a,17bと第2の固定電極18a,18bとは、配線19を介して一対の端子20に接続される。
<Configuration of electrostatic conversion device>
As shown in FIG. 5, the electrostatic conversion device 1 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 11 having an insulating film 12 formed on the upper surface, pillar members 13a and 13b, and beam members 14a and 14b in the Y direction. A plurality of first fixed electrodes 17a provided in pairs with respect to one wide portion 15b at a position spaced apart from the movable member 15 in the Y direction on the movable member 15 supported so as to be swingable. , 17b and second fixed electrodes 18a, 18b. The first fixed electrodes 17 a and 17 b and the second fixed electrodes 18 a and 18 b are connected to a pair of terminals 20 via a wiring 19.

ここで、第1の固定電極17a,17bは、可動部材15の移動軌跡に対して線対称、言い換えると、幅広部15bの略中央部を通るY方向に沿った直線に対して線対称に設けられている。また、可動部材15が静止している状態において、第1の固定電極17a,17bは、幅広部15bとX方向に所定間隔離間して配設されている。この幅広部15bと第1の固定電極17a,17bとの距離は、第1の固定電極17a,17bが幅広部15bの表面に設けられた絶縁帯電体16の静電場の影響を受ける距離に設定されている。   Here, the first fixed electrodes 17a and 17b are provided in line symmetry with respect to the movement trajectory of the movable member 15, in other words, in line symmetry with respect to a straight line along the Y direction passing through the substantially central portion of the wide portion 15b. It has been. Further, in a state where the movable member 15 is stationary, the first fixed electrodes 17a and 17b are spaced apart from the wide portion 15b by a predetermined distance in the X direction. The distance between the wide portion 15b and the first fixed electrodes 17a and 17b is set to a distance at which the first fixed electrodes 17a and 17b are affected by the electrostatic field of the insulating charging body 16 provided on the surface of the wide portion 15b. Has been.

第2の固定電極18a,18bは、可動部材15の移動軌跡に対して線対称、言い換えると、幅広部15bの略中央部を通るY方向に沿った直線に対して線対称に設けられている。また、第2の固定電極18aは、第1の固定電極17aとY方向の可動部材15から離れる側に所定間隔離間して配置されている。同様に、第2の固定電極18bは、第1の固定電極17bとY方向の可動部材15から離れる側に所定間隔離間して配置されている。   The second fixed electrodes 18a and 18b are provided in line symmetry with respect to the movement trajectory of the movable member 15, in other words, in line symmetry with respect to a straight line along the Y direction passing through the substantially central portion of the wide portion 15b. . The second fixed electrode 18a is disposed at a predetermined interval on the side away from the first fixed electrode 17a and the movable member 15 in the Y direction. Similarly, the second fixed electrode 18b is disposed at a predetermined interval on the side away from the first fixed electrode 17b and the movable member 15 in the Y direction.

ここで、1つの幅広部15bには、一対の第1の固定電極17a,17bと、一対の第2の固定電極18a,18bとが対応付けて配設されている。第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bは、Y方向に沿った同一直線上に配設されている。上述したように、可動部材15が静止した状態において、幅広部15bは、第1の固定電極17a,17bとX方向に対向している。このような状態から、可動部材15が第2の固定電極18a,18bの方に向かってY方向に移動すると、幅広部15bは、第2の固定電極18a,18bとX方向に対向することとなる。   Here, a pair of first fixed electrodes 17a and 17b and a pair of second fixed electrodes 18a and 18b are arranged in association with each other in the wide portion 15b. The first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b are arranged on the same straight line along the Y direction. As described above, in the state where the movable member 15 is stationary, the wide portion 15b faces the first fixed electrodes 17a and 17b in the X direction. From this state, when the movable member 15 moves in the Y direction toward the second fixed electrodes 18a and 18b, the wide portion 15b faces the second fixed electrodes 18a and 18b in the X direction. Become.

<静電変換装置の発電動作>
次に、図6を参照して、本実施の形態に係る静電変換装置による発電動作について説明する。
<Power generation operation of electrostatic conversion device>
Next, with reference to FIG. 6, the power generation operation by the electrostatic conversion device according to the present embodiment will be described.

まず、図6に示すように、可動電極15が静止している状態において幅広部15bの近くに位置する第1の固定電極17a,17bは、その幅広部15bの表面に設けられた絶縁帯電体16により形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体16の負電荷に対応した正電荷が第1の固定電極17a,17bに現れる。   First, as shown in FIG. 6, when the movable electrode 15 is stationary, the first fixed electrodes 17a and 17b located near the wide portion 15b are insulated charging bodies provided on the surface of the wide portion 15b. Under the influence of the electrostatic field formed by 16, a positive charge corresponding to the negative charge of the insulating charged body 16 appears on the first fixed electrodes 17 a and 17 b by the principle of electrostatic induction.

このような状態において、例えば静電変換装置1が振動させられると、質量を有する可動部材15がY方向に揺動する。可動部材15がY方向の正の向きに移動したときには、幅広部15bもY方向の正の向きに移動し、第2の固定電極18a,18bに近づく。すると、第2の固定電極18a,18bは、第1の固定電極17a,17bよりも幅広部15bの表面に設けられた絶縁帯電体16に近づくので、第1の固定電極17a,17bよりも静電場の影響をより強く受けるため、静電誘導の原理により、その負電荷に対応する正電荷が第2の固定電極18a,18bに現れる。この正電荷は、第1の固定電極17a,17bと第2の固定電極18a,18bとが外部負荷21を介して電気的に接続されていることから、図6において第1の固定電極17に現れた正電荷が移動してきたものである。   In this state, for example, when the electrostatic conversion device 1 is vibrated, the movable member 15 having a mass swings in the Y direction. When the movable member 15 moves in the positive direction in the Y direction, the wide portion 15b also moves in the positive direction in the Y direction and approaches the second fixed electrodes 18a and 18b. Then, since the second fixed electrodes 18a and 18b are closer to the insulating charging body 16 provided on the surface of the wide portion 15b than the first fixed electrodes 17a and 17b, they are more static than the first fixed electrodes 17a and 17b. In order to be more strongly affected by the electric field, a positive charge corresponding to the negative charge appears on the second fixed electrodes 18a and 18b by the principle of electrostatic induction. The positive charges are electrically connected to the first fixed electrode 17 in FIG. 6 because the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b are electrically connected via the external load 21. The positive charge that appears has moved.

幅広部15bが第2の固定電極18a,18bに対向した状態から、可動部材15がY方向の負の向きに再度移動すると、図6に示すように、幅広部15bは、第2の固定電極18a,18bから遠ざかり、第1の固定電極17a,17bに近づく。すると、第1の固定電極17a,17bは、第2の固定電極18a,18bよりも幅広部15bの表面に設けられた絶縁帯電体16の影響をより強く受けるため、静電誘導により正電荷が現れることとなる。この正電荷は、第2の固定電極18a,18bから移動してきたものである。   When the movable member 15 moves again in the negative direction in the Y direction from the state where the wide portion 15b is opposed to the second fixed electrodes 18a and 18b, the wide portion 15b is moved to the second fixed electrode as shown in FIG. It moves away from 18a, 18b and approaches the first fixed electrodes 17a, 17b. Then, since the first fixed electrodes 17a and 17b are more strongly affected by the insulating charged body 16 provided on the surface of the wide portion 15b than the second fixed electrodes 18a and 18b, positive charges are caused by electrostatic induction. Will appear. This positive charge has moved from the second fixed electrodes 18a and 18b.

このように、静電変換装置1が振動させられることによって可動部材15がY方向に揺動すると、第1の固定電極17a,17bと第2の固定電極18a,18bとに交互に正電荷が誘導されて、外部負荷21に電流が流れることとなる。   In this way, when the movable member 15 swings in the Y direction by vibrating the electrostatic conversion device 1, positive charges are alternately applied to the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b. As a result, a current flows through the external load 21.

以上説明したように、本実施の形態によれば、これにより、第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bを幅広部15bの表面に形成された絶縁帯電体16の軌道に並設することにより、半導体基板11に垂直な面内で絶縁帯電体16と第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bが対向することになる。したがって、半導体基板11の面積の制約を受けずに、絶縁帯電体16と第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bとの重なり面積を設定することができ、発電効率を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, as a result, the track of the insulating charging body 16 in which the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b are formed on the surface of the wide portion 15b. As a result, the insulating charged body 16 and the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b face each other in a plane perpendicular to the semiconductor substrate 11. Accordingly, the overlapping area between the insulating charged body 16 and the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b can be set without being restricted by the area of the semiconductor substrate 11, and the power generation efficiency can be set. Can be improved.

また、本実施の形態によれば、直方体形状の可動部材15の表面を形成する6つの面のうち、2つの第2の側面で静電変換できるので、結果として、出力の向上や静電変換装置の小型化を実現することができる。また、本実施の形態では、1つの幅広部15bに対して、一対の第1の固定電極17a,17bおよび一対の第2の固定電極18a,18bが設けているので、誘導される正電荷の量が増加するため、出力を向上させることができる。   In addition, according to the present embodiment, the electrostatic conversion can be performed on the two second side surfaces among the six surfaces forming the surface of the rectangular parallelepiped movable member 15. As a result, the output can be improved and the electrostatic conversion can be performed. Miniaturization of the apparatus can be realized. In the present embodiment, since the pair of first fixed electrodes 17a and 17b and the pair of second fixed electrodes 18a and 18b are provided for one wide portion 15b, the positive charge induced Since the amount increases, the output can be improved.

なお、本実施の形態では、図5に示すように、可動部材15の第2の側面それぞれ4つずつ腕部材15aを設ける場合を例に説明したが、腕部材15aの数量は4つに限定されず適宜自由に設定できるのは言うまでもない。この場合、第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bの数量についても、腕部材15aの数量に応じて設定される。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the case where four arm members 15a are provided on each of the second side surfaces of the movable member 15 has been described as an example, but the number of arm members 15a is limited to four. Needless to say, it can be set as appropriate. In this case, the numbers of the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b are also set according to the number of arm members 15a.

また、本実施の形態では、幅広部15bを、可動部材15が静止した状態において第1の固定電極17a,17bとX方向に対向する位置に設ける場合を例に説明したが、幅広部15bを設ける位置はこれに限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、幅広部15bを、可動部材15が静止した状態において、第1の固定電極17a,17bと第2の固定電極18a,18bとの間の領域と、X方向に対向する位置に設けるようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, the case where the wide portion 15b is provided at a position facing the first fixed electrodes 17a and 17b in the X direction when the movable member 15 is stationary has been described as an example. The position to be provided is not limited to this, and can be set freely as appropriate. For example, the wide portion 15b is provided at a position facing the region between the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b in the X direction when the movable member 15 is stationary. May be.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第2の実施の形態の静電変換装置2において、可動部材15の上面に可動電極を設けるとともに、この可動電極15と対向する位置に固定電極をさらに設けたものである。したがって、上述した第1,第2の実施と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the electrostatic conversion device 2 according to the second embodiment described above, a movable electrode is provided on the upper surface of the movable member 15, and a fixed electrode is further provided at a position facing the movable electrode 15. It is a thing. Therefore, components equivalent to those in the first and second embodiments described above are denoted by the same names and reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.

<静電変換装置の構成>
図7,図8に示すように、本実施の形態に係る静電変換装置3は、半導体基板(以下、「第1の半導体基板」という。)11と、この第1の半導体基板11の上方に所定距離離間して配置された第2の半導体基板31と、第1の半導体基板11と第2の半導体基板31との間に配設され、これらの距離を所定の距離に保つスペーサ部材41とを備えている。このスペーサ部材41は、金属から構成され、平面視略矩形の開口を有する筒の形状を有する。その開口内には、図8に示されるように、柱部材13a,13b、梁部材14a,14b、可動部材15、第1の固定電極17a,17b、第2の固定電極18a,18b、ならびに、後述する第3の固定電極33および第4の固定電極34が収容される。なお、図8においては、切断面以外については記載を省略している。
<Configuration of electrostatic conversion device>
As shown in FIGS. 7 and 8, the electrostatic conversion device 3 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate (hereinafter referred to as “first semiconductor substrate”) 11 and an upper portion of the first semiconductor substrate 11. Are spaced apart from each other by a predetermined distance, and the spacer member 41 is disposed between the first semiconductor substrate 11 and the second semiconductor substrate 31 and keeps these distances at a predetermined distance. And. The spacer member 41 is made of metal and has a cylindrical shape having an opening that is substantially rectangular in plan view. In the opening, as shown in FIG. 8, column members 13a and 13b, beam members 14a and 14b, movable member 15, first fixed electrodes 17a and 17b, second fixed electrodes 18a and 18b, and A third fixed electrode 33 and a fourth fixed electrode 34 described later are accommodated. In addition, in FIG. 8, description is abbreviate | omitted except a cut surface.

ここで、第1の半導体基板11には、この第1の半導体基板11の上面に形成された絶縁膜(以下、「第1の絶縁膜」という。)12上に柱部材13a,13bと梁部材14a,14bによりY方向に揺動可能に支持された可動部材15と、第1の絶縁膜12上において、可動部材15からY方向に離間した位置に1つの幅広部15bに対して一対ずつ設けられた複数の第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bとを備えている。   Here, on the first semiconductor substrate 11, column members 13 a and 13 b and a beam are formed on an insulating film (hereinafter referred to as “first insulating film”) 12 formed on the upper surface of the first semiconductor substrate 11. A pair of the movable member 15 supported by the members 14a and 14b so as to be swingable in the Y direction, and one wide portion 15b on the first insulating film 12 at a position spaced apart from the movable member 15 in the Y direction. A plurality of first fixed electrodes 17a and 17b and second fixed electrodes 18a and 18b are provided.

ここで、可動部材15の上面には、X方向に沿って垂設された複数の板状の突出部材15cが互いにY方向に所定間隔離間して形成されている。上述したように、可動部材15がY方向に移動可能とされているので、この可動部材15の移動に伴って突出部材15cもY方向に移動することとなる。また、この突出部材15cの表面には、負電荷が帯電した絶縁帯電体16が形成されている。   Here, on the upper surface of the movable member 15, a plurality of plate-like projecting members 15 c that are suspended along the X direction are formed at predetermined intervals in the Y direction. As described above, since the movable member 15 is movable in the Y direction, as the movable member 15 moves, the protruding member 15c also moves in the Y direction. Further, an insulating charging body 16 charged with a negative charge is formed on the surface of the protruding member 15c.

また、第2の半導体基板31には、この第2の半導体基板31の第1の半導体基板11と対向する面に形成された第2の絶縁膜32上に、Y方向に所定間隔離間して交互に設けられた複数の第3の固定電極33および第4の固定電極34を備えている。ここで、第3の固定電極33と第4の固定電極34は、第2の半導体基板31などに設けられた配線22を介して一対の端子23に接続される。また、複数の第3の固定電極33は電気的に共通に一方の端子23に電気的に接続され、複数の第4の固定電極34は電気的に共通に他方の端子23に接続されている。この端子23は、外部負荷24と接続可能に構成されている。   The second semiconductor substrate 31 is spaced apart from the second insulating film 32 formed on the surface of the second semiconductor substrate 31 facing the first semiconductor substrate 11 by a predetermined distance in the Y direction. A plurality of third fixed electrodes 33 and fourth fixed electrodes 34 provided alternately are provided. Here, the third fixed electrode 33 and the fourth fixed electrode 34 are connected to the pair of terminals 23 via the wiring 22 provided on the second semiconductor substrate 31 or the like. The plurality of third fixed electrodes 33 are electrically connected to one terminal 23 in common and the plurality of fourth fixed electrodes 34 are electrically connected to the other terminal 23 in common. . This terminal 23 is configured to be connectable to an external load 24.

なお、第2の半導体基板31は、シリコン等からなる半導体基板から構成され、第1の半導体基板11と同等の外形を有する。第2の絶縁膜32は、酸化シリコン等からなり、第2の半導体基板31の下面に形成されている。   The second semiconductor substrate 31 is composed of a semiconductor substrate made of silicon or the like, and has an outer shape equivalent to that of the first semiconductor substrate 11. The second insulating film 32 is made of silicon oxide or the like and is formed on the lower surface of the second semiconductor substrate 31.

第3の固定電極33は、第2の絶縁膜32上から下方に突出しX方向に延在する金属の板状の部材から構成され、第2の絶縁膜32上において、可動部材15の上面と所定間隔離間して配置されている。このような第3の固定電極33は、可動部材15が静止している状態において、可動電極15cと対向する位置に設けられている。   The third fixed electrode 33 is composed of a metal plate-like member that protrudes downward from the second insulating film 32 and extends in the X direction. On the second insulating film 32, the upper surface of the movable member 15 and They are arranged at a predetermined interval. The third fixed electrode 33 is provided at a position facing the movable electrode 15c when the movable member 15 is stationary.

第4の固定電極34は、第2の絶縁膜32上から下方に突出しX方向に延在する金属の板状の部材から構成され、第2の絶縁膜32上において、隣り合う第3の固定電極33と互いに平行かつ等間隔に離間して配設されている。なお、Y方向の正負両端に位置する第4の固定電極34は、Y方向の正の側および負の側の何れか一方のみにおいて、第3の固定電極33と隣り合っている。   The fourth fixed electrode 34 is composed of a metal plate-like member that protrudes downward from the second insulating film 32 and extends in the X direction. The third fixed electrode 34 is adjacent to the third insulating film 32 on the second insulating film 32. The electrodes 33 are arranged in parallel with each other and spaced apart at equal intervals. Note that the fourth fixed electrodes 34 positioned at both positive and negative ends in the Y direction are adjacent to the third fixed electrode 33 on only one of the positive side and the negative side in the Y direction.

<静電変換装置の発電動作>
次に、図9,図10を参照して、本実施の形態に係る静電変換装置の発電動作について説明する。なお、第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bを用いた発電動作については、上述した第2の実施の形態と同等であるので、説明を省略する。以下においては、第3の固定電極33および第4の固定電極34を用いた発電動作について説明する。
<Power generation operation of electrostatic conversion device>
Next, the power generation operation of the electrostatic conversion device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the power generation operation using the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b is the same as that in the second embodiment described above, and thus the description thereof is omitted. Hereinafter, a power generation operation using the third fixed electrode 33 and the fourth fixed electrode 34 will be described.

まず、図9に示すように、可動部材15が静止している状態において突出部材15cと対向しており、第3の固定電極33は、その突出部材15cの表面に設けられた絶縁帯電体16により形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体16の負電荷に対応した正電荷が第3の固定電極33に現れる。   First, as shown in FIG. 9, the movable member 15 is opposed to the projecting member 15c in a state where the movable member 15 is stationary, and the third fixed electrode 33 is provided on the surface of the projecting member 15c. The positive charge corresponding to the negative charge of the insulating charged body 16 appears on the third fixed electrode 33 due to the electrostatic induction principle.

このような状態において、例えば静電変換装置1が振動させられると、質量を有する可動部材15がY方向に揺動する。可動部材15がY方向の正の向きに移動したときには、図10に示すように、突出部材15cもY方向の正の向きに移動し、第4の固定電極34に近づく。すると、第4の固定電極34は、第3の固定電極33よりも突出部材15cの表面に設けられた絶縁帯電体16に近づくので、第3の固定電極33よりも静電場の影響をより強く受けるため、静電誘導の原理により、その負電荷に対応する正電荷が第4の固定電極34に現れる。この正電荷は、第3の固定電極33と第4の固定電極34とが外部負荷24を介して電気的に接続されていることから、図9において第3の固定電極33に現れた正電荷が移動してきたものである。   In this state, for example, when the electrostatic conversion device 1 is vibrated, the movable member 15 having a mass swings in the Y direction. When the movable member 15 moves in the positive direction in the Y direction, as shown in FIG. 10, the protruding member 15 c also moves in the positive direction in the Y direction and approaches the fourth fixed electrode 34. Then, the fourth fixed electrode 34 is closer to the insulating charging body 16 provided on the surface of the projecting member 15 c than the third fixed electrode 33, and thus the influence of the electrostatic field is stronger than the third fixed electrode 33. Therefore, a positive charge corresponding to the negative charge appears on the fourth fixed electrode 34 due to the principle of electrostatic induction. This positive charge is the positive charge that appears on the third fixed electrode 33 in FIG. 9 because the third fixed electrode 33 and the fourth fixed electrode 34 are electrically connected via the external load 24. Has been moved.

図10に示す状態から、可動部材15がY方向の負の向きに再度移動すると、図9に示すように、突出部15cは、第4の固定電極34から遠ざかり、第3の固定電極33に近づく。すると、第3の固定電極33は、第4の固定電極34よりも突出部材15cの表面に設けられた絶縁帯電体16の影響をより強く受けるため、静電誘導により正電荷が現れることとなる。この正電荷は、第4の固定電極34から移動してきたものである。   When the movable member 15 moves again in the negative direction of the Y direction from the state shown in FIG. 10, the protruding portion 15 c moves away from the fourth fixed electrode 34 and moves to the third fixed electrode 33 as shown in FIG. 9. Get closer. Then, since the third fixed electrode 33 is more strongly affected by the insulating charged body 16 provided on the surface of the protruding member 15c than the fourth fixed electrode 34, a positive charge appears due to electrostatic induction. . This positive charge has moved from the fourth fixed electrode 34.

このように、静電変換装置1が振動させられることによって可動部材15がY方向に揺動すると、第3の固定電極33と第4の固定電極34とに交互に正電荷が誘導されて、外部負荷24に電流が流れることとなる。このとき、第2の実施の形態でも説明したように、第1の固定電極17と第2の固定電極18とに交互に正電荷が誘導されて、外部負荷24にも電流が流れている。これにより、本実施の形態によれば、直方体形状の可動部材15の表面を形成する6つの面のうち、2つの第2の側面と上面という合計3つの面での静電変換できるので、結果として、出力の向上や静電変換装置の小型化を実現することができる。   In this manner, when the movable member 15 swings in the Y direction by vibrating the electrostatic conversion device 1, positive charges are alternately induced in the third fixed electrode 33 and the fourth fixed electrode 34, A current flows through the external load 24. At this time, as described in the second embodiment, positive charges are alternately induced in the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18, and a current also flows in the external load 24. Thereby, according to this Embodiment, among the six surfaces forming the surface of the movable member 15 having a rectangular parallelepiped shape, electrostatic conversion can be performed on a total of three surfaces, that is, the two second side surfaces and the upper surface. As a result, it is possible to improve the output and reduce the size of the electrostatic conversion device.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、上述した第1〜第3の実施と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して、適宜説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, components equivalent to those in the first to third implementations described above are denoted by the same names and reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

<静電変換装置の構成>
図11〜図14に示すように、本実施の形態に係る静電変換装置4は、第1の半導体基板11と、この第1の半導体基板11の上方に所定距離離間して配置された第2の半導体基板31と、第1の半導体基板11と第2の半導体基板31との間に配設され、これらの距離を所定の距離に保つスペーサ部材41とを備えている。なお、図13においては、切断面以外については記載を省略している。
<Configuration of electrostatic conversion device>
As shown in FIGS. 11 to 14, the electrostatic conversion device 4 according to the present embodiment includes a first semiconductor substrate 11 and a first semiconductor substrate 11 disposed above the first semiconductor substrate 11 at a predetermined distance. And a spacer member 41 disposed between the first semiconductor substrate 11 and the second semiconductor substrate 31 and maintaining these distances at a predetermined distance. In FIG. 13, the description other than the cut surface is omitted.

≪第1の半導体基板の構成≫
第1の半導体基板11は、第1の絶縁膜12上に、柱部材13a,13bと梁部材14a,14bによりY方向に揺動可能に支持された平面視略格子状の可動部材50と、この可動部材50の周囲に設けられた、複数の第5の固定電極61および第6の固定電極62とを備えている。ここで、第5の固定電極61と第6の固定電極62とは、第1の半導体基板11上などに設けられた配線22により外部負荷24を介して電気的に接続されている。ここで、可動部材50、第5の固定電極61および第6の固定電極62は、第1の半導体基板11上において互いに絶縁分離されている。また、本実施の形態では、第5の固定電極61と第6の固定電極62とは、それぞれX方向に沿って複数設けられ、配線19を介して一対の端子20に接続される。複数の第5の固定電極61は電気的に共通に一方の端子20に電気的に接続され、複数の第6の固定電極62は電気的に共通に他方の端子20に接続されている。この端子20は、外部負荷21と接続可能に構成されている。
<< Configuration of First Semiconductor Substrate >>
The first semiconductor substrate 11 has a substantially lattice-like movable member 50 in plan view supported on the first insulating film 12 by a column member 13a, 13b and a beam member 14a, 14b so as to be swingable in the Y direction. A plurality of fifth fixed electrodes 61 and sixth fixed electrodes 62 are provided around the movable member 50. Here, the fifth fixed electrode 61 and the sixth fixed electrode 62 are electrically connected via the external load 24 by the wiring 22 provided on the first semiconductor substrate 11 or the like. Here, the movable member 50, the fifth fixed electrode 61, and the sixth fixed electrode 62 are insulated and separated from each other on the first semiconductor substrate 11. In the present embodiment, a plurality of the fifth fixed electrodes 61 and the sixth fixed electrodes 62 are provided along the X direction, and are connected to the pair of terminals 20 via the wiring 19. The plurality of fifth fixed electrodes 61 are electrically connected in common to one terminal 20, and the plurality of sixth fixed electrodes 62 are electrically connected in common to the other terminal 20. This terminal 20 is configured to be connectable to an external load 21.

可動部材50は、X方向に沿って延在する直方体の柱状の部材からなる基部51と、Y方向に沿って延在する柱状の部材からなり、一端が基部51のX方向に沿った両側面に互いにX方向に所定間隔離間して接続される複数の第1の部材52と、X方向に沿って延在する一対の柱状の部材からなり、第1の部材52の他端が接続される第2の部材53と、X方向に沿って延在する柱状の部材からなり、第1の部材52の上部に設けられ、互いにY方向に所定間隔離間する複数の第3の部材54とを備えている。この第1の部材52、第2の部材53および第3の部材54それぞれは、第1の部材52の延在方向に対して線対称に配設されている。このような可動部材50は、金属から構成される。また、可動部材50の表面には、柱部材13a,13bおよび梁部材14a,14bとともに、絶縁帯電体16が形成されている。この絶縁帯電体16は、少なくとも後述する幅広部52aおよび第3の部材54の部分が予め電子を帯電したエレクトレットとして機能する。さらに、可動部材50は、図示しない配線によりグランドに接続されている。   The movable member 50 is composed of a base 51 made of a rectangular parallelepiped columnar member extending along the X direction and a columnar member extending along the Y direction, and one end of each side surface of the base 51 along the X direction. The plurality of first members 52 connected to each other at a predetermined interval in the X direction and a pair of columnar members extending along the X direction, and the other end of the first member 52 is connected. The second member 53 includes a plurality of third members 54 that are formed of columnar members extending along the X direction, are provided on top of the first member 52, and are spaced apart from each other by a predetermined distance in the Y direction. ing. Each of the first member 52, the second member 53, and the third member 54 is disposed symmetrically with respect to the extending direction of the first member 52. Such a movable member 50 is made of metal. In addition, an insulating charging body 16 is formed on the surface of the movable member 50 together with the column members 13a and 13b and the beam members 14a and 14b. The insulated charging body 16 functions as an electret in which at least a wide portion 52a and a third member 54 described later are charged with electrons in advance. Furthermore, the movable member 50 is connected to the ground by a wiring (not shown).

ここで、基部51の柱部材13a,13bと対向する2つの側面には、対向する梁部材14a,14bの他端が接続されている。これにより、可動部材50は、梁部材14a、14bによって第1の半導体基板11上方に吊設されることとなる。このとき、梁部材14a、14bがY方向に可撓性を有するので、可動部材50は、Y方向に揺動可能な状態、Y方向の正負両側に往復移動が可能な状態とされている。したがって、静電変換装置4自体が振動すると、可動部材50はY方向に揺動することとなる。   Here, the other end of the beam members 14a and 14b facing each other is connected to two side surfaces of the base 51 facing the column members 13a and 13b. Thereby, the movable member 50 is suspended above the first semiconductor substrate 11 by the beam members 14a and 14b. At this time, since the beam members 14a and 14b have flexibility in the Y direction, the movable member 50 is in a state where it can swing in the Y direction and in a state where it can reciprocate on both positive and negative sides in the Y direction. Therefore, when the electrostatic conversion device 4 itself vibrates, the movable member 50 swings in the Y direction.

また、第1の部材52のY方向における略中央部には、X方向の長さが大きくなっている平面視略矩形の幅広部52aが設けられている。また、本実施の形態では、4つの第3の部材54が設けられている。これらは、第1の部材52の上部において、幅広部52aを挟むように幅広部52aからY方向の正負両側に所定距離離間した位置に配設される。   Also, a substantially rectangular wide portion 52a in plan view having a large length in the X direction is provided at a substantially central portion in the Y direction of the first member 52. In the present embodiment, four third members 54 are provided. These are disposed at positions above the first member 52 at a predetermined distance from the wide portion 52a on both the positive and negative sides in the Y direction so as to sandwich the wide portion 52a.

第5の固定電極61は、絶縁膜12上から上方に突出した金属の棒状の部材から構成されている。このような第5の固定電極61は、可動部材50が静止している状態において、X方向に隣り合う幅広部52aの間に、これらの幅広部52aから等間隔の位置にその幅広部52aと離間して配設されている。なお、幅広部52aのうちX方向における両端部に位置する幅広部52aについては、幅広部52aと隣り合っていない側にも第5の固定電極61が設けられる。この場合、第5の固定電極61と幅広部52aとの距離は、幅広部52aの間に設けた場合と同等の間隔で設けられる。ここで、幅広部52aと第5の固定電極61との距離は、第5の固定電極61が幅広部52aの表面に設けられた絶縁帯電体16の静電場の影響を受ける距離に設定されている。   The fifth fixed electrode 61 is composed of a metal rod-like member protruding upward from the insulating film 12. In the state where the movable member 50 is stationary, such a fifth fixed electrode 61 is arranged between the wide portions 52a adjacent to the wide portions 52a adjacent to each other in the X direction at equal intervals from the wide portions 52a. They are spaced apart. In addition, about the wide part 52a located in the both ends in the X direction among the wide parts 52a, the 5th fixed electrode 61 is provided also in the side which is not adjacent to the wide part 52a. In this case, the distance between the fifth fixed electrode 61 and the wide portion 52a is provided at the same interval as that provided between the wide portion 52a. Here, the distance between the wide portion 52a and the fifth fixed electrode 61 is set to a distance at which the fifth fixed electrode 61 is affected by the electrostatic field of the insulating charging body 16 provided on the surface of the wide portion 52a. Yes.

第6の固定電極62は、絶縁膜12上から上方に突出した金属の棒状の部材から構成されている。このような第6の固定電極62は、第5の固定電極61とY方向の正負両側に所定間隔離間して配置されている。また、第6の固定電極62は、図示しない配線によりグランドに接続されている。   The sixth fixed electrode 62 is composed of a metal rod-like member protruding upward from the insulating film 12. The sixth fixed electrode 62 is arranged at a predetermined distance from the fifth fixed electrode 61 on both the positive and negative sides in the Y direction. The sixth fixed electrode 62 is connected to the ground by a wiring (not shown).

≪第2の半導体基板の構成≫
第2の半導体基板31には、この第2の半導体基板31の下面に形成された第2の絶縁膜32上に、Y方向に所定間隔離間して設けられた複数の第7の固定電極71および第8の固定電極72を備えている。ここで、第7の固定電極71と第8の固定電極72は、第2の半導体基板31などに設けられた配線22を介して一対の端子23に接続される。また、複数の第7の固定電極71は電気的に共通に一方の端子23に電気的に接続され、複数の第8の固定電極72は電気的に共通に他方の端子23に接続されている。この端子23は、外部負荷24と接続可能に構成されている。
<< Configuration of Second Semiconductor Substrate >>
On the second semiconductor substrate 31, a plurality of seventh fixed electrodes 71 provided on the second insulating film 32 formed on the lower surface of the second semiconductor substrate 31 with a predetermined spacing in the Y direction. And an eighth fixed electrode 72. Here, the seventh fixed electrode 71 and the eighth fixed electrode 72 are connected to the pair of terminals 23 via the wiring 22 provided on the second semiconductor substrate 31 or the like. The plurality of seventh fixed electrodes 71 are electrically connected to one terminal 23 in common and the plurality of eighth fixed electrodes 72 are electrically connected to the other terminal 23 in common. . This terminal 23 is configured to be connectable to an external load 24.

第7の固定電極71は、第2の絶縁膜32上から下方に突出しX方向に延在する金属の板状の部材から構成され、第2の絶縁膜32上において、可動部材50の上面と所定間隔離間して配置されている。このような第7の固定電極71は、可動部材50が静止している状態において、第3の部材54と対向する位置に設けられている。   The seventh fixed electrode 71 is composed of a metal plate-like member that protrudes downward from the second insulating film 32 and extends in the X direction. On the second insulating film 32, the upper surface of the movable member 50 and They are arranged at a predetermined interval. The seventh fixed electrode 71 is provided at a position facing the third member 54 when the movable member 50 is stationary.

第8の固定電極72は、第2の絶縁膜32上から下方に突出しX方向に延在する金属の板状の部材から構成され、第2の絶縁膜32上において、隣り合う第7の固定電極71と互いに平行かつ等間隔に離間して配設されている。なお、Y方向の正負両端に位置する第8の固定電極72は、Y方向の正の側および負の側の何れか一方のみにおいて、第7の固定電極71と隣り合っている。   The eighth fixed electrode 72 is composed of a metal plate-like member that protrudes downward from the second insulating film 32 and extends in the X direction, and is adjacent to the seventh fixed electrode on the second insulating film 32. The electrodes 71 are arranged in parallel to each other and spaced apart at equal intervals. Note that the eighth fixed electrodes 72 located at both positive and negative ends in the Y direction are adjacent to the seventh fixed electrode 71 on only one of the positive side and the negative side in the Y direction.

スペーサ部材41は、金属から構成され、平面視略矩形の開口を有する筒の形状を有する。その開口内には、図11,図12に示されるように、柱部材13a,13b、梁部材14a,14b、可動部材50、第5の固定電極61、第6の固定電極62、第7の固定電極71、第8の固定電極第72が収容される。このようなスペーサ部材41は、図示しない配線によりグランドに接続されている。   The spacer member 41 is made of metal and has a cylindrical shape having an opening that is substantially rectangular in a plan view. In the opening, as shown in FIGS. 11 and 12, pillar members 13a and 13b, beam members 14a and 14b, movable member 50, fifth fixed electrode 61, sixth fixed electrode 62, and seventh member The fixed electrode 71 and the eighth fixed electrode 72 are accommodated. Such a spacer member 41 is connected to the ground by a wiring (not shown).

<静電変換装置の発電動作>
次に、図11〜図14を参照して、本実施の形態に係る静電変換装置による発電動作について説明する。
<Power generation operation of electrostatic conversion device>
Next, with reference to FIGS. 11-14, the electric power generation operation | movement by the electrostatic transducer which concerns on this Embodiment is demonstrated.

はじめに、第5の固定電極61および第6の固定電極62を利用した発電動作について説明する。   First, the power generation operation using the fifth fixed electrode 61 and the sixth fixed electrode 62 will be described.

まず、可動部材50が静止している状態において幅広部52bの近くに位置する第5の固定電極61は、その幅広部52bの表面に設けられた絶縁帯電体16により形成される静電場の影響を受け、静電誘導の原理により絶縁帯電体16の負電荷に対応した正電荷が第5の固定電極61に現れる。   First, the fifth fixed electrode 61 positioned near the wide portion 52b in a state where the movable member 50 is stationary is affected by the electrostatic field formed by the insulating charged body 16 provided on the surface of the wide portion 52b. In response to this, a positive charge corresponding to the negative charge of the insulating charged body 16 appears on the fifth fixed electrode 61 by the principle of electrostatic induction.

このような状態において、例えば静電変換装置4が振動させられると、可動部材50がY方向の正負の何れかの向き(以下においては、正の向きに移動した場合を例に説明する。)に移動すると、幅広部52bもY方向の正の側に移動し、第5の固定電極に対してY方向の正の側に位置する第6の固定電極62に近づく。すると、第6の固定電極62は、第5の固定電極61よりも幅広部52bの表面に設けられた絶縁帯電体16に近づくので、第5の固定電極61よりも絶縁帯電体16が形成する静電場の影響をより強くを受けるため、静電誘導の原理により、その負電荷に対応する正電荷が第6の固定電極62に現れる。この正電荷は、第5の固定電極61と第6の固定電極62とが外部負荷21を介して電気的に接続されていることから、第5の固定電極61に現れた正電荷が移動してきたものである。   In such a state, for example, when the electrostatic conversion device 4 is vibrated, the movable member 50 is in one of positive and negative directions in the Y direction (in the following, a case where the movable member 50 moves in the positive direction will be described as an example). , The wide portion 52b also moves to the positive side in the Y direction and approaches the sixth fixed electrode 62 located on the positive side in the Y direction with respect to the fifth fixed electrode. Then, since the sixth fixed electrode 62 is closer to the insulating charging body 16 provided on the surface of the wider portion 52 b than the fifth fixed electrode 61, the insulating charging body 16 is formed more than the fifth fixed electrode 61. In order to receive the influence of the electrostatic field more strongly, a positive charge corresponding to the negative charge appears on the sixth fixed electrode 62 by the principle of electrostatic induction. This positive charge is that the fifth fixed electrode 61 and the sixth fixed electrode 62 are electrically connected via the external load 21, so that the positive charge appearing on the fifth fixed electrode 61 moves. It is a thing.

このような状態から、可動部材50がY方向の負の向きに再度移動すると、幅広部52bは、第6の固定電極62から遠ざかり、第5の固定電極61に近づく。すると、第5の固定電極は、第6の固定電極62よりも絶縁帯電体16が形成する静電場の影響をより強く受けるため、静電誘導により正電荷が現れることとなる。この正電荷は、Y方向の正の側に位置する第6の固定電極62から移動してきたものである。   From this state, when the movable member 50 moves again in the negative direction in the Y direction, the wide portion 52 b moves away from the sixth fixed electrode 62 and approaches the fifth fixed electrode 61. Then, since the fifth fixed electrode is more strongly affected by the electrostatic field formed by the insulating charging body 16 than the sixth fixed electrode 62, a positive charge appears due to electrostatic induction. This positive charge has moved from the sixth fixed electrode 62 located on the positive side in the Y direction.

可動部材50がさらにY方向の負の側に移動すると、幅広部52bは、第5の固定電極61から遠ざかり、第6の固定電極62に近づく。すると、第6の固定電極62は、第5の固定電極61よりも絶縁帯電体16が形成する静電場の影響をより強くを受けるため、静電誘導により正電荷が現れることとなる。この正電荷は、第5の固定電極61から移動してきたものである。   When the movable member 50 further moves to the negative side in the Y direction, the wide portion 52 b moves away from the fifth fixed electrode 61 and approaches the sixth fixed electrode 62. Then, since the sixth fixed electrode 62 is more strongly affected by the electrostatic field formed by the insulating charged body 16 than the fifth fixed electrode 61, a positive charge appears due to electrostatic induction. This positive charge has moved from the fifth fixed electrode 61.

このような状態から、可動部材50がY方向の正の側に再度移動すると、幅広部52bは、第6の固定電極62から遠ざかり、第5の固定電極61に近づく。すると、第5の固定電極は、第6の固定電極62よりも絶縁帯電体16が形成する静電場の影響をより強く受けるため、静電誘導により正電荷が現れることとなる。この正電荷は、Y方向の負の側に位置する第6の固定電極62から移動してきたものである。   From this state, when the movable member 50 moves again to the positive side in the Y direction, the wide portion 52 b moves away from the sixth fixed electrode 62 and approaches the fifth fixed electrode 61. Then, since the fifth fixed electrode is more strongly affected by the electrostatic field formed by the insulating charging body 16 than the sixth fixed electrode 62, a positive charge appears due to electrostatic induction. This positive charge has moved from the sixth fixed electrode 62 located on the negative side in the Y direction.

このように、静電変換装置4が振動させられることによって可動部材50がY方向に揺動すると、第5の固定電極61と2つの第6の固定電極62とに交互に正電荷が誘導されて、外部負荷24に電流が流れることとなる。   As described above, when the movable member 50 is swung in the Y direction by vibrating the electrostatic conversion device 4, positive charges are alternately induced in the fifth fixed electrode 61 and the two sixth fixed electrodes 62. As a result, a current flows through the external load 24.

本実施の形態によれば、第5の固定電極61および第6の固定電極62を幅広部52bの表面に形成された絶縁帯電体16の軌道に並設することにより、第1の半導体基板11に垂直な面内で絶縁帯電体16と第5の固定電極61および第6の固定電極62が対向することになる。したがって、第1の半導体基板11の面積の制約を受けずに、絶縁帯電体16と第5の固定電極61および第6の固定電極62との重なり面積を設定することができ、発電効率を向上させることができる。   According to the present embodiment, the fifth fixed electrode 61 and the sixth fixed electrode 62 are juxtaposed on the track of the insulating charging body 16 formed on the surface of the wide portion 52b, whereby the first semiconductor substrate 11 is provided. Insulating charging body 16, fifth fixed electrode 61, and sixth fixed electrode 62 face each other in a plane perpendicular to. Therefore, it is possible to set the overlapping area between the insulating charged body 16, the fifth fixed electrode 61, and the sixth fixed electrode 62 without being restricted by the area of the first semiconductor substrate 11, thereby improving the power generation efficiency. Can be made.

また、本実施の形態によれば、第5の固定電極61の両側に第6の固定電極62を設けることにより、可動部材50がY方向の正負の何れの側に移動しても発電することができる。   In addition, according to the present embodiment, by providing the sixth fixed electrode 62 on both sides of the fifth fixed electrode 61, the movable member 50 generates power even if it moves to either the positive or negative side in the Y direction. Can do.

次に、第7の固定電極71および第8の固定電極72を利用した発電動作について説明する。   Next, the power generation operation using the seventh fixed electrode 71 and the eighth fixed electrode 72 will be described.

この場合は、第3の実施の形態における第3の固定電極33および第4の固定電極34を用いた発電動作と同等である。すなわち、第7の固定電極71が第3の固定電極33、第8の固定電極72が第4の固定電極34、第3の部材54が突出部材15cにそれぞれ対応する。したがって、静電変換装置4が振動させられることによって可動部材50がY方向の正負両側に移動すると、外部負荷24を介して第7の固定電極71と第8の固定電極72との間で正電荷が移動するので、結果として、外部負荷24に電流が流れることとなる。   This case is equivalent to the power generation operation using the third fixed electrode 33 and the fourth fixed electrode 34 in the third embodiment. That is, the seventh fixed electrode 71 corresponds to the third fixed electrode 33, the eighth fixed electrode 72 corresponds to the fourth fixed electrode 34, and the third member 54 corresponds to the protruding member 15c. Therefore, when the movable member 50 moves to both the positive and negative sides in the Y direction due to the vibration of the electrostatic conversion device 4, the positive electrode is positively connected between the seventh fixed electrode 71 and the eighth fixed electrode 72 via the external load 24. As the charge moves, a current flows through the external load 24 as a result.

これにより、本実施の形態によれば、可動部材50の多数の面で静電変換できるので、結果として、出力の向上や静電変換装置の小型化を実現することができる。   Thereby, according to this Embodiment, since electrostatic conversion can be performed in many surfaces of the movable member 50, as a result, the improvement of output and size reduction of an electrostatic conversion apparatus are realizable.

<静電変換装置の製造方法>
次に、本実施の形態に係る静電変換装置の製造方法の一例について、図15A〜図15Qを参照して説明する。
<Method for Manufacturing Electrostatic Conversion Device>
Next, an example of a method for manufacturing the electrostatic conversion device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 15A to 15Q.

まず、例えば、酸化シリコンからなる絶縁膜12が上面に形成された、シリコンからなる第1の半導体基板11を用意する。この第1の半導体基板11は、複数のトランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された半導体集積回路を備えるようにしてもよい。この場合、集積回路の配線や、パッドの配線などと電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、絶縁膜12の所定の箇所に形成されていてもよい。   First, for example, a first semiconductor substrate 11 made of silicon having an insulating film 12 made of silicon oxide formed on the upper surface is prepared. The first semiconductor substrate 11 may include a semiconductor integrated circuit including a plurality of transistors, resistors, capacitors, wirings, and the like. In this case, a contact hole for electrical connection with an integrated circuit wiring, a pad wiring, or the like may be formed in a predetermined portion of the insulating film 12.

このような第1の半導体基板11に対して、図15Aに示すように、絶縁膜12上に第1のシード層101を形成する。この第1のシード層101は、例えば、スパッタ法や蒸着法などにより、絶縁膜12上にチタンを堆積した後、この上に金を堆積することにより形成することができる。この場合、チタンの膜厚は0.1μm程度、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。   A first seed layer 101 is formed on the insulating film 12 on the first semiconductor substrate 11 as shown in FIG. 15A. The first seed layer 101 can be formed, for example, by depositing titanium on the insulating film 12 by sputtering or vapor deposition, and then depositing gold thereon. In this case, the thickness of titanium may be about 0.1 μm, and the thickness of gold may be about 0.1 μm.

第1のシード層101を形成した後、この第1のシード層101の上にレジスト材料を塗布し、このレジスト材料に対して所望のパターンを有するマスクを用いて露光することにより、第1のシード層101上の所望の位置に開口部が形成されたレジストパターンを形成する。このとき、その開口部からは、第1のシード層101が露出している。このようなレジストパターンを形成した後、例えばメッキ法により、そのレジストパターンの開口部内に金を堆積した後、そのレジストパターンを除去することにより、図15Bに示すように、第1のシード層101上に上方に突出した柱状の第1の金属パターン102を形成する。このとき、例えば、塗布するレジスト材料の膜厚を20μm程度、メッキ膜の膜厚を15μm程度とすることにより、第1の金属パターン102の高さを15μm程度に形成することができる。   After the first seed layer 101 is formed, a resist material is applied on the first seed layer 101, and the resist material is exposed to light using a mask having a desired pattern. A resist pattern in which an opening is formed at a desired position on the seed layer 101 is formed. At this time, the first seed layer 101 is exposed from the opening. After such a resist pattern is formed, gold is deposited in the opening of the resist pattern, for example, by plating, and then the resist pattern is removed, so that the first seed layer 101 is formed as shown in FIG. 15B. A columnar first metal pattern 102 protruding upward is formed. At this time, for example, by setting the thickness of the resist material to be applied to about 20 μm and the thickness of the plating film to about 15 μm, the height of the first metal pattern 102 can be formed to about 15 μm.

第1の金属パターン102を形成した後、この第1の金属パターン102をマスクとして第1のシード層101をエッチング除去し、図15Cに示すように、第1の金属パターン102が絶縁膜12の上で互いに分離した状態とする。これにより、柱部材13a,13bの下部、第5の固定電極61の下部、第6の固定電極62の下部、および、スペーサ部材41の一部が形成される。   After the first metal pattern 102 is formed, the first seed layer 101 is removed by etching using the first metal pattern 102 as a mask. As shown in FIG. 15C, the first metal pattern 102 is formed on the insulating film 12. The state is separated from each other. Thereby, the lower part of the column members 13a and 13b, the lower part of the fifth fixed electrode 61, the lower part of the sixth fixed electrode 62, and a part of the spacer member 41 are formed.

第1のシード層のエッチング除去は、例えば、第1のシード層101の上層にある金を、硝酸と塩酸からなる王水エッチング液でウエットエッチングした後、このウエットエッチングにより露出した第1のシード層101の下層にあるチタンを、フッ化水素水溶液によりウエットエッチングすることにより行うことができる。   For example, the first seed layer is removed by wet etching the gold on the first seed layer 101 with an aqua regia etchant composed of nitric acid and hydrochloric acid, and then exposing the first seed layer exposed by this wet etching. Titanium in the lower layer of the layer 101 can be wet-etched with an aqueous hydrogen fluoride solution.

第1のシード層101を選択的にエッチング除去した後、図15Dに示すように、絶縁膜12上に第1の犠牲層103を形成する。このとき、第1の金属パターン102の上面は、第1の犠牲層103表面に露出した状態とされる。このような第1の犠牲層103は、例えば、PBO(ポリベンゾオキサゾール)からなる感光性有機樹脂を絶縁膜12上に塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることにより形成することができる。そのパターニングでは、前処理として120℃のプリベークを4分間行い、パターニング後に310℃の加熱処理を行い、有機樹脂の膜が熱硬化された状態とする。その有機樹脂としては、例えば、住友ベークライト社製のCRC8300を用いることができる。   After selectively removing the first seed layer 101 by etching, a first sacrificial layer 103 is formed on the insulating film 12 as shown in FIG. 15D. At this time, the upper surface of the first metal pattern 102 is exposed to the surface of the first sacrificial layer 103. For example, the first sacrificial layer 103 is formed by coating a photosensitive organic resin made of PBO (polybenzoxazole) on the insulating film 12 to form a coating film, and patterning the coating film by a known lithography technique. Can be formed. In the patterning, pre-baking at 120 ° C. is performed for 4 minutes as pre-processing, and heat treatment at 310 ° C. is performed after patterning, so that the organic resin film is thermally cured. As the organic resin, for example, CRC8300 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd. can be used.

第1の犠牲層103を形成した後、図15Eに示すように、上述した第1のシード層101を形成した方法と同様の方法により第1の犠牲層103上に第2のシード層104を形成し、上述した第1の金属パターン102を形成した方法と同様の方法により第2のシード層104上に第2の金属パターン105を形成する。ここで、第2の金属パターン105の形成時には、例えば、マスクとなるレジストパターンの膜厚を40μm程度、メッキの膜厚25μm程度に形成された状態とすればよい。   After forming the first sacrificial layer 103, as shown in FIG. 15E, the second seed layer 104 is formed on the first sacrificial layer 103 by a method similar to the method of forming the first seed layer 101 described above. Then, a second metal pattern 105 is formed on the second seed layer 104 by a method similar to the method of forming the first metal pattern 102 described above. Here, when the second metal pattern 105 is formed, for example, the resist pattern serving as a mask may be formed to have a thickness of about 40 μm and a plating thickness of about 25 μm.

第2の金属パターン105を形成した後、第1のシード層101をエッチング除去した方法と同様の方法により、第2の金属パターン105をマスクとして第2のシード層104をエッチング除去し、図15Fに示すように、第2の金属パターン105が第1の犠牲層103上で互いに分離した状態とする。これにより、柱部材13a,13bの上部、梁部材14a,14b、可動部材50の一部(基部51、第1の部材52および第2の部材53の下部)、第5の固定電極61の上部、第6の固定電極62の上部、および、スペーサ部材41の一部が形成される。   After the second metal pattern 105 is formed, the second seed layer 104 is removed by etching using the second metal pattern 105 as a mask in the same manner as the method in which the first seed layer 101 is removed by etching. As shown in FIG. 5, the second metal patterns 105 are separated from each other on the first sacrificial layer 103. Thereby, the upper part of the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b, a part of the movable member 50 (the lower part of the base 51, the first member 52 and the second member 53), and the upper part of the fifth fixed electrode 61 The upper part of the sixth fixed electrode 62 and a part of the spacer member 41 are formed.

第2のシード層104を選択的にエッチング除去した後、図15Gに示すように、第1の犠牲層103上に第2の犠牲層106を形成する。このとき、第2の金属パターン105の上面は、第2の犠牲層106表面に露出した状態とされる。このような第2の犠牲層106を形成する工程は、上述した第1の犠牲層103を形成する工程と同等の方法により行うことができる。   After selectively removing the second seed layer 104 by etching, a second sacrificial layer 106 is formed on the first sacrificial layer 103 as shown in FIG. 15G. At this time, the upper surface of the second metal pattern 105 is exposed to the surface of the second sacrificial layer 106. The step of forming the second sacrificial layer 106 can be performed by a method equivalent to the step of forming the first sacrificial layer 103 described above.

第2の犠牲層106を形成した後、図15Hに示すように、第1のシード層101を形成した方法と同等の方法により、第2の犠牲層106上に第3のシード層107を形成し、第1の金属パターン102や第2の金属パターン105を形成した方法と同等の方法により、その第3のシード層107上に第3の金属パターン108を形成する。ここで、第3の金属パターン108の形成時には、マスクとなるレジストパターンの膜厚を10μm程度、メッキの膜厚5μm程度に形成された状態とすればよい。   After forming the second sacrificial layer 106, as shown in FIG. 15H, a third seed layer 107 is formed on the second sacrificial layer 106 by a method equivalent to the method of forming the first seed layer 101. Then, the third metal pattern 108 is formed on the third seed layer 107 by a method equivalent to the method in which the first metal pattern 102 and the second metal pattern 105 are formed. Here, when the third metal pattern 108 is formed, the resist pattern serving as a mask may be formed to have a thickness of about 10 μm and a plating thickness of about 5 μm.

第3の金属パターン108を形成した後、図15Iに示すように、第1のシード層101や第2のシード層104をエッチング除去した方法と同等の方法により、第3の金属パターン108をマスクとして第3のシード層107を除去する。これにより、第3の金属パターン108が第2の犠牲層106上で分離した状態とする。これにより、可動部材50の一部(基部51、第1の部材52および第2の部材42の上部)、および、スペーサ部材41の一部が形成される。   After forming the third metal pattern 108, as shown in FIG. 15I, the third metal pattern 108 is masked by a method equivalent to the method in which the first seed layer 101 and the second seed layer 104 are removed by etching. As a result, the third seed layer 107 is removed. As a result, the third metal pattern 108 is separated on the second sacrificial layer 106. Thereby, a part of the movable member 50 (the upper part of the base 51, the first member 52, and the second member 42) and a part of the spacer member 41 are formed.

第3のシード層107を選択的にエッチング除去した後、図15Jに示すように、第2の犠牲層106上に第3の犠牲層109を形成する。このとき、第3の金属パターン108の上面は、第3の犠牲層109表面に露出した状態とされる。このような第3の犠牲層109を形成する工程は、上述した第1の犠牲層103や第2の犠牲層106を形成する工程と同等の方法により行うことができる。   After selectively removing the third seed layer 107 by etching, a third sacrificial layer 109 is formed on the second sacrificial layer 106 as shown in FIG. 15J. At this time, the upper surface of the third metal pattern 108 is exposed to the surface of the third sacrificial layer 109. The step of forming the third sacrificial layer 109 can be performed by a method equivalent to the step of forming the first sacrificial layer 103 and the second sacrificial layer 106 described above.

第3の犠牲層109を形成した後、図15Kに示すように、第1のシード層101等を形成した方法と同等の方法により、第3の犠牲層109上に第4のシード層110を形成し、第1の金属パターン102等を形成した方法と同等の方法により、その第4のシード層110上に第4の金属パターン111を形成する。ここで、第3の金属パターン108の形成時には、マスクとなるレジストパターンの膜厚を20μm程度、メッキの膜厚10μm程度に形成された状態とすればよい。   After the third sacrificial layer 109 is formed, as shown in FIG. 15K, the fourth seed layer 110 is formed on the third sacrificial layer 109 by a method similar to the method of forming the first seed layer 101 and the like. Then, a fourth metal pattern 111 is formed on the fourth seed layer 110 by a method equivalent to the method of forming the first metal pattern 102 and the like. Here, when the third metal pattern 108 is formed, the resist pattern serving as a mask may have a thickness of about 20 μm and a plating thickness of about 10 μm.

第4の金属パターン111を形成した後、図15Lに示すように、第1のシード層101等をエッチング除去した方法と同等の方法により、第4の金属パターン111をマスクとして第4のシード層110を除去する。これにより、第4の金属パターン111が第3の犠牲層109上で分離した状態とする。これにより、可動部材50の一部(第3の部材54)およびスペーサ部材41の一部が形成される。   After the fourth metal pattern 111 is formed, as shown in FIG. 15L, the fourth seed layer is masked by using the fourth metal pattern 111 as a mask by a method equivalent to the method in which the first seed layer 101 and the like are removed by etching. 110 is removed. As a result, the fourth metal pattern 111 is separated on the third sacrificial layer 109. Thereby, a part of the movable member 50 (third member 54) and a part of the spacer member 41 are formed.

第4のシード層111を選択的にエッチング除去した後、図15Mに示すように、第1の犠牲層103、第2の犠牲層106および第3の犠牲層109を除去する。これにより、可動部材50の一部を構成する第2のシード層104の下方に空間が形成された状態となる。第1の犠牲層103、第2の犠牲層106および第3の犠牲層109の除去は、例えば、オゾンアッシャー装置を用いてオゾンを第1の犠牲層103、第2の犠牲層106および第3の犠牲層109に作用させることにより、行うことができる。   After selectively removing the fourth seed layer 111 by etching, the first sacrificial layer 103, the second sacrificial layer 106, and the third sacrificial layer 109 are removed as shown in FIG. 15M. As a result, a space is formed below the second seed layer 104 constituting a part of the movable member 50. The removal of the first sacrificial layer 103, the second sacrificial layer 106, and the third sacrificial layer 109 is performed by, for example, using an ozone asher device to convert ozone into the first sacrificial layer 103, the second sacrificial layer 106, and the third sacrificial layer 103. This can be done by acting on the sacrificial layer 109.

第1の犠牲層103、第2の犠牲層106および第3の犠牲層109を除去した後、図15Nに示すように、第1のシード層101、第1の金属パターン102、第2のシード層104、第2の金属パターン105、第3のシード層107および第3の金属パターン108のうち、柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材50を構成する部材の表面に、撥水性、絶縁性および帯電性を発現する電着材料を用いた電着により、絶縁膜112を形成する。この絶縁膜112は、上述した絶縁帯電体16を構成する。このような絶縁膜112の製造工程の具体例を以下に示す。   After removing the first sacrificial layer 103, the second sacrificial layer 106, and the third sacrificial layer 109, as shown in FIG. 15N, the first seed layer 101, the first metal pattern 102, the second seed Of the layer 104, the second metal pattern 105, the third seed layer 107, and the third metal pattern 108, the surface of the members constituting the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b, and the movable member 50 is repellent. The insulating film 112 is formed by electrodeposition using an electrodeposition material that exhibits aqueous, insulating, and charging properties. The insulating film 112 constitutes the above-described insulating charged body 16. A specific example of the manufacturing process of the insulating film 112 will be described below.

例えば、スルフォニウムカチオンが分散する電着液(例えば、日本ペイント(株)製、INSULEED3020X)を30℃に調整し、この電着液の中に、上述した工程を経た第1の半導体基板11および白金からなる対向電極が浸漬された状態とする。この状態で柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材50を構成する部材に負電圧を印加するとともに、対向電極に正電圧を印加する。すなわち、柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材50を構成する部材を構成する部材を負極とし、対向電極を正極として電着液中に浸漬し、定電圧源を用いて電圧を印加することにより、カチオン電着を行う。この電着により、電着液に分散している絶縁膜形成材料が、負電圧が印加された柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材50を構成する部材の表面に析出することにより、絶縁膜112が形成される。電着液に分散している材料は、負電圧が印加されていない絶縁膜12や、その他の部材の表面には付着せず、負電圧を印加した柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材50を構成する部材のみに絶縁膜112を選択的に形成することができる。   For example, an electrodeposition solution (for example, INSULEED3020X manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.) in which sulfonium cations are dispersed is adjusted to 30 ° C., and the first semiconductor substrate 11 that has undergone the above-described steps is contained in this electrodeposition solution. The counter electrode made of platinum is immersed. In this state, a negative voltage is applied to the members constituting the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b, and the movable member 50, and a positive voltage is applied to the counter electrode. That is, the members constituting the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b, and the movable member 50 are set as the negative electrode, the counter electrode is set as the positive electrode and immersed in the electrodeposition liquid, and the voltage is applied using a constant voltage source. Cation electrodeposition is carried out by applying. By this electrodeposition, the insulating film forming material dispersed in the electrodeposition liquid is deposited on the surfaces of the members constituting the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b and the movable member 50 to which a negative voltage is applied. Thus, the insulating film 112 is formed. The material dispersed in the electrodeposition liquid does not adhere to the surface of the insulating film 12 to which no negative voltage is applied or other members, and the column members 13a and 13b and beam members 14a and 14b to which a negative voltage is applied. In addition, the insulating film 112 can be selectively formed only on the members constituting the movable member 50.

絶縁膜112を形成した後、第1の半導体基板11を水洗処理し、乾燥させた後、窒素雰囲気において190℃で25分間の加熱処理を行うことにより、絶縁膜112が熱硬化された状態とする。   After the insulating film 112 is formed, the first semiconductor substrate 11 is washed with water, dried, and then subjected to heat treatment at 190 ° C. for 25 minutes in a nitrogen atmosphere, whereby the insulating film 112 is thermally cured. To do.

絶縁膜112を熱硬化した後、第1の半導体基板11に対して、例えば、公知の電子ビーム法、液体接触法、コロナ放電法などの方法により、帯電処理を行う。例えば、コロナ放電を用いる場合は、第1の半導体基板11の下面および柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材50する部材をグランドに取り、DC放電を行う。コロナ放電の条件は、印加電圧を−1000V、印加時間を60分とすればよい。このような帯電処理により、絶縁膜112の表面には負電荷が帯電した状態となる。   After the insulating film 112 is thermally cured, the first semiconductor substrate 11 is charged by, for example, a known method such as an electron beam method, a liquid contact method, or a corona discharge method. For example, when corona discharge is used, the lower surface of the first semiconductor substrate 11 and the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b, and the movable member 50 are grounded, and DC discharge is performed. The conditions for the corona discharge may be that the applied voltage is -1000 V and the application time is 60 minutes. By such charging treatment, the surface of the insulating film 112 is in a state where negative charges are charged.

次に、例えば、酸化シリコンからなる第2の絶縁膜32が一方の面に形成された、シリコンからなる第2の半導体基板31を用意する。ここで、第2の半導体基板31は、複数のトランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された半導体集積回路を備えるようにしてもよい。この場合、集積回路の配線や、パッドの配線などと電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、第2の絶縁膜32の所定の箇所に形成されていてもよい。   Next, for example, a second semiconductor substrate 31 made of silicon in which a second insulating film 32 made of silicon oxide is formed on one surface is prepared. Here, the second semiconductor substrate 31 may include a semiconductor integrated circuit including a plurality of transistors, resistors, capacitors, wirings, and the like. In this case, a contact hole for electrical connection with an integrated circuit wiring, a pad wiring, or the like may be formed in a predetermined portion of the second insulating film 32.

このような第2の半導体基板31に対して、図15Oに示すように、上述した第1のシード層101等を形成した方法と同様の方法により第2の絶縁膜32上に第5のシード層301を形成し、第1の金属パターン102等を形成した方法と同様の方法により第5のシード層301上に第5の金属パターン302を形成する。ここで、第5の金属パターン302の形成時には、例えば、マスクとなるレジストパターンの膜厚を40μm程度、メッキの膜厚25μm程度に形成された状態とすればよい。これにより、第7の固定電極71、第8の固定電極72およびスペーサ部材41それぞれの一部が形成される。   With respect to such a second semiconductor substrate 31, as shown in FIG. 15O, the fifth seed is formed on the second insulating film 32 by a method similar to the method of forming the first seed layer 101 and the like described above. A layer 301 is formed, and a fifth metal pattern 302 is formed on the fifth seed layer 301 by a method similar to the method of forming the first metal pattern 102 and the like. Here, when the fifth metal pattern 302 is formed, for example, the resist pattern serving as a mask may have a thickness of about 40 μm and a thickness of about 25 μm for plating. Thereby, a part of each of the seventh fixed electrode 71, the eighth fixed electrode 72, and the spacer member 41 is formed.

第5の金属パターン302を形成した後、図15Pに示すように、上述した第1の金属パターン102を形成した方法と同様の方法により第5の金属パターン302上に第6の金属パターン303を形成する。ここで、第6の金属パターン303の形成時には、例えば、マスクとなるレジストパターンの膜厚を5μm程度、メッキの膜厚1μm程度に形成された状態とすればよい。これにより、スペーサ部材41の一部が形成される。   After forming the fifth metal pattern 302, as shown in FIG. 15P, the sixth metal pattern 303 is formed on the fifth metal pattern 302 by the same method as the method of forming the first metal pattern 102 described above. Form. Here, when the sixth metal pattern 303 is formed, for example, the resist pattern serving as a mask may be formed to have a thickness of about 5 μm and a thickness of the plating of about 1 μm. Thereby, a part of the spacer member 41 is formed.

第6の金属パターン303を形成した後、第1のシード層101等をエッチング除去した方法と同様の方法により、第5の金属パターン302および第6の金属パターン303をマスクとして第5のシード層301をエッチング除去し、図15Qに示すように、第5の金属パターン302および第6の金属パターン303が第5のシード層犠牲層301上で互いに分離した状態とする。これにより、第7の固定電極71、第8の固定電極72およびスペーサ部材41の一部が形成される。   After the sixth metal pattern 303 is formed, the fifth seed layer is masked by using the fifth metal pattern 302 and the sixth metal pattern 303 as a mask by a method similar to the method in which the first seed layer 101 and the like are removed by etching. As shown in FIG. 15Q, the fifth metal pattern 302 and the sixth metal pattern 303 are separated from each other on the fifth seed layer sacrificial layer 301 as shown in FIG. 15Q. Thereby, the seventh fixed electrode 71, the eighth fixed electrode 72, and a part of the spacer member 41 are formed.

次に、図15Rに示すように、第1の半導体基板11の第1の絶縁膜12が形成された側の面と、第2の半導体基板31の第2の絶縁膜32が形成された側の面とを対向させ、第1の半導体基板11に形成された第4の金属パターン111の上面と、第2の半導体基板31に形成された第6の金属パターン303の上面とを貼り合わせる。この貼り合わせる方法としては、公知のCOC(Chip On Chip)接合や、常温SAB(Surface Activated Bonding )接合などにより行うことができる。これにより、静電変換装置4が完成する。   Next, as shown in FIG. 15R, the surface of the first semiconductor substrate 11 on which the first insulating film 12 is formed and the side of the second semiconductor substrate 31 on which the second insulating film 32 is formed. The upper surface of the fourth metal pattern 111 formed on the first semiconductor substrate 11 and the upper surface of the sixth metal pattern 303 formed on the second semiconductor substrate 31 are bonded together. As this bonding method, it can be performed by known COC (Chip On Chip) bonding, room temperature SAB (Surface Activated Bonding) bonding, or the like. Thereby, the electrostatic conversion apparatus 4 is completed.

なお、上述した第1〜第3の実施の形態における静電変換装置1〜3についても、上述した静電変換装置4の製造方法と同等の方法により製造できる。   In addition, it can manufacture by the method equivalent to the manufacturing method of the electrostatic transducer 4 mentioned above also about the electrostatic transducers 1-3 in the 1st-3rd embodiment mentioned above.

例えば、静電変換装置1の場合には、第1のシード層101および第1の金属パターン102によって、柱部材13a,13b、第1の固定電極17および第2の固定電極18それぞれの下部を形成する。また、第2のシード層104および第2の金属パターン105によって、柱部材13a,13b、第1の固定電極17および第2の固定電極18それぞれの上部、ならびに、梁部材14a,14bおよび可動部材15を形成する。そして、柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材15を構成する部材の表面に、絶縁帯電体16となる絶縁膜を形成するようにすればよい。   For example, in the case of the electrostatic conversion device 1, the first seed layer 101 and the first metal pattern 102 allow the lower portions of the column members 13 a and 13 b, the first fixed electrode 17, and the second fixed electrode 18, respectively. Form. Further, the second seed layer 104 and the second metal pattern 105 allow the upper portions of the column members 13a and 13b, the first fixed electrode 17 and the second fixed electrode 18, and the beam members 14a and 14b and the movable member. 15 is formed. Then, an insulating film serving as the insulating charging body 16 may be formed on the surfaces of the members constituting the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b, and the movable member 15.

また、静電変換装置2の場合には、第1のシード層101および第1の金属パターン102によって、柱部材13a,13b、第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bそれぞれの下部を形成する。また、第2のシード層104および第2の金属パターン105によって、柱部材13a,13b、第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bそれぞれの上部、ならびに、梁部材14a,14bおよび可動部材15を形成する。そして、柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材15を構成する部材の表面に、絶縁帯電体16となる絶縁膜を形成するようにすればよい。   In the case of the electrostatic conversion device 2, the first seed layer 101 and the first metal pattern 102 are used to form the pillar members 13a and 13b, the first fixed electrodes 17a and 17b, and the second fixed electrodes 18a and 18b. Each lower part is formed. Further, by the second seed layer 104 and the second metal pattern 105, the column members 13a and 13b, the upper portions of the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b, and the beam members 14a, 14b and the movable member 15 are formed. Then, an insulating film serving as the insulating charging body 16 may be formed on the surfaces of the members constituting the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b, and the movable member 15.

さらに、静電変換装置3の場合には、第1のシード層101および第1の金属パターン102によって、柱部材13a,13b、第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bそれぞれの下部およびスペーサ部材41の一部を形成する。また、第2のシード層104および第2の金属パターン105によって、柱部材13a,13b、第1の固定電極17a,17bおよび第2の固定電極18a,18bそれぞれの上部、ならびに、梁部材14a,14b、可動部材15の一部(突出部材15cを除く部分)、スペーサ部材41の一部を形成する。また、第3のシード層107および第3の金属パターン108によって、可動部材15の一部(突出部材15c)およびスペーサ部材41の一部を形成する。また、第5のシード層301および第5の金属パターン302によって、第3の固定電極33、第4の固定電極34およびスペーサ部材41の一部を形成する。また、第6の金属パターン303によって、スペーサ部材41の一部を形成する。そして、柱部材13a,13b、梁部材14a,14bおよび可動部材15を構成する部材の表面に、絶縁帯電体16となる絶縁膜を形成するようにすればよい。   Further, in the case of the electrostatic conversion device 3, the first seed layer 101 and the first metal pattern 102 are used to form the pillar members 13a and 13b, the first fixed electrodes 17a and 17b, and the second fixed electrodes 18a and 18b. Each lower part and a part of spacer member 41 are formed. Further, by the second seed layer 104 and the second metal pattern 105, the column members 13a and 13b, the upper portions of the first fixed electrodes 17a and 17b and the second fixed electrodes 18a and 18b, and the beam members 14a, 14b, a part of the movable member 15 (a part excluding the protruding member 15c) and a part of the spacer member 41 are formed. The third seed layer 107 and the third metal pattern 108 form part of the movable member 15 (projecting member 15c) and part of the spacer member 41. In addition, the third fixed electrode 33, the fourth fixed electrode 34, and a part of the spacer member 41 are formed by the fifth seed layer 301 and the fifth metal pattern 302. Further, a part of the spacer member 41 is formed by the sixth metal pattern 303. Then, an insulating film serving as the insulating charging body 16 may be formed on the surfaces of the members constituting the column members 13a and 13b, the beam members 14a and 14b, and the movable member 15.

なお、第1〜第4の実施の形態において、幅広部15bまたは幅広部52aの下方にも固定電極を設けるようにしてもよい。これにより、さらに発電量を増加させることが可能となる。なお、この場合には、上述した第1の金属パターン102および第2の金属パターン105の間に少なくとも1つの金属パターンをさらに形成し、第1の金属パターン102によりその固定電極を形成し、さらに形成した金属パターンによりその固定電極と幅広部15bまたは52aとを離間させるようにすればよい。   In the first to fourth embodiments, a fixed electrode may be provided below the wide portion 15b or the wide portion 52a. This makes it possible to further increase the amount of power generation. In this case, at least one metal pattern is further formed between the first metal pattern 102 and the second metal pattern 105, and the fixed electrode is formed by the first metal pattern 102. The fixed electrode may be separated from the wide portion 15b or 52a by the formed metal pattern.

本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する静電変換装置に適用することができる。   The present invention can be applied to an electrostatic transducer that converts vibration energy into electrical energy.

1〜4…静電変換装置、11…(第1の)半導体基板、12…(第1の)絶縁膜、13a,13b…柱部材、14a,14b…梁部材、15…可動部材、15a…腕部材、15b…幅広部、15c…突出部材、16…絶縁帯電体、17,17a,17b…第1の固定電極、18,18a,18b…第2の固定電極、19,22…配線、20,23…端子、21,24…外部負荷、31…第2の半導体基板、32…第2の絶縁膜、33…第3の固定電極、34…第4の固定電極、41…スペーサ部材、50…可動部材、51…基部、52…第1の部材、52a…幅広部、53…第2の部材、54…第3の部材、61…第5の固定電極、62…第6の固定電極、71…第7の固定電極、72…第8の固定電極、101…第1のシード層、102…第1の金属パターン、103…第1の犠牲層、104…第2のシード層、105…第2の金属パターン、106…第2の犠牲層、107…第3のシード層、108…第3の金属パターン、109…第3の犠牲層、110…第4のシード層、111…第4の金属パターン、112…絶縁膜、301…第5のシード層、302…第5の金属パターン、303…第6の金属パターン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-4 ... Electrostatic conversion apparatus, 11 ... (1st) semiconductor substrate, 12 ... (1st) insulating film, 13a, 13b ... Column member, 14a, 14b ... Beam member, 15 ... Movable member, 15a ... Arm member, 15b ... Wide portion, 15c ... Projecting member, 16 ... Insulated charged body, 17, 17a, 17b ... First fixed electrode, 18, 18a, 18b ... Second fixed electrode, 19, 22 ... Wiring, 20 , 23 ... terminals, 21, 24 ... external load, 31 ... second semiconductor substrate, 32 ... second insulating film, 33 ... third fixed electrode, 34 ... fourth fixed electrode, 41 ... spacer member, 50 ... movable member, 51 ... base, 52 ... first member, 52a ... wide part, 53 ... second member, 54 ... third member, 61 ... fifth fixed electrode, 62 ... sixth fixed electrode, 71 ... seventh fixed electrode, 72 ... eighth fixed electrode, 101 ... first seed layer, 102 ... 1 metal pattern, 103 ... first sacrificial layer, 104 ... second seed layer, 105 ... second metal pattern, 106 ... second sacrificial layer, 107 ... third seed layer, 108 ... third Metal pattern 109 ... third sacrificial layer 110 ... fourth seed layer 111 ... fourth metal pattern 112 ... insulating film 301 ... fifth seed layer 302 ... fifth metal pattern 303 ... 6th metal pattern.

Claims (9)

基板と、
この基板の上方に設けられ、この基板の平面に対して平行な第1の方向に移動可能に支持された可動部材と、
一端が前記可動部材に接続され、前記第1の方向に延在する腕部材と、
この腕部材の他端に設けられた第1の帯電体と、
前記基板上に垂設され、前記第1の帯電体の移動軌跡から前記平面に平行でかつ前記第1の方向に対して垂直な第2の方向に所定距離離間して設けられた第1の固定電極と、
前記基板上に垂設され、前記第1の方向に沿って前記第1の固定電極と並設された第2の固定電極と
を備えることを特徴とする静電変換装置。
A substrate,
A movable member provided above the substrate and supported so as to be movable in a first direction parallel to the plane of the substrate;
An arm member having one end connected to the movable member and extending in the first direction;
A first charged body provided at the other end of the arm member;
First provided on the substrate and spaced apart from the movement locus of the first charging body by a predetermined distance in a second direction parallel to the plane and perpendicular to the first direction. A fixed electrode;
An electrostatic conversion device comprising: a second fixed electrode that is provided vertically on the substrate and is provided in parallel with the first fixed electrode along the first direction.
外部負荷と接続される第1の端子および第2の端子をさらに備え、
前記第1の端子は、前記第1の固定電極に接続され、
前記第2の端子は、前記第2の固定電極に接続される
ことを特徴とする請求項1記載の静電変換装置。
A first terminal connected to an external load and a second terminal;
The first terminal is connected to the first fixed electrode;
The electrostatic conversion device according to claim 1, wherein the second terminal is connected to the second fixed electrode.
前記腕部材は、前記可動部材の両側に設けられる
ことを特徴とする請求項1または2記載の静電変換装置。
The electrostatic conversion device according to claim 1, wherein the arm member is provided on both sides of the movable member.
前記第1の固定電極および前記第2の固定電極は、それぞれ前記移動軌跡に対して線対称をなす位置に設けられる
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の静電変換装置。
4. The electrostatic according to claim 1, wherein the first fixed electrode and the second fixed electrode are provided at positions that are line-symmetric with respect to the movement locus. 5. Conversion device.
前記第2の固定電極は、前記第1の方向における前記第1の固定電極の両側に設けられる
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の静電変換装置。
5. The electrostatic conversion device according to claim 1, wherein the second fixed electrode is provided on both sides of the first fixed electrode in the first direction. 6.
前記基板上に前記第2の方向に所定間隔離間して垂設された柱状の一対の柱部材と、
一方の前記柱部材の上端に一端が支持され、他方の前記柱部材に向かって前記基板の平面方向に延在する一対の梁部材と
をさらに備え、
前記可動部材は、直方体の形状を有し、前記柱部材と対向する一対の第1の側面に前記梁部材の他端が接続されることにより前記基板上方に配設され、
前記腕部材は、前記可動部材の前記第1の側面と直交する第2の側面に設けられる
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の静電変換装置。
A pair of columnar pillar members vertically spaced apart from each other in the second direction on the substrate;
One end is supported by the upper end of one of the pillar members, and further includes a pair of beam members extending in the plane direction of the substrate toward the other pillar member,
The movable member has a rectangular parallelepiped shape, and is disposed above the substrate by connecting the other end of the beam member to a pair of first side surfaces facing the column member,
The electrostatic conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the arm member is provided on a second side surface orthogonal to the first side surface of the movable member.
前記可動部材の上面に垂設された第2の帯電体と、
前記可動部材の上方に、前記第2の帯電体と対向配置された第3の固定電極と、
前記可動部材の上方で、かつ、前記第3の固定電極から前記第1の方向に離間して配設された第4の固定電極と
をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の静電変換装置。
A second charged body suspended from the upper surface of the movable member;
A third fixed electrode disposed opposite to the second charged body above the movable member;
The fourth fixed electrode further comprising a fourth fixed electrode disposed above the movable member and spaced from the third fixed electrode in the first direction. The electrostatic conversion device according to any one of claims.
前記第2の帯電体は、前記第1の方向に所定間隔離間して複数設けられ、
前記第3の固定電極および前記第4の固定電極は、前記第2の方向に交互に複数設けられる
ことを特徴とする請求項7記載の静電変換装置。
A plurality of the second charged bodies are provided at a predetermined interval in the first direction,
The electrostatic conversion device according to claim 7, wherein a plurality of the third fixed electrodes and the fourth fixed electrodes are alternately provided in the second direction.
基板と、この基板の上方に設けられ、この基板の平面に対して平行な第1の方向に移動可能に支持された可動部材と、一端が前記可動部材に接続され、前記第1の方向に延在する腕部材と、この腕部材の他端に設けられた第1の帯電体と、前記基板上に垂設され、前記第1の帯電体の移動軌跡から前記平面に平行でかつ前記第1の方向に対して垂直な第2の方向に所定距離離間して設けられた第1の固定電極と、前記基板上に垂設され、前記第1の方向に沿って前記第1の固定電極と並設された第2の固定電極とを備える静電変換装置の製造方法であって、
上面に絶縁膜が形成されたシリコン基板を前記基板として用意する第1のステップと、
前記絶縁膜上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して所定の形状のマスクパターンを用いて露光することにより所定の箇所に第1の開口部が形成された第1のレジストパターンを形成する第2のステップと、
メッキ法により前記第1の開口部内に金属を堆積して第1の金属パターンを形成した後、前記第1のレジストパターンを除去することにより、前記第1の固定電極の下部および第2の固定電極の下部を形成する第3のステップと、
前記第1の金属パターンを含む前記絶縁膜上に、前記第1の金属パターンの上面を露出させた第1の犠牲層を形成する第4のステップと、
前記第1の犠牲層上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して所定の形状のマスクパターンを用いて露光することにより所定の箇所に第2の開口部が形成された第2のレジストパターンを形成する第5のステップと、
メッキ法により前記第2の開口部内に金属を堆積して第2の金属パターンを形成した後、前記第2のレジストパターンを除去することにより、前記第1の固定電極の上部、前記第2の固定電極の上部、前記可動部材および腕部材を形成する第6のステップと、
前記第1の犠牲層を除去する第7のステップと、
前記腕部材に、電着により前記第1の帯電体を形成する第8のステップと
を有することを特徴とする静電変換装置の製造方法。
A substrate, a movable member provided above the substrate and supported so as to be movable in a first direction parallel to the plane of the substrate, and one end connected to the movable member, in the first direction An extending arm member, a first charged body provided at the other end of the arm member, and a suspension suspended from the substrate, parallel to the plane and moving from the movement locus of the first charged body A first fixed electrode provided at a predetermined distance in a second direction perpendicular to the first direction, and the first fixed electrode suspended from the substrate and extending along the first direction. And a second fixed electrode arranged side by side, and a manufacturing method of an electrostatic conversion device comprising:
A first step of preparing, as the substrate, a silicon substrate having an insulating film formed on the upper surface;
A photoresist is applied on the insulating film, and the photoresist is exposed using a mask pattern having a predetermined shape, thereby forming a first resist pattern in which a first opening is formed at a predetermined location. A second step of:
After a metal is deposited in the first opening by plating to form a first metal pattern, the first resist pattern is removed to remove the lower portion of the first fixed electrode and the second fixed A third step of forming a lower portion of the electrode;
A fourth step of forming a first sacrificial layer exposing an upper surface of the first metal pattern on the insulating film including the first metal pattern;
A second resist in which a second opening is formed at a predetermined position by applying a photoresist on the first sacrificial layer and exposing the photoresist using a mask pattern having a predetermined shape. A fifth step of forming a pattern;
After depositing a metal in the second opening by plating and forming a second metal pattern, the second resist pattern is removed, whereby the upper portion of the first fixed electrode, the second A sixth step of forming an upper part of the fixed electrode, the movable member and the arm member;
A seventh step of removing the first sacrificial layer;
And an eighth step of forming the first charged body by electrodeposition on the arm member.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014233104A (en) * 2013-05-28 2014-12-11 日本電信電話株式会社 Electrostatic transducer and method of manufacturing the same
US10756651B2 (en) 2017-02-09 2020-08-25 Tri-Force Management Corporation Power generating element and power generating device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009506731A (en) * 2005-08-10 2009-02-12 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Device for converting mechanical energy into electrical energy and method of operating the device
JP2009207344A (en) * 2008-02-28 2009-09-10 Tohoku Univ Electret mechanical electric energy conversion device and method of manufacturing thereof
JP2009269129A (en) * 2008-05-08 2009-11-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Micro structure and method of manufacturing the same
JP2010011547A (en) * 2008-06-24 2010-01-14 Panasonic Electric Works Co Ltd Power generation device
JP2010068643A (en) * 2008-09-11 2010-03-25 Nippon Signal Co Ltd:The Electrostatic induction type power generation device and method for manufacturing the same
JP2010081724A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Sanyo Electric Co Ltd Electrostatic inductive power generation device
JP2010115062A (en) * 2008-11-07 2010-05-20 Sanyo Electric Co Ltd Generating set and electronic equipment

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009506731A (en) * 2005-08-10 2009-02-12 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Device for converting mechanical energy into electrical energy and method of operating the device
JP2009207344A (en) * 2008-02-28 2009-09-10 Tohoku Univ Electret mechanical electric energy conversion device and method of manufacturing thereof
JP2009269129A (en) * 2008-05-08 2009-11-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Micro structure and method of manufacturing the same
JP2010011547A (en) * 2008-06-24 2010-01-14 Panasonic Electric Works Co Ltd Power generation device
JP2010068643A (en) * 2008-09-11 2010-03-25 Nippon Signal Co Ltd:The Electrostatic induction type power generation device and method for manufacturing the same
JP2010081724A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Sanyo Electric Co Ltd Electrostatic inductive power generation device
JP2010115062A (en) * 2008-11-07 2010-05-20 Sanyo Electric Co Ltd Generating set and electronic equipment

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014233104A (en) * 2013-05-28 2014-12-11 日本電信電話株式会社 Electrostatic transducer and method of manufacturing the same
US10756651B2 (en) 2017-02-09 2020-08-25 Tri-Force Management Corporation Power generating element and power generating device

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