KR20150130972A - 스토퍼 구조물을 갖는 압전 에너지 수확 장치 - Google Patents
스토퍼 구조물을 갖는 압전 에너지 수확 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150130972A KR20150130972A KR1020157019541A KR20157019541A KR20150130972A KR 20150130972 A KR20150130972 A KR 20150130972A KR 1020157019541 A KR1020157019541 A KR 1020157019541A KR 20157019541 A KR20157019541 A KR 20157019541A KR 20150130972 A KR20150130972 A KR 20150130972A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silicon dioxide
- layer
- resonator beam
- dioxide layer
- stopper
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 176
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims abstract description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 70
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 215
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 108
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 107
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 63
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 63
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 63
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 49
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 47
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 39
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 23
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 12
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 7
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 5
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 4
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 3
- 244000144972 livestock Species 0.000 claims description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 143
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 15
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 8
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 7
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 7
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 7
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002648 laminated material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- -1 polySi Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 238000001553 co-assembly Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
- H02N2/188—Vibration harvesters adapted for resonant operation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
-
- H01L41/1136—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/181—Circuits; Control arrangements or methods
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/22—Methods relating to manufacturing, e.g. assembling, calibration
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/304—Beam type
- H10N30/306—Cantilevers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
본 발명은 에너지 수확 디바이스와 관련되며, 상기 디바이스는 압전 물질을 포함하는 기다란 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 공진기 빔의 제 2 단부의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지, 및 매스 및/또는 공진기 빔의 제 2 단부에 연결된 스토퍼를 포함하며, 상기 스토퍼는 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된다. 또한 전력 피공급 장치로 전력을 공급하기 위한 시스템, 방법, 및 에너지 수확 디바이스를 제작하기 위한 방법이 개시된다.
Description
이 출원은 이의 전체가 참조로서 본 명세서에 포함되는 2013년 03월 13일에 출원된 미국 가특허출원 번호 61/780,247의 우선권의 이익을 주장한다.
발명의 기술 분야
본 발명은 캔틸레버 스토퍼 구조물(cantilever stopper structure)을 갖는 압전 에너지 수확 디바이스(piezoelectric energy harvester device), 이러한 디바이스를 포함하는 시스템, 및 이러한 디바이스를 이용하고 제작하는 방법과 관련된다.
발명의 배경기술
집적 회로의 크기와 전력 소비량 모두의 감소가 무선 기술의 확산을 야기했다. 예를 들어, 저전력 무선 회로를 이용하는 다양한 디바이스, 가령, 태블릿, 스마트 폰, 셀 폰, 랩톱 컴퓨터, MP3 플레이어, 전화 헤드세트, 헤드폰, 라우터, 게임 컨트롤러, 모바일 인터넷 어댑터, 무선 센서, 타이어 압력 센서 모니터, 태블릿, PC 및/또는 스마트 폰과 통신하는 웨어러블 센서, 실시간 주식을 모니터링하기 위한 디바이스, 의료용 디바이스, 인체 모니터링 디바이스, 장난감 등이 존재한다. 이들 디바이스 각각은 동작을 위해 자립형 전력 공급기를 필요로 한다. 일반적으로, 이들 디바이스를 위한 전력 공급기는 전기적 배터리, 종종, 교체 가능한 배터리이다.
상당히 관심 받는 그 밖의 다른 무선 기술이 무선 센서 및 무선 센서 네트워크이다. 이러한 네트워크에서, 무선 센서는 특정 환경에 걸쳐 분포되어 측정 데이터를 중앙 허브로 연속전달(relay)하는 애드 호크 네트워크(ad hoc network)를 형성할 수 있다. 특정 환경은, 예를 들어, 자동차, 항공기, 공장, 또는 건물을 포함한다. 무선 센서 네트워크는 거리에 걸쳐 멀티-홉 전송을 이용해 동작하는 수천 내지 수만 개의 무선 센서 "노드"를 포함할 수 있다. 일반적으로 각각의 무선 노드는 센서, 무선 전자기기, 및 전원을 포함할 것이다. 이들 무선 센서 네트워크는 환경 조건에 반응하는 지능형 환경을 만드는 데 사용될 수 있다.
무선 센서 노드, 가령, 앞서 언급된 그 밖의 다른 무선 디바이스는 상기 노드의 전자기기를 동작시키기 위해 자립형 전기력을 필요로 한다. 종래의 배터리, 가령, 리튬-이온 배터리, 아연-공기 배터리, 리튬 배터리, 알칼리 배터리, 니켈-금속-하이드라이드 배터리, 및 니켈-카드뮴 배터리가 사용될 수 있다. 그러나 무선 센서 노드가 이러한 배터리의 일반적인 수명 이상으로 작동하는 것이 바람직할 수 있다. 덧붙여, 배터리 교체는, 특히, 많은 노드를 갖는 큰 네트워크일수록, 성가신 일이 될 수 있다.
대안적 자립형 전력 공급기가 주변 환경으로부터 에너지를 포집(즉, "수확(harvesting)")하는 것에 의존한다. 예를 들어, 전력 구동형 디바이스가 충분한 빛에 노출된 경우, 적절한 대안적 자립형 전력 공급기가 광전 또는 태양열 전지를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전력 구동형 디바이스가 충분한 공기 운동에 노출되는 경우, 적절한 대안적 자립형 전력 공급기가 움직이는 공기로부터 전력을 수확하기 위한 터빈(turbine) 또는 마이크로-터빈(micro-turbine)을 포함할 수 있다. 그 밖의 다른 대안적 자립형 전력 공급기는 또한 온도 변동, 압력 변동, 또는 그 밖의 다른 환경적 영향을 기초로 할 수 있다.
일부 환경은 특정 디바이스로 전력을 공급하기에 충분한 양의 빛, 공기 운동, 온도 변동, 및/또는 압력 변동을 포함하지 않는다. 이러한 환경하에서, 그럼에도 디바이스는 꽤 예측 가능한 및/또는 일정한 진동, 가령, 일정 주파수의 진동 또는 복수의 주파수를 포함하는 임펄스 진동의 형태를 가질 수 있는 구조적 지지부로부터 발산되는 진동을 겪을 수 있다. 이러한 경우, 본질적으로 운동(가령, 진동 에너지)을 전기 에너지로 변환하는 포집기(또는 수확기(harvester))가 사용될 수 있다.
한 가지 특정 유형의 진동 에너지 수확기가 주변 진동(구동력)에 의해 야기되는 빔의 공진 동안 변형될 때 전기 전하를 발생시키는 압전 물질을 포함하는 공진 빔(resonant beam)을 이용한다.
마이크로전자기계("MEMS") 캔틸레버 압전 에너지 수확기가 폐쇄된 패키지(가령, 진공 상태인 패키지, 과압 상태인 패키지, 또는 대기압 상태이며 추가로 통기될 수 있는 패키지) 내에 위치할 때, 휨(deflection) 동안, 패키지의 휨이 패키지 높이와 동일해지면, 패키지의 상부 또는 하부와 상호작용할 가능성이 있다. 이는 종종 캔틸레버의 주파수 응답의 대역폭을 넓힐 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나 캔틸레버가 패키지의 상부 또는 하부와 상호작용할 때, 캔틸레버의 파손의 위험이 존재한다. 종래 기술이 패키징 내부에 스토퍼(stopper) 특징부를 위치시켜 패키징과 캔틸레버 사이의 상호작용을 안정화시킴으로써 이 문제를 해결했다. 그러나 이는 패키징 제조 및 조립 비용을 추가하고, 에너지 수확기와 패키징의 정교한 정렬을 필요로 한다.
본 발명은 이러한 그리고 그 밖의 다른 종래 기술 문제를 해결하는 것과 관련된다.
본 발명의 하나의 양태는 에너지 수확 디바이스(energy harvester device)와 관련되며, 상기 디바이스는 압전 물질을 포함하는 기다란(elongate) 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있음 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스(mass), 공진기 빔의 제 2 단부의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지(package), 및 매스 및/또는 공진기 빔의 제 2 단부에 연결된 스토퍼 - 상기 스토퍼는 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성됨 - 를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 전력 피공급 장치 및 상기 장치로 전기 연결된 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 포함하는 시스템과 관련된다.
본 발명의 추가 양태는 전력 피공급 장치에 전력을 공급하는 방법과 관련된다. 이 방법은 본 발명에 따르는 시스템을 제공하는 단계, 시스템을 운동 또는 진동하게 하여 압전 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 단계, 및 상기 압전 물질로부터 전기 에너지를 디바이스로 전달하여 상기 디바이스로 전력을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법과 관련된다. 이 방법은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 단계, 실리콘 웨이퍼의 제 1 표면 상에 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 캔틸레버 물질을 증착하는 단계, 캔틸레버 물질 상에 제 2 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층 상에 압전 스택을 증착하는 단계, 압전 스택 층을 패터닝하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계, 및 실리콘 웨이퍼의 제 2 표면을 에칭하여 에너지 수확 디바이스를 제작하는 단계를 포함한다. 상기 에너지 수확 디바이스는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있는 기다란 공진기 빔, 상기 공진기 빔의 제 1 단부로 연결된 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔의 제 2 단부에서의 스프링 팁을 포함한다.
본 발명의 추가 양태는 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법과 관련된다. 이 방법은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 단계, 실리콘 웨이퍼의 제 1 표면 상에 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 캔틸레버 물질을 증착하는 단계, 캔틸레버 물질 상에 제 2 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층 상에 압전 스택을 증착하는 단계, 압전 스택 층을 패터닝하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계, 실리콘 웨이퍼의 제 2 표면을 에칭하여 에너지 수확 디바이스를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 에너지 수확 디바이스는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있는 기다란 공진기 빔, 공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 및 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스를 포함한다. 상기 방법은 스토퍼 물질을 증착하는 단계 및 상기 스토퍼 물질을 에칭하여 기다란 공진기 빔의 제 2 단부에 스토퍼를 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 에너지 수확 디바이스는 캔틸레버/패키지 상호작용을 안전화하는 기능을 제공하기 위해 스토퍼 특징부를 포함한다. 상기 스토퍼 특징부는 캔틸레버를 제작하기 위해 사용되는 물질 자체로 캔틸레버 제조와 동시에 만들어지거나 상보적 금속-옥사이드-반도체("CMOS") 호환 물질로 만들어질 수 있음으로써, 디바이스 제조의 추가 비용을 거의 또는 전혀 발생시키지 않는다. 덧붙여, 본 발명은 또한 패키징 상의 특징부에 디바이스를 정렬시킬 필요성을 없애며, 이는 또 다른 비용 절약이 된다.
도 1은 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 및 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있는 스토퍼 구조물을 포함한다.
도 2는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 및 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있는 스토퍼 구조물을 포함한다.
도 3a는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있고 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된 스토퍼 구조물을 포함한다. 도 3b 및 3c는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 도 3a의 디바이스를 도시한다.
도 4a는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있고 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된 스토퍼 구조물을 포함한다. 도 4b 및 4c는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 도 4a의 디바이스를 도시한다.
도 5a는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있고 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된 스토퍼 구조물을 포함한다. 도 5b 및 5c는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 도 5a의 디바이스를 도시한다.
도 6a는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있고 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된 스토퍼 구조물을 포함한다. 도 6b 및 6c는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 도 6a의 디바이스를 도시한다.
도 7a-l은 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 일부분을 형성하는 하나 이상의 스토퍼 구조물을 포함하는 공진기 빔의 다양한 실시예의 평면도이다.
도 8은 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 및 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 2개의 스토퍼 구조물을 포함하고, 이들 중 하나는 매스 위에 위치하고 나머지 하나는 매스 아래에 위치한다.
도 9a-9b는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 2개의 스토퍼 구조물을 포함하며, 이들 중 하나는 매스 위에 위치하고 다른 하나는 매스 아래에 위치한다. 도 9a 및 9b는 매스 위에 위치하는 스토퍼는 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때(도 9a) 및 매스 아래에 위치하는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때(도 9b)의 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 디바이스를 도시한다.
도 10은 스마트 폰에 전력을 공급하도록 전기 에너지를 제공하기 위해 스마트 폰에 전기적으로 연결된 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 포함하는 전력 피공급 스마트 폰을 포함하는 본 발명의 시스템의 하나의 실시예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예를 제작하기 위한 적층 물질 스택의 측면도이다. 상기 적층 물질 스택은 실리콘 웨이퍼, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 선택사항적 접착 층, 제 1 금속 층, 압전 물질 층, 및 제 2 금속 층을 포함한다.
도 12는 압전 물질 층 및 금속 층(들)의 일부분을 적층 물질 스택에서 제거하기 위해, 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법의 하나의 실시예에 따라 패터닝된 도 11의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 13은 제 1 금속 층이 패터닝되어 적층 물질 스택으로부터 이의 일부분을 제거한 도 12의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 14는 적층 물질 스택에서 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분을 제거하기 위해 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법의 하나의 실시예에 따라 패터닝된 도 13의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 15는 제 3 실리콘 다이옥사이드 층이 패터닝된 압전 스택 층 및 패터닝된 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 위에 증착된 도 14의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 16은 제 3 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분을 제거하여 압전 스택의 일부분 및 실리콘 웨이퍼의 일부분을 노출되게 하도록 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법의 하나의 실시예에 따라 패터닝된 도 14의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 17은 금속 본드패드 층이 패터닝된 제 3 실리콘 다이옥사이드 층, 압전 스택 및 실리콘 웨이퍼의 일부분 상에 증착된 도 16의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 18은 금속 본드패드 층의 일부분을 제거하도록 패터닝된, 도 17의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 19는 공진기 빔, 베이스, 및 매스를 생성하기 위해 실리콘 웨이퍼의 일부분이 에칭되어, 매스 너머로 뻗어 있는 스토퍼 구조물을 갖는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예를 만드는 도 18의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 20은 실리콘 웨이퍼의 일부분이 공진기 빔, 베이스, 및 매스를 생성하도록 에칭된 도 18의 적층 물질 스택의 측면도이다. 도시된 실시예에 따라, 매스는 공진기 빔의 단부까지 또는 단부 근방에 뻗어 있다.
도 21은 도 20의 적층 물질 스택의 측면도이며, 여기서, 스토퍼 물질은 패터닝된 금속 본드패드 층 상에 증착된다.
도 22는 도 21의 적층 물질 스택의 측면도이며, 여기서 패터닝된 금속 본드패드 상에 증착된 스토퍼 물질은 매스 상에 스토퍼 구조물을 형성하도록 에칭되었다.
도 23은 스토퍼 물질이 매스의 밑면 상에 증착된 도 22의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 24는 매스 아래에 스토퍼 구조물을 형성하기 위해 매스의 밑면 상에 증착된 스토퍼 물질이 에칭된 도 23의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 2는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 및 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있는 스토퍼 구조물을 포함한다.
도 3a는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있고 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된 스토퍼 구조물을 포함한다. 도 3b 및 3c는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 도 3a의 디바이스를 도시한다.
도 4a는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있고 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된 스토퍼 구조물을 포함한다. 도 4b 및 4c는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 도 4a의 디바이스를 도시한다.
도 5a는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있고 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된 스토퍼 구조물을 포함한다. 도 5b 및 5c는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 도 5a의 디바이스를 도시한다.
도 6a는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 매스의 가장자리 너머까지 뻗어 있고 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성된 스토퍼 구조물을 포함한다. 도 6b 및 6c는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 도 6a의 디바이스를 도시한다.
도 7a-l은 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 일부분을 형성하는 하나 이상의 스토퍼 구조물을 포함하는 공진기 빔의 다양한 실시예의 평면도이다.
도 8은 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 및 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 2개의 스토퍼 구조물을 포함하고, 이들 중 하나는 매스 위에 위치하고 나머지 하나는 매스 아래에 위치한다.
도 9a-9b는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 압전 물질을 포함함 - , 상기 공진기 빔의 제 1 단부에 연결되는 베이스 - 상기 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지를 포함하는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예의 측면도이다. 공진기 빔의 제 2 단부는 2개의 스토퍼 구조물을 포함하며, 이들 중 하나는 매스 위에 위치하고 다른 하나는 매스 아래에 위치한다. 도 9a 및 9b는 매스 위에 위치하는 스토퍼는 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때(도 9a) 및 매스 아래에 위치하는 스토퍼가 패키지와 접촉하여 캔틸레버의 움직임을 안정화 및/또는 공진기 빔과 패키지의 접촉을 막을 때(도 9b)의 공진기 빔의 진동 동안 2개의 상이한 시점에서의 디바이스를 도시한다.
도 10은 스마트 폰에 전력을 공급하도록 전기 에너지를 제공하기 위해 스마트 폰에 전기적으로 연결된 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 포함하는 전력 피공급 스마트 폰을 포함하는 본 발명의 시스템의 하나의 실시예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예를 제작하기 위한 적층 물질 스택의 측면도이다. 상기 적층 물질 스택은 실리콘 웨이퍼, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 선택사항적 접착 층, 제 1 금속 층, 압전 물질 층, 및 제 2 금속 층을 포함한다.
도 12는 압전 물질 층 및 금속 층(들)의 일부분을 적층 물질 스택에서 제거하기 위해, 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법의 하나의 실시예에 따라 패터닝된 도 11의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 13은 제 1 금속 층이 패터닝되어 적층 물질 스택으로부터 이의 일부분을 제거한 도 12의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 14는 적층 물질 스택에서 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분을 제거하기 위해 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법의 하나의 실시예에 따라 패터닝된 도 13의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 15는 제 3 실리콘 다이옥사이드 층이 패터닝된 압전 스택 층 및 패터닝된 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 위에 증착된 도 14의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 16은 제 3 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분을 제거하여 압전 스택의 일부분 및 실리콘 웨이퍼의 일부분을 노출되게 하도록 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법의 하나의 실시예에 따라 패터닝된 도 14의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 17은 금속 본드패드 층이 패터닝된 제 3 실리콘 다이옥사이드 층, 압전 스택 및 실리콘 웨이퍼의 일부분 상에 증착된 도 16의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 18은 금속 본드패드 층의 일부분을 제거하도록 패터닝된, 도 17의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 19는 공진기 빔, 베이스, 및 매스를 생성하기 위해 실리콘 웨이퍼의 일부분이 에칭되어, 매스 너머로 뻗어 있는 스토퍼 구조물을 갖는, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예를 만드는 도 18의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 20은 실리콘 웨이퍼의 일부분이 공진기 빔, 베이스, 및 매스를 생성하도록 에칭된 도 18의 적층 물질 스택의 측면도이다. 도시된 실시예에 따라, 매스는 공진기 빔의 단부까지 또는 단부 근방에 뻗어 있다.
도 21은 도 20의 적층 물질 스택의 측면도이며, 여기서, 스토퍼 물질은 패터닝된 금속 본드패드 층 상에 증착된다.
도 22는 도 21의 적층 물질 스택의 측면도이며, 여기서 패터닝된 금속 본드패드 상에 증착된 스토퍼 물질은 매스 상에 스토퍼 구조물을 형성하도록 에칭되었다.
도 23은 스토퍼 물질이 매스의 밑면 상에 증착된 도 22의 적층 물질 스택의 측면도이다.
도 24는 매스 아래에 스토퍼 구조물을 형성하기 위해 매스의 밑면 상에 증착된 스토퍼 물질이 에칭된 도 23의 적층 물질 스택의 측면도이다.
본 발명은 압전 에너지 수확 디바이스, 압전 에너지 수확 디바이스를 포함하는 시스템, 및 상기 압전 에너지 수확 디바이스를 이용하고 제작하는 방법과 관련된다. 본 발명의 압전 에너지 수확 디바이스는 캔틸레버/패키지 상호작용을 안정화하는 기능을 제공하기 위해 스토퍼(stopper) 특징부를 포함한다.
본 발명의 하나의 양태는, 압전 물질을 포함하는 기다란 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있음 - 과, 상기 공진기 빔의 제 1 단부로 연결된 베이스(base) - 제 2 단부는 캔틸레버로서 상기 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - 와, 상기 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스(mass)와, 상기 공진기 빔의 제 2 단부의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지와, 상기 매스 및/또는 상기 공진기 빔의 제 2 단부에 연결된 스토퍼 - 상기 스토퍼는 상기 공진기 빔의 제 2 단부와 패키지 간 접촉을 막도록 구성됨 - 를 포함하는 에너지 수확 디바이스와 관련된다. 따라서 또 다른 실시예에서, 상기 스토퍼는 공진기 빔의 움직임을 안정화하여 파손을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 다음의 부분들의 하나의 실시예의 투시도이다: 압전 물질을 포함하는 기다란 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 매스 및/또는 공진기 빔의 제 2 단부에 연결된 스토퍼. 구체적으로, 에너지 수확 디바이스(10)는 압전 물질을 포함하는 공진기 빔(12)을 포함한다. 상기 공진기 빔(12)은 공진기 빔(12)의 제 1 단부(16)와 공진기 빔(12)의 제 2 단부(18) 사이에 뻗어 있다. 베이스(20)가 공진기 빔(12)의 상기 제 1 단부(16)에 연결되고 제 2 단부(18)는 캔틸레버로서 베이스(20)로부터 자유롭게 뻗어 있다. 에너지 수확 디바이스(10)는 공진기 빔(12)의 제 2 단부(18)에 부착된 매스(22)를 더 포함한다. 스토퍼(14)는 제 2 단부(18)에서 매스(22) 너머까지 뻗어 있는 공진기 빔(12)의 확장부로서 형성된다.
에너지 수확 디바이스(10)는 공진기 빔(12)의 압전 물질과 전기 접촉하는 하나 이상의 전극(24)을 더 포함한다. 하나의 실시예에 따라, 전극(24)은 몰리브덴 및 백금으로 구성된 군 중에서 선택된 물질을 포함하지만, 전극 구조물을 형성하는 데 적합한 그 밖의 다른 물질이 역시 사용될 수 있다. 덧붙여, 에너지 수확 디바이스(10)는 공진기 빔(12)의 압전 물질로부터 전기 에너지를 수확하기 위해 하나 이상의 전극(24)과 전기 연결된 전기 수확 회로를 더 포함할 수 있다. 이하에서 더 상세히 기재될 바와 같이, 전기 수확 회로는 전력 피공급 장치로 전기적으로 연결되어 압전 물질로부터 발생되고 상기 장치로 공급되는 전력을 제공할 수 있다.
에너지 수확 디바이스(10)의 공진기 빔(12)은 압전 물질을 포함한다. 압전 물질은 기계적 변형의 대상이 될 때 전기적으로 분극화(polarize)되는 물질이다. 분극화 정도는 가해진 변형율(strain)에 비례한다. 압전 물질은 널리 알려져 있으며 여러 형태, 가령, 단일 수정(가령, 석영), 압전세라믹(piezoceramic)(가령, 납 지르코네이트 티타네이트, 즉 PZT), 박막(가령, 스퍼터링된 아연 옥사이드), 압전세라믹 파우더를 기반으로 하는 스크린 인쇄 가능한 후막(가령, Baudry, "Screen-printing Piezoelectric Devices," Proc . 6 th European Microelectronics Conference (London, UK) pp. 456-63 (1987) 및 White & Turner, "Thick-film Sensors: Past, Present and Future," Meas . Sci . Technol . 8:1-20 (1997)를 참조할 수 있고, 이의 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다), 및 폴리머 물질, 가령, 폴리비닐리덴플루오라이드("PVDF")(가령, Lovinger, "Ferroelectric Polymers," Science 220:1115-21 (1983)를 참조할 수 있고, 이의 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다)로 이용 가능하다.
일반적으로 압전 물질은 이방성 특성을 보인다. 따라서 물질의 속성이 힘의 방향 및 분극화 및 전극의 배향에 따라 달라진다. 물질의 압전 활동의 레벨이 표기의 축과 함께 사용되는 상수 급수로 정의된다. 압전 변형 상수 d는
로 정의될 수 있다(Beeby et al., "Energy Harvesting Vibration Sources for Microsystems Applications," Meas . Sci . Technol . 17:R175-R195 (2006)를 참조할 수 있고, 이의 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다).
본 발명의 에너지 수확 디바이스에서, 공진기 빔(12)은 캔틸레버로서 베이스(20)로부터 자유롭게 뻗어 있는 제 2 단부(18)를 가진다. 압전 물질을 포함하는 캔틸레버 구조물은 굽힘 모드에서 동작하여, 압전 물질을 변형하고 d 효과로부터 전하를 발생시키도록 설계된다(Beeby et al., "Energy Harvesting Vibration Sources for Microsystems Applications," Meas . Sci . Technol . 17:R175-R195 (2006)를 참조할 수 있고, 이의 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다). 캔틸레버는 공진기 빔(12)의 제 2 단부(18)에 부착된 매스(22)의 존재에 의해 더 감소되는 낮은 공진 주파수를 제공한다.
동작 중인 본 발명의 에너지 수확 디바이스(10)의 공진기 빔(12)의 공진 주파수는 약 50㎐ 내지 약 4,000㎐, 약 100㎐ 내지 약 3,000㎐, 약 100㎐ 내지 약 2,000㎐, 또는 약 100㎐ 내지 약 1,000㎐의 주파수를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에 따라, 공진기 빔(12)은 복수의 층으로 형성된 적층체(laminate)를 포함하며, 이들 층 중 적어도 하나가 압전 물질을 포함한다. 적절한 압전 물질은, 비제한적으로, 알루미늄 니트라이드, 아연 옥사이드, PVDF, 및 납 지르코네이트 티타네이트계 화합물을 포함한다. 그 밖의 다른 비(non)-압전 물질이 압전 물질의 층과 함께 층들로서 사용될 수 있다. 그 밖의 다른 층의 비-제한적 예시는 도 11의 적층된 물질 스택(50)과 관련하여 이하에서 기재된 것을 포함한다.
공진기 빔(12)은 공진기 빔(12)의 튜닝을 보조하고 구조적 지지부를 제공하기 위해 다양한 형태 및 구성을 취하는 측벽을 가질 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 공진기 빔(12)은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함되는 미국 가특허출원 번호 61/780,203에 기재되어 있는 바와 같이, 공진기 빔(12)의 평면 내에서 연속으로 만곡된 측벽을 가진다.
본 발명의 에너지 수확 디바이스(10)는 공진기 빔(12)의 제 2 단부(18)에서 매스(22)를 포함한다. 공진기 빔(12)의 주파수를 낮추고 공진기 빔(12)의 전력 출력(즉, 압전 물질에 의해 발생되는 전력 출력)을 증가시키기 위해 매스(22)가 제공된다. 매스(22)는 단일 물질 또는 복수의 물질(가령, 물질 층들)로 구성될 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 매스(22)는 실리콘 웨이퍼 물질로 형성된다. 그 밖의 다른 적절한 물질은, 비제한적으로, 전기도금 또는 열 증착에 의해 증착된 구리, 금, 및 니켈을 포함한다.
하나의 실시예에서, 단일 매스(22)가 공진기 빔(12)마다 제공된다. 그러나 둘 이상의 매스(22)가 또한 공진기 빔(12)에 부착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 매스(22)가, 가령, 공진기 빔(12)을 따르는 서로 다른 위치에 제공된다.
해당 업계 종사자라면 쉽게 알다시피, 복수의 파라미터, 가령, 공진기 빔(12)의 횡단면 형태, 공진기 빔(12)의 횡단면 치수, 공진기 빔(12)의 길이, 매스(22)의 질량, 공진기 빔(12) 상의 매스(22)의 위치, 및 공진기 빔(12)을 제작하기 위해 사용되는 물질 중 임의의 하나 이상을 변화시킴으로써, 공진기 빔(12)이 튜닝될 수 있다.
동작 중에, 하나 이상의 전극(24)은 공진기 빔(12)이 운동 중일 때 공진기 빔(12)의 압전 물질로부터의 전하를 수확한다. 따라서 전극(24)은 공진기 빔(12)의 압전 물질과 전기적으로 연결되어 있다.
그 후 공진기 빔(12)의 압전 물질로부터 수집된 전기 에너지가 전극(24)에 또는 전극 근방에 있는 에너지 수확 디바이스(10) 상에 형성되는 전기 수확 회로로 전달된다.
도 2는 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 대안적 실시예를 도시한다. 특정하게, 에너지 수확 디바이스(110)는 압전 물질을 포함하는 공진기 빔(112)을 포함한다. 공진기 빔(112)은 공진기 빔(112)의 제 1 단부(116)와 공진기 빔(112)의 제 2 단부(118) 사이에 뻗어 있다. 베이스(120)는 공진기 빔(112)의 제 1 단부(116)에 연결되며 제 2 단부(118)는 캔틸레버로서 베이스(120)로부터 자유롭게 뻗어 있다. 에너지 수확 디바이스(110)는 공진기 빔(112)의 제 2 단부(118)에 부착된 매스(122)를 더 포함한다. 스토퍼(114)가 공진기 빔(112) 상의 제 2 단부(118)에서 개별적인 구조물로서 형성되며, 매스(122) 너머까지 뻗어 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에너지 수확 디바이스는 일체형의, 자기 패키징 유닛으로 형성될 수 있다. 특히, 패키지(226)는 캔틸레버 구조물을 (적어도 부분적으로) 둘러싸도록, 캔틸레버 구조물(즉, 공진기 빔(212), 스토퍼(214), 매스(222), 및 베이스(220))을 감싸는 것으로 나타난다. 도 3b 및 3c는 패키지(226)와 함께 캔틸레버 구조물(특히, 스토퍼(214))의 상호작용을 도시한다. 구체적으로, 도 3b에서, 공진기 빔(212)의 제 2 단부(218)가 공진기 빔(212)의 진동 동안 상향으로 휘어지고 스토퍼(214)는 패키지(226)의 립(lip)(228A)과 접촉하게 되어, 공진기 빔(212)이 패키지(226)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(212)의 움직임을 안정화할 수 있다. 도 3c에서, 공진기 빔(212)의 제 2 단부(218)가 공진기 빔(212)의 진동 동안 하향으로 휘어지고 스토퍼(214)가 패키지(226)의 립(228B)과 접촉하게 되어 공진기 빔(212)(및 매스(222))이 패키지(226)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(212)의 움직임을 안정화할 수 있다. 그동안 공진기 빔(212)의 제 1 단부(216)가 베이스(220)에 고정된 채 유지된다.
도 3a-3b에 도시된 바와 같이, 베이스(220)는 패키지(226)로부터 분리된 구조물로서 도시된다. 그러나 하나의 실시예에 따라, 베이스가 패키지의 일부분이고 별도 구조물이 아니도록 베이스는 패키지와 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 에너지 수확 디바이스의 또 다른 패키징은 도 4-6에 도시되고 이하에서 더 기재되는 바와 같이 더 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 패키지(326)가, 공진기 빔(312)의 제 2 단부(318)에서 캔틸레버 구조물을 둘러싸지만, 공진기 빔(312)의 제 1 단부(316) 및 베이스(320) 근방에 개구부를 남겨두도록, 캔틸레버 구조물(즉, 공진기 빔(312), 스토퍼(314), 매스(322), 및 베이스(320))을 감싸는 것으로 나타난다. 도 4b 및 4c는 캔틸레버 구조물(구체적으로, 스토퍼(314))와 패키지(326)의 상호작용을 도시한다. 구체적으로, 도 4b에서, 공진기 빔(312)의 제 2 단부(318)가 공진기 빔(312)의 진동 동안 상향으로 휘어지고 스토퍼(314)가 패키지(326)의 벽(330A)과 접촉하게 되어, 공진기 빔(312)이 패키지(326)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(312)의 움직임을 안정화할 수 있다. 도 4c에서, 공진기 빔(312)의 제 2 단부(318)가 공진기 빔(312)의 진동 동안 하향으로 휘어지고 스토퍼(314)가 패키지(326)의 벽(330B)과 접촉하게 되어, 공진기 빔(312)(및 매스(322))이 패키지(326)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(312)의 움직임을 안정화할 수 있다. 그동안, 공진기 빔(312)의 제 1 단부(316)가 베이스(320)에 고정된 채 유지된다.
본 발명의 에너지 수확 디바이스의 또 다른 실시예가 도 5a에 도시된다. 구체적으로, 패키지(426)가, 캔틸레버 구조물을 (적어도 부분적으로) 둘러싸도록 캔틸레버 구조물(즉, 공진기 빔(412), 스토퍼(414), 매스(422), 및 베이스(420))을 감싸는 것이 나타난다. 도 5b 및 5c는 캔틸레버 구조물(구체적으로, 스토퍼(414))과 패키지(426)의 상호작용을 도시한다. 구체적으로, 도 5b에서, 공진기 빔(412)의 제 2 단부(418)가 공진기 빔(412)의 진동 동안 상향으로 휘어지고 스토퍼(414)가 패키지(426)의 립(428A)과 접촉하게 되어 공진기 빔(412)이 패키지(426)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(412)의 움직임을 안정화할 수 있다. 도 5c에서, 공진기 빔(412)의 제 2 단부(418)가 공진기 빔(412)의 진동 동안 하향으로 휘어지고 스토퍼(414)가 패키지(426)의 립(428B)과 접촉하게 되어 공진기 빔(412)(및 매스(422))이 패키지(426)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(412)의 움직임을 안정화할 수 있다. 그동안, 공진기 빔(412)의 제 2 단부(416)는 베이스(420)에 고정된 채 유지된다.
본 발명의 에너지 수확 디바이스의 추가 실시예가 도 6a에 도시된다. 구체적으로, 패키지(526)가, 캔틸레버 구조물을 (적어도 부분적으로) 둘러싸도록, 캔틸레버 구조물(즉, 공진기 빔(512), 스토퍼(514), 매스(522), 및 베이스(520))을 감싸는 것이 나타난다. 도 6b 및 6c는 캔틸레버 구조물(구체적으로, 스토퍼(514))과 패키지(526)의 상호작용을 도시한다. 구체적으로, 도 6b에서, 공진기 빔(512)의 제 2 단부(518)가 공진기 빔(512)의 진동 동안 상향으로 휘어지고 스토퍼(514)가 패키지(526)의 벽(530A)과 접촉하게 되어 공진기 빔(512)이 패키지(526)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(512)의 움직임을 안정화할 수 있다. 도 6c에서, 공진기 빔(512)의 제 2 단부(518)가 공진기 빔(512)의 진동 동안 하향으로 휘어지고 스토퍼(514)가 패키지(526)의 벽(530B)과 접촉하게 되어 공진기 빔(512)(및 매스(522))이 패키지(526)의 그 밖의 다른 임의의 일부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(512)의 움직임을 안정화할 수 있다. 그동안, 공진기 빔(512)의 제 1 단부(516)는 베이스(520)에 고정된 채 유지된다.
본 발명의 에너지 수확 디바이스의 공진기 빔의 스토퍼 구조물은 다양한 설계를 가질 수 있다. 공진기 빔과 일체로 또는 공진기 빔 상에 형성되는 스토퍼 구조물의 몇 개의 비-제한적 예시가 도 7a-7l에 도시되어 있다. 도 7a에서, 공진기 빔(12)은 공진기 빔(12)의 모서리로부터 시작되는 2개의 스토퍼(14A 및 14B)를 포함한다. 도 7b에서, 3개의 스토퍼(14A, 14B, 및 14C)가 공진기 빔(12) 상에서 사용된다. 도 7c에서, 스토퍼(14)는 공진기 빔(12)의 3개의 상이한 가장자리를 따라 형성된다. 도 7d에서, 스토퍼(14)는 공진기 빔(12)의 하나의 가장자리를 따라 형성한다. 도 7e에서, 스토퍼(14A 및 14B)가 공진기 빔(12)의 2개의 모서리에 위치한다. 도 7f는 공진기 빔(12)의 3개의 서로 다른 측부로부터 돌출된 개별 구조물로서 형성되는 3개의 스토퍼(14A, 14B, 및 14C)를 도시한다. 도 7g에서, 4개의 스토퍼(14A, 14B, 14C, 및 14D)가 존재한다. 공진기 빔(12)의 제 1 측부는 2개의 스토퍼(14B 및 14C)를 포함하며, 2개의 나머지 측부는 각각 단일 스토퍼(14A 및 14D)를 포함한다. 도 7h는 복수의 스토퍼, 가령, 공진기 빔(12)의 3개의 서로 다른 측부를 따라 3개씩의 스토퍼의 세트로 형성되는 스토퍼(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 및 14I)를 사용한다. 도 7e, 7f, 7g, 및 7h의 스토퍼(14)의 사각 형태에 비교하여 도 7i, 7j, 7k, 및 7l의 스토퍼(14)가 둥근 형태를 가진다는 것을 제외하고, 도 7i, 7j, 7k, 및 7l는 도 7e, 7f, 7g, 및 7h에 각각의 도시되는 구조물과 유사한 구조물을 갖는 공진기 빔(12)을 도시한다.
공진기 빔과 별개의 구조물로서 형성될 때, 스토퍼는 금속, 포토레지스트, 폴리이미드, SiO2, 및 그 밖의 다른 상보적 금속-옥사이드-반도체 호환 물질, 또는 이의 임의의 조합으로 구성된 군 중에서 선택된 물질로 구성될 수 있다.
하나의 실시예에 따라, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 스토퍼가 가요성(flexible)이다. 따라서 예를 들어 도 6b-6c를 참조하여, 스토퍼(514)가 진동 동안 벽(530A 및 530B)과 접촉하게 될 때, 공진기 빔(512)을 안정화하는 것을 보조하도록 휘어진다.
스토퍼 구조물은 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 공진기 빔 상에서 및/또는 매스 상에서 형성될 수 있다. 따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 에너지 수확 디바이스(610)는 2개의 스토퍼(614A 및 614B)를 포함할 수 있다. 스토퍼(614A)는 공진기 빔(612) 및 제 1 제 2 단부(618)의 상부 상에 형성되고, 스토퍼(614B)는 매스(622)의 밑면 상에 형성된다. 공진기 빔(612)은 베이스(620)까지 제 1 단부(616)에 부착된다.
도 9a 및 9b는 패키지(626)에 부분적으로 둘러싸인 도 8의 캔틸레버 구조물을 도시했다. 도 9a에서, 공진기 빔(612)의 제 2 단부(618)가 공진기 빔(612)의 진동 동안 상향으로 휘어지고 스토퍼(614A)가 패키지(626)의 벽(630A)과 접촉하게 되어, 공진기 빔(612)이 패키지(626)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(612)의 움직임을 안정화할 수 있다. 도 9b에서, 공진기 빔(612)의 제 2 단부(618)가 공진기 빔(612)의 진동 동안 하향으로 휘어지고 스토퍼(614B)가 패키지(626)의 벽(630B)과 접촉하게 되어 공진기 빔(612)(및 매스(622))이 패키지(626)의 그 밖의 다른 임의의 부분과 접촉하는 것을 막고 공진기 빔(612)의 움직임을 안정화할 수 있다. 그동안, 공진기 빔(612)의 제 1 단부(616)는 베이스(620)에 고정된 채 유지된다. 공진기 빔(612)의 움직임을 안정화하기 위해 스토퍼(614A 및 614B)가 에너지 수확 디바이스(610) 상에 최적으로 위치한다.
본 발명의 또 다른 양태는 전력 피공급 장치를 포함하는 시스템 및 상기 전력 피공급 장치에 전기 연결된 본 발명의 에너지 수확 디바이스와 관련된다.
이제 도 10을 참조하면, 전력 피공급 장치(스마트 폰)(32)가 에너지 수확 디바이스(10)를 (이의 외부 하우징 내에) 포함하는 것이 나타난다. 이 실시예에 따르면, 에너지 수확 디바이스(10)는 또 다른 자립형 에너지원(가령, 배터리)을 대신하여 또는 이와 함께 사용되는 스마트 폰(32)에 전력을 공급하기 위한 자립형 에너지원을 제공한다. 대안적 실시예에서, 전력 피공급 장치는, 가령, 웨어러블 디바이스, 가령, 손목 시계형 디바이스 또는 태블릿, PC, 및/또는 스마트 폰과 전기적으로 통신하는 목걸이이다.
전력 피공급 장치 및 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 포함하는 본 발명의 또 다른 시스템은, 비제한적으로, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀 폰, 전자 리더(e-reader), MP3 플레이어, 전화기용 헤드세트, 헤드폰, 라우터, 게임 디바이스, 게임 제어기, 모바일 인터넷 어댑터, 카메라, 무선 센서, 태블릿, PC 및/또는 스마트 폰과 통신하는 웨어러블 센서, (산업, 철도, 건물, 농업 등을 모니터링하는 네트워크에 대한) 무선 센서 모트, 타이어 압력 센서 모니터, (가령, 동력 공구 상의) 전자 디스플레이, 가축들을 모니터링하기 위한 농업 디바이스, 의료용 디바이스, 인체 모니터링 디바이스, 및 장난감을 포함한다.
예를 들어, 하나의 실시예에 따라, 본 발명의 시스템은, 가령, 임의의 하나 이상의 다양한 환경 속성(온도, 습도, 빛, 소리, 진동, 바람, 운동 등)을 모니터링하기 위한 센서를 포함하는 무선 센서 디바이스이다. 본 발명의 에너지 수확 디바이스는 센서에 전력을 제공하기 위해 센서에 연결된다.
하나의 예시에 따르면, 본 발명의 시스템은 타이어 압력을 모니터링하기 위한 센서를 포함하는 타이어-압력 모니터링 시스템이다. 본 발명의 에너지 수확 디바이스는 전력을 공급하기 위해 센서로 연결된다. 이러한 시스템은 가령, 자동차의 바퀴 또는 타이어 상에 장착되는 작은 디바이스로서 형성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 본 발명의 시스템은 가정용 또는 상업적 의류 건조기의 전자 제어부와 통신하는 습도 센서이다. 본 발명의 에너지 수확 디바이스는 전력을 제공하기 위해 센서로 연결된다. 이러한 시스템은, 가령, 의류 건조기의 내부 상에 장착된 소형 디바이스로서 형성되어, 의류 건조기 내 습도 레벨을 기초로 의류의 건조를 모니터링할 수 있다. 대안적으로, 디바이스는 의류 건조기의 내부 상에 장착되지 않고, 예를 들어, 의류와 함께 건조기 내부로 던져 넣어질 수 있는 디바이스(가령, 볼(ball))이다. 그 후 센서는, 가령, 사이클의 끝을 결정하기 위해 의류 건조기의 전자 제어부와 통신할 수 있다.
본 발명의 추가 양태는 전력 피공급 장치에 전력을 공급하는 방법과 관련된다. 이 방법은 본 발명의 시스템을 제공하는 단계, 시스템을 운동 또는 진동하게 하여 압전 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 단계, 및 상기 압전 물질로부터 전기 에너지를 장치로 전달하여 상기 장치로 전력을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 에너지 수확 디바이스를 생성하는 방법과 관련된다. 이 방법은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 단계, 실리콘 웨이퍼의 제 1 표면 상에 제 1 실리콘 다이옥사이드(SiO2) 층을 증착하는 단계, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 캔틸레버 물질을 증착하는 단계, 캔틸레버 물질 상에 제 2 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층 상에 압전 스택 층을 증착하는 단계, 압전 스택 층을 패터닝하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계, 및 실리콘 웨이퍼의 제 2 표면을 에칭하여 에너지 수확 디바이스를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 에너지 수확 디바이스는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있는 기다란 공진기 빔, 공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및 공진기 빔의 제 2 단부에서의 스프링 팁(spring tip)을 포함한다.
하나의 실시예에 따라, 본 발명의 방법은 패터닝된 압전 스택 층 및 패터닝된 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계 및 상기 제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 방법은 패터닝된 제 3 실리콘 다이옥사이드 층 위에 금속 본드패드 층을 증착하는 단계 및 상기 금속 본드패드 층을 패터닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 생성하는 방법의 한 가지 실시예는 본 명세서에 기재된 바와 같이 에너지 수확 디바이스를 형성하도록 패터닝된 적층된 물질의 스택인 적층 물질 스택(50)을 형성하는 단계를 포함한다. 적층 물질 스택(50)은 다음의 적층된 물질을 포함한다: (제 1 표면(51) 및 제 2 표면(53)을 갖는) 실리콘 웨이퍼(52), 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54), 캔틸레버 물질(56), 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58), (선택사항인) 접착 층(60), 및 (제 1 금속 층(62), 압전 물질 층(64), 및 제 2 금속 층(66)을 포함하는) 압전 스택 층(61).
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에너지 수확 디바이스를 형성하는 방법은 제 1 표면(51) 및 제 2 표면(53)을 갖는 실리콘 웨이퍼(52)를 제공함으로써 적층 물질 스택(50)을 형성하는 단계, 실리콘 웨이퍼(52)의 제 1 표면(51) 상에 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)을 증착하는 단계, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54) 상에 캔틸레버 물질(56)을 증착하는 단계, 캔틸레버 물질(56) 상에 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58)을 증착하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58) 상에 선택사항적 접착 층(60)을 증착하는 단계, 및 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58) 상에 압전 스택 층(61)을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에 따라, 실리콘 웨이퍼(52)는 단결정 양면 연마된 실리콘 웨이퍼이다. 하나의 실시예에서, 실리콘 웨이퍼(52)는 약 400㎛ 내지 약 1,000㎛, 약 500㎛ 내지 약 900㎛, 약 600㎛ 내지 약 800㎛, 또는 약 700㎛의 두께를 가진다. 하나의 구체적 예시에서, 실리콘 웨이퍼(52)는 약 725㎛ (+/- 15㎛)의 두께(즉, 8인치 웨이퍼의 경우 표준 두께)를 갖는 양면 연마된 실리콘 웨이퍼이다. 대안적으로, 실리콘 웨이퍼(52)를 대신하여, 본 발명의 방법은 적층 물질 스택(50)의 다음 층이 형성되는 실리콘 다이옥사이드의 증착된 층을 이용해 시작할 수 있다.
하나의 실시예에 따라, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)은 열 옥사이드 층(thermal oxide layer)이다. 실리콘 다이옥사이드 층(54)은 캔틸레버 물질(56)을 해방하는 후면 에칭 저지를 위한 에칭 저지부(etch stop)를 제공하고, 매스가 실리콘으로 만들어질 때, 매스를 더 형성한다. 하나의 실시예에서, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)은 약 0.25㎛ 내지 약 2㎛의 두께를 가진다. 실리콘 웨이퍼(52) 상으로의 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)의 증착이 종래 기술에 알려진 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 다이옥사이드는 열 성장할 수 있고 그 후 실리콘 웨이퍼 상에 증착될 수 있다. 하나의 특정 예시에서, 1㎛ (+/- 0.05㎛)의 열 성장된 SiO2가 실리콘 웨이퍼(52) 상으로 증착되어 실리콘 다이옥사이드 층(54)을 형성할 수 있다.
캔틸레버 물질(56)은 임의의 적절한 물질, 가령, 실리콘, polySi, 금속(가령, Cu 또는 Ni), 또는 그 밖의 다른 금속 옥사이드 반도체(CMOS) 호환 물질, 또는 고온 폴리머, 가령, 폴리이미드일 수 있다. 하나의 실시예에서, 화학 기상 증착에 의해 캔틸레버 물질(56)이 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54) 상에 약 10㎛ 내지 약 200㎛, 약 10㎛ 내지 약 75㎛, 또는 약 10㎛ 내지 약 50㎛의 두께로 증착된다. 증착 이후, 가령, 화학 기계적 연마에 의해, 캔틸레버 물질(56)의 표면을 평활화(smooth)하는 것을 바람직할 수 있다.
하나의 실시예에 따라, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58)은 고온 옥사이드 층이다. 이 층은 압전 스택 층(61)이 잘 부착될 수 있는 표면과 압전 스택 층(61)의 하부 전극을 패터닝하기 위한 에칭 저지부를 제공한다. 하나의 실시예에서, 화학 기상 증착에 의해 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58)이 캔틸레버 물질(56) 상으로 약 1㎛의 두께로 증착된다.
압전 스택 층(61)은 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58) 상으로 증착되어 금속/압전 물질/금속 층을 형성할 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 압전 스택 층(61)은 약 0.5㎛ 내지 약 6㎛, 또는 약 2㎛ 내지 약 5㎛의 두께를 가진다. 제 1 금속 층(62) 및 제 2 금속 층(66)은 전극으로서 적절하게 작동하는 임의의 적합한 금속으로 형성될 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 이들 층은 동일한 물질, 가령, 몰리브덴 또는 백금으로 형성될 수 있다. 그러나 두 층 모두 동일한 물질로 형성될 필요는 없다. 압전 물질 층(64)은 앞서 언급된 바와 같이 임의의 적합한 압전 물질로 형성된다. 하나의 실시예에 따라, 이 층은 알루미늄 니트라이드(AlN)로 형성된다.
종래 기술에서 표준인 것처럼, 접착 층(60) 내에서 압전 스택 층(61)의 증착이 수행될 수 있다. 적절한 접착 층(60)은 약 0.02㎛ 내지 약 0.05㎛의 층 두께의 물질, 가령, 티타늄, AlN, Al:Cu, 또는 Al을 포함할 수 있다.
본 발명의 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법은 도 12-19에 도시된 바와 같이 진행된다. 먼저, 도 12-13에 도시된 바와 같이, 압전 스택 층(61)이 패터닝된다. 구체적으로, 압전 물질 층(64) 및 제 2 금속 층(66)의 부분(가령, 부분(68 및 70))이 스택(50)에서 제거되어 제 1 금속 층(62)을 노출할 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 압전 스택 층(61)을 패터닝하는 단계는 금속 층 및 테트라메틸암모늄히드록사이드에 대한 인산을 이용한 습식 에칭과 조합된 리소그래피 기법을 이용해 이뤄질 수 있다. 층의 습식 또는 건식 에칭을 위한 그 밖의 다른 적합한 화학물이 또한 해당 분야의 통상의 기술자에 의해 흔히 사용되고 본 발명의 방법을 수행하는 데 사용될 수 있다.
하나의 실시예에 따라, 압전 스택 층(61)을 패터닝하는 단계는 제 2 금속 층(66) 및 압전 물질 층(64)의 부분을 제거하는 단계, 및 제 1 금속 층(62)을 패터닝하여 이의 부분(가령, 부분(72))을 제거하고 전극으로서 노출된 이의 추가 부분을 남겨둘 수 있다. 전극을 패터닝하는 단계는 염소 또는 불소 가스를 이용한 인산 습식 에칭 또는 플라스마 (건식) 에칭을 이용해 수행될 수 있다. 접착 층이 존재하는 경우, 접착 층은 (가령, 티타늄 접착 층의 경우) 암모니아 페록사이드 기반 습식 에칭에 의해 제거될 수 있다. 압전 스택 층(61)을 패터닝하는 이 실시예의 결과물의 평면도가 도 17에 도시되어 있으며, 여기서 전극(24)은 노출된 것으로 나타난다.
그 후, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58), 캔틸레버 물질(56), 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)이 패터닝된다. 이 방법 단계는 도 14에 도시되어 있다. 하나의 실시예에 따라, 실리콘 다이옥사이드 층(58), 캔틸레버 물질(56), 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)을 패터닝하는 단계는 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58)의 일부분, 캔틸레버 물질(56)의 일부분, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)의 일부분을 제거하여 실리콘 웨이퍼(52)의 제 1 표면(51)의 일부분(78)을 노출되게 할 수 있다.
제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58), 캔틸레버 물질(56), 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)을 패터닝하는 단계는 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58), 캔틸레버 물질(56), 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54)의 대향하는 측벽을 제거하여 측벽을 갖는 캔틸레버 물질 층을 형성할 수 있는 단계를 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예에 따라, 이 패터닝은 전체적으로 건식 공정에 의해 이뤄질 수 있다. 예를 들어, 불소 CHF3/CF4 가스 및 옥사이드에 대한 반응성 이온 에칭 및 polySi에 대한 SF6/C4F8 딥 반응성 이온 에칭. 금속, 가령, Cu, Au, 또는 Ni의 경우, 종래 기술에서 잘 알려진 습식 에칭 공정이 사용될 수 있다. 대안적으로, Cu, Ni, 또는 Au가 실리콘 층의 패터닝 후 전자도금을 통해 추가된다.
도 15에 도시된 추가(선택사항적) 방법 단계에서, 제 3 실리콘 다이옥사이드 층(59)이 패터닝된 압전 스택 층(61) 및 패터닝된 제 2 실리콘 다이옥사이드 층(58), 캔틸레버 물질(56), 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층(54) 위에 증착된다. 하나의 실시예에 따라, 이 단계는 실란(실리콘 공급원)의 플라스마-향상 화학 기상 증착을 이용해 수행되어, 부동태화 층(passivation layer)을 위한 실리콘을 증착할 수 있다. 이 층은 약 1㎛의 두께로 증착될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계는 마모에 대항하여 강건성(robustness)을 구조물로 제공하는 선택사항적 단계이다.
도 16에 도시된 다음 방법 단계에서, 존재할 때, 제 3 실리콘 다이옥사이드 층(59)이 패터닝된다. 하나의 실시예에 따라, 이 단계는 제 3 실리콘 다이옥사이드 층(59)의 일부분을 제거하여 압전 스택 층(61)의 부분(68 및 69) 및 실리콘 웨이퍼의 부분(78)이 노출되게 할 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 이 패터닝은 CHF3 반응성 이온 에칭 공정을 이용해 수행된다.
패터닝된 제 3 실리콘 다이옥사이드 층(59) 상에 증착된 금속 본드패드 층(80), 및 압전 스택 층(61)의 부분(68) 및 실리콘 웨이퍼(52)의 부분(78)을 도시하는 추가(선택사항적) 방법 단계는 도 17에 도시된다. 본드패드 층(80)은 강건한 와이어 본드가 디바이스에 형성될 수 있게 하는 표면을 제공하여 우수한 전기적 연결을 보장한다. 하나의 실시예에 따라, 금속 본드패드 층(80)은 약 1㎛의 두께까지 증착되며, 금속 물질(가령, Al)이다. 이 층은 와이어 본드의 신뢰도를 개선하도록 증착된다.
도 18은 존재할 때 금속 본드패드 층(80)을 패터닝하는 단계를 포함하는 다음 방법 단계를 도시한다. 하나의 실시예에 따라, 금속 본드패드 층(80)이 상부 및 하부 전극 연결을 위한 개구부보다 다소 길게 패터닝된다. 하나의 실시예에서, 금속 본드패드 층(80)의 패터닝이 인산계 습식 에칭 화학물을 이용해 수행된다. 그러나 그 밖의 다른 방법도 사용될 수 있다.
다음 공정 단계가 도 19에 도시되어 있으며, 여기서 실리콘 웨이퍼(52)가 표면(53)에서 에칭되어 공진기 빔(12), 베이스(20), 매스(22), 및 스토퍼(14)를 생성하여, 본 발명의 에너지 수확 디바이스의 하나의 실시예를 생성한다. 다시 말하면, 실리콘 웨이퍼(52)의 일부분이 에칭 삭제되어, 베이스(20)가 된 실리콘 웨이퍼(52)의 부분과 매스(22)가 된 실리콘 웨이퍼(52)의 부분 사이에 간격을 생성하기 위해, 공진기 빔(12)이 되는 것 아래에 공동(82)을 생성할 수 있다. 마찬가지로, 실리콘 웨이퍼(52)의 일부분이 에칭 삭제되어, 매스(52)의 가장자리 너머에 뻗어 있는 공진기 빔(12)인 스토퍼(14)를 생성할 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 리소그래피 기법 및 SF6/C4F8 화학물을 이용한 딥 반응성 이온 에칭을 이용해 에칭 실리콘 웨이퍼(52)가 수행된다.
본 발명의 추가 양태가 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법과 관련된다. 이 방법은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 단계, 실리콘 웨이퍼의 제 1 표면 상에 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 캔틸레버 물질을 증착하는 단계, 캔틸레버 물질 상에 제 2 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층 상에 압전 스택을 증착하는 단계, 압전 스택 층을 패터닝하는 단계, 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계, 실리콘 웨이퍼의 제 2 표면을 에칭하여 에너지 수확 디바이스를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 에너지 수확 디바이스는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있는 기다란 공진기 빔, 공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 및 공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스를 포함한다. 상기 방법은 스토퍼 물질을 증착하는 단계 및 상기 스토퍼 물질을 에칭하여 기다란 공진기 빔의 제 2 단부에 스토퍼를 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 이 방법을 수행할 때, 도 12-18에 도시된 동일한 단계가 수행된다. 다음 공정 단계가 도 20에 도시되어 있으며, 여기서 실리콘 웨이퍼(52)가 표면(53)에서 에칭되어 공진기 빔(12), 베이스(20), 및 매스(22)를 생성할 수 있다. 다시 말하면, 실리콘 웨이퍼(52)의 일부분이 에칭 삭제되어, 베이스(20)가 되는 실리콘 웨이퍼(52)의 일부분과 매스(22)가 되는 실리콘 웨이퍼(52)의 일부분 사이에 간격을 생성하기 위해 공진기 빔(12)이 되는 것 아래에 공동(82)을 생성할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 달리, 이 스테이지에서 이 단계는 실리콘 웨이퍼(52)의 일부분을 에칭 삭제하여 스토퍼(14)를 생성하는 단계를 포함하지 않는다.
대신, 공정은 도 21에 도시된 바와 같이 계속되며, 하나의 실시예에 따라, 포토레지스트 적층체 또는 폴리머 적층체인 적층체 물질(86)을, 존재하는 경우 본드패드 층(80) 또는 압전 스택 층(61) 상부 상의 구조물의 상부 상에 증착하는 단계를 포함한다.
다음 공정 단계는 매스(22) 위에 스토퍼(14A)를 형성하기 위해 적층체 물질(86)을 에칭하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에 따라, 또한 스토퍼는 매스 아래에 형성될 수 있다. 이는 도 23-24에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다. 구체적으로, 도 23에 도시된 바와 같이, 적층제 물질(88)은 구조물의 밑면 상에(즉, 매스(22) 아래에, 그리고 필수적으로 베이스(20) 아래에) 증착된다. 도 24에 도시된 바와 같이, 적층체 물질(88)이 에칭되어 매스(22) 아래에 스토퍼(14B)를 형성할 수 있다.
본 발명의 이 양태에 따라 매스의 어느 한 측부 상에 스토퍼를 형성하기 위한 또 다른 선택사항은, 비제한적으로, 물리적 증착, 가령, 유기 또는 무기 물질의 잉크제팅, 또는 금속의 전기도금을 포함한다.
예시
다음의 예시는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 제공되며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
예시 1 - 일체형 스프링 팁 스토퍼를 갖는 에너지 수확 디바이스
3,146㎛ 길이의 캔틸레버 x 20㎛ 두께의 폴리실리콘 캔틸레버 물질, 4,000㎛ 길이 x 725㎛ 두께 매스, 및 1,000㎛ 길이 및 대응하는 20㎛ 두께의 폴리실리콘 물질의 캔틸레버의 단부 상의 스프링 팁 스토퍼를 갖는 본 발명의 에너지 수확 디바이스가 캔틸레버 위와 아래에 1mm 깊이 공동을 갖는 공동 조립체에 배치되었다. 그 후 조립체가 진동원 상에 배치되었고 120㎐의 공진 주파수로 튜닝되었다. 캔틸레버에 손상을 주지 않으면서, 캔틸레버의 팁이 0.54G의 가속도로 공동의 상부를 타격하기 시작했다. 상기 조립체가 동일 구성에서 3G만큼 높은 가속도로 흔들렸고, 캔틸레버 및 스프링 팁에 어떠한 손상도 관측되지 않았다.
동일한 실험이 2mm 공동에 대해 반복되었다. 디바이스가 0.75G의 가속도로 패키지의 상부를 타격하기 시작했고 어떠한 파손도 관측되지 않았다. 덧붙여, 3G의 가속도로 디바이스가 흔들릴 때 어떠한 파손도 관측되지 않았다.
본 명세서(임의의 특허청구범위, 요약 및 도면을 포함)에 기재된 특징부 모두, 및/또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 공정의 모든 단계들이 상기의 양태들 중 임의의 것과 임의의 조합으로 조합될 수 있으며 이러한 특징부 및/또는 단계들 중 적어도 일부분이 상호 배타적인 조합을 제외한다.
Claims (60)
- 에너지 수확 디바이스로서,
압전 물질을 포함하는 기다란 공진기 빔 - 상기 공진기 빔은 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있음 - ,
공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - ,
공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스,
공진기 빔의 제 2 단부의 적어도 일부분을 둘러싸는 패키지, 및
매스 및/또는 공진기 빔의 제 2 단부에 연결된 스토퍼 - 상기 스토퍼는 공진기 빔의 움직임을 안정화하여 파손을 막도록 구성됨 -
를 포함하는, 에너지 수확 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 스토퍼는 제 2 단부 및/또는 매스로부터 뻗어 있는 부분을 포함하는, 에너지 수확 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스토퍼는 가요성인, 에너지 수확 디바이스.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 패키지는 베이스(base)를 갖는 단일 구조물로서 형성되는, 에너지 수확 디바이스.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼는 매스 및/또는 제 2 단부의 단일 표면에 연결되는, 에너지 수확 디바이스.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼는 매스 및/또는 제 2 단부의 제 1 표면 및 매스 및/또는 제 2 단부의 제 2 표면으로 연결되는, 에너지 수확 디바이스.
- 제6항에 있어서, 매스 및/또는 제 2 단부의 제 2 표면은 매스 및/또는 제 2 단부의 제 1 표면에 대향하는, 에너지 수확 디바이스.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼는 금속, 포토레지스트, 폴리이미드, SiO2, 그 밖의 다른 상보적 금속-옥사이드-반도체 호환 물질, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택된 물질로 구성되는, 에너지 수확 디바이스.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 공진기 빔은 복수의 층으로 형성된 적층체를 포함하는, 에너지 수확 디바이스.
- 제9항에 있어서, 복수의 층은 적어도 2개의 상이한 물질을 포함하는, 에너지 수확 디바이스.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전 물질과 전기 접촉하는 하나 이상의 전극
을 더 포함하는, 에너지 수확 디바이스. - 제11항에 있어서, 하나 이상의 전극은 몰리브덴 및 백금으로 구성된 군 중에서 선택된 물질을 포함하는, 에너지 수확 디바이스.
- 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 압전 물질로부터의 전기 에너지를 수확하기 위해 하나 이상의 전극과 전기 연결된 전기 수확 회로
를 더 포함하는, 에너지 수확 디바이스. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전 물질은 알루미늄 니트라이드, 아연 옥사이드, 및 납 지르코네이트 티타네이트 화합물로 구성된 군 중에서 선택되는, 에너지 수확 디바이스. - 시스템으로서,
전력 피공급 장치 및
상기 장치로 전기 연결된 청구항 제1항에 따르는 디바이스
를 포함하는, 시스템. - 제15항에 있어서, 상기 전력 피공급 장치는 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀 폰, 스마트 폰, 전자 리더(e-reader), MP3 플레이어, 전화기용 헤드세트, 헤드폰, 라우터, 게임 디바이스, 게임 제어기, 모바일 인터넷 어댑터, 카메라, 무선 센서, 태블릿, PC 또는 스마트 폰과 통신하는 웨어러블 센서, (산업, 철도, 건물, 농업 등을 모니터링하는 네트워크에 대한) 무선 센서 모트, 타이어 압력 센서 모니터, 동력 공구 상의 단순 디스플레이, 가축들을 모니터링하기 위한 농업용 디바이스, 의료용 디바이스, 인체 모니터링 디바이스, 및 장난감으로 구성된 군 중에서 선택되는, 시스템.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 스토퍼는 제 2 단부 및/또는 매스로부터 뻗어 있는 부분을 포함하는, 시스템.
- 제17항에 있어서, 스토퍼는 가요성인, 시스템.
- 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 패키지는 베이스를 갖는 단일 구조물로서 형성되는, 시스템.
- 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 스토퍼는 매스 및/또는 제 2 단부의 단일 표면으로 연결되는, 시스템.
- 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼는 매스 및/또는 제 2 단부의 제 1 표면 및 매스 및/또는 제 2 단부의 제 2 표면으로 연결되는, 시스템.
- 제21항에 있어서, 매스 및/또는 제 2 단부의 제 2 표면은 매스 및/또는 제 2 단부의 제 1 표면에 대향하는, 시스템.
- 제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼는 금속, 포토레지스트, 폴리이미드, SiO2, 그 밖의 다른 상보적 금속-옥사이드-반도체 호환 물질, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택된 물질로 구성되는, 시스템.
- 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공진기 빔은 복수의 층으로 형성된 적층체를 포함하는, 시스템.
- 제24항에 있어서, 상기 복수의 층은 적어도 2개의 상이한 물질을 포함하는, 시스템.
- 제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전 물질과 전기 접촉하는 하나 이상의 전극을 더 포함하는, 시스템. - 제26항에 있어서, 하나 이상의 전극은 몰리브덴 및 백금으로 구성된 군 중에서 선택된 물질을 포함하는, 시스템.
- 제26항 또는 제27항에 있어서,
하나 이상의 전극과 전기 연결되어 상기 압전 물질로부터의 전기 에너지를 수확하기 위한 전기 수확 회로
를 더 포함하는, 시스템. - 제15항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 물질은 알루미늄 니트라이드, 아연 옥사이드, PVDF, 및 납 지르코네이트 티타네이트 화합물로 구성된 군 중에서 선택된, 시스템.
- 전력 피공급 장치에 전력을 공급하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
청구항 제15항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따르는 시스템을 제공하는 단계,
시스템을 운동 또는 진동하게 하여 상기 압전 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 단계, 및
상기 압전 물질로부터의 상기 전기 에너지를 상기 장치로 전달하여 상기 장치에 전력을 공급하는 단계
를 포함하는, 전력을 공급하기 위한 방법. - 제30항에 있어서, 상기 장치는, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀 폰, 스마트 폰, 전자 리더(e-reader), MP3 플레이어, 전화기용 헤드세트, 헤드폰, 라우터, 게임 디바이스, 게임 제어기, 모바일 인터넷 어댑터, 카메라, 무선 센서, 태블릿, PC 또는 스마트 폰과 통신하는 웨어러블 센서, (산업, 철도, 건물, 농업 등을 모니터링하는 네트워크에 대한) 무선 센서 모트, 타이어 압력 센서 모니터, 동력 공구 상의 단순 디스플레이, 가축들을 모니터링하기 위한 농업용 디바이스, 의료용 디바이스, 인체 모니터링 디바이스, 및 장난감으로 구성된 군 중에서 선택되는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제30항 또는 제31항에 있어서, 스토퍼는 제 2 단부 및/또는 매스로부터 뻗어 있는 부분을 포함하는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제32항에 있어서, 스토퍼는 가요성인, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 패키지는 베이스를 갖는 단일 구조물로서 형성되는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제30항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 스토퍼는 매스 및/또는 제 2 단부의 단일 표면으로 연결되는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제30항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 스토퍼는 매스 및/또는 제 2 단부의 제 1 표면 및 매스 및/또는 제 2 단부의 제 2 표면에 연결되는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제36항에 있어서, 매스 및/또는 제 2 단부의 제 2 표면은 매스 및/또는 제 2 단부의 제 1 표면에 대향하는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제30항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 스토퍼는 금속, 포토레지스트, 폴리이미드, SiO2, 그 밖의 다른 상보적 금속-옥사이드-반도체 호환 물질, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택된 물질로 구성되는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제30항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공진기 빔은 복수의 층으로 형성된 적층체를 포함하는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제39항에 있어서, 복수의 층은 적어도 2개의 상이한 물질을 포함하는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제30항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 시스템은
상기 압전 물질과 전기 접촉하는 하나 이상의 전극
을 더 포함하는, 전력을 공급하기 위한 방법. - 제41항에 있어서, 하나 이상의 전극은 몰리브덴 및 백금으로 구성된 군 중에서 선택된 물질을 포함하는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 제41항 또는 제42항에 있어서, 상기 시스템은
하나 이상의 전극과 전기 연결되어 상기 압전 물질로부터 전기 에너지를 수확하기 위한 전기 수확 회로
를 더 포함하는, 전력을 공급하기 위한 방법. - 제30항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 물질은 알루미늄 니트라이드, 아연 옥사이드, PVDF, 및 납 지르코네이트 티타네이트 화합물로 구성된 군 중에서 선택되는, 전력을 공급하기 위한 방법.
- 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은
제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 단계,
실리콘 웨이퍼의 제 1 표면 상에 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계,
제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 캔틸레버 물질을 증착하는 단계,
캔틸레버 물질 상에 제 2 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계,
제 2 실리콘 다이옥사이드 층 상에 압전 스택을 증착하는 단계,
압전 스택 층을 패터닝하는 단계,
제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계, 및
실리콘 웨이퍼의 제 2 표면을 에칭하여 에너지 수확 디바이스를 제작하는 단계를 포함하며, 상기 에너지 수확 디바이스는
제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있는 기다란(elongate) 공진기 빔,
공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - ,
공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스, 및
공진기 빔의 제 2 단부에서의 스프링 팁
을 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제45항에 있어서, 상기 압전 스택 층은 제 2 금속 층에 의해 덮이는 압전 물질 층으로 덮인 제 1 금속 층을 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법.
- 제46항에 있어서, 상기 압전 물질 층은 알루미늄 니트라이드, 아연 옥사이드, PVDF, 및 납 지르코네이트 티타네이트 화합물로 구성된 군 중에서 선택되는 압전 물질을 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법.
- 제45항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 스택 층을 패터닝하는 단계는
제 1 금속 층 및 압전 물질 층의 일부분을 제거하는 단계, 및
제 2 금속 층을 패터닝하여 제 2 금속 층의 일부분을 제거하고 추가 일부분을 전극으로서 노출시키는 단계
를 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제45항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계는
제 2 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분, 캔틸레버 물질의 일부분, 및 제 2 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분을 제거하여 실리콘 웨이퍼의 제 1 표면의 일부분을 노출되게 하는 단계를 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제45항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
패터닝된 압전 스택 층 및 패터닝된 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계,
제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계,
패터닝된 제 3 실리콘 다이옥사이드 층 위에 금속 본드패드 층을 증착하는 단계, 및
상기 금속 본드패드 층을 패터닝하는 단계
를 더 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제45항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계는
제 3 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분을 제거하여 압전 스택의 일부분 및 실리콘 웨이퍼의 일부분을 노출되게 하는 단계
를 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은
제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 단계,
실리콘 웨이퍼의 제 1 표면 상에 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계,
제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 캔틸레버 물질을 증착하는 단계,
캔틸레버 물질 상에 제 2 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계,
제 2 실리콘 다이옥사이드 층 상에 압전 스택을 증착하는 단계,
압전 스택 층을 패터닝하는 단계,
제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계,
실리콘 웨이퍼의 제 2 표면을 에칭하여 에너지 수확 디바이스를 형성하는 단계 - 상기 에너지 수확 디바이스는
제 1 단부와 제 2 단부 사이에 뻗어 있는 기다란 공진기 빔,
공진기 빔의 제 1 단부에 연결된 베이스 - 제 2 단부는 캔틸레버로서 베이스로부터 자유롭게 뻗어 있음 - , 및
공진기 빔의 제 2 단부에 부착된 매스를 포함함 - ,
스토퍼 물질을 증착하는 단계, 및
상기 스토퍼 물질을 에칭하여 기다란 공진기 빔의 제 2 단부에 스토퍼를 형성하는 단계
를 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제52항에 있어서, 상기 압전 스택 층은 제 2 금속 층에 의해 덮이는 압전 물질 층에 의해 덮이는 제 1 금속 층을 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법.
- 제53항에 있어서, 상기 압전 물질 층은 알루미늄 니트라이드, 아연 옥사이드, PVDF, 및 납 지르코네이트 티타네이트 화합물로 구성된 군 중에서 선택된 압전 물질을 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법.
- 제52항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 스택 층을 패터닝하는 단계는
제 1 금속 층 및 압전 물질 층의 일부분을 제거하는 단계 및
제 2 금속 층을 패터닝하여 제 2 금속 층의 일부분을 제거하고 추가 일부분을 전극으로서 노출되게 하는 단계
를 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제52항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계는
제 2 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분, 캔틸레버 물질의 일부분, 제 1 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분을 제거하여 실리콘 웨이퍼의 제 1 표면의 일부분을 노출되게 하는 단계
를 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제52항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
패터닝된 압전 스택 층 및 패터닝된 제 2 실리콘 다이옥사이드 층, 캔틸레버 물질, 및 제 1 실리콘 다이옥사이드 층 상에 제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 증착하는 단계,
제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계,
패터닝된 제 3 실리콘 다이옥사이드 층 위에 금속 본드패드 층을 증착하는 단계, 및
상기 금속 본드패드 층을 패터닝하는 단계
를 더 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제57항에 있어서, 상기 제 3 실리콘 다이옥사이드 층을 패터닝하는 단계는
제 3 실리콘 다이옥사이드 층의 일부분을 제거하여 압전 스택의 일부분 및 실리콘 웨이퍼의 일부분을 노출되게 하는 단계
를 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법. - 제57항 또는 제58항에 있어서, 상기 스토퍼 물질은 패터닝된 금속 본드패드 층 위에 증착되는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법.
- 제52항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼 물질을 증착하는 단계는 유기 또는 무기 물질의 잉크제팅(inkjet) 또는 금속의 전기도금 같은 물리적 증착을 포함하는, 에너지 수확 디바이스를 제작하는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201361780247P | 2013-03-13 | 2013-03-13 | |
| US61/780,247 | 2013-03-13 | ||
| PCT/US2013/078520 WO2014143373A1 (en) | 2013-03-13 | 2013-12-31 | Piezoelectric energy harvester device with stopper structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150130972A true KR20150130972A (ko) | 2015-11-24 |
Family
ID=51537486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020157019541A KR20150130972A (ko) | 2013-03-13 | 2013-12-31 | 스토퍼 구조물을 갖는 압전 에너지 수확 장치 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9479089B2 (ko) |
| EP (1) | EP2971761A4 (ko) |
| JP (1) | JP2016517684A (ko) |
| KR (1) | KR20150130972A (ko) |
| CA (1) | CA2892278A1 (ko) |
| WO (1) | WO2014143373A1 (ko) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014141557A1 (ja) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | 東海ゴム工業株式会社 | 発電装置 |
| EP3038247A4 (en) * | 2013-08-16 | 2017-05-10 | AMC ENERGY CO., Ltd. | Piezoelectric harvesting system using repulsion force |
| WO2015087537A1 (ja) * | 2013-12-12 | 2015-06-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 振動発電装置、振動モニタリング装置及びシステム |
| WO2016155761A1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | Saronikos Trading And Services, Unipessoal Lda | Electronic wrist or pocket watch comprising a rotary crown |
| KR102234578B1 (ko) * | 2015-04-21 | 2021-03-31 | (주)와이솔 | 압전 진동 모듈 |
| DE102017200111B3 (de) * | 2017-01-05 | 2018-03-15 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Schallwandleranordnung und entsprechendes Herstellungsverfahren |
| WO2019021400A1 (ja) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | 株式会社 トライフォース・マネジメント | 発電素子 |
| CN109587612A (zh) * | 2018-12-31 | 2019-04-05 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 压电式麦克风 |
| US11791748B2 (en) * | 2019-07-24 | 2023-10-17 | Tdk Corporation | Smart wheel energy harvester |
Family Cites Families (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1363215A (en) * | 1973-01-04 | 1974-08-14 | Mullard Ltd | Mechanical-electrical transducer |
| CH626479A5 (ko) | 1979-07-05 | 1981-11-13 | Suisse Horlogerie | |
| US4906840A (en) | 1988-01-27 | 1990-03-06 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Jr., University | Integrated scanning tunneling microscope |
| US5708320A (en) * | 1994-10-28 | 1998-01-13 | Alps Electric Co., Ltd | Vibratory gyroscope |
| DE4445177C5 (de) | 1994-11-22 | 2015-09-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung mikromechanischer Bauelemente mit freistehenden Mikrostrukturen |
| US5646583A (en) | 1996-01-04 | 1997-07-08 | Rockwell International Corporation | Acoustic isolator having a high impedance layer of hafnium oxide |
| GB2345397B (en) | 1997-08-19 | 2001-10-31 | Citizen Watch Co Ltd | Piezoelectric vibrator |
| US6078126A (en) * | 1998-05-29 | 2000-06-20 | Motorola, Inc. | Resonant piezoelectric alerting device |
| JP3845544B2 (ja) | 1999-10-01 | 2006-11-15 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪デバイス及びその製造方法 |
| JP2003037312A (ja) * | 2001-07-23 | 2003-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 応力センサー |
| JP2003218418A (ja) * | 2002-01-18 | 2003-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電型発電器 |
| US7181977B2 (en) | 2002-01-22 | 2007-02-27 | Measurement Specialties, Inc. | Sensor assembly with lead attachment |
| DE10221420A1 (de) | 2002-05-14 | 2003-12-11 | Enocean Gmbh | Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie |
| US7270952B2 (en) | 2002-09-24 | 2007-09-18 | Intel Corporation | Detecting molecular binding by monitoring feedback controlled cantilever deflections |
| US6858970B2 (en) | 2002-10-21 | 2005-02-22 | The Boeing Company | Multi-frequency piezoelectric energy harvester |
| US20050134149A1 (en) | 2003-07-11 | 2005-06-23 | Deng Ken K. | Piezoelectric vibration energy harvesting device |
| US7397169B2 (en) | 2004-03-19 | 2008-07-08 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Energy harvesting using a thermoelectric material |
| WO2005104257A1 (en) | 2004-04-23 | 2005-11-03 | Agency For Science, Technology And Research | Micro-electromechanical device |
| JP2006216898A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Nec Tokin Corp | 圧電発電装置 |
| US7692365B2 (en) * | 2005-11-23 | 2010-04-06 | Microstrain, Inc. | Slotted beam piezoelectric composite |
| US20070125176A1 (en) | 2005-12-02 | 2007-06-07 | Honeywell International, Inc. | Energy harvesting device and methods |
| US8030807B2 (en) | 2005-12-09 | 2011-10-04 | Chubb International Holdings Limited | Electromechanical energy harvesting system |
| DE102006037692A1 (de) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Robert Bosch Gmbh | Schaltungsmodul |
| US7839058B1 (en) * | 2007-01-29 | 2010-11-23 | Microstrain, Inc. | Wideband vibration energy harvester |
| CN101641804A (zh) | 2007-03-21 | 2010-02-03 | 佛蒙特大学及州立农业学院 | 结合参数弯曲模态能量收获的压电振动能量收获系统 |
| US7893599B2 (en) | 2008-01-29 | 2011-02-22 | Washington State University | Energy converters and associated methods |
| EP2109217A3 (en) | 2008-04-07 | 2013-05-15 | Stichting IMEC Nederland | System and method for resonance frequency tuning of resonant devices |
| US8222754B1 (en) * | 2008-05-28 | 2012-07-17 | Arjae Spectral Enterprises Ltd. | Vibration-based power generator |
| KR101243868B1 (ko) * | 2009-12-14 | 2013-03-20 | 한국전자통신연구원 | 가변 축전층이 내장된 능동형 압전 에너지변환 소자 및 그 제조 방법 |
| JP2011160576A (ja) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Seiko Epson Corp | 圧電型発電機 |
| US20110264293A1 (en) | 2010-04-27 | 2011-10-27 | Earl David Forrest | System and method of determining an energy harvesting capability of a location |
| US8479363B2 (en) | 2010-05-11 | 2013-07-09 | Hao Zhang | Methods for wafer level trimming of acoustically coupled resonator filter |
| US20120049694A1 (en) | 2010-08-27 | 2012-03-01 | Stichting Imec Nederland | Micromachined Piezoelectric Energy Harvester with Polymer Beam |
| US9054294B2 (en) * | 2011-10-06 | 2015-06-09 | Texas Instruments Incorporated | Soft mechanical stops to limit over-travel of proof masses in cantilevered piezoelectric devices |
| US8866316B2 (en) | 2012-06-21 | 2014-10-21 | General Electric Company | Tunable vibration energy harvester and method |
| WO2014141557A1 (ja) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | 東海ゴム工業株式会社 | 発電装置 |
| KR20150129658A (ko) | 2013-03-13 | 2015-11-20 | 마이크로젠 시스템즈, 인코포레이티드 | 대칭 이중 압전 스택 마이크로일렉트로미캐니컬 압전 캔틸레버 에너지 하베스터 |
| US9728707B2 (en) * | 2014-02-05 | 2017-08-08 | Microgen Systems, Inc. | Packaged piezoelectric energy harvester device with a compliant stopper structure, system, and methods of use and making |
-
2013
- 2013-12-31 WO PCT/US2013/078520 patent/WO2014143373A1/en active Application Filing
- 2013-12-31 EP EP13877574.7A patent/EP2971761A4/en not_active Withdrawn
- 2013-12-31 JP JP2016500152A patent/JP2016517684A/ja active Pending
- 2013-12-31 CA CA2892278A patent/CA2892278A1/en not_active Abandoned
- 2013-12-31 US US14/145,560 patent/US9479089B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2013-12-31 KR KR1020157019541A patent/KR20150130972A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2971761A4 (en) | 2016-08-31 |
| US20150188458A1 (en) | 2015-07-02 |
| WO2014143373A1 (en) | 2014-09-18 |
| EP2971761A1 (en) | 2016-01-20 |
| JP2016517684A (ja) | 2016-06-16 |
| US9479089B2 (en) | 2016-10-25 |
| CA2892278A1 (en) | 2014-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9362480B2 (en) | Symmetric dual piezoelectric stack microelectromechanical piezoelectric cantilever energy harvester | |
| US9484522B2 (en) | Piezoelectric energy harvester device with curved sidewalls, system, and methods of use and making | |
| KR20150130972A (ko) | 스토퍼 구조물을 갖는 압전 에너지 수확 장치 | |
| US9728707B2 (en) | Packaged piezoelectric energy harvester device with a compliant stopper structure, system, and methods of use and making | |
| Xu et al. | Screen printed PZT/PZT thick film bimorph MEMS cantilever device for vibration energy harvesting | |
| US9502635B2 (en) | Symmetric dual piezoelectric stack microelectromechanical piezoelectric devices | |
| EP2539946B1 (en) | High-efficiency mems micro-vibrational energy harvester and process for manufacturing same | |
| US20130127295A1 (en) | Piezoelectric micro power generator and fabrication method thereof | |
| US20070125176A1 (en) | Energy harvesting device and methods | |
| US20070284969A1 (en) | Micromachined, piezoelectric vibration-induced energy harvesting device and its fabrication | |
| US9293689B2 (en) | Method of manufacturing a piezoelectric micro energy harvester | |
| US20150349667A1 (en) | Internal vibration impulsed broadband excitation energy harvester systems and methods | |
| JP2017506491A (ja) | コンプライアントストッパ構造を有するパッケージ化された圧電式環境発電装置、システム、ならびに使用及び作製方法 | |
| WO2012164545A1 (en) | Energy scavenging from a rotating gear using an impact type piezoelectric mems scavenger | |
| KR101526254B1 (ko) | 진동 발전 디바이스 및 그 제조 방법 | |
| KR100918380B1 (ko) | 전기 발생 소자 어레이와 이를 구비하는 전기 발생 시스템및 그 제조방법 | |
| WO2015183281A1 (en) | Internal vibration impulsed broadband excitation energy harvester systems and methods | |
| WO2016076881A1 (en) | Piezoelectric energy harvesting and signal processing system, and method of use | |
| Sordo et al. | Study on the effectiveness of different electrode geometries for sputtered aluminium nitride-based MEMS energy harvesters | |
| KR20150025786A (ko) | 에너지 하베스팅 소자 및 그의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |