JP2012253868A - Electrostatic conversion device and method of manufacturing electrostatic conversion device - Google Patents

Electrostatic conversion device and method of manufacturing electrostatic conversion device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic conversion device and a method of manufacturing the same capable of increasing a power generation amount.SOLUTION: A plurality of moving members 45 are provided. By limiting the area of each of moving members 45 to be such a value as no deflection occurs, the total area of the moving members 45 can be larger. Consequently, the number of moving electrodes 46a-46c can be increased so that a power generation amount is increased.

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、携帯端末装置の他の構成要素と比較してサイズが大きいとともに、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, primary batteries and secondary batteries that have been used for the power source of portable terminal devices are larger in size than other components of portable terminal devices, 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12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. 12 (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12に示すように、加振ステージ1010と、この加振ステージ1010上に設けられたシリコン基板からなる下部基板1020と、この下部基板1020と同等の材料からなり、下部基板1020の上方に所定距離離間して配置された上部基板1030と、この上部基板1030上に設けられた帯電絶縁膜1040と、この帯電絶縁膜1040上に設けられた金属板1050とを備えている。ここで、帯電絶縁膜1040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. 12, the electrostatic conversion device disclosed in Non-Patent Document 3 includes a vibration stage 1010, a lower substrate 1020 made of a silicon substrate provided on the vibration stage 1010, and the lower substrate 1020. And an upper substrate 1030 disposed above the lower substrate 1020 at a predetermined distance, a charging insulating film 1040 provided on the upper substrate 1030, and provided on the charging insulating film 1040. The metal plate 1050 is provided. Here, the charging insulating film 1040 functions as an insulator for holding electric charge, generally called “electret”.

下部基板1020には、下部基板1020の上面から立設された支持部材(図示せず)と、この支持部材に一端が接続されたばね部材(図示せず)と、このばね部材の他端により下部基板1020の平面方向に移動可能に支持された可動部材1021と、この可動部材1021上面に所定間隔離間して設けられた複数の可動電極1022と、支持部材、ばね部材および可動部材1021を取り囲むように下部基板1002上面に設けられた第1のスペーサ部材1023とが形成されている。また、下部基板1020上面の外縁部には、可動電極1022に接続された第1のパッド1024と、後述する固定電極1031に接続された第2のパッド1025とが設けられている。
上部基板1030には、その下面において可動電極1022と離間して対向配置された固定電極1031と、上部基板1030の下面において第1のスペーサ部材1023と対向する位置に設けられ、第1のスペーサ部材1023と接続されることにより下部基板1020と上部基板1030とを所定間隔離間させる第2のスペーサ部材1032とを備えている。
ここで、可動電極1022と固定電極1031とは、約10μm離間して配置されている。
The lower substrate 1020 includes a support member (not shown) erected from the upper surface of the lower substrate 1020, a spring member (not shown) having one end connected to the support member, and the other end of the spring member. A movable member 1021 supported so as to be movable in the plane direction of the substrate 1020, a plurality of movable electrodes 1022 provided on the upper surface of the movable member 1021 at a predetermined interval, and a support member, a spring member, and the movable member 1021 are surrounded. A first spacer member 1023 provided on the upper surface of the lower substrate 1002 is formed. Further, a first pad 1024 connected to the movable electrode 1022 and a second pad 1025 connected to a fixed electrode 1031 described later are provided on the outer edge portion of the upper surface of the lower substrate 1020.
The upper substrate 1030 is provided with a fixed electrode 1031 disposed opposite to the movable electrode 1022 on the lower surface thereof and a position facing the first spacer member 1023 on the lower surface of the upper substrate 1030, and the first spacer member A second spacer member 1032 is provided which is connected to 1023 to separate the lower substrate 1020 and the upper substrate 1030 from each other by a predetermined distance.
Here, the movable electrode 1022 and the fixed electrode 1031 are spaced apart by about 10 μm.

このような静電変換装置は、公知のMEMS技術により薄膜を堆積することによって製造されている。   Such an electrostatic conversion device is manufactured by depositing a thin film by a known MEMS technique.

図12に示す静電変換装置は、可動電極1022を移動させて、エレクトレットとして機能する帯電絶縁膜1040により形成される静電場により、可動電極1022および固定電極1031に交互に誘導電荷を生じさせることによって、振動エネルギーを電気エネルギーに変換している。具体的には、加振ステージ1010、第2のパッド1025、金属板1050および外部負荷1060を接地するとともに、第1のパッド1024を外部負荷1060に接続した状態で加振ステージ1010を駆動させる。すると、加振ステージ1010上に配置された下部基板1020と、この下部基板1020と対向配置された上部基板1030とがそれらの平面方向に移動し、この移動に伴って可動電極1022が固定電極1031に対して相対的にその平面方向に移動する。これにより、可動電極1022と固定電極1031とにおいて、それらが対向する状態と、対向しない状態とが繰り返し生じることとなる。   The electrostatic conversion device shown in FIG. 12 moves the movable electrode 1022 to alternately generate induced charges in the movable electrode 1022 and the fixed electrode 1031 by an electrostatic field formed by the charging insulating film 1040 functioning as an electret. The vibration energy is converted into electric energy. Specifically, the vibration stage 1010, the second pad 1025, the metal plate 1050, and the external load 1060 are grounded, and the vibration stage 1010 is driven in a state where the first pad 1024 is connected to the external load 1060. Then, the lower substrate 1020 disposed on the vibration stage 1010 and the upper substrate 1030 disposed to face the lower substrate 1020 move in the plane direction, and the movable electrode 1022 is moved to the fixed electrode 1031 along with the movement. Move relatively in the plane direction. Thereby, in the movable electrode 1022 and the fixed electrode 1031, a state in which they are opposed and a state in which they are not opposed are repeatedly generated.

このとき、可動電極1022と固定電極1031が対向している状態では、帯電絶縁膜1040により形成される静電場の影響が固定電極1031により遮蔽されるので、可動電極1022に正電荷が現れない一方、固定電極1031に正電荷が現れる。このような状態から、可動電極1022と固定電極1031とが対向しない状態、すなわち、可動電極1022と隣り合う固定電極1031の間の領域とが対向する状態になると、可動電極1022は、その領域から漏れ出る帯電絶縁膜1040により形成される静電場の影響を受ける。すると、その領域により誘導されていた正電荷は、固定電極1031から外部負荷1060を通って可動電極1022に移動することとなる。このような正電荷の移動が繰り返されることにより、外部負荷1060には交流電流が流れることになる。   At this time, in the state where the movable electrode 1022 and the fixed electrode 1031 are opposed to each other, the influence of the electrostatic field formed by the charging insulating film 1040 is shielded by the fixed electrode 1031, so that no positive charge appears on the movable electrode 1022. A positive charge appears on the fixed electrode 1031. From this state, when the movable electrode 1022 and the fixed electrode 1031 are not opposed to each other, that is, the region between the movable electrode 1022 and the adjacent fixed electrode 1031 is opposed, the movable electrode 1022 is moved from the region. It is affected by the electrostatic field formed by the leaked charged insulating film 1040. Then, the positive charge induced by the region moves from the fixed electrode 1031 to the movable electrode 1022 through the external load 1060. By repeating such positive charge movement, an alternating current flows through the external load 1060.

このように、静電変換装置は、可動電極1022と固定電極1031との間で電荷を移動させることにより電流を発生させるものである。したがって、発電量を増加させるには、例えばそれらの電極の数量を増加させることが考えられる。これは、下部基板1020、上部基板1030および可動部材1021の面積を大きくすることにより実現することが可能である。   As described above, the electrostatic conversion device generates electric current by moving electric charges between the movable electrode 1022 and the fixed electrode 1031. Therefore, in order to increase the power generation amount, for example, it is conceivable to increase the number of these electrodes. This can be realized by increasing the areas of the lower substrate 1020, the upper substrate 1030, and the movable member 1021.

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. 504-506, 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. 504-506, 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 N. Sato,K. Ono,T. Shimamura,K. Kuwabara,M. Ugajin,S. Mutoh,H. Morimura,H. Ishii,J. Kodate,and Y. Sato,“Energy Harvesting by MEMS Vibrational Devices with Electrets”,Digest Tech. Papers,Transducers‘09 Conference,Denver,USA,June 21-25,2009,pp.1381-1384N. Sato, K. Ono, T. Shimamura, K. Kuwabara, M. Ugajin, S. Mutoh, H. Morimura, H. Ishii, J. Kodate, and Y. Sato, “Energy Harvesting by MEMS Vibrational Devices with Electrets ”, Digest Tech. Papers, Transducers'09 Conference, Denver, USA, June 21-25, 2009, pp.1381-1384

しかしながら、可動部材1021は、上述したように薄膜の堆積により形成されているので、その面積を大きくしようとすると反りが大きくなってしまう。このように可動部材1021の反りが大きくなると、可動電極1022と固定電極1031との間隔が10μm程度に設定されているので、可動電極1022と固定電極1031とが接触し、可動部材1021の水平方向の移動が阻害されてしまう。すると、発電量の増加どころか、発電すら行えなくなってしまう。   However, since the movable member 1021 is formed by depositing a thin film as described above, warping increases when the area is increased. When the warp of the movable member 1021 increases as described above, the distance between the movable electrode 1022 and the fixed electrode 1031 is set to about 10 μm, so that the movable electrode 1022 and the fixed electrode 1031 come into contact with each other, and the horizontal direction of the movable member 1021 Will be hindered. Then, rather than increasing the amount of power generation, even power generation cannot be performed.

そこで、本願発明は、発電量を増加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。   Therefore, an object of the present invention is to provide an electrostatic conversion device and a method for manufacturing the electrostatic conversion device that can increase the amount of power generation.

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、第1の基板と、この第1の基板の上方に設けられ、当該第1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、この可動部材上に設けられた第1の電極と、可動部材の上方に当該可動部材と所定間隔離間して、かつ、第1の基板と互いに平行に配設された第2の基板と、この第2の基板の下面に設けられ、第1の電極と所定間隔離間して対向配置された第2の電極と、第2の基板の上面に設けられた帯電体とを備えた静電変換装置であって、可動部材は、互いに離間して複数設けられ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 on a first substrate and above the first substrate, and is parallel to the plane of the first substrate. A movable member supported so as to be movable in the first direction, a first electrode provided on the movable member, a first substrate spaced above the movable member by a predetermined distance, and the first substrate A second substrate disposed in parallel with each other, a second electrode provided on a lower surface of the second substrate, disposed opposite to the first electrode at a predetermined interval, and a second substrate An electrostatic conversion device including a charged body provided on an upper surface, wherein a plurality of movable members are provided apart from each other.

上記静電変換装置において、複数の可動部材を連結する連結部材をさらに備えるようにしてもよい。   The electrostatic conversion device may further include a connecting member that connects a plurality of movable members.

また、上記静電変換装置において、連結部材は、第1の方向に延在する棒状に形成され、複数の可動部材を第1の方向に沿って連結するようにしてもよい。   In the electrostatic conversion device, the connecting member may be formed in a bar shape extending in the first direction, and the plurality of movable members may be connected along the first direction.

また、上記静電変換装置において、連結部材は、弾性を有する部材から構成されるようにしてもよい。   In the electrostatic conversion device, the connecting member may be formed of an elastic member.

また、上記静電変換装置において、可動部材と第1の方向に対向配置された壁部材をさらに備えるようにしてもよい。   The electrostatic conversion device may further include a wall member arranged to face the movable member in the first direction.

また、本発明に係る静電変換装置の製造方法は、第1の基板と、この第1の基板の上方に設けられ、当該第1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、この可動部材上に設けられた第1の電極と、可動部材の上方に当該可動部材と所定間隔離間し、かつ、第1の基板と互いに平行に配設された第2の基板と、この第2の基板の下面に設けられ、第1の電極と所定間隔離間して対向配置された第2の電極と、第2の基板の上面に設けられた帯電体とを備え、可動部材が互いに離間して複数設けられた静電変換装置の製造方法であって、上面に第1の絶縁膜が形成されたシリコン基板を第1の基板として用意する第1のステップと、第1の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、可動部材を形成する第6のステップと、第2の金属パターンを含む第2の犠牲層上に、第2の金属パターンの上面を露出させた第2の犠牲層を形成する第7のステップと、第2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3の開口部が形成された第3のレジストパターンを形成する第8のステップと、メッキ法により第3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3のレジストパターンを除去することにより第1の電極を形成する第9のステップと、第1の犠牲層および第2の犠牲層を除去する第10のステップと、上面に第2の絶縁膜が形成されたシリコン基板を第2の基板として用意する第11のステップと、第2の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4の開口部が形成された第4のレジストパターンを形成する第12のステップと、メッキ法により第4の開口部内に金属を堆積して第4の金属パターンを形成した後、第4のレジストパターンを除去することにより、第2の電極を形成する第13のステップと、第2の基板の下面に絶縁体を塗布し、加熱硬化させた後、耐電処理を行うことにより、帯電体を形成する第14のステップと、第2の基板を第1の基板の上方に配設することにより、第2の電極と第1の電極とを対向配置させる第15のステップとを有することを特徴とするものである。   The method for manufacturing an electrostatic conversion device according to the present invention includes a first substrate and a first substrate that is provided above the first substrate and moves in a first direction parallel to the plane of the first substrate. A movable member that is supported, a first electrode provided on the movable member, a predetermined distance apart from the movable member above the movable member, and disposed in parallel with the first substrate. A second substrate, a second electrode provided on the lower surface of the second substrate, and opposed to the first electrode at a predetermined distance, and a charged body provided on the upper surface of the second substrate A plurality of movable members spaced apart from each other, and a first method of preparing a silicon substrate having a first insulating film formed on an upper surface as a first substrate. Applying a photoresist on the first insulating film, and applying a predetermined amount 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. Then, after forming the first metal pattern, the third step of removing the first resist pattern, and the first step of exposing the upper surface of the first metal pattern on the insulating film including the first metal pattern A fourth step of forming a first sacrificial layer; and applying a photoresist on the first sacrificial layer and exposing the photoresist using a mask pattern having a predetermined shape; A second step of forming a second resist pattern in which two openings are formed; and a metal is deposited in the second opening by plating to form a second metal pattern, and then the second resist By removing the turn, a sixth step of forming the movable member, and a second sacrificial layer with the upper surface of the second metal pattern exposed on the second sacrificial layer including the second metal pattern A third opening is formed at a predetermined position by applying a photoresist on the seventh step to be formed and the second sacrificial layer and exposing the photoresist using a mask pattern having a predetermined shape. Eighth step of forming the formed third resist pattern, and depositing metal in the third opening by plating to form the second metal pattern, and then removing the third resist pattern The ninth step of forming the first electrode by the tenth step, the tenth step of removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer, and the second silicon substrate on which the second insulating film is formed on the second surface. Prepared as a substrate A fourth opening is formed at a predetermined position by applying a photoresist on the second insulating film and exposing the photoresist using a mask pattern having a predetermined shape. A twelfth step of forming the formed fourth resist pattern, and forming a fourth metal pattern by depositing metal in the fourth opening by plating, and then removing the fourth resist pattern , A thirteenth step of forming a second electrode, and a fourteenth step of forming a charged body by applying a dielectric treatment after applying an insulator to the lower surface of the second substrate and curing it by heating. The fifteenth step of disposing the second electrode and the first electrode by disposing the second substrate above the first substrate is provided.

上記静電変換装置の製造方法において、静電変換装置は、複数の可動部材を連結する連結部材をさらに備え、第6のステップは、可動部材とともに連結部材を形成するようにしてもよい。   In the manufacturing method of the electrostatic conversion device, the electrostatic conversion device may further include a connecting member that connects the plurality of movable members, and the sixth step may form the connecting member together with the movable member.

本発明によれば、可動部材を複数設けることにより、各可動部材の面積が反りが発生しない程度の小さなものとすることによって、これらの可動部材の合計の面積を大きくすることが可能となるので、第1の電極の数量を増加させることができ、結果として、発電量を増加させることができる。   According to the present invention, it is possible to increase the total area of these movable members by providing a plurality of movable members so that the area of each movable member is small enough to prevent warping. The number of first electrodes can be increased, and as a result, the amount of power generation can be increased.

図1は、本発明の実施の形態に係る静電変換装置の構成を断面模式的に示す正面図である。FIG. 1 is a front view schematically showing a cross-section of the configuration of the electrostatic conversion device according to the embodiment of the present invention. 図2は、図1のI-I線方向からの平面図である。FIG. 2 is a plan view from the II line direction of FIG. 図3は、図2のIII-III線断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 図4は、図1のII-II線方向からの平面図である。FIG. 4 is a plan view from the direction of the line II-II in FIG. 図5は、図4のIV-IV線断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図6は、本発明の実施の形態に係る静電変換装置による発電動作を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the power generation operation by the electrostatic conversion device according to the embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態に係る静電変換装置による発電動作を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the power generation operation by the electrostatic conversion device according to the embodiment of the present invention. 図8Aは、本発明の実施の形態に係る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. 8A is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Bは、本発明の実施の形態に係る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. 8B is a schematic diagram for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Cは、本発明の実施の形態に係る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. 8C is a schematic diagram for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Dは、本発明の実施の形態に係る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. 8D is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Eは、本発明の実施の形態に係る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. 8E is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Fは、本発明の実施の形態に係る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. 8F is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Gは、本発明の実施の形態に係る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. 8G is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Hは、本発明の実施の形態に係る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. 8H is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Iは、本発明の実施の形態に係る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. 8I is a schematic diagram for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図8Jは、本発明の実施の形態に係る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. 8J is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図9Aは、本発明の実施の形態に係る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. 9A is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図9Bは、本発明の実施の形態に係る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. 9B is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図9Cは、本発明の実施の形態に係る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. 9C is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図9Dは、本発明の実施の形態に係る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. 9D is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図9Eは、本発明の実施の形態に係る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. 9E is a schematic view for explaining the method for manufacturing the electrostatic transducer according to the embodiment of the present invention. 図10は、本発明の実施の形態に係る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. 10 is a schematic diagram for explaining a method of manufacturing the electrostatic conversion device according to the embodiment of the present invention. 図11は、本発明の実施の形態に係る静電変換装置の変形例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a modification of the electrostatic conversion device according to the embodiment of the present invention. 図12は、従来の静電変換装置の構成を模式的に示す図である。FIG. 12 is a diagram schematically illustrating 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.

[静電変換装置の構成]
図1〜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、平面視略矩形の板の形状を有し、上面に酸化シリコン等の第1の絶縁膜21が形成されたシリコン等からなる半導体基板(以下、「下部基板」と言う。)2と、この下部基板2と同等の形状を有し、下部基板2の上方に所定距離離間するとともに下部基板2と互いに平行に配設され、下面に酸化シリコン等の第2の絶縁膜31が形成されたシリコン等からなる半導体基板(以下、「上部基板」と言う。)3とを備えている。
ここで、下部基板2は、長辺が下部基板2の平面に対して平行な第1の方向(以下、「X方向」と言う。)、短辺が下部基板2の平面に対して平行でかつ第1の方向と直交する第2の方向(以下、「Y方向」と言う。)に沿って配置されているものとする。
[Configuration of electrostatic conversion device]
As shown in FIGS. 1 to 5, the electrostatic conversion device 1 according to the present embodiment has a substantially rectangular plate shape in plan view, and a first insulating film 21 such as silicon oxide is formed on the upper surface. A semiconductor substrate (hereinafter referred to as “lower substrate”) 2 made of silicon or the like, and a shape equivalent to that of the lower substrate 2, spaced apart from the lower substrate 2 by a predetermined distance and parallel to the lower substrate 2. And a semiconductor substrate (hereinafter referred to as “upper substrate”) 3 made of silicon or the like having a second insulating film 31 made of silicon oxide or the like formed on the lower surface thereof.
Here, the lower substrate 2 has a long side parallel to the plane of the lower substrate 2 and a short side parallel to the plane of the lower substrate 2 (hereinafter referred to as “X direction”). And it shall be arrange | positioned along the 2nd direction (henceforth "Y direction") orthogonal to a 1st direction.

<下部基板の構成>
下部基板2の第1の絶縁膜21上には、X方向に並設された複数の可動部4と、これらの可動部4を連結する連結部材22a,22bと、各可動部4をX方向の両側から挟むように設けられた一対の壁部材23a、23bと、これらを取り囲むように下部基板2の縁部近傍から立設された第1のスペーサ部材24と、この第1のスペーサ部材24と下部基板2の縁部との間の領域に設けられた複数の電極25とが設けられている。ここで、可動部4、壁部材23a,23bおよび第1のスペーサ部材24は、第1の絶縁膜21上に離間して配置されることにより、互いに絶縁分離されている。
<Configuration of lower substrate>
On the first insulating film 21 of the lower substrate 2, a plurality of movable parts 4 arranged in parallel in the X direction, connecting members 22 a and 22 b that connect these movable parts 4, and each movable part 4 are arranged in the X direction. A pair of wall members 23a, 23b provided so as to be sandwiched from both sides thereof, a first spacer member 24 erected from the vicinity of the edge of the lower substrate 2 so as to surround them, and the first spacer member 24 And a plurality of electrodes 25 provided in a region between the lower substrate 2 and the edge of the lower substrate 2. Here, the movable portion 4, the wall members 23 a and 23 b, and the first spacer member 24 are separated from each other by being spaced apart from each other on the first insulating film 21.

≪可動部の構成≫
可動部4は、第1の絶縁膜21上においてX方向に所定間隔離間して設けられた3つの第1の柱部材41a〜41cと、第1の絶縁膜21上において第1の柱部材41a〜41cと1対1にY方向に対向配置された3つの第2の柱部材42a〜42cと、一端が第1の柱部材41a〜41cに支持され他端が対向配置された第2の柱部材42a〜42cに向かって延在する第1の梁部材43a〜43cと、一端が第2の柱部材42a〜42cに支持され他端が対向配置された第1の柱部材41a〜41cに向かって延在する第2の梁部材44a〜44cと、第1の梁部材43a〜43cおよび第2の梁部材44a〜44cの他端に接続されることにより、X方向に揺動可能に支持された可動部材45と、この可動部材45上においてX方向に所定の間隔離間して並設された3つの第1の電極(以下、「可動電極」と言う。)46a〜46cとから構成される。
便宜上、X方向およびY方向に垂直な方向、すなわち下部基板2の平面に対して垂直な方向を「Z方向」と言う。また、X方向において、第1の柱部材41aから第1の柱部材41bに向かう側を正の側とする。同様に、Y方向において、第1の柱部材41a〜41cから第2の柱部材42a〜42cに向かう方向を正の側とする。同様に、Z方向において、下部基板2から離間する側を上側または上方、下部基板2に近づく側を下側または下方とする。
≪Configuration of moving part≫
The movable portion 4 includes three first column members 41 a to 41 c that are provided on the first insulating film 21 at a predetermined interval in the X direction, and the first column member 41 a on the first insulating film 21. Three second column members 42a to 42c that are arranged to face each other in the Y direction on a one-to-one basis with -41c, and a second column that has one end supported by the first column members 41a to 41c and the other end arranged opposite to each other. The first beam members 43a to 43c extending toward the members 42a to 42c and the first column members 41a to 41c having one end supported by the second column members 42a to 42c and the other end arranged opposite to each other. Are connected to the other ends of the second beam members 44a to 44c and the first beam members 43a to 43c and the second beam members 44a to 44c so as to be swingable in the X direction. Movable member 45 and in the X direction on this movable member 45 Constant distance apart from juxtaposed three first electrodes (hereinafter, referred to as "movable electrode".) Composed of a 46a through 46c.
For convenience, a direction perpendicular to the X direction and the Y direction, that is, a direction perpendicular to the plane of the lower substrate 2 is referred to as a “Z direction”. Further, in the X direction, the side from the first column member 41a toward the first column member 41b is defined as a positive side. Similarly, in the Y direction, the direction from the first column members 41a to 41c to the second column members 42a to 42c is defined as the positive side. Similarly, in the Z direction, the side away from the lower substrate 2 is defined as the upper side or the upper side, and the side approaching the lower substrate 2 is defined as the lower side or the lower side.

第1の柱部材41a〜41cは、第1の絶縁膜21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。上述したように、第1の柱部材41aの上端には第1の梁部材43aの一端、第1の柱部材41bの上端には第1の梁部材43bの一端、第1の柱部材41cの上端には第1の梁部材43cの一端がそれぞれ接続されている。   The first column members 41 a to 41 c are composed of rod-shaped members made of metal protruding upward from the first insulating film 21. As described above, one end of the first beam member 43a is provided at the upper end of the first column member 41a, one end of the first beam member 43b is provided at the upper end of the first column member 41b, and one end of the first column member 41c is provided. One end of the first beam member 43c is connected to the upper end.

第2の柱部材42a〜42cは、第1の絶縁膜21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。上述したように、第2の柱部材42aの上端には第2の梁部材44aの一端、第2の柱部材42bの上端には第2の梁部材44bの一端、第2の柱部材42cの上端には第2の梁部材44cの一端がそれぞれ接続されている。   The second column members 42 a to 42 c are constituted by rod-shaped members made of metal protruding upward from the first insulating film 21. As described above, one end of the second beam member 44a is provided at the upper end of the second column member 42a, one end of the second beam member 44b is provided at the upper end of the second column member 42b, and the second column member 42c is provided. One end of the second beam member 44c is connected to the upper end.

第1の梁部材43a〜43cは、Y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、第1の梁部材43aの一端は、第1の柱部材41aの上端に接続され、他端は、可動部材45の1つの側面に接続されている。同様に、第1の梁部材43bの一端は、第1の柱部材41bの上端に接続され、他端は、可動部材45の1つの側面に接続されている。同様に、第1の梁部材43cの一端は、第1の柱部材41cの上端に接続され、他端は、可動部材45の1つの側面に接続されている。   The 1st beam members 43a-43c are comprised from the rod-shaped member which consists of a metal extended along a Y direction. As described above, one end of the first beam member 43 a is connected to the upper end of the first column member 41 a, and the other end is connected to one side surface of the movable member 45. Similarly, one end of the first beam member 43 b is connected to the upper end of the first column member 41 b, and the other end is connected to one side surface of the movable member 45. Similarly, one end of the first beam member 43 c is connected to the upper end of the first column member 41 c, and the other end is connected to one side surface of the movable member 45.

第2の梁部材44a〜44cは、Y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、第2の梁部材44aの一端は、第2の柱部材42aの上端に接続され、他端は、可動部材45の1つの側面に接続されている。同様に、第2の梁部材44bの一端は、第2の柱部材42bの上端に接続され、他端は、可動部材45の1つの側面に接続されている。同様に、第2の梁部材44cの一端は、第2の柱部材42cの上端に接続され、他端は、可動部材45の1つの側面に接続されている。   The 2nd beam members 44a-44c are comprised from the rod-shaped member which consists of a metal extended along a Y direction. As described above, one end of the second beam member 44 a is connected to the upper end of the second column member 42 a, and the other end is connected to one side surface of the movable member 45. Similarly, one end of the second beam member 44 b is connected to the upper end of the second column member 42 b, and the other end is connected to one side surface of the movable member 45. Similarly, one end of the second beam member 44 c is connected to the upper end of the second column member 42 c, and the other end is connected to one side surface of the movable member 45.

このような第1の梁部材43a〜43cおよび第2の梁部材44a〜44cは、少なくともX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ZX方向の断面においてX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。   Such first beam members 43a to 43c and second beam members 44a to 44c are formed to have flexibility in at least the X 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 X direction in the cross section in the ZX direction. .

可動部材45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辺がX方向に沿い、短辺がY方向に沿うように配設され、かつ、上面および下面の面積が可動電極46a〜46cと固定電極32a〜32cとが接触してしまう程度の反りが発生しない大きさに形成されている。ここで、可動部材45の第1の柱部材41a〜41cと対向する側面には、第1の梁部材43a〜43cの他端が接続され、第2の柱部材42a〜42cと対向する側面には、第2の梁部材44a〜44cが接続されている。これにより、可動部材45は、第1の梁部材43a〜43cおよび第2の梁部材44a〜44cによって下部基板2上方に吊設されることとなる。このとき、上述したように第1の梁部材43a〜43cおよび第2の梁部材44a〜44cがX方向に可撓性を有するので、可動部材45は、X方向に揺動可能な状態、すなわちX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1が外力を受けると、可動部材45は、下部基板2に対して相対的に移動する。また、静電変換装置1自体が振動すると、可動部材45は、下部基板2に対して相対的に往復運動することとなる。   The movable member 45 is composed of a rectangular parallelepiped member made of metal, and is disposed such that the long sides of the upper surface and the lower surface are along the X direction and the short side is along the Y direction, and the area of the upper surface and the lower surface is a movable electrode. 46a-46c and fixed electrode 32a-32c are formed in the size which does not generate | occur | produce the curvature which contacts. Here, the other end of the first beam members 43a to 43c is connected to the side surface of the movable member 45 that faces the first column members 41a to 41c, and the side surface that faces the second column members 42a to 42c. Are connected to the second beam members 44a to 44c. Accordingly, the movable member 45 is suspended above the lower substrate 2 by the first beam members 43a to 43c and the second beam members 44a to 44c. At this time, since the first beam members 43a to 43c and the second beam members 44a to 44c have flexibility in the X direction as described above, the movable member 45 can swing in the X direction, that is, A reciprocating movement is possible on both positive and negative sides in the X direction. Therefore, when the electrostatic conversion device 1 receives an external force, the movable member 45 moves relative to the lower substrate 2. Further, when the electrostatic conversion device 1 itself vibrates, the movable member 45 reciprocates relative to the lower substrate 2.

可動電極46a〜46cは、Y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、可動部材45の上面においてX方向に所定間隔離間して並設されている。   The movable electrodes 46 a to 46 c are made of a rod-shaped member made of a metal extending along the Y direction, and are arranged in parallel on the upper surface of the movable member 45 at a predetermined interval in the X direction.

≪連結部材の構成≫
連結部材22a,22bは、X方向に延在する金属からなる棒状の部材から構成される。連結部材22aは、一端が最も負の側に位置する可動部4の第1の梁部材43aに、他端がX方向の最も正の側に位置する可動部4の第1の梁部材43cに接続されるとともに、これらの間に位置する第1の梁部材43a〜43cとも結合されている。これにより、各可動部4の第1の梁部材43a〜43cは、連結部材22aによってX方向に連結される。同様に、連結部材22bは、一端が最も負の側に位置する可動部4の第2の梁部材44aに、他端がX方向の最も正の側に位置する可動部4の第2の梁部材44cに接続されるとともに、これらの間に位置する第2の梁部材44a〜44cとも結合されている。これにより、各可動部4の第2の梁部材44a〜44cは、連結部材22bによってX方向に連結される。したがって、各可動部4の可動部材45は、連結部材22a,22bによって、第1の梁部材43a〜43cおよび第2の梁部材44a〜44cを介して、X方向に配列された状態で連結されているので、他の可動部材45とともにX方向に連動することとなる。
≪Configuration of connecting member≫
The connecting members 22a and 22b are composed of rod-shaped members made of metal extending in the X direction. The connecting member 22a is connected to the first beam member 43a of the movable part 4 with one end positioned on the most negative side, and the other end is connected to the first beam member 43c of the movable part 4 positioned on the most positive side in the X direction. In addition to being connected, the first beam members 43a to 43c located therebetween are also coupled. Thereby, the 1st beam members 43a-43c of each movable part 4 are connected by the connection member 22a in the X direction. Similarly, the connecting member 22b includes a second beam member 44a of the movable portion 4 having one end positioned on the most negative side, and a second beam of the movable portion 4 having the other end positioned on the most positive side in the X direction. It is connected to the member 44c and is also coupled to the second beam members 44a to 44c located between them. Thereby, the 2nd beam members 44a-44c of each movable part 4 are connected with the X direction by the connection member 22b. Therefore, the movable member 45 of each movable part 4 is connected by the connection members 22a and 22b in a state of being arranged in the X direction via the first beam members 43a to 43c and the second beam members 44a to 44c. Therefore, it is interlocked with the other movable member 45 in the X direction.

≪壁部材の構成≫
壁部材23a,23b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辺がY軸方向に沿い、短辺がX軸方向に沿うように配設されている。このような壁部材23a,23bは、可動部材45毎に設けられる。また、壁部材23aのX方向における正の側に位置する側面は、可動部材45のX方向における負の側に位置する側面と対向配置されている。さらに、壁部材23bのX方向における負の側に位置する側面は、可動部材45のX方向における正の側に位置する側面と対向配置されている。
≪Configuration of wall members≫
The wall members 23a and 23b are made of a rectangular parallelepiped member made of metal, and are arranged such that the long sides of the upper surface and the lower surface are along the Y-axis direction and the short sides are along the X-axis direction. Such wall members 23 a and 23 b are provided for each movable member 45. Further, the side surface of the wall member 23a located on the positive side in the X direction is disposed opposite to the side surface of the movable member 45 located on the negative side in the X direction. Furthermore, the side surface located on the negative side in the X direction of the wall member 23b is disposed opposite to the side surface located on the positive side in the X direction of the movable member 45.

≪スペーサ部材の構成≫
第1のスペーサ部材24は、金属からなり、長辺がX方向、短辺がY方向に沿った平面視略矩形の筒状の部材から構成される。
≪Configuration of spacer member≫
The first spacer member 24 is made of a metal, and is formed of a cylindrical member having a substantially rectangular shape in plan view with a long side in the X direction and a short side in the Y direction.

≪電極の構成≫
電極25は、下部基板2のX軸に平行な両辺と第1のスペーサ部材24との間の領域において、X方向に複数並設されている。
このような複数の電極25には、下部基板2内部に形成された配線26aを介して可動部4の壁部材23a,23bと接続される電極25aが含まれる。この電極25aは、接地されることにより、壁部材23a,23bの帯電を防ぐことができる。
また、下部基板2内部に形成された配線26bを介して、その可動部4の第1の柱部材41bと接続される電極25bも含まれる。上述したように、各可動部材45は金属からなる連結部材22a,22bにより連結されている。したがって、電極25bは、各可動部4の可動電極46a〜46cと電気的に接続されることとなる。
さらに、下部基板2内部に形成された配線26cを介して、第1のスペーサ部材24内部の第1の絶縁膜21上に形成された電極25dと接続される電極25cも含まれる。この電極25dは、後述する上部基板3の電極36と接続される。
≪Electrode configuration≫
A plurality of electrodes 25 are juxtaposed in the X direction in a region between both sides of the lower substrate 2 parallel to the X axis and the first spacer member 24.
Such a plurality of electrodes 25 include electrodes 25 a connected to the wall members 23 a and 23 b of the movable portion 4 via wirings 26 a formed inside the lower substrate 2. The electrode 25a is grounded to prevent the wall members 23a and 23b from being charged.
In addition, an electrode 25b connected to the first column member 41b of the movable portion 4 through the wiring 26b formed inside the lower substrate 2 is also included. As described above, the movable members 45 are connected by the connecting members 22a and 22b made of metal. Therefore, the electrode 25b is electrically connected to the movable electrodes 46a to 46c of each movable part 4.
Furthermore, an electrode 25 c connected to the electrode 25 d formed on the first insulating film 21 inside the first spacer member 24 through the wiring 26 c formed inside the lower substrate 2 is also included. The electrode 25d is connected to an electrode 36 of the upper substrate 3 described later.

<上部基板の構成>
上部基板3の下面に設けられた第2の絶縁膜31上には、第2の絶縁膜31上において可動電極46a〜46cに1対1に対応して設けられた第2の電極(以下、「固定電極」と言う。)32a〜32cと、第1のスペーサ部材24と同等の平面形状を有し、固定電極32a〜32cを取り囲むように上部基板3の縁部近傍から立設された第2のスペーサ部材33とが設けられている。ここで、固定電極32a〜32cと第2のスペーサ部材33とは、第2の絶縁膜31上において互いに離間して配置されることにより、絶縁分離されている。
また、上部基板3の上面には、帯電絶縁膜34が設けられている。
<Configuration of upper substrate>
On the second insulating film 31 provided on the lower surface of the upper substrate 3, second electrodes (hereinafter referred to as the following) provided on the second insulating film 31 corresponding to the movable electrodes 46 a to 46 c on a one-to-one basis. (Referred to as “fixed electrode”) 32 a to 32 c and a first spacer member 24 having a planar shape equivalent to that of the first spacer member 24, and erected from the vicinity of the edge of the upper substrate 3 so as to surround the fixed electrodes 32 a to 32 c. Two spacer members 33 are provided. Here, the fixed electrodes 32 a to 32 c and the second spacer member 33 are separated from each other by being spaced apart from each other on the second insulating film 31.
In addition, a charging insulating film 34 is provided on the upper surface of the upper substrate 3.

固定電極32a〜32cは、それぞれY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、第2の絶縁膜31上においてX方向に所定間隔離間して並設されている。このような固定電極32a〜32cは、Z方向に対向配置された可動部4毎に設けられ、可動部材45が停止している状態において可動電極46a〜46cと1対1に対向する位置に配置されている。また、各固定電極32a〜32cは、配線35により互いに接続されている。この配線35の一端には、電極36が設けられている。この電極36は、例えば後述するように公知のMEMS技術により金属パターンを積層することによって、上述した下部基板2の電極25dに接続される。   The fixed electrodes 32a to 32c are each composed of a rod-shaped member made of a metal extending along the Y direction, and are arranged in parallel on the second insulating film 31 with a predetermined spacing in the X direction. Such fixed electrodes 32a to 32c are provided for each of the movable portions 4 disposed to face each other in the Z direction, and are disposed at positions facing the movable electrodes 46a to 46c in a one-to-one relationship with the movable member 45 stopped. Has been. The fixed electrodes 32 a to 32 c are connected to each other by a wiring 35. An electrode 36 is provided at one end of the wiring 35. The electrode 36 is connected to the electrode 25d of the lower substrate 2 described above, for example, by laminating metal patterns by a known MEMS technique as will be described later.

第2のスペーサ部材33は、金属からなり、長辺がX方向、短辺がY方向に沿った平面視略矩形の筒状の部材から構成される。この第2のスペーサ部材33の下面は、第1のスペーサ部材24の上面と接合される。この接合のため、第2のスペーサ部材33は、銀ペースト等の接着剤33aにより覆われている。   The second spacer member 33 is made of a metal, and is formed of a cylindrical member having a substantially rectangular shape in plan view with a long side in the X direction and a short side in the Y direction. The lower surface of the second spacer member 33 is joined to the upper surface of the first spacer member 24. For this joining, the second spacer member 33 is covered with an adhesive 33a such as a silver paste.

帯電絶縁膜34は、上部基板3の上面に形成され、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 charging insulating film 34 is formed on the upper surface of the upper substrate 3 and functions as an electret that 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.

このような静電変換装置1において、電極25cと電極25bとは、外部負荷に接続される。これにより、固定電極32a〜32cと可動電極46a〜46cとは、その外部負荷を介して電気的に接続されることとなる。   In such an electrostatic conversion device 1, the electrode 25c and the electrode 25b are connected to an external load. Thereby, fixed electrode 32a-32c and movable electrode 46a-46c will be electrically connected via the external load.

[静電変換装置の発電動作]
次に、図6,図7を参照して、本実施の形態に係る静電変換装置1による発電動作について説明する。以下においては、静電変換装置1の電極25cと電極25bとに外部負荷5が接続されている場合を例に説明する。
[Power generation operation of electrostatic conversion device]
Next, with reference to FIG. 6, FIG. 7, the electric power generation operation | movement by the electrostatic conversion apparatus 1 which concerns on this Embodiment is demonstrated. Below, the case where the external load 5 is connected to the electrode 25c and the electrode 25b of the electrostatic transducer 1 will be described as an example.

まず、図6に示すように、可動部材45が静止しているとき、可動電極46a〜46cと固定電極32a〜32bとは、対向配置されている。このような状態において、固定電極32a〜32cは、帯電絶縁膜34により形成される静電場の影響を受けるので、静電誘導の原理により帯電絶縁膜34の負電荷に対応した正電荷が固定電極32a〜32cに現れる。一方、可動電極46a〜46cには、対向配置された固定電極32a〜32cにより、帯電絶縁膜34により形成される静電場の影響が遮断されるので、正電荷が現れない。   First, as shown in FIG. 6, when the movable member 45 is stationary, the movable electrodes 46 a to 46 c and the fixed electrodes 32 a to 32 b are arranged to face each other. In such a state, the fixed electrodes 32a to 32c are affected by the electrostatic field formed by the charging insulating film 34. Therefore, the positive charge corresponding to the negative charge of the charging insulating film 34 is fixed by the electrostatic induction principle. Appears at 32a-32c. On the other hand, no positive charges appear on the movable electrodes 46a to 46c because the fixed electrodes 32a to 32c arranged opposite to each other block the influence of the electrostatic field formed by the charging insulating film 34.

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45がX方向に揺動する。可動部材45がX方向の正の向きに移動したときには、図7に示すように、可動電極46a〜46cもX方向の正の向きに移動し、帯電絶縁膜34により形成される静電場の影響を遮蔽していた固定電極32a〜32cから遠ざかる。すると、可動電極46a〜46cは、第2の絶縁膜31と対向し、この位置から漏れ出る帯電絶縁膜34により形成される静電場の影響を受けるので、静電誘導の原理により帯電絶縁膜34の負電荷に対応した正電荷が現れる。この正電荷は、固定電極32a〜32cと可動電極46a〜46cとが外部負荷5を介して接続されていることから、図6において固定電極32a〜32c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 1 is vibrated, the movable member 45 having a mass swings in the X direction. When the movable member 45 moves in the positive direction in the X direction, the movable electrodes 46a to 46c also move in the positive direction in the X direction as shown in FIG. 7, and the influence of the electrostatic field formed by the charging insulating film 34 is affected. Is moved away from the fixed electrodes 32a to 32c that shielded the light. Then, the movable electrodes 46a to 46c face the second insulating film 31 and are affected by the electrostatic field formed by the charging insulating film 34 leaking from this position, so that the charging insulating film 34 is based on the principle of electrostatic induction. A positive charge corresponding to the negative charge appears. This positive charge is obtained by moving the positive charges appearing on the fixed electrodes 32a to 32c in FIG. 6 because the fixed electrodes 32a to 32c and the movable electrodes 46a to 46c are connected via the external load 5. is there.

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45がX方向に揺動すると、固定電極32a〜32cと可動電極46a〜46cとに交互に正電荷が誘導されるので、外部負荷5に交流電流が流れることとなる。   As described above, when the movable member 45 swings in the X direction by vibrating the electrostatic conversion device 1, positive charges are alternately induced in the fixed electrodes 32a to 32c and the movable electrodes 46a to 46c. An alternating current flows through the load 5.

[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8A〜図10を参照して説明する。なお、図8A〜図10において、左側の図は図3または図5の場合と同様のZY平面における断面図、右側の図は図1の場合と同様のZX平面における断面図を示している。
[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. 8A to 10. 8A to 10, the left diagram shows a cross-sectional view in the ZY plane similar to the case of FIG. 3 or 5, and the right diagram shows a cross-sectional view in the ZX plane similar to that in FIG. 1.

<下部基板の製造方法>
まず、例えば、酸化シリコンからなる第1の絶縁膜21が上面に形成された、シリコンからなる下部基板2を用意する。この下部基板2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1の絶縁膜21の所定の箇所に形成されていてもよい。
<Manufacturing method of lower substrate>
First, for example, a lower substrate 2 made of silicon having a first insulating film 21 made of silicon oxide formed on the upper surface is prepared. The lower substrate 2 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 first insulating film 21.

このような下部基板2に対して、図8Aに示すように、第1の絶縁膜21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、第1の絶縁膜21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 first insulating film 21 on the lower substrate 2 as shown in FIG. 8A. The first seed layer 101 can be formed by depositing titanium on the first insulating film 21 and depositing gold on the first insulating film 21 by, for example, sputtering or vapor deposition. 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8B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 by, for example, plating, and then the resist pattern is removed, so that the first seed layer 101 is formed as shown in FIG. 8B. 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8Cに示すように、第1の金属パターン102が第1の絶縁膜21の上で互いに分離した状態とする。これにより、第1の柱部材41a〜41cの下部、第2の柱部材42a〜42cの下部、壁部材23a,23bの下部、第1のスペーサ部材24の下部、および、電極25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. 8C, the first metal pattern 102 becomes the first insulating layer. On the film 21, they are separated from each other. Thereby, the lower part of 1st pillar member 41a-41c, the lower part of 2nd pillar member 42a-42c, the lower part of wall member 23a, 23b, the lower part of the 1st spacer member 24, and the electrode 25 are formed. .

第1のシード層101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。   The first seed layer 101 is etched away by, for example, first etching the gold exposed above the first seed layer 101 with wet etching using nitric acid and hydrochloric acid, followed by wet etching. Titanium under the seed layer 101 can be formed by wet etching 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8Dに示すように、第1の絶縁膜21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第1の絶縁膜21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 first insulating film 21 as shown in FIG. 8D. At this time, the upper surface of the first metal pattern 102 is exposed to the surface of the first sacrificial layer 103. For such a first sacrificial layer 103, for example, a photosensitive organic resin made of PBO (polybenzoxazole) is applied on the first insulating film 21 to form a coating film, and this coating film is formed by known lithography. It can be formed by patterning with a technique. 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8E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. 8E, 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8F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、第1の柱部材41a〜41cの上部、第2の柱部材42a〜42cの上部、第1の梁部材43a〜43c、第2の梁部材44a〜44c、可動部材45、連結部材22a,22b、壁部材23a,23bの上部、第1のスペーサ部材24の上部が形成される。   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. Accordingly, the upper portions of the first column members 41a to 41c, the upper portions of the second column members 42a to 42c, the first beam members 43a to 43c, the second beam members 44a to 44c, the movable member 45, and the connecting member 22a. 22b, upper portions of the wall members 23a and 23b, and an upper portion of the first spacer member 24 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8G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. 8G. 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8H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. 8H, 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8I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、可動電極46a〜46cが形成される。   After forming the third metal pattern 108, as shown in FIG. 8I, 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, the movable electrodes 46a to 46c 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8Jに示すように、第1の犠牲層103および第2の犠牲層106を除去する。これにより、可動部4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および第2の犠牲層106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および第2の犠牲層106に作用させることにより、行うことができる。   After selectively removing the third seed layer 107 by etching, the first sacrificial layer 103 and the second sacrificial layer 106 are removed as shown in FIG. 8J. As a result, a space is formed below the second seed layer 104 constituting a part of the movable portion 4. The removal of the first sacrificial layer 103 and the second sacrificial layer 106 can be performed, for example, by causing ozone to act on the first sacrificial layer 103 and the second sacrificial layer 106 using an ozone asher device. .

<上部基板の製造方法>
次に、例えば、酸化シリコンからなる第2の絶縁膜31が一方の面に形成された、シリコンからなる上部基板3を用意する。ここで、上部基板3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31の所定の箇所に形成されていてもよい。
<Method for manufacturing upper substrate>
Next, for example, an upper substrate 3 made of silicon in which a second insulating film 31 made of silicon oxide is formed on one surface is prepared. Here, the upper substrate 3 may include a semiconductor integrated circuit composed of 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 31.

このような上部基板3に対して、図9A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31上に第4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4のシード層301上に第4の金属パターン302を形成する。ここで、第4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、固定電極32a〜32cおよび第2のスペーサ部材33それぞれの一部が形成される。   9A, the fourth seed layer 301 is formed on the second insulating film 31 by a method similar to the method of forming the first seed layer 101 and the like described above. Then, a fourth metal pattern 302 is formed on the fourth seed layer 301 by a method similar to the method of forming the first metal pattern 102 and the like. Here, when the fourth metal pattern 302 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 each of the fixed electrodes 32a to 32c and the second spacer member 33 is formed.

第4の金属パターン302を形成した後、図9B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4の金属パターン302上に第5の金属パターン303を形成する。ここで、第5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30μm程度、メッキの膜厚20μm程度に形成された状態とすればよい。これにより、第2のスペーサ部材33の一部が形成される。   After forming the fourth metal pattern 302, as shown in FIG. 9B, the fifth metal pattern 303 is formed on the fourth metal pattern 302 by the same method as the method of forming the first metal pattern 102 described above. Form. Here, when the fifth metal pattern 303 is formed, for example, the resist pattern serving as a mask may be formed to have a thickness of about 30 μm and a thickness of plating of about 20 μm. Thereby, a part of the second spacer member 33 is formed.

第5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4の金属パターン302および第5の金属パターン303をマスクとして第4のシード層301をエッチング除去し、第4の金属パターン302および第5の金属パターン303が第4のシード層301上で互いに分離した状態とする。これにより、第2のスペーサ部材33の一部が形成される。そして、第2の絶縁膜31上に表面保護のためのレジスト304を塗布する。これにより、図9Cに示すように、第4のシード層301、第4の金属パターン302および第5の金属パターン303がレジスト304により覆われた状態となる。   After the fifth metal pattern 303 is formed, the fourth seed layer is masked by using the fourth metal pattern 302 and the fifth 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. 301 is removed by etching so that the fourth metal pattern 302 and the fifth metal pattern 303 are separated from each other on the fourth seed layer 301. Thereby, a part of the second spacer member 33 is formed. Then, a resist 304 for surface protection is applied on the second insulating film 31. As a result, as shown in FIG. 9C, the fourth seed layer 301, the fourth metal pattern 302, and the fifth metal pattern 303 are covered with the resist 304.

次に、図9Dに示すように、上部基板3の第2の絶縁膜31が設けられていない側の面上に、スピンコート等により絶縁材料を塗布し、加熱硬化させることにより、帯電絶縁膜34を形成する。ここで、帯電絶縁膜34は、厚さ20μm程度に形成される。   Next, as shown in FIG. 9D, an insulating material is applied to the surface of the upper substrate 3 on the side where the second insulating film 31 is not provided by spin coating or the like, and is cured by heating, thereby charging the insulating film. 34 is formed. Here, the charging insulating film 34 is formed to a thickness of about 20 μm.

帯電絶縁膜34を加熱硬化した後、上部基板3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、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4の表面には負電荷が帯電した状態となる。   After the charging insulating film 34 is cured by heating, the upper substrate 3 is subjected to a charging process by a known method such as an electron beam method, a liquid contact method, or a corona discharge method. For example, the applied voltage may be −1000 V and the application time may be 60 minutes. By such a charging process, the surface of the insulating film 4 is charged with negative charges.

次に、図9Eに示すように、リムーバによってレジスト304を除去した後、上部基板3を水洗いする。   Next, as shown in FIG. 9E, after removing the resist 304 with a remover, the upper substrate 3 is washed with water.

<下部基板と上部基板の接合>
次に、図10に示すように、下部基板2の第1の絶縁膜21が形成された側の面と、上部基板3の第2の絶縁膜31が形成された側の面とを対向させ、下部基板2に形成された第1のスペーサ部材24として機能する第2の金属パターン105の上面と、上部基板3に形成された第2のスペーサ部材33として機能する第5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。本実施の形態では、第2のスペーサ部材33を構成する第4のシード層301、第3の金属パターン302および第5の金属パターン303を銀ペースト305で覆った後、上述したように、第2の金属パターン105の上面と第5の金属パターン303の上面とを貼り合わせることにより、下部基板2と上部基板3とを接合する。これにより、静電変換装置1が完成する。
<Bonding of lower substrate and upper substrate>
Next, as shown in FIG. 10, the surface of the lower substrate 2 on which the first insulating film 21 is formed and the surface of the upper substrate 3 on which the second insulating film 31 is formed are opposed to each other. The upper surface of the second metal pattern 105 that functions as the first spacer member 24 formed on the lower substrate 2 and the fifth metal pattern 303 that functions as the second spacer member 33 formed on the upper substrate 3. Bond the top surface. 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. In the present embodiment, after covering the fourth seed layer 301, the third metal pattern 302, and the fifth metal pattern 303 constituting the second spacer member 33 with the silver paste 305, as described above, The upper surface of the second metal pattern 105 and the upper surface of the fifth metal pattern 303 are bonded together, thereby bonding the lower substrate 2 and the upper substrate 3 together. Thereby, the electrostatic conversion apparatus 1 is completed.

以上説明したように、本実施の形態によれば、可動部材45を複数設けることにより、各可動部材45の面積が反りが発生しない程度の小さなものとすることによって、これらの可動部材45の合計の面積を大きくすることが可能となるので、可動電極46a〜46cの数量を増加させることができ、結果として、発電量を増加させることができる。   As described above, according to the present embodiment, by providing a plurality of movable members 45, the area of each movable member 45 is made small enough to prevent warping, so that the total of these movable members 45 can be obtained. Therefore, the number of movable electrodes 46a to 46c can be increased, and as a result, the amount of power generation can be increased.

また、本実施の形態によれば、複数の可動部材45を連結する連結部材22a,22bを設けることにより、複数の可動部材45を連結部材22a,22bの延在方向であるX方向に配列した状態で連結することによって、複数の可動部材45が一斉に同じ方向に移動し、各可動部材45上に設けられた複数の可動電極46a〜46cと、この可動電極46a〜46cと対向配置された固定電極32a〜32cとの間で一斉に電荷が移動することとなり、結果として、発電量を得増加させることができる。   Further, according to the present embodiment, by providing the connecting members 22a and 22b that connect the plurality of movable members 45, the plurality of movable members 45 are arranged in the X direction that is the extending direction of the connecting members 22a and 22b. By connecting in a state, the plurality of movable members 45 are simultaneously moved in the same direction, and the plurality of movable electrodes 46a to 46c provided on each movable member 45 and the movable electrodes 46a to 46c are arranged to face each other. Charges move simultaneously with the fixed electrodes 32a to 32c, and as a result, the amount of power generation can be increased.

さらに、本実施の形態によれば、壁部材23a,23bを設けることにより、可動部材45の移動量を制限するとともに、可動部材45が隣り合う可動部材45や他の構成要素との接触を防ぐことが可能となるので、結果として、可動部材45が破損するのを防ぐことができる。   Furthermore, according to the present embodiment, by providing the wall members 23a and 23b, the movement amount of the movable member 45 is limited, and the movable member 45 prevents contact with the adjacent movable member 45 and other components. As a result, it is possible to prevent the movable member 45 from being damaged.

なお、本実施の形態では、連結部材22a,22bにより各可動部4の可動部材45を連結する場合を例に説明したが、連結部材22a,22bを設けずに、可動部材45を連結しないようにしてもよい。このようにしても、本実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。   In the present embodiment, the case where the movable member 45 of each movable portion 4 is coupled by the coupling members 22a and 22b has been described as an example, but the movable member 45 is not coupled without providing the coupling members 22a and 22b. It may be. Even if it does in this way, the effect equivalent to this Embodiment can be acquired.

また、本実施の形態において、連結部材22a,22bを直線状の棒に形成する場合を例に説明したが、連結部材の構成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、図11に示すように、隣り合う可動部4の間の部分がミアンダ形状をなしている弾性部221a,221bを備えた連結部材22a’,22b’とするようにしてもよい。このような連結部材22a’,22b’を設けることにより、各可動部4の共振周波数を複数設定することが可能となるので、多モードの発電動作を実現することができる。   Moreover, in this Embodiment, although the case where the connection members 22a and 22b were formed in a linear rod was demonstrated to the example, the structure of a connection member is not limited to this, It can set freely suitably. For example, as shown in FIG. 11, connecting members 22 a ′ and 22 b ′ having elastic portions 221 a and 221 b in which a portion between adjacent movable portions 4 has a meander shape may be used. By providing such connecting members 22a 'and 22b', it is possible to set a plurality of resonance frequencies of each movable part 4, so that a multi-mode power generation operation can be realized.

また、本実施の形態において、壁部材23a,23bは、1つの可動部材45に対して2つずつ設ける場合を例に説明したが、可動部材45のX方向の正負両側に壁部材が設けられるのであれば壁部材の数量はそれに限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、隣り合う可動部材45の間には、壁部材を1つのみ設けるようにしてもよい。これにより、小型化を実現することができる。   Further, in the present embodiment, the case where two wall members 23a and 23b are provided for each movable member 45 has been described as an example, but wall members are provided on both the positive and negative sides of the movable member 45 in the X direction. If it is, the quantity of a wall member is not limited to it, It can set freely suitably. For example, only one wall member may be provided between the adjacent movable members 45. Thereby, size reduction is realizable.

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…静電変換装置、2,2’…下部基板、3…上部基板、4…可動部、21…第1の絶縁膜、22a,22b、22a’,22b’…連結部材、23a,23b…壁部材、24…第1のスペーサ部材、25,25a〜25c,26a〜26c…配線、36…電極、31…第2の絶縁膜、32a〜32c…固定電極、33…第2のスペーサ部材、34…帯電絶縁膜、35…配線、41a〜41c…第1の柱部材、42a〜42c…第2の柱部材、43a〜43c…第1の梁部材、44a〜44c…第2の梁部材、45…可動部材、46a〜46c…可動電極、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、301…第4のシード層、302…第4の金属パターン、303…第5の金属パターン、304…レジスト。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic transducer 2, 2 '... Lower substrate, 3 ... Upper substrate, 4 ... Movable part, 21 ... 1st insulating film, 22a, 22b, 22a', 22b '... Connection member, 23a, 23b ... Wall member, 24 ... first spacer member, 25, 25a-25c, 26a-26c ... wiring, 36 ... electrode, 31 ... second insulating film, 32a-32c ... fixed electrode, 33 ... second spacer member, 34 ... charging insulating film, 35 ... wiring, 41a-41c ... first pillar member, 42a-42c ... second pillar member, 43a-43c ... first beam member, 44a-44c ... second beam member, 45 ... movable member, 46a to 46c ... movable electrode, 101 ... first seed layer, 102 ... first metal pattern, 103 ... first sacrificial layer, 104 ... second seed layer, 105 ... second metal Pattern, 106 ... second sacrificial layer, 107 ... third sheet Layer, 108 ... third metal pattern, 301 ... fourth seed layer, 302 ... fourth metal patterns, 303 ... fifth metal pattern, 304 ... resist.

Claims (7)

第1の基板と、
この第1の基板の上方に設けられ、当該第1の基板に対して平行な第1の方向に移動可能に支持された可動部材と、
この可動部材上に設けられた第1の電極と、
前記可動部材の上方に当該可動部材と所定間隔離間して、かつ、前記第1の基板と互いに平行に配設された第2の基板と、
この第2の基板の下面に設けられ、前記第1の電極と所定間隔離間して対向配置された第2の電極と、
前記第2の基板の上面に設けられた帯電体と
を備えた静電変換装置であって、
前記可動部材は、互いに離間して複数設けられる
ことを特徴とする静電変換装置。
A first substrate;
A movable member provided above the first substrate and supported so as to be movable in a first direction parallel to the first substrate;
A first electrode provided on the movable member;
A second substrate disposed above the movable member and spaced apart from the movable member by a predetermined distance and parallel to the first substrate;
A second electrode provided on the lower surface of the second substrate and disposed opposite to the first electrode at a predetermined interval;
An electrostatic conversion device comprising: a charged body provided on an upper surface of the second substrate;
A plurality of the movable members are provided so as to be separated from each other.
複数の前記可動部材を互いに連結する連結部材をさらに備える
ことを特徴とする請求項1記載の静電変換装置。
The electrostatic conversion device according to claim 1, further comprising a connecting member that connects the plurality of movable members to each other.
前記連結部材は、前記第1の方向に延在する棒状に形成され、前記複数の可動部材を前記第1の方向に沿って連結する
ことを特徴とする請求項2記載の静電変換装置。
The electrostatic conversion device according to claim 2, wherein the connecting member is formed in a rod shape extending in the first direction, and connects the plurality of movable members along the first direction.
前記連結部材は、弾性を有する部材から構成される
ことを特徴とする請求項2または3記載の静電変換装置。
The electrostatic conversion device according to claim 2, wherein the connecting member is made of an elastic member.
前記可動部材と前記第1の方向に対向配置された壁部材
をさらに備え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。
The electrostatic conversion device according to claim 1, further comprising: a wall member disposed to face the movable member in the first direction.
第1の基板と、この第1の基板の上方に設けられ、当該第1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、この可動部材上に設けられた第1の電極と、前記可動部材の上方に当該可動部材と所定間隔離間して、かつ、前記第1の基板と互いに平行に配設された第2の基板と、この第2の基板の下面に設けられ、前記第1の電極と所定間隔離間して対向配置された第2の電極と、前記第2の基板の上面に設けられた帯電体とを備え、前記可動部材が互いに離間して複数設けられた静電変換装置の製造方法であって、
上面に第1の絶縁膜が形成されたシリコン基板を前記第1の基板として用意する第1のステップと、
前記第1の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、前記可動部材を形成する第6のステップと、
前記第2の金属パターンを含む前記第2の犠牲層上に、前記第2の金属パターンの上面を露出させた第2の犠牲層を形成する第7のステップと、
前記第2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3の開口部が形成された第3のレジストパターンを形成する第8のステップと、
メッキ法により前記第3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3のレジストパターンを除去することにより前記第1の電極を形成する第9のステップと、
前記第1の犠牲層および前記第2の犠牲層を除去する第10のステップと、
上面に第2の絶縁膜が形成されたシリコン基板を前記第2の基板として用意する第11のステップと、
前記第2の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4の開口部が形成された第4のレジストパターンを形成する第12のステップと、
メッキ法により前記第4の開口部内に金属を堆積して第4の金属パターンを形成した後、前記第4のレジストパターンを除去することにより、前記第2の電極を形成する第13のステップと、
前記第2の基板の下面に絶縁体を塗布し、加熱硬化させた後、耐電処理を行うことにより、前記帯電体を形成する第14のステップと、
前記第2の基板を前記第1の基板の上方に配設することにより、前記第2の電極と前記第1の電極とを対向配置させる第15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 first substrate, a movable member provided above the first substrate and supported so as to be movable in a first direction parallel to the plane of the first substrate, and provided on the movable member A first substrate formed above, a second substrate disposed above the movable member and spaced apart from the movable member by a predetermined distance and parallel to the first substrate, and the second substrate A second electrode disposed opposite to the first electrode and spaced apart from the first electrode by a predetermined distance; and a charged body provided on the upper surface of the second substrate, wherein the movable members are separated from each other. A plurality of electrostatic conversion device manufacturing methods,
A first step of preparing, as the first substrate, a silicon substrate having a first insulating film formed on an upper surface;
A first resist in which a first opening is formed at a predetermined position by applying a photoresist on the first insulating film and exposing the photoresist using a mask pattern having a predetermined shape. A second step of forming a pattern;
A third step of removing the first resist pattern after depositing a metal in the first opening by plating to form a first metal pattern;
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;
A sixth step of forming the movable member by depositing a metal in the second opening by a plating method to form a second metal pattern and then removing the second resist pattern;
A seventh step of forming a second sacrificial layer in which an upper surface of the second metal pattern is exposed on the second sacrificial layer including the second metal pattern;
A third resist in which a third opening is formed at a predetermined position by applying a photoresist on the second sacrificial layer and exposing the photoresist using a mask pattern having a predetermined shape. An eighth step of forming a pattern;
A ninth step of forming the first electrode by depositing a metal in the third opening by plating to form a second metal pattern and then removing the third resist pattern;
A tenth step of removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer;
An eleventh step of preparing a silicon substrate having a second insulating film formed on the upper surface as the second substrate;
A fourth resist in which a fourth opening is formed at a predetermined position by applying a photoresist on the second insulating film and exposing the photoresist using a mask pattern having a predetermined shape. A twelfth step of forming a pattern;
A thirteenth step of forming the second electrode by depositing metal in the fourth opening by plating to form a fourth metal pattern and then removing the fourth resist pattern; ,
A fourteenth step of forming the charged body by applying an insulating treatment after applying an insulator on the lower surface of the second substrate and heating and curing;
A fifteenth step of disposing the second substrate above the first substrate so that the second electrode and the first electrode are disposed to face each other. A method for manufacturing a conversion device.
前記静電変換装置は、複数の前記可動部材を連結する連結部材をさらに備え、
前記第6のステップは、前記可動部材とともに前記連結部材を形成する
ことを特徴とする請求項6記載の静電変換装置の製造方法。
The electrostatic conversion device further includes a connecting member that connects the plurality of movable members,
The method of manufacturing an electrostatic conversion device according to claim 6, wherein in the sixth step, the connecting member is formed together with the movable member.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000278964A (en) * 1999-01-21 2000-10-06 Alps Electric Co Ltd Microactuator and its manufacture, and magnetic head device and magnetic storage device using the same
JP2003009502A (en) * 2001-05-31 2003-01-10 Hewlett Packard Co <Hp> Position detection for microelectromechanical system element
JP2004246324A (en) * 2003-01-24 2004-09-02 Murata Mfg Co Ltd Electrostatic type actuator
JP2009269129A (en) * 2008-05-08 2009-11-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Micro structure and method of manufacturing the same
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
JP2010136598A (en) * 2008-12-08 2010-06-17 Omron Corp Electrostatic induction type energy conversion element
JP2011031344A (en) * 2009-08-03 2011-02-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Micromechanical structure and method for manufacturing the same
JP2011036089A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Panasonic Corp Oscillating power-generation element and manufacturing method thereof

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000278964A (en) * 1999-01-21 2000-10-06 Alps Electric Co Ltd Microactuator and its manufacture, and magnetic head device and magnetic storage device using the same
US20020121839A1 (en) * 1999-01-21 2002-09-05 Alps Electric Co., Ltd. Microactuator, method for making the same, and magnetic head unit and magnetic recording apparatus using the same
JP2003009502A (en) * 2001-05-31 2003-01-10 Hewlett Packard Co <Hp> Position detection for microelectromechanical system element
JP2004246324A (en) * 2003-01-24 2004-09-02 Murata Mfg Co Ltd Electrostatic type actuator
JP2009269129A (en) * 2008-05-08 2009-11-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Micro structure and method of manufacturing the same
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
JP2010136598A (en) * 2008-12-08 2010-06-17 Omron Corp Electrostatic induction type energy conversion element
JP2011031344A (en) * 2009-08-03 2011-02-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Micromechanical structure and method for manufacturing the same
JP2011036089A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Panasonic Corp Oscillating power-generation element and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6014027520; N. SATO,K. ONO,T. SHIMAMURA,K. KUWABARA,M. UGAJIN,S. MUTOH,H. MORIMURA,H. ISHII,J. KODATE,a: 'Energy Harvesting by MEMS Vibrational Devices with Electrets' Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, 2009. TRANSDUCERS 2009. International , 20090621, &#xF *

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