JP6198030B1 - 発電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

主基板Ｋ１、中基板Ｋ２及び台座基板Ｋ３を積層して発電素子１０を製造する。未加工の中基板Ｋ２の表面側に対してエッチング又はダイシングを行い、第一台座部３４及び重錘体２２となる部分とその他の部分とを区切る溝４２を形成する。さらに、重錘体２２となる部分の表面側の一部及び前記その他の部分の表面側をエッチングにより掘り込んで凹ませる。主基板Ｋ１の裏面側に中基板Ｋ２の表面側を当接させ、周縁部１２に第一台座部３４を接合するとともに、重錘体取り付け部１６に重錘体２２を接合する。中基板Ｋ２の溝４２の位置を裏面側から切断し、その他の部分を除去する。

Description

本発明は、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換することによって発電を行う発電素子の製造方法に関する。

従来、シリコン基板を用いたマイクロデバイスの製造法方として、例えば特許文献１に開示されているように、圧力センサと機能デバイスとを有する複合センサデバイスを、複数の基板を組み立てて製造する複合センサデバイスの製造方法があった。複数の基板とは、機能素子が設けられた主基板、中基板及び台座基板であり、機能デバイスとは、例えば、複数の圧電素子を用いた発電素子、あるいは複数のピエゾ抵抗素子を用いた加速度センサ等である。

機能デバイスの部分の構造を簡単に説明すると、主基板により形成された層は、周縁部から内向きに、長手方向軸を有して可撓性を有する橋梁部が延設され、橋梁部の、周縁部から離れた位置に重錘体取り付け部が設けられ、橋梁部における伸縮変形が生じる部分に圧電素子が設けられ、周縁部の表面側に、圧電素子に発生した電荷を外部出力するための複数のパッドが設けられている。

中基板により形成された層は、主基板の周縁部の裏面側を支持する第一台座部と、主基板の重錘体取り付け部の裏面側に取り付けられた重錘体である。

台座基板により形成された部分は、前記第一台座部の裏面側を支持する第二台座部であり、第二台座部の表面側には、重錘体と接触しないようにするための第二凹部が設けられている。

この機能デバイスは、次のように製造される。まず、平坦な主基板と中基板を用意し、主基板の裏面側に中基板の表面側を接合した後、主基板の所定位置に圧電素子及び複数のパッドを形成し、圧電素子の電極と複数のパッドとを接続する配線作業を行う。次に、主基板及び中基板の特定の部分をエッチングして除去することにより、橋梁部、周縁部と一体になった第一台座部、及び重錘取り付け部と一体になった重錘体を形成する。その後、第二台座部及び第二凹部が形成された台座基板を用意し、中基板の第一台座部の裏面側に第二台座部の表面側を接合する。

特許第５８４３３０２号公報

一方、近年、各種マイクロデバイス用に、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術を用いた圧電型発電素子が提案されている。この発電素子は、発電効率を高くするために、発電素子が有する振動系の共振周波数を、使用環境で想定される機械的な振動周波数と一致させることが好ましい。また、使用環境には複数の異なる振動周波数が存在するケースが多いので、１つの発電素子内に複数の振動系を設け、それぞれの共振周波数を各振動周波数に対応させて意図的にずらしておき、各振動系に設けた圧電素子の出力を合計することにより、発電効率を向上させる技術も提案されている。したがって、発電素子の共振周波数を適宜調節するため、重錘体の質量や形状を変更しやすい構造、あるいは製造方法が求められている。

特許文献１の製造方法の場合、発電素子の平面視のサイズを変えずに重錘体の質量を大きくしたいときは、重錘体を形成する中基板を厚くしなければならない。しかし、中基板のエッチング深さが深くなり、所定の加工精度が確保しにくくなるため、限界がある。また、複数の振動系が設けられる場合、中基板の平面方向に質量を変えた重錘体を形成しなければならず、中基板の平面方向の面積が大きくなり、素子自体の体積も大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、重錘体の構造設計の自由度が高く、幅広い振動系の共振周波数を容易に設定することができる小型の発電素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、周縁部から内向きに、長手方向軸を有して可撓性を有する橋梁部が延設され、前記橋梁部の、前記周縁部から離れた位置に重錘体取り付け部が設けられた主基板と、前記主基板の前記周縁部の裏面側を支持する台座と、前記主基板の前記橋梁部における伸縮変形が生じる部分の表面側に設けられた圧電素子と、前記主基板の前記重錘体取り付け部の裏面側に取り付けられた重錘体とを備え、前記橋梁部に生じる機械的振動エネルギーを前記圧電素子で電気エネルギーに変換することによって発電を行う発電素子の製造方法であり、前記発電素子は、前記主基板と、前記重錘体及び前記台座の一部となる第一台座部を形成する中基板とが積層されて一体になったものである。

そして、前記主基板を形成する基材の内側の前記橋梁部となる部分に前記圧電素子を形成する作業、及びエッチングを行って前記周縁部、前記橋梁部及び前記重錘体取り付け部を形成する作業を行う主基板準備工程と、前記中基板を形成する基材の表面側に対してエッチング又はダイシングを行い、前記第一台座部及び前記重錘体となる部分とその他の部分とを区切る溝を形成するとともに、前記重錘体の表面側の一部及び前記その他の部分の表面側をエッチングにより掘り込んで凹ませる中基板準備工程と、前記主基板の裏面側に前記中基板の表面側を当接させ、前記周縁部に前記第一台座部を接合するとともに、前記重錘体取り付け部に前記重錘体を接合する中基板接合工程と、前記中基板の前記溝の位置を裏面側から切断し、前記その他の部分を除去する中基板不要部分除去工程とを備える発電素子の製造方法である。

前記中基板準備工程において、前記重錘体の表面側の一部及び前記その他の部分の表面側をエッチングにより掘り込み、前記溝よりも浅く凹ませることが好ましい。前記各工程を経て作製された前記主基板及び前記中基板で成る積層体は、複数の前記発電素子が多面付けされたものであり、前記積層体を分割して個々の発電素子を得る分割工程を備える。

また、前記発電素子は、前記主基板と、前記中基板と、前記台座の一部となる第二台座部を形成する台座基板とが積層されて一体になったものであり、さらに、前記台座基板を形成する基材の表面側に対してエッチングを行い、前記第二台座部以外の部分を掘り込む台座基板準備工程と、前記中基板の裏面側に前記台座基板の表面側を当接させ、前記第一台座部に前記第二台座部を接合する台座基板接合工程とを備える。

さらに、前記発電素子は、前記重錘体の厚み方向の変位量を制限するストッパとなる第一蓋部分を備え、前記主基板、前記中基板、前記台座基板及び蓋基板が積層されて一体になったものであり、前記蓋基板を形成する基材の裏面側に対してエッチングを行い、前記橋梁部及び前記重錘体取り付け部に対応する部分を掘り込んで前記第一蓋部分となる第一凹部を形成する蓋基板準備工程と、前記主基板の表面側に前記蓋基板の裏面側を当接させ、前記周縁部に前記蓋基板の前記第一凹部以外の部分を接合する蓋基板接合工程とを備えると良い。

前記台座基板準備工程において、前記台座基板を形成する基材の表面側に対してエッチングを行って前記重錘体に対応する部分を掘り込み、前記重錘体の厚み方向の変位量を制限するストッパとなる第二蓋部分となる凹部を形成するものでも良い。

前記各工程を経て作製された前記主基板、前記中基板、前記台座基板、及び必要に応じて前記蓋基板で成る積層体は、複数の前記発電素子が多面付けされたものであり、前記積層体を分割して個々の発電素子を得る分割工程を備える。

前記主基板の基材はＳＯＩ基材又はシリコン基材であり、前記主基板以外の基板の基材はガラス基材又はシリコン基材であることが好ましい。

本発明の発電素子の製造方法によれば、発電素子を小型化し、非常に効率よく製造することができ、しかも重錘体の構造設計の自由度が高くなる。例えば、従来の製造方法の場合、橋梁部と重なる位置に重錘体を設けるのが困難であるが、本発明の製造方法の場合、橋梁部と重なる位置に配置することができる。したがって、重錘体の質量や形状を、発電素子の平面視のサイズを変えずに大きくすることができ、振動系の共振周波数を容易に調節することができる。

本発明の製造方法の第一の実施形態によって製造される発電素子を示す正面図（ａ）、平面図（ｂ）、Ａ１−Ａ１断面図（ｃ）である。 図１の主基板及び圧電素子の構造を示す平面図（ａ）、Ａ１１−Ａ１１断面図（ｂ）、Ａ１２−Ａ１２断面図（ｃ）である。 図１の中基板の構造を示す平面図（ａ）、Ａ２１−Ａ２１断面図（ｂ）、Ａ２２−Ａ２２断面図（ｃ）である。 図１の台座基板の構造を示す平面図（ａ）、Ａ３１−Ａ３１断面図（ｂ）、Ａ３２−Ａ３２断面図（ｃ）である。 図１の蓋基板の構造を示す平面図（ａ）、Ａ４１−Ａ４１断面図（ｂ）、Ａ４２−Ａ４２断面図（ｃ）である。 製造工程に投入される多面付け状態の各基板を模式的に描いた図である。 第一の実施形態における主基板準備工程で製作された主基板の一部分を拡大した平面図（ａ）、Ｂ１１−Ｂ１１断面図（ｂ）である。 第一の実施形態における中基板準備工程で製作された中基板の一部分を拡大した平面図（ａ）、Ｂ２１−Ｂ２１断面図（ｂ）、Ｂ２２−Ｂ２２断面図（ｃ）である。 第一の実施形態における台座基板準備工程で製作された台座基板の一部分を拡大した平面図（ａ）、Ｂ３１−Ｂ３１断面図（ｂ）である。 第一の実施形態における蓋基板準備工程で製作された蓋基板の一部分を拡大した平面図（ａ）、Ｂ４１−Ｂ４１断面図（ｂ）、Ｂ４２−Ｂ４２断面図（ｃ）である。 第一の実施形態における中基板接合工程（主基板に中基板を接合する工程）を示す図（ａ）、中基板不要部分除去工程を示す図（ｂ）である。 第一の実施形態における中基板不要部分除去工程後の状態を示す図（ａ）、台座基板接合工程及び蓋基板接合工程を示す図（ｂ）である。 第一の実施形態における中基板不要部分除去工程の後、蓋基板の不要部分を除去する工程を示す図（ａ）、分割工程を示す図（ｂ）である。 本発明の製造方法の第二の実施形態によって製造される発電素子を示す正面図（ａ）、平面図（ｂ）、Ｃ１−Ｃ１断面図（ｃ）である。 図１４の主基板及び圧電素子等の構造を示す平面図（ａ）、Ｃ１１−Ｃ１１断面図（ｂ）である。 図１４の主基板及び圧電素子等の構造を示すＣ１２−Ｃ１２断面（ａ）、Ｃ１３−Ｃ１３断面図（ｂ）、Ｃ１４−Ｃ１４断面図（ｃ）である。 図１４の中基板の構造を示す平面図（ａ）、Ｃ２１−Ｃ２１断面図（ｂ）である。 図１４の中基板の構造を示すＣ２２−Ｃ２２断面（ａ）、Ｃ２３−Ｃ２３断面図（ｂ）、Ｃ２４−Ｃ２４断面図（ｃ）である。 図１４の台座基板の構造を示す平面図（ａ）、Ｃ３１−Ｃ３１断面図（ｂ）、Ｃ３２−Ｃ３２断面図（ｃ）である。 図１４の蓋基板の構造を示す平面図（ａ）、Ｃ４１−Ｃ４１断面図（ｂ）、Ｃ４２−Ｃ４２断面図（ｃ）である。 製造工程に投入される多面付け状態の各基板を模式的に描いた図である。 第二の実施形態における主基板準備工程で製作された主基板の一部分を拡大した平面図（ａ）、Ｄ１１−Ｄ１１断面図（ｂ）である。 第二の実施形態における中基板準備工程で製作された中基板の一部分を拡大した平面図（ａ）、Ｄ２１−Ｄ２１断面図（ｂ）である。 第二の実施形態における台座基板準備工程で製作された台座基板の一部分を拡大した平面図（ａ）、Ｄ３１−Ｄ３１断面図（ｂ）である。 第二の実施形態における蓋基板準備工程で製作された蓋基板の一部分を拡大した平面図（ａ）、Ｄ４１−Ｄ４１断面図（ｂ）である。 第二の実施形態における中基板接合工程（主基板に中基板を接合する工程）を示す図（ａ）、中基板不要部分除去工程を示す図（ｂ）である。 第二の実施形態における中基板不要部分除去工程後の状態を示す図（ａ）、台座基板接合工程及び蓋基板接合工程を示す図（ｂ）である。 第二の実施形態における中基板不要部分除去工程の後、蓋基板の不要部分を除去する工程を示す図（ａ）、分割工程を示す図（ｂ）である。 第一の実施形態における中基板準備工程された中基板の２つの変形例を示す平面図（ａ）、Ｂ２１−Ｂ２１断面図（ｂ），（ｃ）である。 本発明の製造方法の第一の実施形態の工程の一部を変更することによって製造された発電素子の２つの変形例を示すＡ１−Ａ１断面図（ａ），（ｂ）である。 本発明の製造方法の第二の実施形態によって製造可能な他の発電素子を示す正面図（ａ）、平面図（ｂ）、Ｅ１−Ｅ１断面図（ｃ）である。 図３１の中基板の構造を示す平面図（ａ）、Ｅ２１−Ｅ２１断面図（ｂ）である。 図３１の中基板の構造を示すＥ２２−Ｅ２２断面（ａ）、Ｅ２３−Ｅ２３断面図（ｂ）、Ｅ２４−Ｅ２４断面図（ｃ）である。 図３１の台座基板の構造を示す平面図（ａ）、Ｅ３１−Ｅ３１断面図（ｂ）、Ｅ３２−Ｅ３２断面図（ｃ）である。

以下、本発明の発電素子の製造方法の第一の実施形態について、図１〜図１３に基づいて説明する。まず、この実施形態の製造方法によって組み立てられる発電素子１０について説明する。発電素子１０は、図１の正面図（ａ）、平面図（ｂ）に示すように略直方体の外形を有し、内部は、Ａ１−Ａ１断面図（ｃ）に示す構造になっている。

発電素子１０は主基板ｋ１を有し、主基板ｋ１は、図１（ｃ）に示すように、周縁部１２から内向きに、長手方向軸を有して可撓性を有する橋梁部１４が延設され、橋梁部１４の先端部が重錘体取り付け部１６になっている。主基板ｋ１は、周縁部１２の裏面側が、枠状の台座１８によって支持されている。橋梁部１２の伸縮変形が生じる部分の表面側には、複数の圧電素子２０が設けられている。重錘体取り付け部１６の裏面側には、橋梁部１４を変形させるための重錘体２２が取り付けられている。周縁部１２の一辺の表面側には、圧電素子２０に発生した電荷を外部出力するための複数のパッド２４が設けられている。さらに、重錘体２２の厚み方向の変位量を制限する保護用のストッパの働きをする第一蓋部分２６及び第二蓋部分２８が一対に設けられている。

発電素子１０は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、主基板ｋ１（圧電素子２０及びパッド２４を含む）の層、中基板ｋ２の層、台座基板ｋ３の層及び蓋基板ｋ４の層が積層された構造になっている。

発電素子１０の主基板ｋ１及び圧電素子２０の部分は、図２の平面図（ａ）、Ａ１１−Ａ１１断面図（ｂ）、Ａ１２−Ａ１２断面図（ｃ）に示すような構造になっている。主基板ｋ１はシリコン等の基材で成り、内側がスリット状の貫通孔３０によって区切られて、枠状の周縁部１２と、周縁部１２の一辺の内壁から片持ち梁状に延びる橋梁部１４とが形成されている。そして、橋梁部１４の先端部分に重錘体取り付け部１６が設けられている。圧電素子２０は、主基板ｋ１の表面側を覆う下層電極２０ａ、下層電極２０ａの表面側を覆う圧電材料層２０ｂ、及び橋梁部１４を覆う圧電材料層２０ｂの表面側に設けられた複数の上層電極２０ｃにより構成される。電極２０ａ，２０ｃは、例えばチタン、クロム、金、白金等の積層体で、圧電材料層２０ｂは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＫＮＮ（ニオブ酸カリウムナトリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の圧電性を有する材料の層である。圧電素子２０の数と配置は、上層電極２０ｃのレイアウトによって自由に設定することができる。
圧電素子２０は主基板ｋ１に対して非常に薄いので、橋梁部１４の伸縮特性にほとんど影響しない。

複数のパッド２４は、周縁部１２の表面側（圧電材料層２０ｂの表面側）に設けられ、圧電素子２０の下層電極２０ａ及び上層電極２０ｃに配線されている。ただし、図面では配線は省略してある。

発電素子１０の中基板ｋ２の層は、図３の平面図（ａ）、Ａ２１−Ａ２１断面図（ｂ）、Ａ２２−Ａ２２断面図（ｃ）に示すような構造になっている。中基板ｋ２の層はガラス又はシリコン等の基材で成り、内側がスリット状の貫通孔３２によって区切られて、台座１８の一部となる枠状の第一台座部３４と、重錘体２２とが形成されている。重錘体２２は、平面視で主基板ｋ１の橋梁部１４及び重錘体取り付け部１６に重なる大きさである。重錘体２２の表面側は、一端部が主基板ｋ１の重錘体取り付け部１６に固定される接合部２２ａになっており、接合部２２ａ以外の広い部分が、橋梁部１４に接触しないように平坦に凹んでいる（凹部２２ｂ）。

発電素子１０の台座基板ｋ３の層は、図４の平面図（ａ）、Ａ３１−Ａ３１断面図（ｂ）、Ａ３２−Ａ３２断面図（ｃ）に示すような構造になっている。台座基板ｋ３の層はガラス又はシリコン等の基材で成り、表面側に平坦な凹部３６が設けられ、重錘体２２が接触しないようになっている。凹部３６の外側の部分は第二台座部３８であり、第二台座部３８は、第一台座部３４に重なって台座１８の一部となる。凹部３６の内側は、重錘体２２のストッパの働きをする第二の蓋部分２８となる。

発電素子１０の蓋基板ｋ４の層は、図５の平面図（ａ）、Ａ４１−Ａ４１断面図（ｂ）、Ａ４２−Ａ４２断面図（ｃ）に示すような構造になっている。蓋基板ｋ４の層はガラス又はシリコン板等の基材で成り、裏面側に平坦な第一凹部４０が設けられ、第一凹部４０の外側が主基板ｋ１の周縁部１２に接合される部分である。第一凹部４０の内側は、重錘体２２のストッパの働きをする第一蓋部分２６となる。

次に、発電素子１０の好ましい製造方法（本発明の第一の実施形態）を説明する。上記の主基板ｋ１、中基板ｋ２、台座基板ｋ３及び蓋基板ｋ４は、図６に示すように、それぞれ数百個〜数千個が多面付けされた大型の主基板Ｋ１、中基板Ｋ２、台座基板Ｋ３及び蓋基板Ｋ４として製造工程に投入される。２点鎖線で区切った中の１区画が、１つの発電素子１０に使用される単位領域となる。以下、分割前の大型の基板をアルファベット大文字で表し、分割後の個々の基板と区別して説明する。

まず、４つの基板準備工程（主基板準備工程、中基板準備工程、台座基板準備工程及び蓋基板準備工程）を個別に行う。

主基板準備工程は、図７の平面図（ａ）、Ｂ１１−Ｂ１１断面図（ｂ）に示す主基板Ｋ１を製作する工程である。まず、未加工の主基板Ｋ１を用意して、主基板Ｋ１の表面側に下層電極２０ａ、圧電材料層２０ｂ及び上層電極２０ｃを順に積層して複数の圧電素子２０を形成する作業を行う。また、周縁部１２の表面側（圧電材料層２０ｂの上面）に、複数のパッド２４を形成し、圧電素子２０の電極２０ａ，２０ｃをパッド２４に接続する配線作業を行う。ただし、図７では、配線は図示せずに省略してある。さらに、貫通孔３０になる部分を除去するディープエッチングを行い、周縁部１２、橋梁部１４及び重錘体取り付け部１６を形成する。これで、図７に示す主基板Ｋ１の状態になる。図の中の２点鎖線で囲んだ範囲は、１つの発電素子１０に使用される単位領域である。

中基板準備工程は、図８の平面図（ａ）、Ｂ２１−Ｂ２１断面図（ｂ）、Ｂ２２−Ｂ２２断面図（ｃ）に示す中基板Ｋ２を製作する工程である。まず、未加工の中基板Ｋ２を用意して、表面側に対してエッチング又はダイシングを行い、第一台座部３４及び重錘体２２になる部分と貫通孔３２になる部分とを区切る溝４２を格子状に形成する。さらに表面側に対してエッチングを行い、重錘体２２の一部（接合部２２ａ以外の部分）を溝４２よりも浅く掘り込んで凹部２２ｂを形成するとともに、貫通孔３２になる部分を溝４２よりも浅く掘り込んで凹部３２ａを形成する。これで、図８に示す中基板Ｋ２の状態になる。図の中の２点鎖線で囲んだ範囲は、１つの発電素子１０に使用される単位領域である。

台座基板準備工程は、図９の平面図（ａ）、Ｂ３１−Ｂ３１断面図（ｂ）に示す台座基板Ｋ３を製作する工程である。まず、未加工の台座基板Ｋ３を用意して、表面側に対してエッチングを行い、第二台座部３８以外の部分を掘り込んで凹部３６及び第二蓋部分２８を形成する。これで、図９に示す台座基板Ｋ３の状態になる。図の中の２点鎖線で囲んだ範囲は、１つの発電素子１０に使用される単位領域である。

蓋基板準備工程は、図１０の平面図（ａ）、Ｂ４１−Ｂ４１断面図（ｂ）、Ｂ４２−Ｂ４２断面図（ｃ）に示す蓋基板Ｋ４を製作する工程である。まず、未加工の蓋基板Ｋ４を用意して、裏面側に対してエッチングを行い、主基板Ｋ１の橋梁部１４及び重錘体取り付け部１６に対応する部分を掘り込んで第一凹部４０及び第一蓋部分２６を形成するとともに、主基板Ｋ１の複数のパッド２４に対応する部分及び隣の蓋基板ｋ１との境界の部分を掘り込んで第二凹部４４を形成する。これで、図１０に示す蓋基板Ｋ４の状態になる。図の中の２点鎖線で囲んだ範囲は、１つの発電素子１０に使用される単位領域である。

各基板準備工程で基板Ｋ１〜Ｋ４を準備すると、図１１〜図１３に順に示すように、各基板を組み立てる工程を行う。なお、図１１〜１３に示す各基板の断面は、それぞれＢ１１−Ｂ１１断面、Ｂ２１−Ｂ２１断面、Ｂ３１−Ｂ３１断面、及びＢ４１−Ｂ４１断面である。

まず、図１１（ａ）に示すように、主基板Ｋ１の裏面側に中基板Ｋ２の表面側を当接させ、周縁部１２に第一台座部３４を接合するとともに、重錘体取り付け部１６に重錘部２２の接合部２２ａを接合する（中基板接合工程）。シリコン対シリコンの接合の場合は直接接合技術を使用し、シリコン対ガラスの接合の場合は陽極接合技術を使用することが好ましい。その他、接着剤を使用して接合してもよい。

そして、図１１（ｂ）に示すように、中基板Ｋ２に格子状に配置された溝４２の位置を裏面側からすべて切断し、不要な部分、つまり貫通孔３２の部分を除去する（中基板不要部分除去工程）。これで、図１２（ａ）に示す状態になる。

次に、図１２（ｂ）に示すように、中基板Ｋ２の裏面側に台座基板Ｋ３の表面側を当接させ、第一台座部３４に第二台座部３８を接合し（台座基板接合工程）、さらに、主基板Ｋ１の表面側に蓋基板Ｋ４の裏面側を当接させ、周縁部１２の圧電材料層２０ｂの表面側に蓋基板Ｋ４の第一及び第二凹部４０，４４以外の部分を接合する（蓋基板接合工程）。

次に、図１３（ａ）に示すように、蓋基板Ｋ４の第二凹部４４の位置を表面側から格子状に切断し、不要な部分、つまり第二凹部４４の底板部分を除去する。これで、蓋基板Ｋ４が１つの発電素子１０に使用される蓋基板ｋ４の単位に切り離され、主基板Ｋ１の複数のパッド２４が露出する。

そして、図１３（ｂ）に示すように、主基板Ｋ１、中基板Ｋ２及び台座基板Ｋ３の積層体を単位領域ごとに分割し、図１に示す個々の発電素子１０を得る（分割工程）。その後、発電素子１０は、例えば、樹脂製又は金属製の筐体内に個別にケーシングされ（パッド２４がボンディングワイヤで外部接続端子に配線され）、発電デバイスとして販売される。

以上説明したように、本発明の第一の実施形態である発電素子１０の製造方法によれば、発電素子１０を効率よく製造することができ、しかも、重錘体２２の構造設計の自由度が高くなる。特に、橋梁部１４と重なる位置に重錘体２２を配置することができるので、重錘体２２の質量や形状を、発電素子１０の平面視のサイズを変えずに大きくすることができ、橋梁部１４及び重錘体２２で構成される振動系の共振周波数を容易に調節することができる。

また、この製造方法は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術を使用し、大型の基板Ｋ１〜Ｋ４で発電素子１０を多面付けの状態に製作し、最後の分割工程で個々の発電素子１０に分割するので、非常に効率よく大量生産することができる。

次に、本発明の発電素子の製造方法の第二の実施形態について、図１４〜図２８に基づいて説明する。まず、この実施形態の製造方法によって組み立てられる発電素子５０について説明する。発電素子５０は、図１４の正面図（ａ）、平面図（ｂ）に示すように略直方体の外形を有し、内部は、Ｃ１−Ｃ１断面図（ｃ）に示す構造になっている。

発電素子５０は、主基板ｋ１１（周縁部５２、橋梁部５４(1)，５４(2)、重錘体取り付け部５６(1)，５６(2)を備える）、主基板ｋ１１の周縁部５２を支持する台座５８、橋梁部５４(1)，５４(2)に設けられた複数の圧電素子６０(1)，６０(2)、重錘体取り付け部５６(1)，５６(2)に取り付けられた重錘体６２(1)，６２(2)、周縁部５２に設けられた複数のパッド６４、及び重錘体６２の厚み方向の変位量を制限する第一蓋部分６６及び第二蓋部分６８を備えている。

また、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、発電素子５０は、主基板ｋ１１（圧電素子６０(1)，６０(2)及びパッド６４を含む）の層、中基板ｋ１２の層、台座基板ｋ１３の層及び蓋基板ｋ１４の層が積層された構造になっている。

このように、発電素子５０の構造は上記の発電素子１０と類似している点が多いが、発電素子１０は共振系が１つなのに対し、発電素子５０の場合、２つの共振系が設けられているという違いがある。

発電素子５０の主基板ｋ１１及び圧電素子６０の部分は、図１５の平面図（ａ）及びＣ１１−Ｃ１１断面図（ｂ）、図１６のＣ１２−Ｃ１２断面図（ａ），Ｃ１３−Ｃ１３断面図（ｂ）及びＣ１４−Ｃ１４断面図（ｃ）に示すような構造になっている。主基板ｋ１１は、薄い上部シリコン層Ｓ１と厚い下部シリコン層Ｓ２との間にシリコン酸化膜Ｓ３が設けられたＳＯＩ基板（Silicon On Insulator基板）で成り、内側がスリット状の貫通孔７０によって区切られて、枠状の周縁部５２と、周縁部５２の内壁から片持ち梁状に延びる橋梁部５４(1)が形成され、橋梁部５４(1)の先端部に、橋梁部５４(1)とＴ字状に交差する重錘体取り付け部５６(1)が設けられている。さらに、重錘体取り付け部５６（１）の両端部に、互いに平行な一対の橋梁部５４(2)が、橋梁部５４(1)を間に挟むように延設され、橋梁部５４(2)の各先端部が一対の重錘体取り付け部５６(2)になっている。また、橋梁部５４(1)，５４(2)に可撓性を付与するため、橋梁部５４(1)，５４(2)の領域には厚い下部シリコン層Ｓ２が無く、薄い上部シリコン層Ｓ１及びシリコン酸化膜層Ｓ３だけ（又は上部シリコン層Ｓ１だけ）で構成されている。主基板ｋ１１の特定の部分を薄くして可撓性を有する橋梁部を設ける構造なので、単純なシリコン基板よりもＳＯＩ基板を使用した方が、後述する主基板準備工程を容易に行うことができる。

圧電素子６０(1)は、橋梁部５４(1)の伸縮変形が生じる部分の表面側に複数設けられ、圧電素子６０(2)は、橋梁部５４(2)の伸縮変形が生じる部分の表面側に複数設けられている。圧電素子６０(1)，６０(2)は、主基板ｋ１１の表面側を覆う下層電極６０ａ、下層電極６０ａの表面側を覆う圧電材料層６０ｂ、及び橋梁部５４(1)，５４(2)を覆う圧電材料層２０ｂの表面側に設けられた複数の上層電極６０ｃによりそれぞれ構成されている。各部の材料は、上記圧電素子２０と同様である。圧電素子６０(1)，６０(2)は非常に薄いので、橋梁部５４(1)，５４(2)の伸縮特性にほとんど影響しない。

複数のパッド６４は、周縁部５２の表面側（圧電材料層６０ｂの表面側）に設けられ、圧電素子６０(1)，６０(2)の下層電極６０ａ及び上層電極６０ｃに配線されている。ただし、図面では配線は省略してある。

発電素子５０の中基板ｋ１２の層は、図１７の平面図（ａ）及びＣ２１−Ｃ２１断面図（ｂ）、図１８のＣ２２−Ｃ２２断面図（ａ），Ｃ２３−Ｃ２３断面図（ｂ）及びＣ２４−Ｃ２４断面図（ｃ）に示すような構造になっている。中基板ｋ１２の層はガラス又はシリコン等の基材で成り、内側にスリット状の貫通孔７２ａと広い貫通孔７２ｂが設けられ、台座５８の一部となる枠状の第一台座部７４と、重錘体６２(1)，６２(2)とが形成されている。重錘体６２(1)は、平面視で、主基板ｋ１１の重錘体取り付け部５６(1)に重なる大きさである。重錘体６２(2)は、重錘体６２(1)とほぼ同じ大きさで、表面側の両端部が主基板ｋ１１の重錘体取り付け部５６(2)に固定される1対の接合部６２ａ(2)になっており、２つの接合部６２ａ(2)に挟まれた部分が、周縁部５２に接触しないように平坦に凹んでいる（凹部６２ｂ(2)）。

発電素子５０の台座基板ｋ１３の層は、図１９の平面図（ａ）、Ｃ３１−Ｃ３１断面図（ｂ）、及びＣ３２−Ｃ３２断面図（ｃ）に示すような構造になっている。台座基板ｋ１３の層はガラス又はシリコン等の基材で成り、表面側に平坦な凹部７６が設けられ、重錘体６２(1)，６２(2)が接触しないようになっている。凹部７６の外側の部分は第二台座部７８であり、第二台座部７８は、第一台座部７４に重なって台座５８の一部となる。凹部７６の内側は、重錘体６２(1)，６２(2)のストッパの働きをする第二の蓋部分６８となる。

発電素子５０の蓋基板ｋ１４の層は、図２０の平面図（ａ）、Ｃ４１−Ｃ４１断面図（ｂ）、及びＣ４２−Ｃ４２断面図（ｃ）に示すような構造になっている。蓋基板ｋ１４の層はガラス又はシリコン板等の基材で成り、裏面側に平坦な第一凹部８０が設けられ、第一凹部８０の外側が主基板ｋ１１の周縁部５２に接合される部分である。第一凹部８０の内側は、重錘体６２(1)，６２(2)のストッパの働きをする第一蓋部分６６となる。

上記発電素子１０の場合は、橋梁部２４及び重錘体２２等で構成される１つの振動系を備えるだけであるが、発電素子５０の場合、橋梁部５４(1)及び重錘体６２(1)等で構成される第一の振動系と、橋梁部５４(2)及び重錘体６２(2)で構成される第二の振動系を備え、各共振周波数が互いに異なる値になるように設計されている。

また、発電素子１０の場合は、図１に示すように、台座基板ｋ４の層の外形が、主基板ｋ１の層の外形の内側に入る大きさ（４辺が内側に収まる大きさ）であるが、発電素子５０の場合、図１４に示すように、蓋基板ｋ１４の層の外形が、主基板ｋ１１の層の外形とほぼ同じ大きさ（３辺が重なり、１辺だけが内側に収まる大きさ）になっているという違いがある。そのため、後述する多面付けされた蓋基板Ｋ１４の構造（図２５）が、蓋基板Ｋ４の構造（図１０）と少し異なってくる。しかしながら、蓋基板ｋ１４の機能及び働きは、上記の蓋基板４と同様である。

次に、発電素子５０の好ましい製造方法（本発明の第二の実施形態）を説明する。上記の主基板ｋ１１、中基板ｋ１２、台座基板ｋ１３及び蓋基板ｋ１４は、図２１に示すように、それぞれ数百個〜数千個が多面付けされた大型の主基板Ｋ１１、中基板Ｋ１２、台座基板Ｋ１３及び蓋基板Ｋ１４として製造工程に投入される。２点鎖線で区切った中の１区画が、１つの発電素子１０に使用される単位領域となる。以下、分割前の大型の基板をアルファベット大文字で表し、分割後の個々の基板と区別して説明する。

まず、４つの基板準備工程（主基板準備工程、中基板準備工程、台座基板準備工程及び蓋基板準備工程）を個別に行う。

主基板準備工程は、図２２の平面図（ａ）、Ｄ１１−Ｄ１１断面図（ｂ）に示す主基板Ｋ１１を製作する工程である。まず、未加工の主基板Ｋ１１を用意して、主基板Ｋ１１の表面側に下層電極６０ａ、圧電材料層６０ｂ及び上層電極６０ｃを順に積層して複数の圧電素子６０(1)，６０(2)を形成する作業を行う。また、周縁部５２の表面側（圧電材料層６０ｂの上面）に、複数のパッド６４を形成し、圧電素子６０(1)，６０(2)の電極２０ａ，２０ｃをパッド６４に接続する配線作業を行う。ただし、図２２では、配線は図示せずに省略してある。さらに、貫通孔７０になる部分を除去するディープエッチングを行い、周縁部５２、橋梁部５４(1)，５４(2)及び重錘体取り付け部５６(1)，５６(2)を形成する。これで、図２２に示す主基板Ｋ１の状態になる。図の中の２点鎖線で囲んだ範囲は、１つの発電素子５０に使用される単位領域である。

中基板準備工程は、図２３の平面図（ａ）、Ｄ２１−Ｄ２１断面図（ｂ）に示す中基板Ｋ１２を製作する工程である。まず、未加工の中基板Ｋ１２を用意して、表面側に対してエッチング又はダイシングを行い、第一台座部７４及び重錘体６２(1)，６２(2)になる部分と貫通孔７２ａ，７２ｂになる部分とを区切る溝８２を格子状に形成する。さらに表面側に対してエッチングを行い、重錘体６２(2)の一部（接合部６２ａ(2)以外の部分）を溝８２よりも浅く掘り込んで凹部６２ｂ(2)を形成するとともに、貫通孔７２ａ，７２ｂになる部分を溝８２よりも浅く掘り込んで凹部７２ａａ，７２ｂａを形成する。これで、図２３に示す中基板Ｋ１２の状態になる。図の中の２点鎖線で囲んだ範囲は、１つの発電素子５０に使用される単位領域である。

台座基板準備工程は、図２４の平面図（ａ）、Ｄ３１−Ｄ３１断面図（ｂ）に示す台座基板Ｋ１３を製作する工程である。まず、未加工の台座基板Ｋ１３を用意して、表面側に対してエッチングを行い、第二台座部７８以外の部分を掘り込んで凹部７６及び第二蓋部分６８を形成する。これで、図２４に示す台座基板Ｋ１３の状態になる。図の中の２点鎖線で囲んだ範囲は、１つの発電素子５０に使用される単位領域である。

蓋基板準備工程は、図２５の平面図（ａ）、Ｄ４１−Ｄ４１断面図（ｂ）に示す蓋基板Ｋ１４を製作する工程である。まず、未加工の蓋基板Ｋ１４を用意して、裏面側に対してエッチングを行い、主基板Ｋ１１の橋梁部５４(1)，５４(2)及び重錘体取り付け部５６(1)，５６(2)に対応する部分を掘り込んで第一凹部８０及び第一蓋部分６６を形成するとともに、主基板Ｋ１１の複数のパッド６４に対応する部分を掘り込んで第二凹部８４を形成する。これで、図２５に示す蓋基板Ｋ１４の状態になる。図の中の２点鎖線で囲んだ範囲は、１つの発電素子５０に使用される単位領域である。

各基板準備工程で基板Ｋ１１〜Ｋ１４を準備すると、図２６〜図２８に順に示すように、各基板を組み立てる工程を行う。なお、図２６〜２８に示す各基板の断面は、それぞれＤ１１−Ｄ１１断面、Ｄ２１−Ｄ２１断面、Ｄ３１−Ｄ３１断面、及びＤ４１−Ｄ４１断面である。

まず、図２６（ａ）に示すように、主基板Ｋ１１の裏面側に中基板Ｋ１２の表面側を当接させ、周縁部５２に第一台座部７４を接合し、重錘体取り付け部５６(1)に重錘体６２(1)を接合し、重錘体取り付け部５６(2)に重錘体６２(2)の接合部６２ａ(2)を接合する（中基板接合工程）。シリコン対シリコンの接合の場合は直接接合技術を使用し、シリコン対ガラスの接合の場合は陽極接合技術を使用することが好ましい。その他、接着剤を使用して接合してもよい。

そして、図２６（ｂ）に示すように、中基板Ｋ１２に格子状に配置された溝８２の位置を裏面側からすべて切断し、不要な部分、つまり貫通孔７２ａ，７２ｂの部分を除去する（中基板不要部分除去工程）。これで、図２７（ａ）に示す状態になる。

次に、図２７（ｂ）に示すように、中基板Ｋ１２の裏面側に台座基板Ｋ１３の表面側を当接させ、第一台座部７４に第二台座部７８を接合し（台座基板接合工程）、さらに、主基板Ｋ１１の表面側に蓋基板Ｋ１４の裏面側を当接させ、周縁部５２の圧電材料層６０ｂの表面側に蓋基板Ｋ１４の第一及び第二凹部８０，８４以外の部分を接合する（蓋基板接合工程）。

次に、図２８（ａ）に示すように、蓋基板Ｋ１４の第二凹部８４の位置を表面側から切断し、不要な部分、つまり第二凹部８４の底板部分を除去する。これで、主基板Ｋ１１の複数のパッド６４が露出する。

そして、図２８（ｂ）に示すように、主基板Ｋ１１、中基板Ｋ１２、台座基板Ｋ１３及び蓋基板Ｋ１４の積層体を単位領域ごとに分割し、図１４に示す個々の発電素子５０を得る（分割工程）。その後、発電素子５０は、例えば、樹脂製又は金属製の筐体内に個別にケーシングされ（パッド６４がボンディングワイヤで外部接続端子に配線され）、発電デバイスとして販売される。

以上説明したように、本発明の第二の実施形態である発電素子５０の製造方法によれば、上記の発電素子１０と同様の効果を得ることができる。また、発電素子５０は、橋梁部５４(1)及び重錘体６２(1)等で構成される第一の振動系と、橋梁部５４(2)及び重錘体６２(2)で構成される第二の振動系を備えているが、この実施形態の製造方法を使用することによって、重錘体６２(1)及び重錘体６２(2)の平面視の形状や面積を適宜変更し、各振動系の共振周波数を個別に調節できるという利点がある。なお、発電素子５０の場合、主基板ｋ１１の重錘体取り付け部５６(1)，５６(2)が比較的厚いので、重錘体取り付け部５６(1)の質量も考慮して重錘体６２(1)を設計し、重錘体取り付け部５６(2)の質量を考慮して重錘体６２(2)を設計するとよい。

なお、本発明の発電素子の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した第一の実施形態の製造方法（発電素子１０の製造方法）では、図８に示す中基板準備工程において、中基板Ｋ２の貫通孔３２になる部分（凹部３２ａを囲む部分）を幅狭な溝４２で区切っているが、例えば図２９（ａ），（ｂ）に示す中基板Ｋ２(1)のように、貫通孔３２になる部分の幅に相当する幅広の溝４２ｆで区切ってもよい。これによって、凹部３２ａをエッチングする作業を省略することができる。なお、「溝を幅広にする」という考え方は、図２３に示す中基板準備工程（中基板Ｋ１２の準備工程）にも適用することができる。

また、図８に示す中基板準備工程では、重錘体２２の一部（接合部２２ａ以外の部分）を溝４２よりも浅く掘り込んで凹部２２ｂを形成しているが、図２９（ｃ）に示す中基板Ｋ２(2)のように、溝４２ｆよりも深く掘り込んで凹部２２ｂを形成してもよい。これによって、組み立て状態で重錘体２２と橋梁部１４とのクリアランスを大きくしたり、重錘体２２の質量を調節したりすることができる。なお、溝と凹部の深さについて考え方は、図２３に示す中基板準備工程（中基板Ｋ１２の準備する工程）にも適用することができる。

また、上述した第一の実施形態の製造方法（発電素子１０の製造方法）は、台座基板ｋ３の表面側に凹部３６を設けることによって重錘体２２の裏面側に空間を設けているが、工程の一部を変更し、台座基板ｋ３に凹部３６を設ける以外の方法で重錘体２２の裏面側に空間を設けてもよい。例えば、図３０（ａ）に示す発電素子１０(1)のように、台座基板接合工程において、平坦な台座基板ｋ３の表面に、所定厚さのスペーサ１８ｆ（又は接着剤）を介して第一台座部３４を接合することによって、重錘体２２の裏面側に空間を設けてもよい。あるいは、図３０（ｂ）に示す発電素子１０(2)のように、中基板準備工程において、重錘体２２の裏面側をエッチングして凹ませることによって、重錘体２２の裏面側に空間を設けてもよい。発電素子１０(1)，１０(2)のような構造にすれば、台座基板準備工程において、台座基板ｋ３の表面側をエッチングして凹部３６を設ける作業を省略することができる。なお、「スペーサを設ける」や「重錘体の裏面を凹ませる」という考え方は、図１４（ｃ）に示す発電素子５０にも適用することができる。

また、上述した第二の実施形態の製造方法（発電素子５０の製造方法）を使用して、構造が少し異なる発電素子９０を製造することができる。以下、発電素子９０ついて、図３１〜図３４に基づいて説明する。ここで、上記の発電素子５０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

発電素子９０の外形は、図３１の正面図（ａ）及び平面図（ｂ）に示すよう、発電素子５０と同じ大きさの略直方体で、内部は、Ｅ１−Ｅ１断面図（ｃ）に示す構造になっている。

上記の発電素子５０は、橋梁部５４(1)及び重錘体６２(1)等で構成される第一の振動系と、橋梁部５４(2)及び重錘体６２(2)等で構成される第二の振動系を備えている。発電素子９０も同様であるが、各振動系の共振周波数を発電素子５０より低くするため、中基板ｋ１２により形成される重錘体６２(1)，６２(2)の形状を変更し、これに合わせて台座基板ｋ１３の形状の一部を変更しているという特徴がある。したがって、発電素子９０の構成の中で発電素子５０と異なるのは、中基板ｋ１２及び台座基板ｋ１３が中基板ｋ２２及び台座基板ｋ２３に変更されているという点であり、その他の主基板ｋ１１や蓋基板ｋ１４等の構成は同じである。

中基板ｋ２２の層は、図３２の平面図（１）及びＥ２１−Ｅ２１断面図（ｂ）と、図３３のＥ２２−Ｅ２２断面図（ａ）、Ｅ２３−Ｅ２３断面図（ｂ）及びＥ２４−Ｅ２４断面図（ｃ）とに示すような構造になっている。すなわち、矩形板状の内側が、真っすぐなスリット状の貫通孔７２ａ及び十字状の広い貫通孔７２ｂで区切られ、台座５８の一部となる一対の第一台座部９２と、重錘体９４(1)，９４(2)とが形成されている。

２つの第一台座部９２はそれぞれ略直方体で、一方の第一台座部９２は、主基板ｋ１１の周縁部５２の、パッド６４が設けられている一辺を支持するように配置され、他方の第一台座部９２は、周縁部５２の反対側の一辺を支持するように配置されている。

重錘体９４(1)は、平面視で略Ｕ字形状で、主基板ｋ１１の重錘体取り付け部５６(1)に重なり、さらに周縁部５２の他の２辺（第一台座部９２に支持されない２辺）の一部に重なるように大きく形成されている。上記の重錘体６２(1)と比較すると、約３〜４倍の大きさである。重錘体９４(1)の表面側は、重錘体取り付け部５６(1)に固定される接合部９４ａ(1)が中央部に設けられ、接合部９４ａ(1)以外の部分は、周縁部５２に接触しないように平坦に凹んでいる（凹部９４ｂ(1)）。

重錘体９４(2)も同様に、平面視で略Ｕ字形状で、主基板ｋ１１の一対の重錘体取り付け部５６(2)に重なり、さらに周縁部５２の他の２辺（第一台座部９２に支持されない２辺）の一部に重なるように大きく形成されている。上記の重錘体６２(2)と比較すると、約３倍の大きさである。重錘体９４(2)の表面側は、重錘体９４(2)の表面側は、重錘体取り付け部５６(1)に固定される一対の接合部９４ａ(2)が中央部に設けられ、接合部９４ａ(2)以外の部分は、周縁部５２に接触しないように平坦に凹んでいる（凹部９４ｂ(2)）。

台座基板ｋ２３の層は、図３４の平面図（ａ）、Ｅ３１−Ｅ３１断面図（ｂ）及びＥ３２−Ｅ３２断面図（ｃ）に示すような構造になっている。すなわち、矩形板状の表面側に平坦な凹部９６が設けられ、重錘体９４(1)，９４(2)が接触しないようになっている。凹部９６の外側の部分は第二台座部９８であり、第二台座部９８は、第一台座部９２に重なって台座５８の一部となる。凹部９６の内側は、重錘体９４(1),９４(2)のストッパの働きをする第二の蓋部分６８となる。

発電素子９０は、重錘体９４(1)，９４(2)の形状を、平面視で主基板ｋ１１の周縁部５２に重なる位置まで大きくすることによって、２つの振動系の共振周波数を発電素子５０よりも低くしている。この発電素子９０も、発電素子５０と同様に、上述した第二の実施形態の製造方法によって容易に製造することができる。

その他本発明の製造方法で製造できる発電素子は、上記の発電素子１０，１０(1)，１０(2)，５０，９０の形態に限定されず、主基板の周縁部の形状、橋梁部の形状や数、圧電素子の配置や数、台座の形状、第一及び第二蓋部分の形状は、本発明の製造方法の目的が達成できる範囲で自由に変更することができる。

また、第一及び第二蓋部分は、発電素子に過負荷が加わる心配がない場合、省略することができる。この場合、上述した第一及び第二の実施形態の製造方法の中の第一蓋部分に関連する工程（蓋基板準備工程、蓋基板接合工程及び蓋基板不要部分除去工程）を省略することができる。また、台座基板準備工程では、エッチングを行って凹部（第二蓋部分）を形成するのではなく、この部分を貫通させるようにしてもよい。

また、発電素子が筐体等にケーシングされるときは、台座基板を省略することができる。例えば、図３０（ｂ）に示す発電素子１０(2)であれば、台座基板ｋ３を省略し、第一台座部３４の裏面側を筐体の平坦な内壁面に直接実装することができる。同様に、図１に示す発電素子１０であれば、台座基板ｋ３を省略し、第一台座部３４の裏面側を筐体の内壁面（重錘体２２と対向する部分に凹部が形成された内壁面）に実装することができる。このように、台座基板ｋ３を有さない構造の場合、上述した第一及び第二の実施形態の製造方法の中の台座基板に関連する工程（台座基板準備工程及び台座基板接合工程）を省略することができる。

また、発電素子は、単位外形の主基板、中基板、台座基板及び蓋基板を用いて１個ずつ製造してもよい。この場合、積層体を分割する分割工程を省略することができる。

１０，１０(1)，１０(2)，５０，９０ 発電素子
１２，５２ 周縁部
１４，５４(1)，５４(2) 橋梁部
１６，５６(1)，５６(2) 重錘体取り付け部
１８，５８ 台座
２０，６０(1)，６０(2) 圧電素子
２２，６２(2)，６２(2)，９４(1)，９４(2) 重錘体
２４，６４ パッド
２６，６６ 第一蓋部分
２８，６８ 第二蓋部分
３４，７４，９２ 第一台座部
３６,７６，９６ 凹部（第二蓋部分）
３８，７８，９８ 第二台座部
４０，８０ 第一凹部（第一蓋部分）
４２，８２ 溝
４４，８４ 第二凹部
ｋ１（Ｋ１），ｋ１１（Ｋ１１） 主基板
ｋ２（Ｋ２），ｋ１２（Ｋ１２），ｋ２２（Ｋ２２） 中基板
ｋ３（Ｋ３），ｋ１３（Ｋ１３），ｋ２３（Ｋ２３） 台座基板
ｋ４（Ｋ４），ｋ１４（Ｋ１４） 蓋基板

Claims (9)

1. 周縁部から内向きに、長手方向軸を有して可撓性を有する橋梁部が延設され、前記橋梁部の、前記周縁部から離れた位置に重錘体取り付け部が設けられた主基板と、前記主基板の前記周縁部の裏面側を支持する台座と、前記主基板の前記橋梁部における伸縮変形が生じる部分の表面側に設けられた圧電素子と、前記主基板の前記重錘体取り付け部の裏面側に取り付けられた重錘体とを備え、前記橋梁部に生じる機械的振動エネルギーを前記圧電素子で電気エネルギーに変換することによって発電を行う発電素子の製造方法において、
   前記発電素子は、前記主基板と、前記重錘体及び前記台座の一部となる第一台座部を形成する中基板とが積層されて一体になったものであり、
   前記主基板を形成する基材の内側の前記橋梁部となる部分に前記圧電素子を形成する作業、及びエッチングを行って前記周縁部、前記橋梁部及び前記重錘体取り付け部を形成する作業を行う主基板準備工程と、
   前記中基板を形成する基材の表面側に対してエッチング又はダイシングを行い、前記第一台座部及び前記重錘体となる部分とその他の部分とを区切る溝を形成するとともに、前記重錘体の表面側の一部及び前記その他の部分の表面側をエッチングにより掘り込んで凹ませる中基板準備工程と、
   前記主基板の裏面側に前記中基板の表面側を当接させ、前記周縁部に前記第一台座部を接合するとともに、前記重錘体取り付け部に前記重錘体を接合する中基板接合工程と、
   前記中基板の前記溝の位置を裏面側から切断し、前記その他の部分を除去する中基板不要部分除去工程とを備えることを特徴とする発電素子の製造方法。
2. 前記中基板準備工程において、前記重錘体の表面側の一部及び前記その他の部分の表面側をエッチングにより掘り込み、前記溝よりも浅く凹ませる請求項１記載の発電素子の製造方法。
3. 前記各工程を経て作製された前記主基板及び前記中基板で成る積層体は、複数の前記発電素子が多面付けされたものであり、
   前記積層体を分割して個々の発電素子を得る分割工程を備える請求項１又は２記載の発電素子の製造方法。
4. 前記発電素子は、前記主基板と、前記中基板と、前記台座の一部となる第二台座部を形成する台座基板とが積層されて一体になったものであり、
   前記台座基板を形成する基材の表面側に対してエッチングを行い、前記第二台座部以外の部分を掘り込む台座基板準備工程と
   前記中基板の裏面側に前記台座基板の表面側を当接させ、前記第一台座部に前記第二台座部を接合する台座基板接合工程とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の発電素子の製造方法
5. 前記発電素子は、前記重錘体の厚み方向の変位量を制限するストッパとなる第一蓋部分を備え、前記主基板、前記中基板、前記台座基板及び蓋基板が積層されて一体になったものであり、
   前記蓋基板を形成する基材の裏面側に対してエッチングを行い、前記橋梁部及び前記重錘体取り付け部に対応する部分を掘り込んで、前記第一蓋部分となる第一凹部を形成する蓋基板準備工程と、
   前記主基板の表面側に前記蓋基板の裏面側を当接させ、前記周縁部に前記蓋基板の前記第一凹部以外の部分を接合する蓋基板接合工程とを備える請求項４記載の発電素子の製造方法。
6. 前記台座基板準備工程において、前記台座基板を形成する基材の表面側に対してエッチングを行って前記重錘体に対応する部分を掘り込み、前記重錘体の厚み方向の変位量を制限するストッパとなる第二蓋部分となる凹部を形成する請求項４記載の発電素子の製造方法。
7. 前記各工程を経て作製された前記主基板、前記中基板及び前記台座基板で成る積層体は、複数の前記発電素子が多面付けされたものであり、
   前記積層体を分割して個々の発電素子を得る分割工程を備える請求項４記載の発電素子の製造方法。
8. 前記各工程を経て作製された前記主基板、前記中基板、前記台座基板、及び前記蓋基板で成る積層体は、複数の前記発電素子が多面付けされたものであり、
   前記積層体を分割して個々の発電素子を得る分割工程を備える請求項５又は６記載の発電素子の製造方法。
9. 前記主基板の基材はＳＯＩ基材又はシリコン基材であり、前記主基板以外の基板の基材はガラス基材又はシリコン基材である請求項１乃至８のいずれか記載の発電素子の製造方法。

Images