KR101366735B1 - 발전 디바이스 및 그것을 사용한 발전 모듈 - Google Patents

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Abstract

소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있는 발전 디바이스 및 그것을 사용한 발전 모듈을 제공한다. 발전 디바이스(1)는, 발전부(20)가, 압전체(21)의 두께 방향의 양면에 형성되고 서로 대향하는 2개 1조(組)의 전극(22, 23)과 압전체(21)에 있어서 2개 1조의 전극(22, 23)에 협지(挾持)된 부분인 기능부(21a)로 구성되는 복수의 발전 엘리먼트(200)를 가지고 있다. 또한, 발전 디바이스(1)는, 복수의 발전 엘리먼트(200)가, 하나 또는 복수의 제1 발전 엘리먼트(201)와 하나 또는 복수의 제2 발전 엘리먼트(202)로 이루어진다. 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)는, 압전체(21)의 두께 방향을 따른 분극(分極) 방향이 서로 반대 방향이다. 발전부(20)는, 쌍을 이루는 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)가, 압전체(21)의 두께 방향의 동일면 측에 형성된 전극(22, 22)끼리를 접속하는 배선부(24)에 의해 접속되고, 복수의 발전 엘리먼트(200) 모두 직렬로 접속되어 있다.

Description

발전 디바이스 및 그것을 사용한 발전 모듈{POWER GENERATING DEVICE AND POWER GENERATING MODULE USING SAME}
본 발명은, 발전 디바이스 및 그것을 사용한 발전 모듈에 관한 것이다.
압전체(壓電體)를 이용하여 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 디바이스(압전형 진동 발전 디바이스)는, 에너지 수확(Energy Harvesting) 등의 분야에서 주목되어, 각처에서 연구 개발되고 있다[예를 들면, 비특허 문헌 1(R. van Schaijk, et al, 「Piezoelectric AlN energy harvesters for wireless autonomous transducer solutions」, IEEE SENSORS 2008 Conference, 2008, p.45-48), 비특허 문헌 2(S. Roundy and P. K. Wright, 「A piezoelectric vibration based generator for wireless electronics」, Smart Materials and Structures 13, 2004, p.1131-1142) 참조]. 여기서, 비특허 문헌 1에는, 압전체의 재료로서, PZT(Pb(Zr, Ti)O3)에 대하여 기재되어 있고, 비특허 문헌 2에는, 압전체의 재료로서, PZT 및 질화 알루미늄(AlN)에 대하여 기재되어 있다.
그런데, 발전 디바이스는, 압전체의 형태(박막형, 벌크형)에 의해 분류할 수 있다. 여기서, 비특허 문헌 1에는, 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 제조된 박막형 발전 디바이스에 대하여 기재되어 있다. 그리고, 비특허 문헌 2에는, 벌크형 발전 디바이스에 대하여 기재되어 있다.
비특허 문헌 1에 개시된 발전 디바이스는, 도 23에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(300)을 사용하여 형성된 디바이스 기판(301)을 구비하고 있다. 이 디바이스 기판(301)은, 직사각형 프레임형의 지지부(311)와, 지지부(311)의 내측에 배치되고 지지부(311)에 요동(搖動) 가능하게 지지된 캔틸레버(cantilever)부(빔)(312)와, 캔틸레버부(312)의 선단부(先端部)에 설치된 추부(錘部)(313)를 구비하고 있다. 또한, 발전 디바이스는, 디바이스 기판(301)에 있어서의 캔틸레버부(312)에 설치되고 캔틸레버부(312)의 진동에 따라 교류 전압을 발생하는 발전부(320)를 구비하고 있다.
발전부(320)는, 하부 전극(322), 하부 전극(322)에 있어서의 캔틸레버부(312) 측과는 반대측에 형성된 압전막(壓電膜)(321), 및 압전막(321)에 있어서의 하부 전극(322) 측과는 반대측에 형성된 상부 전극(323)으로 구성되어 있다. 즉, 캔틸레버부(312) 상에 하부 전극(322)이 형성되고, 하부 전극(322) 상에 압전막(321)이 형성되며, 압전막(321) 상에 상부 전극(323)이 형성되어 있다. 여기서, 발전부(320)는, 하부 전극(322)이 Pt막에 의해 구성되며, 압전막(321)이 AlN 박막 또는 PZT 박막에 의해 구성되고, 상부 전극(323)이 Al막에 의해 구성되어 있다.
또한, 발전 디바이스는, 제1 유리 기판(400)을 사용하여 형성되고 디바이스 기판(301)의 일표면 측(도 23의 상면 측)에 있어서 지지부(311)가 고착된 제1 커버 기판(401)과, 제2 유리 기판(500)을 사용하여 형성되고 디바이스 기판(301) 타표면 측(도 23의 하면 측)에 있어서 지지부(311)가 고착된 제2 커버 기판(501)을 구비하고 있다.
그리고, 각 커버 기판(401, 501)과, 디바이스 기판(301)의 캔틸레버부(312)와 추부(313)로 이루어지는 가동부의 사이에는, 상기 가동부의 변위 공간(426, 526)이 형성되어 있다.
또한, 비특허 문헌 2에 기재된 발전 디바이스는, 지지부, 지지부에 요동 가능하게 지지된 캔틸레버부, 및 캔틸레버부에 있어서의 지지부 측과는 반대의 선단부에 설치된 추부를 구비하고 있고, 캔틸레버부가, 두 층의 압전체를 맞붙인 바이몰프 압전 소자에 의해 구성되어 있다.
또한, 비특허 문헌 2에는, 발전 디바이스를 사용한 시스템의 등가 회로 모델로서 도 24가 기재되어 있다.
여기서, 이 등가 회로 모델에 있어서, 발전 디바이스의 등가 회로는, 추부의 질량 또는 관성에 상당하는 등가 인덕턴스 Lm과, 기계적인 덤핑에 상당하는 등가 저항 Rb와, 기계적인 강성(stiffness)에 상당하는 등가 컨덴서 Ck와, 외부 진동을 부여할 경우에 발생하는 등가 응력 σin과, 트랜스포머의 등가 권취수비 n과, 발전부에 의해 구성되는 컨덴서 Cb를 사용하여 나타내고 있다. 또한, 이 등가 회로 모델에는, 4개의 다이오드 D1, D2, D3, D4가 브리지 접속되어 이루어지고 발전 디바이스의 출력 전압 v를 전파(全波) 정류하는 전파 정류 회로와, 전파 정류 회로의 출력단 사이에 접속된 축전용 컨덴서 Cst가 기재되어 있다.
그런데, 비특허 문헌 1에 기재된 발전 디바이스와 같은 박막형 발전 디바이스는, 비특허 문헌 2에 기재된 벌크형 발전 디바이스에 비해, 소형화를 도모할 수 있지만, 한편으로는 출력 전압이 저하되므로, 출력 전압의 고출력화가 요구된다. 또한, 비특허 문헌 1에 기재된 발전 디바이스를 사용하여 직류 전압을 출력하는 발전 모듈을 구축할 경우, 비특허 문헌 2와 같이 전파 정류 회로를 발전 디바이스의 출력단 사이에 접속한 구성으로 하는 것도 고려할 수 있지만, 이 경우에도, 출력 전압의 고출력화가 요구된다.
R. van Schaijk, et al, 「Piezoelectric AlN energy harvesters for wireless autonomous transducer solutions」, IEEE SENSORS 2008 Conference, 2008, p.45-48 S. Roundy and P. K. Wright, 「A piezoelectric vibration based generator for wireless electronics」, Smart Materials and Structures 13, 2004, p.1131-1142
본 발명은 전술한 사유를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있는 발전 디바이스 및 그것을 사용한 발전 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 발전 디바이스는, 지지부, 상기 지지부에 요동 가능하게 지지된 캔틸레버부, 및 상기 캔틸레버부에 있어서의 상기 지지부 측과는 반대의 선단부에 설치된 추부를 가지는 기판과, 상기 캔틸레버부에 설치되고 상기 캔틸레버부의 진동에 따라 교류 전압을 발생하는 발전부를 구비하고, 상기 발전부는, 압전체의 두께 방향의 양면에 형성되고 서로 대향하는 2개 1조(組)의 전극과 상기 압전체에 있어서 상기 2개 1조의 전극에 협지(挾持)된 부분인 기능부로 구성되는 복수의 발전 엘리먼트를 가지고, 상기 복수의 발전 엘리먼트는, 하나 또는 복수의 제1 발전 엘리먼트와 하나 또는 복수의 제2 발전 엘리먼트로 이루어지고, 상기 제1 발전 엘리먼트와 상기 제2 발전 엘리먼트는 상기 두께 방향을 따른 분극(分極) 방향이 서로 반대 방향이며, 상기 발전부에서는, 쌍을 이루는 상기 제1 발전 엘리먼트와 상기 제2 발전 엘리먼트가 상기 두께 방향의 같은 면 측에 형성된 상기 전극끼리를 접속하는 배선부에 의해 접속되고, 상기 복수의 발전 엘리먼트 모두 직렬로 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 발전 디바이스에 있어서, 상기 2개 1조의 전극 중 상기 압전체를 바탕부로 하는 상기 전극이, 시트 전극으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 발전 디바이스에 있어서, 상기 기판은, 상기 캔틸레버부에 있어서의 상기 각 발전 엘리먼트의 형성 부위에 상기 기능부의 일부가 매설되는 매립공이 형성되어 이루어지고, 상기 압전체는, 자기 평탄화막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 발전 디바이스에 있어서, 상기 발전부에서는, 상기 제1 발전 엘리먼트와 상기 제2 발전 엘리먼트가 교대로 접속되는 형태로, 상기 복수의 발전 엘리먼트 모두 직렬로 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이 발전 디바이스에 있어서, 서로 접속되는 상기 제1 발전 엘리먼트와 상기 제2 발전 엘리먼트는, 상기 두께 방향의 같은 면 측에 형성된 상기 전극끼리, 배선부에 의해 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이 발전 디바이스에 있어서, 상기 복수의 발전 엘리먼트의 모든 기능부가, 1개의 압전체로 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 발전 모듈은, 상기 발전 디바이스와, 상기 발전 디바이스가 실장된 회로 기판을 구비하고, 상기 회로 기판에, 상기 발전 디바이스의 출력 전압을 배전압(倍電壓) 정류하는 양파(兩波) 배전압 정류 회로가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발전 디바이스에 있어서는, 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
본 발명의 발전 모듈에 있어서는, 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
도 1은 실시예 1의 발전 디바이스를 나타내고, 도 1의 A는 개략 평면도, 도 1의 B는 도 1의 A의 A-A'선을 따라 절단한 개략 단면도, 도 1의 C는 도 1의 A의 B-B'선을 따라 절단한 개략 단면도이다.
도 2의 A∼도 2의 C는, 실시예 1의 발전 디바이스의 제조 방법의 설명도이다.
도 3의 A∼도 3의 C는, 실시예 1의 발전 디바이스의 제조 방법의 설명도이다.
도 4의 A∼도 4의 B는, 실시예 1의 발전 디바이스의 제조 방법의 설명도이다.
도 5는 참고예 1의 발전 디바이스를 나타내고, 도 5의 A는 개략 평면도, 도 5의 B는 도 5의 A의 A-A'선을 따라 절단한 개략 단면도이다.
도 6은 참고예 1의 발전 디바이스의 출력 전압의 파형도이다.
도 7은 참고예 1의 발전 디바이스의 등가 회로 모델도이다.
도 8은 참고예 1의 발전 디바이스에 있어서의 개방 전압의 전압 파형의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시예 1의 발전 디바이스의 등가 회로 모델도이다.
도 10은 실시예 1의 발전 디바이스에 있어서의 개방 전압의 전압 파형의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시예 1의 발전 모듈의 개략 평면도이다.
도 12는 실시예 1의 발전 모듈의 등가 회로 모델도이다.
도 13은 실시예 1의 발전 모듈의 충전 특성의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타낸 도면이다.
도 14는 참고예 2의 발전 모듈의 회로도이다.
도 15는 참고예 2의 발전 모듈의 등가 회로 모델도이다.
도 16은 참고예 2의 발전 모듈의 충전 특성의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타낸 도면이다.
도 17은 참고예 3의 발전 모듈의 등가 회로 모델도이다.
도 18은 참고예 3의 발전 모듈의 충전 특성의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19는 실시예 2의 발전 디바이스의 개략 분해 사시도이다.
도 20은 실시예 2의 발전 디바이스에 있어서의 제1 커버 기판의 주요부 단면도이다.
도 21은 실시예 3의 발전 디바이스의 개략 평면도이다.
도 22는 실시예 3의 발전 디바이스를 나타내고, 도 21의 A-A'선을 따라 절단한 개략 단면도이다.
도 23은 종래예의 발전 디바이스의 개략 단면도이다.
도 24는 다른 종래예의 발전 디바이스의 등가 회로 모델도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 기술한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기술 및 첨부 도면에 의해 한층 잘 이해될 수 있다.
(실시예 1)
이하, 본 실시예의 발전 디바이스에 대하여 도 1에 기초하여 설명한다.
발전 디바이스(1)는, 지지부(11), 지지부(11)에 요동 가능하게 지지된 캔틸레버부(12), 및 캔틸레버부(12)에 있어서의 지지부(11) 측과는 반대의 선단부에 설치된 추부(13)를 가지는 디바이스 기판(10)과, 캔틸레버부(12)에 설치되고 캔틸레버부(12)의 진동에 따라 교류 전압을 발생하는 발전부(20)를 구비하고 있다.
디바이스 기판(10)은, 기판(10a)을 사용하여 형성되어 있다. 기판(10a)으로서는, 일표면(제1면)이 (100)면인 단결정(單結晶) 실리콘 기판을 사용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 다결정 실리콘 기판일 수도 있다. 디바이스 기판(10)에 있어서, 기판(10a)의 제1면 상에는, 실리콘 산화막으로 이루어지는 제1 절연막(10b)이 형성되어 있다. 그리고, 제1 절연막(10b) 상에, 발전부(20)가 형성되어 있다. 즉, 기판(10a)과 발전부(20)는, 기판(10a)의 제1면 측에 형성된 실리콘 산화막으로 이루어지는 제1 절연막(10b)에 의해, 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 디바이스 기판(10)은, 기판(10a)의 제2면 측(제1면과 반대측)에, 실리콘 산화막으로 이루어지는 제2 절연막(10c)이 형성되어 있다. 단, 제2 절연막(10c)은, 반드시 설치할 필요는 없다. 기판(10a)으로서는, 실리콘 기판으로 한정되지 않고, 예를 들면, SOI(Silicon on Insulator) 기판, 산화 마그네슘(MgO) 기판, 금속 기판, 유리 기판, 폴리머 기판 등을 사용할 수도 있다. 기판(10a)으로서, MgO 기판이나 유리 기판이나 폴리머 기판 등의 절연성 기판을 사용하는 경우, 제1 절연막(10b)도 설치할 필요가 없다.
디바이스 기판(10)은, 지지부(11)가, 프레임형(여기서는, 직사각형 프레임형)으로 형성되고, 캔틸레버부(12) 및 추부(13)가, 지지부(11)의 내측에 배치되어 있다. 캔틸레버부(12)의 두께(도 1의 B에 있어서의 상하 방향의 두께)는, 추부(13)의 두께보다 얇다. 캔틸레버부(12) 및 추부(13)가, 디바이스 기판(10)의 가동부[지지부(11)에 대하여 요동 가능한 부분]를 구성한다. 여기서, 디바이스 기판(10)은, 캔틸레버부(12)와 추부(13)로 구성되는 가동부를 둘러싸는, 평면에서 볼 때 U자형의 슬릿(10d)이 형성됨으로써, 캔틸레버부(12)에 있어서의 지지부(11)와의 연결 부위 이외의 부분이, 지지부(11)와 공간적으로 분리되어 있다. 즉, 도 1의 A에 나타낸 바와 같이, 캔틸레버부(12)는 평면에서 볼 때 직사각형으로 형성되어 있고, 그 한 변(도 1의 A의 좌측의 변)만이 지지부(11)에 결합되어 있다. 또한, 추부(13)는 지지부(11)와 공간적으로 분리되어 있다. 이로써, 가동부[캔틸레버부(12) 및 추부(13)]는, 지지부(11)에 대하여 요동 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 지지부(11)는, 캔틸레버부(12)를 요동 가능하게 지지할 수 있는 형상이면 되고, 반드시 프레임형일 필요는 없다.
발전부(20)는, 디바이스 기판(10)의 제1면 측[(도 1의 B의 상측]에 형성되어 있다. 발전부(20)는, 디바이스 기판(10)의 제1면 상에 형성되어 있다. 발전부(20)는, 압전체(21)의 두께 방향(도 1의 B, C에 있어서의 상하 방향)의 양면에 형성되고 서로 대향하는 2개 1조의 전극(22, 23)과, 압전체(21)에 있어서 2개 1조의 전극(22, 23)에 협지된 부분인 기능부(21a)로 구성되는 복수(본 실시예에서는 2개)의 발전 엘리먼트(200)를 가지고 있다. 복수의 발전 엘리먼트(200) 각각은, 압전체(21)의 두께 방향의 양면에 형성되고 서로 대향하는 2개 1조의 전극(22, 23)과, 압전체(21)에 있어서 2개 1조의 전극(22, 23)에 협지된 부분인 기능부(21a)로 구성된다. 즉, 복수의 발전 엘리먼트(200) 각각은, 2개 1조의 전극(22, 23) 중 한쪽 전극인 하측 전극(22)과, 압전체(21)의 일부로 이루어지는 기능부(21a)와, 2개 1조의 전극(22, 23) 중 다른 쪽 전극인 상측 전극(23)으로 이루어진다. 전극(22)은, 디바이스 기판(10) 상에 형성된다. 기능부(21a)는, 전극(22) 상에 형성된다. 전극(23)은, 기능부(21a) 상에 형성된다. 본 실시예의 발전 엘리먼트(200)는, 압전체(21)의 두께 방향(도 1의 A의 전후 방향)으로부터 보았을 때 직사각형으로 형성되어 있다. 복수의 발전 엘리먼트(200)는, 압전체(21)의 두께 방향을 따른 분극 방향이 서로 반대 방향인 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)로 이루어진다. 즉, 복수(본 실시예에서는 2개)의 발전 엘리먼트(200)는, 하나 또는 복수(본 실시예에서는 1개)의 제1 발전 엘리먼트(201)와, 하나 또는 복수(본 실시예에서는 1개)의 제2 발전 엘리먼트로 이루어진다. 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)는, 압전체(21)의 두께 방향을 따른 분극 방향이 서로 반대 방향으로 되도록 구성되어 있다. 도 1의 C에 있어서는, 좌측 발전 엘리먼트(201)의 분극 방향이 상 방향, 우측의 발전 엘리먼트(202)의 분극 방향이 하 방향이다. 즉, 도 1의 C에 있어서는, 좌측의 발전 엘리먼트(201)의 기능부(211a)의 분극 방향이 상 방향, 우측의 발전 엘리먼트(202)의 기능부(212a)의 분극 방향이 하 방향이다. 따라서, 제1 발전 엘리먼트(201)에 의해 구성되는 컨덴서의 극성은, 도 1의 C에 있어서의 상측 전극(23)(231)이 플러스, 하측 전극(22)(221)이 마이너스가 된다. 이에 비해, 제2 발전 엘리먼트(202)에 의해 구성되는 컨덴서의 극성은, 도 1의 C에 있어서의 하측 전극(22)(222)이 플러스, 상측 전극(23)(232)이 마이너스로 된다.
발전부(20)에서는, 쌍을 이루는 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)가 압전체(21)의 두께 방향의 같은 면 측에 형성된 전극(22, 22)끼리를 접속하는 배선부(24)에 의해 접속되고, 복수의 발전 엘리먼트(200)는 모두 직렬로 접속되어 있다. 즉, 발전부(20)에서는, 서로 접속되는 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)가, 압전체(21)의 두께 방향의 같은 면 측에 형성된 전극끼리가, 이들 전극이 형성된 면 측에서, 배선부에 의해 접속되어 있다. 복수의 발전 엘리먼트(200)는, 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)가 교대로 접속되는 형태로, 직렬로 접속되어 있다.
발전부(20)에서는, 각 발전 엘리먼트(200)가, 전극(22)[이하, 하부 전극(22)이라고도 함]과 기능부(21a)와 전극(23)[이하, 상부 전극(23)이라고도 함]을 가지는 압전 변환부에 의해 구성되어 있으므로, 캔틸레버부(12)의 진동에 의해 발전부(20)의 압전체(21)[기능부(21a)]가 응력을 받아 상부 전극(23)과 하부 전극(22)으로 전하가 치우치게 되고, 각 발전 엘리먼트(200)에 있어서 교류 전압이 발생한다. 요컨대, 본 실시예의 발전 디바이스(1)는, 발전부(20)가 압전 재료의 압전 효과를 이용하여 발전하는 압전형 진동 발전 디바이스이다. 여기서 각 발전 엘리먼트(200)는, 서로 반대 극성끼리 접속되어 있다. 따라서, 발전부(20)의 발생 전압은, 발전 엘리먼트(200) 각각에서 발생하는 교류 전압을 합친 전압이 된다.
발전부(20)는, 제1 발전 엘리먼트(201)의 하부 전극(221)과 배선부(24)와 제2 발전 엘리먼트(202)의 하부 전극(222)이 연속된 형상이며, 제1 발전 엘리먼트(201)의 하부 전극(221)과 배선부(24)와 제2 발전 엘리먼트(202)의 하부 전극(222)으로 구성되는 제1 금속층(22a)의 평면 형상이 직사각형으로 되어 있다. 이에 비해, 제1 발전 엘리먼트(201)의 상부 전극(231)과 제2 발전 엘리먼트(202)의 상부 전극(232) 각각은, 제1 금속층(22a)의 평면 형상을 캔틸레버부(12)의 연장 방향을 따른 중심선으로 2등분한 직사각형보다 평면 사이즈가 약간 작은 직사각형으로 형성된다. 제1 발전 엘리먼트(201)의 상부 전극(231)과 제2 발전 엘리먼트(202)의 상부 전극(232)은, 캔틸레버부(12)의 폭 방향(도 1의 C의 좌우 방향)에 있어서 서로 이격되어 형성되어 있다. 또한, 압전체(21)의 평면 형상은, 제1 금속층(22a)보다 평면 사이즈가 약간 작고, 또한 2개의 상부 전극(23, 23)과 후술하는 절연층(25) 중 양쪽 상부 전극(23, 23) 사이에 개재하는 부위를 합친 직사각형보다 약간 큰 직사각형으로 형성되어 있다.
압전체(21)의 압전 재료로서는, PZT(Pb(Zr, Ti)O3)를 채용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, PZT-PMN(Pb(Mn, Nb)O3)이나 그 외의 불순물을 첨가한 PZT일 수도 있다. 또한, 압전 재료는, AlN, ZnO, KNN(K0 .5Na0 .5NbO3)이나, KN(KNbO3), NN(NaNbO3), KNN에 불순물(예를 들면, Li, Nb, Ta, Sb, Cu 등)을 첨가한 것 등일 수도 있다. 그리고, 본 실시예에서는, 복수의 발전 엘리먼트(200)의 모든 기능부(21a)가, 1개의 압전체(21)로 형성되어 있다. 즉, 복수의 발전 엘리먼트(200)의 기능부(21a)는, 단일 압전체(21)의 일부분으로 이루어진다. 이로써, 복수의 발전 엘리먼트(200)의 특성을 거의 동일하게 할 수 있어, 균일한 디바이스를 작성할 수 있다.
하부 전극(22)의 재료로서는, Pt를 채용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, Au, Al, Ir 등이라도 된다. 또한, 상부 전극(23)의 재료로서는, Au를 채용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, Mo, Al, Pt, Ir 등이라도 된다.
본 실시예의 발전 디바이스(1)에서는, 하부 전극(22)의 두께를 500nm, 압전체(21)의 두께를 600nm, 상부 전극(23)의 두께를 100nm로 설정하고 있지만, 이들 수치는 일례이며 특별히 한정하는 것은 아니다. 단, 제조 시에 있어서, 압전체(21)에는 핀홀이 형성되는 경우가 있다. 그러므로, 2개 1조의 전극(22, 23) 중 압전체(21)를 바탕부로 하여 형성되는 상부 전극(23)의 두께는, 압전체(21)의 두께보다 작게 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 제조 시에, 상부 전극(23)을 압전체(21) 상에 스퍼터법 등에 의해 형성할 때, 압전체(21)에 핀홀이 존재하고 있으므로, 상부 전극(23)의 전극 재료가 핀홀에 들어간 경우라도, 압전체(21) 상의 상부 전극(23)과 압전체(21)의 바탕부의 하부 전극(22) 사이의 단락이 발생하는 것을 억제할 수 있게 되어, 제조 시의 수율의 향상에 의한 저비용화를 도모할 수 있고, 또한 신뢰성이 향상된다.
또한, 상부 전극(23)은, 스퍼터법, CVD법, 증착법 등의 박막 형성 기술에 의해 성막한 후, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용하여 패터닝함으로써 형성된 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 압전체(21)를 바탕부로 하는 상부 전극(23)으로서, 시트 전극(전극 시트로도 불리고 있음)을 이용하면, 압전체(21) 상에 상부 전극(23)을 성막할 때 핀홀 내에 전극 재료가 들어가는 문제가 없어져, 압전체(21) 상의 상부 전극(23)과 압전체(21)의 바탕부의 하부 전극(22) 사이의 단락이 발생하는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있게 된다.
압전체(21) 상에 시트 전극으로 이루어지는 상부 전극(23)을 설치하는 방법으로서는, 예를 들면, 진공 라미네이트법 등을 채용하면 된다. 그리고, 시트 전극으로서는, 예를 들면, 알루미늄박 등의 금속박을 사용할 수도 있고, 라미네이트용 시트에 전극 재료를 스퍼터법 등에 의해 피착시킨 것을 사용할 수도 있다.
발전 디바이스(1)는, 디바이스 기판(10)과 하부 전극(22)의 사이에 완충층을 설치한 구조라도 된다. 완충층의 재료는, 압전체(21)의 압전 재료에 따라 적절하게 선택하면 되며, 압전체(21)의 압전 재료가 PZT인 경우에는, 예를 들면, SrRuO3, (Pb, La)TiO3, PbTiO3, MgO, LaNiO3 등을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 완충층은, 예를 들면, Pt막과 SrRuO3막의 적층막에 의해 구성해도 된다. 그리고, 완충층을 형성함으로써, 압전체(21)의 결정성을 향상시킬 수 있게 된다.
디바이스 기판(10)의 제1면 측에는, 모든 발전 엘리먼트(200)의 직렬 회로에 있어서의 일단의 전극(231)[도 1의 A의 상측；도 1의 C의 좌측의 전극(231)]에 제1 금속 배선(26a)을 통하여 전기적으로 접속된 제1 패드(27a)와, 상기 직렬 회로에 있어서의 타단의 전극(232)[도 1의 A의 하측； 도 1의 C의 우측의 전극(232)]에 제2 금속 배선(26b)을 통하여 전기적으로 접속된 제2 패드(27b)가 형성되어 있다. 여기서, 각 패드(27a, 27b)는, 디바이스 기판(10)에 있어서, 지지부(11)에 대응하는 부위[디바이스 기판(10) 중 지지부(11) 상]에 형성되어 있다. 본 실시예의 발전 디바이스(1)는, 제1 패드(27a) 및 제2 패드(27b) 각각이 출력 단자 T1, T1을 구성하고 있다.
각 금속 배선(26a, 26b) 및 각 패드(27a, 27b)의 재료로서는, Au를 채용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, Mo, Al, Pt, Ir 등이라도 된다. 그리고, 본 실시예에서는, 각 금속 배선(26a, 26b) 및 각 패드(27a, 27b)의 재료와 상부 전극(23)의 재료를 동일하게 하고 있고, 각 금속 배선(26a, 26b) 및 각 패드(27a, 27b)와, 각 상부 전극(23)을 동시에 형성하고 있다. 따라서, 금속 배선(26a, 26b)과 패드(27a, 27b)와 상부 전극(23)에서 재료가 상이한 경우에 비해, 제조 프로세스의 간략화에 의한 저비용화가 가능하게 된다.
또한, 디바이스 기판(10)의 제1면 측에는, 각 상부 전극(23, 23) 각각에서의 압전체(21)과의 접촉 부위의 면적을 규정하는 개구부(25a, 25a)를 가지는 전술한 절연층(25)이 형성되어 있다. 이 절연층(25)은, 디바이스 기판(10)의 제1면 상[제1 절연막(10b) 상]까지 연장되어 있고, 압전체(21)의 측면 및 제1 금속층(22a)의 측면을 전체 주위에 걸쳐 덮고 있다. 따라서, 제1 금속 배선(26a) 및 제2 금속 배선(26b)이 제1 금속층(22a)과 단락하는 것을 방지할 수 있게 된다. 그리고, 절연층(25)은, 실리콘 산화막에 의해 구성되어 있지만, 실리콘 산화막으로 한정되지 않으며, 예를 들면, 실리콘 질화막에 의해 구성될 수도 있다.
이하에서, 본 실시예의 발전 디바이스(1)의 제조 방법에 대하여 도 2∼도 4에 기초하여 설명한다. 그리고, 도 2∼도 4의 각각에 있어서, 상단은 개략 평면도, 하단은 개략 단면도이다.
먼저, 실리콘 기판으로 이루어지는 기판(10a)의 제1면 측 및 제2면 측 각각에 실리콘 산화막으로 이루어지는 절연막(10b, 10c)을 형성하는 절연막 형성 공정을 행함으로써, 도 2의 A에 나타내는 구조를 얻는다. 절연막 형성 공정에 있어서 절연막(10b, 10c)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 열산화법을 채용하면 되지만, 이것으로 한정되지 않고, CVD법 등을 채용할 수도 있다.
전술한 절연막 형성 공정 후, 기판(10a)의 제1면 측의 전체면에 각 하부 전극(22, 22)과 배선부(24)로 이루어지는 제1 금속층(22a)의 기초가 되는 금속막(22b)을 형성하는 금속막 형성 공정을 행한다. 이어서, 기판(10a)의 제1면 측의 전체면에 압전체(21)의 기초가 되는 압전막(예를 들면, PZT 박막 등)(21b)을 형성하는 압전막 형성 공정을 행함으로써, 도 2의 B에 나타내는 구조를 얻는다. 금속막 형성 공정에 있어서 금속막(22b)을 형성하는 방법으로서는, 스퍼터법을 채용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, CVD법이나 증착법 등을 채용해도 된다. 또한, 압전막 형성 공정에 있어서 압전막(21b)을 형성하는 방법으로서는, 스퍼터법을 채용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, CVD법이나 졸겔법 등을 채용할 수도 있다.
전술한 압전막 형성 공정 후, 압전막(21b)을 패터닝함으로써 압전막(21b)의 일부에 의해 이루어지는 압전체(21)를 형성하는 압전막 패터닝 공정을 행함으로써, 도 2의 C에 나타내는 구조를 얻는다. 압전막 형성 공정에서는, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용하여 압전막(21b)을 패터닝한다.
전술한 압전막 형성 공정 후, 전술한 금속막(22b)을 패터닝함으로써 각각 금속막(22b)의 일부에 의해 이루어지는 제1 금속층(22a)[각 하부 전극(22) 및 배선부(24)]을 형성하는 금속막 패터닝 공정을 행함으로써, 도 3의 A에 나타내는 구조를 얻는다. 금속막 패터닝 공정에서는, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용하여 금속막(22b)을 패터닝한다. 그리고, 본 실시예에서는, 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)를 1개씩 형성하므로, 제1 금속층(22a)을 1개만 형성하고 있다. 제1 발전 엘리먼트(201) 및/또는 제2 발전 엘리먼트(202)를 복수개 형성하는 경우에는, 제1 금속층(22a)을 복수개 형성한다.
전술한 금속막 패터닝 공정 후, 기판(10a)의 제1면 측에 절연층(25)을 형성하는 절연층 형성 공정을 행함으로써, 도 3의 B에 나타내는 구조를 얻는다. 절연층 형성 공정에서는, 기판(10a)의 제1면 측의 전체면에 절연층(25)을 CVD법 등에 의해 성막한 후, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용하여 패터닝할 때 개구부(25a, 25a)를 형성한다. 절연층 형성 공정에서는, 개구부(25a, 25a)를 가지는 절연층(25)을, 리프트 오프법을 이용하여 형성할 수도 있다.
전술한 절연층 형성 공정 후, 각 상부 전극[23(231), 23(232)]을 형성하는 상부 전극 형성 공정과 동시에 각 금속 배선(26a, 26b) 및 각 패드(27a, 27b)를 형성하는 배선 형성 공정을 행함으로써, 도 3의 C에 나타내는 구조를 얻는다. 상부 전극 형성 공정에서는, 각 상부 전극(23, 23)을, 예를 들면, 스퍼터법이나 CVD법 등의 박막 형성 기술과, 포토리소그래피 기술과, 에칭 기술을 이용하여 형성한다. 또한, 배선 형성 공정에서는, 각 금속 배선(26a, 26b) 및 각 패드(27a, 27b)를, 예를 들면, 스퍼터법이나 CVD법 등의 박막 형성 기술과, 포토리소그래피 기술과, 에칭 기술을 이용하여 형성한다.
전술한 배선 형성 공정 후, 양 패드(27a, 27b) 사이를 통전시킴으로써 압전체(21)에 있어서 전극(22, 23)에 의해 협지되어 있는 부분을 분극 처리(폴링 처리)하는 분극 처리 공정을 행한다. 이 분극 처리 공정을 행함으로써, 제1 발전 엘리먼트(201) 및 제2 발전 엘리먼트(202) 각각의 기능부[21a(211a), 21a(212a)]가 형성된다.
전술한 분극 처리 공정 후, 기판(10a)의 제1면 측으로부터 캔틸레버부(12), 추부(13) 및 지지부(11) 이외의 부위[전술한 슬릿(10d) 형성 예정 영역]를 캔틸레버부(12)의 두께에 대응하는 부분만큼 에칭함으로써 홈(10e)을 형성하는 홈 형성 공정을 행함으로써, 도 4의 A에 나타내는 구조를 얻는다. 홈 형성 공정에서는, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술 등을 이용하여 홈(10e)을 형성한다.
전술한 홈 형성 공정 후, 기판(10a)의 제2면 측으로부터 추부(13) 및 지지부(11) 이외의 부위[전술한 슬릿(10d) 및 캔틸레버부(12) 형성 예정 영역]를 에칭함으로써 추부(13) 및 지지부(11)와 함께 캔틸레버부(12)를 형성하는 캔틸레버부 형성 공정을 행함으로써, 도 4의 B에 나타내는 구조의 발전 디바이스(1)를 얻는다. 캔틸레버부 형성 공정에서는, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술 등을 이용하여, 추부(13) 및 지지부(11)와 함께 캔틸레버부(12)를 형성한다. 그리고, 이 캔틸레버 형성 공정에 있어서, 슬릿(10d)이 형성된다.
디바이스 기판(10)과 발전부(20)를 구비한 발전 디바이스(1)의 제조 시에는, 캔틸레버부 형성 공정이 종료될 때까지 웨이퍼 레벨로 행한 후, 다이싱 공정을 행함으로써 하나하나의 발전 디바이스(1)로 분할하도록 하고 있다.
그런데, 본원 발명자들은, 본 실시예의 발전 디바이스(1)를 제조하기 전에, 도 5의 A, 도 5의 B에 나타내는 참고예 1의 발전 디바이스(1')를 시작(試作)했다. 그리고, 참고예 1의 발전 디바이스(1')에 있어서, 본 실시예의 발전 디바이스(1)와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
참고예 1의 발전 디바이스(1')는, 실시예 1과 거의 동일한 기본 구성을 가지고 있으나, 발전부(20)가 1개의 발전 엘리먼트(200)만에 의해 구성되며, 제2 패드(27b)가 하부 전극(22)에 접속되어 있는 점이 상이하다.
그러나, 참고예 1의 발전 디바이스(1')에서는, 상기 발전 디바이스(1')의 공진 주파수를 750Hz로 설정한 경우, 개방 전압으로서 도 6에 나타낸 바와 같이, 최대값이 0.07V 정도인 교류 전압 밖에 얻을 수 없었다. 그리고, 발전 디바이스(1')의 개방 전압은, 압전체(21)의 진동에 맞추어 정현파형의 교류 전압이 된다.
또한, 본원 발명자들은, 연구를 거듭한 결과, 참고예 1의 발전 디바이스(1')에 대하여, 양 패드(27a, 27b)가 개방된 상태를 도 7과 같은 등가 회로 모델로 나타내는 것에 의해, 등가 회로 모델의 출력 특성(개방 전압)이 실험 결과의 출력 특성(개방 전압)과 정합한다는 지견(知見)을 얻었다. 도 7의 등가 회로 모델에서는, 발전 디바이스(1')를, 교류 전류원 i0와, 발전부(20)의 용량 성분에 의해 구성되는 컨덴서 C0와, 발전부(20)의 저항 성분에 의해 구성되는 저항 R0의 병렬 회로로 나타내고 있다. 여기서, 교류 전류원 i0의 주파수는, 외부 진동의 주파수가 발전 디바이스(1)의 공진 주파수와 일치할 때는, 발전 디바이스(1)의 공진 주파수와 동일하게 된다. 그리고, 외부 진동으로서는, 예를 들면, 가동중인 FA 기기에서 발생하는 진동, 차량의 주행에 의해 발생하는 진동, 사람의 보행에 의해 발생하는 진동 등, 각종 환경 진동이 있지만, 본 실시예에서는, 외부 진동을 발생하는 외부 진동원으로서, 예를 들면, 주파수 475Hz 정도의 진동을 발생하는 FA 기기를 상정하고 있다.
참고예 1의 발전 디바이스(1')에 있어서, 공진 주파수를 475Hz로 한 참고예 1에 대하여, 개방 전압 Voc의 전압 파형의 시뮬레이션 결과를 도 8에 나타낸다. 이 개방 전압 Voc의 전압 파형의 최대값은 1.15V였다.
그런데, 본 실시예의 발전 디바이스(1)의 등가 회로 모델은, 도 9와 같이 된다. 도 9의 등가 회로 모델에서는, 제1 발전 엘리먼트(201)를, 교류 전류원 i1과, 제1 발전 엘리먼트(201)의 용량 성분에 의해 구성되는 컨덴서 C1과, 제1 발전 엘리먼트(201)의 저항 성분에 의해 구성되는 저항 R1의 병렬 회로로 나타내고 있다. 또한, 이 등가 회로 모델에서는, 제2 발전 엘리먼트(202)를, 교류 전류원 i2와, 제2 발전 엘리먼트(202)의 용량 성분에 의해 구성되는 컨덴서 C3와, 제2 발전 엘리먼트(202)의 저항 성분에 의해 구성되는 저항 R3의 병렬 회로로 나타내고 있다. 여기서, 교류 전류원 i1, i2의 주파수는, 외부 진동의 주파수가 발전 디바이스(1)의 공진 주파수와 일치할 때는, 발전 디바이스(1)의 공진 주파수와 동일하게 된다. 또한, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에서는, 발전부(20)에 있어서, 컨덴서 C1과 컨덴서 C3가 직렬로 접속되어 있다.
본 실시예의 발전 디바이스(1)에 있어서, 발전부(20) 이외의 구조 파라미터를, 도 8의 시뮬레이션 결과가 얻어진 참고예 1과 동일하게 하고, 또한 압전체(21)의 두께를 동일하게 하여, 컨덴서 C1, C3의 용량을 컨덴서 C0의 1/2로 한 경우의 개방 전압 Voc의 시뮬레이션 결과를 도 10에 나타낸다. 이 개방 전압 Voc의 전압 파형의 최대값은 2.3V였다. 요컨대, 시뮬레이션 결과에 있어서, 본 실시예의 발전 디바이스(1)의 개방 전압 Voc는, 참고예 1의 발전 디바이스(1')의 개방 전압 Voc의 2배였다. 이 경우에, 발전부(20)의 용량은, 직렬로 접속되어 있는 컨덴서 C1, C3의 합성 용량이 되므로, 컨덴서 C0의 용량의 1/4이 된다.
이상 설명한 본 실시예의 발전 디바이스(1)는, 발전부(20)가, 압전체(21)의 두께 방향의 양면에 형성되고 서로 대향하는 2개 1조의 전극(22, 23)과 압전체(21)에 있어서 2개 1조의 전극(22, 23)에 협지된 부분인 기능부(21a)로 구성되는 복수의 발전 엘리먼트(200)를 가지고 있다. 또한, 본 실시예의 발전 디바이스(1)는, 복수의 발전 엘리먼트(200)가, 압전체(21)의 두께 방향을 따른 분극 방향이 서로 반대 방향인 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)로 이루어진다. 그리고, 본 실시예의 발전 디바이스(1)는, 발전부(20)에 있어서, 쌍을 이루는 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)가, 압전체(21)의 두께 방향의 같은 면 측에 형성된 전극(22, 22)끼리를 접속하는 배선부(24)에 의해 접속되고, 복수의 발전 엘리먼트(200) 모두 직렬로 접속되어 있다. 따라서, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에서는, 참고예의 발전 디바이스(1')나 도 23에 나타낸 종래예의 발전 디바이스에 비해, 칩 사이즈를 변경하지 않고 발전부(20)의 개방 전압 Voc를 증가시킬 수 있기 때문에, 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 발전 디바이스(1)는, 전술한 바와 같이, 상부 전극(23)과 압전체(21)가 접하는 영역을 규정하면서, 상부 전극(23)과 하부 전극(22)의 단락을 방지하는 절연층(25)이 디바이스 기판(10)의 제1면 측에 있어서 지지부(11) 상까지 연장되어 있다. 또한, 발전 디바이스(1)는, 평면에서 볼 때, 제1 금속층(22a)의 외주선의 내측에 압전체(21)가 위치하고, 압전체(21)의 외주선의 내측에 상부 전극(23, 23)이 위치하고 있으므로, 하부 전극(22)과 압전체(21)와 상부 전극(23)이 동일한 평면 사이즈인 경우에 비해, 각 금속 배선(26a, 26b)의 바탕부로 되는 부분의 단차를 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에서는, 각 금속 배선(26a, 26b)의 단선의 발생을 억제할 수 있게 되어, 제조 수율의 향상 및 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에서는, 전술한 제조 방법에서도 설명한 바와 같이, 기판(10a)의 제1면 측의 전체면에 제1 금속층(22a)을 형성한 후, 기판(10a)의 제1면 측의 전체면에 압전체(21)의 기초로 되는 압전막(21b)을 형성하고 나서, 상기 압전막(21b)을 패터닝함으로써 상기 압전막(21b)의 일부에 의해 이루어지는 압전체(21)를 형성하는 제조 프로세스를 채용할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에서는, 기판(10a)의 제1면 측에 소정 형상의 각각의 하부 전극(22) 및 배선부(24)를 형성한 후, 압전막(21b)을 형성하고 상기 압전막(21b)을 패터닝함으로써 압전체(21)를 형성하는 제조 프로세스를 채용하는 경우에 비해, 압전체(21)의 결정성을 향상시킬 수 있고, 발전 효율의 향상을 도모할 수 있다.
그리고, 도 1에 나타내는 구성 대신, 제1 발전 엘리먼트(201)의 상부 전극(231)과 제2 발전 엘리먼트(202)의 상부 전극(232)을 배선부에서 접속하고, 제1 발전 엘리먼트(201)의 하부 전극(221)에 제1 금속 배선(26a)을 통하여 제1 패드(27a)를 접속하고, 제2 발전 엘리먼트(202)의 하부 전극(222)에 제2 금속 배선(26b)을 통하여 제2 패드(27b)를 접속하도록 구성할 수도 있다. 이 경우에, 제1 발전 엘리먼트(201)의 하부 전극(221)과 제2 발전 엘리먼트(202)의 하부 전극(222)은, 배선부에 의해 접속되지 않는다. 이 경우에도, 모든 발전 엘리먼트(200)의 직렬 회로에 있어서의 일단의 전극[제1 발전 엘리먼트(201)의 하부 전극(221)]에 제1 패드(27a)가 접속되고, 상기 직렬 회로에 있어서의 타단의 전극[제2 발전 엘리먼트(202)의 하부 전극(222)]에 제2 패드(27b)가 접속되어 있다. 이 구성의 경우, 각 금속 배선(26a, 26b), 각 패드(27a, 27b), 및 각 하부 전극(221, 222)을, 동일한 재료에 의해 동시에 형성할 수도 있다.
다음으로, 전술한 발전 디바이스(1)를 사용한 발전 모듈(2)에 대하여, 도 11 및 도 12에 기초하여 설명한다.
발전 모듈(2)은, 발전 디바이스(1)와, 발전 디바이스(1)가 실장된 회로 기판(3)을 구비하고 있다. 이 회로 기판(3)에는, 발전 디바이스(1)의 출력 전압을 배전압 정류하는 양파 배전압 정류 회로(4)(도 12 참조)가 설치되어 있다. 회로 기판(3)으로서는, 프린트 기판을 사용하고 있다. 또한, 회로 기판(3)에는, 발전 디바이스(1)의 캔틸레버부(12)와 추부(13)로 이루어지는 가동부의 변위 공간을 확보하기 위한 개구부(도시하지 않음)가 상기 회로 기판(3)의 두께 방향으로 관통 형성되어 있다. 그리고, 회로 기판(3)에는, 상기 개구부 대신, 상기 변위 공간을 확보하기 위한 오목부가 형성될 수도 있다.
양파 배전압 정류 회로(4)는, 2개의 다이오드 D1, D3의 직렬 회로와 2개의 컨덴서 C2, C4의 직렬 회로가 병렬로 접속되어 있다. 요컨대, 양파 배전압 정류 회로는, 2개 다이오드 D1, D3와 2개의 컨덴서 C2, C4가 브리지 접속되어 있다. 여기서, 발전 모듈(2)은, 발전 디바이스(1)의 제1 패드(27a)가, 2개의 다이오드 D1, D3의 직렬 회로에 있어서의 양 다이오드 D1, D3의 접속점에 접속되고, 발전 디바이스(1)의 제2 패드(27b)가, 2개의 컨덴서의 직렬 회로 C2, C4에 있어서의 양 컨덴서 C2, C4의 접속점에 접속되어 있다. 각 다이오드 D1, D3로서는, 각각 표면 실장형 다이오드를 사용하고 있다. 또한, 각 컨덴서 C2, C4로서는, 각각 표면 실장형 컨덴서를 사용하고 있다. 따라서, 발전 모듈(2)은, 각 다이오드 D1, D3 및 각 컨덴서 C2, C4로서, 회로 기판(3)의 스루홀에 리드를 삽입하여 실장하는 리드 실장형을 사용하는 경우에 비해, 박형화를 도모할 수 있게 된다.
또한, 발전 모듈(2)은, 2개의 컨덴서 C2, C4의 직렬 회로의 고전위단에 접속된 출력 단자 T2와 저전위단에 접속된 출력 단자 T2의 사이(즉, 2개의 컨덴서 C2, C4의 직렬 회로의 양단 사이)에, 부하(도시하지 않음)를 접속하면, 부하의 전원으로서 기능하게 된다. 부하로서는, 예를 들면, LED(Light Emitting Diode), 센서 등을 사용할 수 있다. 그리고, LED의 동작 전압은, 발광층의 결정 재료의 밴드 갭 에너지 정도가 되므로, 이 밴드 갭 에너지가 2eV인 적색 LED에서는, 2V 정도이다.
다이오드 D1과 다이오드 D3는, 사양이 동일한 것을 사용하고 있으며, 동일한 특성을 가지고 있다. 그리고, 각 다이오드 D1, D3로서는, 실리콘 다이오드를 사용하고 있고, 순방향 전압 강하가 0.6V∼0.7V 정도가 된다.
또한, 컨덴서 C2와 컨덴서 C4는, 사양이 동일한 것을 사용하고 있으며, 동일한 특성을 가지고 있다. 그리고, 각 컨덴서 C2, C4의 용량은, 10μF으로 설정하고 있지만, 이 수치는 일례이며, 특별히 한정하는 것은 아니다.
이하에서, 발전 모듈(2)의 동작에 대하여 간단하게 설명한다.
발전 모듈(2)은, 발전 디바이스(1)의 출력 전압에 대하여 제1 패드(27a)가 제2 패드(27b)에 비해 고전위로 되는 플러스의 반 사이클에 있어서, 제1 패드(27a)→다이오드 D1→컨덴서 C2→제2 패드(27b)의 경로로 전류가 흘러 컨덴서 C2가 충전된다. 또한, 발전 모듈(2)은, 발전 디바이스(1)의 출력 전압에 대하여 제1 패드(27a)가 제2 패드(27b)에 비해 저전위로 되는 마이너스의 반 사이클에 있어서, 제2 패드(27b)→컨덴서 C4→다이오드 D3→제1 패드(27a)의 경로로 전류가 흘러 컨덴서 C4가 충전된다. 요컨대, 발전 모듈(2)의 양파 배전압 정류 회로(4)에서는, 발전 디바이스(1)의 출력 전압의 전압 파형의 반 사이클마다 각 컨덴서 C2, C4가 각각 충전된다. 따라서, 발전 모듈(2)의 출력 전압은, 발전 디바이스(1)의 출력 전압의 피크값의 대략 2배가 된다. 발전 모듈(2)에 있어서, 각 컨덴서 C2, C4에 충전되어 있는 전압이 0인 상태에서, 공진 주파수에 동일한 주파수의 외부 진동을 발전 디바이스(1)에 부여했을 때의 충전 특성을 시뮬레이션한 결과, 양 컨덴서 C2, C4의 직렬 회로에 충전되는 충전 전압 Vsto는, 도 13과 같이 변화되었다.
그런데, 본원 발명자들은, 본 실시예의 발전 모듈(2)을 제조하기 전에, 도 14에 나타내는 참고예 2의 발전 모듈(2')를 시작했다.
참고예 2의 발전 모듈(2')은, 전술한 참고예 1의 발전 디바이스(1')와, 발전 디바이스(1')의 제1 패드(27a)와 제2 패드(27b)의 사이에 접속된 전파 정류 회로(5)와, 전파 정류 회로(5)의 출력단 사이에 접속된 축전용 컨덴서 Cst를 구비하고 있다. 따라서, 발전 모듈(2')은, 도 15에 나타낸 바와 같은 등가 회로 모델로 나타낼 수 있다. 전파 정류 회로(5)는, 4개의 다이오드 D1, D2, D3, D4가 브리지 접속된 다이오드 브리지이며, 발전 디바이스(1')의 출력 전압 Vout(도 14 참조)을 전파 정류하는 기능을 가지고 있다. 그리고, 도 14에서는, 축전용 컨덴서 Cst의 양단 사이에 접속하는 부하(7)를 도시하고 있다.
참고예 2의 발전 모듈(2')에 있어서, 발전 디바이스(1')의 공진 주파수를 200Hz로 한 경우, 컨덴서 Cst에 충전되어 있는 충전 전압이 0V인 상태에서, 공진 주파수에 동일한 주파수의 외부 진동을 발전 디바이스(1)에 부여했을 때의 충전 특성을 시뮬레이션한 결과, 컨덴서 Cst에 충전되는 충전 전압 Vst(도 15 참조)는, 도 16과 같이 변화되었다. 도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 충전 전압 Vst는, 0.3V 정도에서 포화되어 있다. 그 원인으로서는, 발전 디바이스(1')의 출력 전압 Vout에 대하여 제1 패드(27a)가 제2 패드(27b)에 비해 고전위로 되는 플러스의 반 사이클에 있어서, 2개의 다이오드 D1, D2에서 전압 손실(순방향 전압 강하)이 생기고, 발전 디바이스(1')의 출력 전압 Vout에 대하여 제1 패드(27a)가 제2 패드(27b)에 비해 저전위로 되는 마이너스의 반 사이클에 있어서, 2개의 다이오드 D3, D4에서 전압 손실(순방향 전압 강하)이 생기는 것을 예로 들 수 있다. 그러므로, 전술한 부하(7)로서 동작 전압이 2V인 LED를 사용한 경우에는, 부하(7)인 LED를 점등시킬 수 없다.
이에, 본원 발명자들은, 도 17에 나타낸 바와 같은 등가 회로 모델로 나타낼 수 있는 참고예 3의 발전 모듈(2")을 시작했다. 참고예 3의 발전 모듈(2")에서는, 참고예 2의 발전 모듈(2')에 있어서의 전파 정류 회로(5) 대신, 실시예의 발전 모듈(2)에 있어서의 양파 배전압 정류 회로(4)를 채용하고 있다.
참고예 3의 발전 모듈(2")에 있어서, 발전 디바이스(1')의 공진 주파수를 200Hz로 한 경우, 컨덴서 C2 및 C4에 충전되어 있는 충전 전압이 0V의 상태에서, 공진 주파수에 동일한 주파수의 외부 진동을 발전 디바이스(1)에 부여했을 때의 충전 특성을 시뮬레이션한 결과, 양 컨덴서 C2, C4의 직렬 회로에 충전되는 충전 전압 Vsto는, 도 18과 같이 변화되었다. 도 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 충전 전압 Vsto는, 1.5V 정도에서 포화되어 있다. 그러므로, 전술한 부하(7)로서 동작 전압이 2V인 LED를 사용한 경우에는, 부하(7)인 LED를 점등시킬 수 없다.
이들 참고예 2, 3과 비교하면, 본 실시예의 발전 디바이스 모듈(2)에서는, 도 13의 충전 특성으로부터도 알 수 있는 바와 같이 충전 전압 Vsto를 높일 수 있으며, 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예의 발전 디바이스 모듈(2)에서는, 동작 전압이 2V인 LED를 부하로 한 경우, 이 LED를점등시킬 수 있다.
(실시예 2)
이하에서, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에 대하여, 도 19 및 도 20에 기초하여 설명한다.
본 실시예의 발전 디바이스(1)의 기본 구성은 실시예 1과 거의 동일하며, 기판(10a)[이하, 제1 기판(10a)이라고 함]을 사용하여 형성된 디바이스 기판(10)과, 발전부(20)와, 그 외에, 디바이스 기판(10)의 제1면 측(도 19의 상면 측)에 있어서 지지부(11)에 고착된 제1 커버 기판(30)을 구비하고 있는 점이 상이하다. 또한, 본 실시예의 발전 디바이스(1)는, 디바이스 기판(10)의 제2면 측(도 19의 하면 측)에 있어서 지지부(11)에 고착된 제2 커버 기판(40)을 구비하고 있는 점 등이 상이하다. 그리고, 실시예 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
본 실시예의 발전 디바이스(1)는, 디바이스 기판(10)의 제1면 측에 있어서 지지부(11)에 고착되고 적어도 발전부(20)를 덮는 제1 커버 기판(30)과, 디바이스 기판(10)의 제2면 측에 있어서 지지부(11)에 고착된 제2 커버 기판(40)을 구비한다.
제1 커버 기판(30)은, 제2 기판(30a)을 사용하여 형성되어 있다. 여기서, 제2 기판(30a)으로서는, 실리콘 기판을 사용하고 있다. 그리고, 제1 커버 기판(30)은, 디바이스 기판(10) 측의 일표면(도 19의 하측의 면)에, 캔틸레버부(12)와 추부(13)로 이루어지는 가동부의 변위 공간을 디바이스 기판(10)과의 사이에 형성하기 위한 오목부(30b)(도 20 참조)가 형성되어 있다.
제1 커버 기판(30)의 두께 방향으로는, 한쌍의 관통공(31, 31)이 형성되어 있다. 각각의 관통공(31)에는, 관통공 배선(33)이 설치되어 있다. 제1 커버 기판(30)의 상기 일표면 측[도 19의 하측；디바이스 기판(10) 측]에는, 한쌍의 연락용 전극(34, 34)이 형성되어 있다. 또한, 제1 커버 기판(30)의 다른 표면 측[도 19의 상측；디바이스 기판(10)과는 반대측]에는, 발전부(20)에서 발생한 교류 전압을 출력하기 위한 한쌍의 출력용 전극(35, 35)이 형성되어 있다. 본 실시예의 발전 디바이스(1)에서는, 한쌍의 패드(27a, 27b)가 아닌, 한쌍의 출력용 전극(35, 35)이, 한쌍의 출력 단자 T1, T1을 구성하고 있다. 이 제1 커버 기판(30)은, 도 20에 나타낸 바와 같이, 각 출력용 전극(35, 35)과, 제1 커버 기판(30)의 상기 일표면 측(도 19의 하측)에 형성된 연락용 전극(34, 34)이, 제1 커버 기판(30)의 두께 방향으로 관통 설치된 관통공 배선(33, 33)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 제1 커버 기판(30)은, 한쪽의 연락용 전극(34)이 디바이스 기판(10)의 제1 패드(27a)와 접합되어 전기적으로 접속되고, 다른 쪽의 연락용 전극(34)이 디바이스 기판(10)의 제2 패드(27b)와 접합되어 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 본 실시예에서는, 각 출력용 전극(35, 35) 및 각 연락용 전극(34, 34)을 Ti막과 Au막의 적층막에 의해 구성하고 있지만, 이들 재료는 특별히 한정하는 것은 아니다. 또한, 각 관통공 배선(33, 33)의 재료로서는 Cu를 채용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, Ni, Al 등을 채용해도 된다.
제1 커버 기판(30)은, 2개의 출력용 전극(35, 35) 사이의 단락을 방지하기 위한 실리콘 산화막으로 이루어지는 절연막(32)이, 상기 제1 커버 기판(30)의 상기 일표면(도 19의 하측의 면) 및 상기 다른 표면(도 19의 상측의 면)과, 관통공 배선(33, 33)이 내측에 형성된 관통공(31, 31)의 내주면에 걸쳐 형성되어 있다. 제1 커버 기판(30)은, 실리콘 기판으로 한정되지 않고, 유리 기판과 같은 절연성 기판을 사용하여 형성할 수도 있으며, 이 경우에는, 절연막(32)을 설치할 필요는 없다. 여기서, 유리 기판의 유리 재료로서는, Si와의 선팽창율 차가 작은 유리 재료, 예를 들면, 붕규산 유리 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 발전 디바이스(1)는, 제1 커버 기판(30)에, 각각의 연락용 전극(34, 34), 각각의 관통공 배선(33, 33), 및 각각의 출력용 전극(35, 35)을 설치하지 않고, 제1 커버 기판(30)을, 디바이스 기판(10)의 제1면 측의 각 패드(27a, 27b)가 노출되는 형상으로 만들 수도 있다. 이 경우에는, 실시예 1과 동일하게, 제1 패드(27a) 및 제2 패드(27b) 각각이 출력 단자 T1, T1이 된다.
또한, 제2 커버 기판(40)은, 제3 기판(40a)을 사용하여 형성되어 있다. 여기서, 제3 기판(40a)으로서는, 실리콘 기판을 사용하고 있다. 제2 커버 기판(40)에 있어서의 디바이스 기판(10) 측의 일표면(도 19의 상측의 면)에는, 상기 가동부의 변위 공간을 디바이스 기판(10) 사이에 형성하기 위한 오목부(40b)가 형성되어 있다. 그리고, 제3 기판(40a)으로서는, 실리콘 기판으로 한정되지 않고, 유리 기판과 같은 절연성 기판을 사용할 수도 있다. 여기서, 유리 기판의 유리 재료로서는, Si와의 선팽창율 차가 작은 유리 재료, 예를 들면, 붕규산 유리 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 디바이스 기판(10)에 있어서의 제1 기판(10a)의 제1면 측(도 19의 상면 측)에게는, 제1 커버 기판(30)과 접합하기 위한 제1 접합용 금속층(28)이 형성되어 있다. 이에 대하여, 제1 커버 기판(30)의 디바이스 기판(10) 측의 표면(도 19의 하측의 면)에는, 제1 접합용 금속층(28)에 접합되는 제2 접합용 금속층(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 접합용 금속층(28)의 재료로서는, 각 패드(27a, 27b)와 동일한 재료를 채용하고 있고, 제1 접합용 금속층(28)은, 제1 기판(10a)의 제1면 측에 있어서 각 패드(27a, 27b)와 동일한 두께로 형성되어 있다.
디바이스 기판(10)과 각 커버 기판(30, 40)은, 상온 접합법에 의해 접합하고 있지만, 상온 접합법으로 한정되지 않으며, 예를 들면, 상온보다 높은 소정 온도(예를 들면, 50℃∼100℃ 정도)로 가열하면서 적절한 하중을 인가하여 접합하는 직접 접합법이나, 에폭시 수지 등을 사용한 수지 접합법이나, 양극 접합법 등에 의해 접합할 수도 있다. 수지 접합법에서는, 상온 경화형 수지 접착제(예를 들면, 2액상온 경화형 에폭시 수지계 접착제, 1액 상온 경화형 에폭시 수지계 접착제)를 사용하면, 열 경화형 수지 접착제(예를 들면, 열 경화형 에폭시 수지계 접착제 등)를 사용하는 경우에 비해, 접합 온도의 저온화를 도모할 수 있다.
이상 설명한 본 실시예의 발전 디바이스(1)에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로, 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에 있어서는, 예를 들면, 제1 접합용 금속층(28)을 프레임형 지지부(11)의 외주부의 전체 주위에 걸쳐 형성하고, 또한 제1 커버 기판(30)의 상기 제2 접합용 금속층을 제1 커버 기판(30)의 외주부의 전체 주위에 걸쳐 형성할 수도 있다. 이 경우에, 제1 접합용 금속층(28)과 상기 제2 접합용 금속층을 전체 주위에 걸쳐 접합하고, 또한 디바이스 기판(10)과 제2 커버 기판(40)의 주위부를 전체 주위에 걸쳐 접합함으로써, 디바이스 기판(10)과 각 커버 기판(30, 40)으로 둘러싸이는 공간을 기밀 공간으로 만들 수 있게 된다. 그리고, 이 기밀 공간은, 불활성 가스 분위기로 만들거나 진공 분위기로 만들 수 있다.
또한, 실시예 1에 있어서 설명한 발전 모듈(2)(도 11, 도 12 참조)에 있어서의 발전 디바이스(1) 대신, 본 실시예의 발전 디바이스(1)를 사용해도 되고, 이 경우에도, 발전 모듈(2)의 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있게 된다. 또한, 이 경우에는, 회로 기판(3)(도 11 참조)에 상기 개구부나 상기 요부를 형성할 필요는 없다.
(실시예 3)
본 실시예의 발전 디바이스에 대하여 도 21 및 도 22에 기초하여 설명한다.
본 실시예의 발전 디바이스(1)의 기본 구성은 실시예 1과 거의 동일하며, 기판(10a)으로서 단결정 실리콘 기판으로 이루어지는 지지 기판(101) 상의 실리콘 산화막으로 이루어지는 절연층(매립 산화막)(102) 상에 단결정의 실리콘층(103)이 형성된 SOI 기판을 사용하고 있는점 등이 상이하다. 그리고, 실시예 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
또한, 도 1에 나타낸 실시예 1에서는, 발전부(20)가 2개의 발전 엘리먼트(200)를 구비한 구성을 예시했지만, 본 실시예에서는, 보다 많은 발전 엘리먼트(200)를 구비하고 있다. 도 21의 예에서는, 도면의 A-B선을 따라 32개의 발전 엘리먼트(200)가 배열되어 있다. 여기서, A-B선 상에서, 제1 패드(27a)에 제1 금속 배선(26a)을 통하여 접속되어 있는 발전 엘리먼트(200)가 제1 발전 엘리먼트(201)이며, 제2 패드(27b)에 제2 금속 배선(26b)을 통하여 접속되어 있는 발전 엘리먼트(200)가 제2 발전 엘리먼트(202)이며, 또한, A-B선 상에서, 제1 발전 엘리먼트(201)와 제2 발전 엘리먼트(202)가 서로 번갈아 배열되어 있다. 또한, 하부 전극(22, 22)끼리는, 배선부(하부 전극 배선부)(24)에 의해 접속되고, 상부 전극(23, 23)끼리는, 배선부(상부 전극 배선부)(29)에 의해 접속되어 있다. 그리고, 배선부(29)는, 각각의 전극(23, 23)과 동시에 형성되고 있다. 요컨대, 배선부(29)는, 각각의 전극(23, 23)과 동일한 재료에 의해 동일한 막 두께로 형성되어 있다.
또한, 디바이스 기판(10)은, 캔틸레버부(12)에 있어서의 각각의 발전 엘리먼트(200)의 형성 부위에 기능부(21a)의 일부가 매설되는 복수(여기서는, 32개)의 매립공(104)이 형성되어 있고, 압전체(21)가, 자기 평탄화막(self planarization film)에 의해 구성되어 있다.
자기 평탄화막은, 요철면을 가지는 바탕부를 덮는 성막 시에 가장 표면이 평탄화되는 조건에서 성막된 막이다. 여기서, 본 실시예에서는, 압전체(21)를 구성하는 자기 평탄화막을 CVD법에 의해 형성하고 있다. 그러므로, 자기 평탄화막의 성막 후에 에치 백(etch back)법이나 CMP(chemical mechanical polishing)법 등에 의한 평탄화가 불필요하다.
디바이스 기판(10)의 매립공(104)은, 캔틸레버부(12)의 두께 방향으로 관통 형성되어 있고, 각 매립공(104)의 내주면에는, 실리콘 산화막으로 이루어지는 절연막(105)이 형성되어 있으며, 각 매립공(104)의 내주면과 기능부(21a)의 사이에 절연막(105)이 개재되어 있다.
본 실시예의 발전 디바이스(1)에 있어서의 발전부(20)의 형성 시에는, 먼저, SOI 기판으로 이루어지는 기판(10a)에 있어서 매립공(104)에 대응하는 부위를 기판(10a)의 제1면 측으로부터(도 22의 상측으로부터) 절연층(102)에 이르는 깊이까지 에칭한다[이 때, 절연층(102)은 에칭하지 않는다]. 그 후, 기판(10a)에 있어서의 캔틸레버부(12)에 대응하는 부위를 기판(10a)의 제2면 측으로부터(도 22의 하측으로부터) 절연층(102)에 이르는 깊이까지 에칭한다[이 때, 절연층(102)은 에칭하지 않는다]. 그 후, 열산화법 등에 의해 절연막(105)을 형성한다. 이어서, CVD법에 따라 압전체(21)를 형성한다. 그 후, 절연층(102)에 있어서 각 전극(22)의 형성 예정 부위에 대응하는 부분을 기판(10a)의 제2면 측으로부터 에칭 제거한다. 그 후, 각 전극(22) 및 각 배선부(24)를 형성한다. 이어서, 각 전극(23) 및 각 배선부(29)를 형성한다.
그런데, 도 23에 나타낸 종래예와 같이 거의 균일한 막 두께의 압전막(321)이나 실시예 1과 같이 거의 균일한 막 두께의 압전체(21)의 막 두께를 두껍게 형성하기 위해서는, 성막 시간이 길어져, 비용 상승의 요인이 된다.
이에 비해, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에서는, 압전체(21)가, 전술한 자기 평탄화막에 의해 구성되어 있으므로, 기능부(21a)의 두께를 기능부(21a) 이외의 부분의 막 두께보다 두껍게 할 수 있어, 성막 시간의 단축을 도모하면서도 기능부(21a)의 두께를 두껍게 할 수 있게 된다. 따라서, 각 발전 엘리먼트(200)의 용량의 저감을 도모할 수 있다.
이상 설명한 본 실시예의 발전 디바이스(1)에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로, 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예의 발전 디바이스(1)에 있어서도, 실시예 2와 마찬가지로 제1 커버 기판(30) 및 제2 커버 기판(40)을 설치할 수도 있다.
또한, 실시예 1에 있어서 설명한 발전 모듈(2)(도 11 참조)에 있어서의 발전 디바이스(1) 대신, 본 실시예의 발전 디바이스(1)를 사용할 수도 있고, 이 경우에도, 발전 모듈(2)의 소형화를 도모하면서도 고출력화를 도모할 수 있게 된다.
본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 예로 들어 기술했지만, 본 발명의 본래의 정신 및 범위, 즉 청구의 범위를 일탈하지 않고, 당업자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims (7)

  1. 지지부, 상기 지지부에 요동(搖動) 가능하게 지지된 캔틸레버(cantilever)부, 및 상기 캔틸레버부에서의 상기 지지부 측과는 반대의 선단부(先端部)에 설치된 추부(錘部)를 가지는 디바이스 기판; 및
    상기 캔틸레버부에 설치되고 상기 캔틸레버부의 진동에 따라 교류 전압을 발생하는 발전부
    를 구비하고,
    상기 발전부는, 압전체(壓電體)의 두께 방향의 양면에 형성되고 서로 대향하는 2개 1조(組)의 전극과 상기 압전체에서 상기 2개 1조의 전극에 협지(挾持)된 부분인 기능부로 구성되는 복수의 발전 엘리먼트를 가지고,
    상기 복수의 발전 엘리먼트는, 하나 또는 복수의 제1 발전 엘리먼트와 하나 또는 복수의 제2 발전 엘리먼트로 이루어지고, 상기 제1 발전 엘리먼트와 상기 제2 발전 엘리먼트는 상기 두께 방향을 따른 분극(分極) 방향이 서로 반대 방향이며,
    상기 발전부에서는, 쌍을 이루는 상기 제1 발전 엘리먼트와 상기 제2 발전 엘리먼트가 상기 두께 방향의 동일면 측에 형성된 상기 전극끼리를 접속하는 배선부에 의해 접속되고, 상기 복수의 발전 엘리먼트 모두 직렬로 접속되어 이루어지는, 발전 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2개 1조의 전극 중 상기 압전체를 바탕부로 하는 상기 전극이, 시트 전극으로 이루어지는, 발전 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디바이스 기판은, 상기 캔틸레버부에 있어서의 각각의 상기 발전 엘리먼트의 형성 부위에 상기 기능부의 일부가 매설되는 매립공이 형성되어 이루어지고,
    상기 압전체는, 자기 평탄화막(self planarization film)으로 이루어지는, 발전 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발전부에서는, 상기 제1 발전 엘리먼트와 상기 제2 발전 엘리먼트가 서로 번갈아 접속되는 형태로, 상기 복수의 발전 엘리먼트 모두 직렬로 접속되어 있는, 발전 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    서로 접속되는 상기 제1 발전 엘리먼트와 상기 제2 발전 엘리먼트는, 상기 두께 방향의 동일면 측에 형성된 상기 전극끼리가, 배선부에 의해 접속되어 있는, 발전 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발전 엘리먼트의 모든 기능부가, 1개의 압전체로 형성되어 이루어지는, 발전 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 발전 디바이스와, 상기 발전 디바이스가 실장된 회로 기판을 구비하고,
    상기 회로 기판에, 상기 발전 디바이스의 출력 전압을 배전압(倍電壓) 정류하는 양파(兩波) 배전압 정류 회로가 설치되어 이루어지는, 발전 모듈.
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