TWI780637B - 撓場能源產生及儲存晶片與裝置 - Google Patents

Abstract

一種撓場能源產生及儲存晶片，包含磁電容模組、第一激發電極及第二激發電極；磁電容模組包含有依序疊合的第一輸出電極層、第一磁性層、介電層、第二磁性層、第二輸出電極層，其中第一磁性層及第二磁性層的磁及方向相同，且當第一激發電極及第二激發電極連接激發電壓源而產生激發電場時，激發電場與第一磁性層及第二磁性層之間的磁場在介電層交錯，並產生磁電轉換效應而儲存電能；輸出電極層用於輸出儲存的電能，激發電極用於提供激發電場，使得輸出電能及激發程序能夠同時進行，解決磁電轉換晶片必須切斷輸出才能進行激發程序之不便。

Description

撓場能源產生及儲存晶片與裝置

一種晶片與裝置，尤指一種進行撓場能源產生及儲存的晶片，以及應用該晶片的撓場能源產生及儲存裝置，以及相關的所有應用裝置。

請參閱圖6所示，中國大陸實用新型專利授權公告第CN207304167U號案公開一種無源磁能電源，根據其說明書的記載，該無源磁能電源主要包含一磁能晶片(芯片)，該磁能晶片包含一基板71和依序設置於該基板71上的第二導電區72、第二磁性區73、介電區74、第一磁性區75和第一導電區76。其中，該第一導電區76包含第一金屬層761和第一引腳762，第二導電區72包含第二金屬層721和第二引腳722。該第一磁性區75的磁場方向及該第二磁性區73的磁場方向為平行該基板71的表面方向並且互相相反，所述磁場方向如圖6中兩方向相反之箭頭所示。該磁能晶片由一直流電源激發(激活)，所謂激發係指將一直流電源由該第一引腳762及第二引腳722提供至第一金屬層761及該第二金屬層721，使得該第一金屬層761及該第二金屬層721之間形成一電場，該電場與該第一磁性區75及第二磁性區73之間的磁場發生磁電轉化而產生電能，且電能儲存於該介電區74，該磁能晶片完成激發並獲得電能補充。

完成激發並移除該直流電源後，當該第一引腳762與該第二引腳722連接至負載，則可釋放該介電區74中儲存的電能，由該第一引腳762與該第二引腳722提供輸出電能給負載。

然而，由於該磁能晶片的激發與提供輸出電源都透過包含該第一引腳762、該第一金屬層761、該第二引腳722與該第二金屬層721的單一路徑進行，激發程序及提供輸出電源無法通過該路徑同時進行。因此該磁能晶片在儲存的電能即將耗盡時，必須截止輸出電能，由第一引腳762及第二引腳722接上直流電源進行激發，完成激發後，移除該直流電源，才能再次由第一引腳762及第二引腳722接上負載提供電能，造成使用上的不便。若要避免電能輸出不連續，電源供應裝置必須設置二組以上的磁能晶片以及切換結構，在其中一組磁能晶片被激發時，切換至由另一組磁能晶片進行供電。如此一來，該電源供應裝置中必須額外設置輸入/輸出切換元件以及控制器，配置複雜度及成本增加，不利電源供應裝置的耐久度及順暢運作。

有鑑於現有的磁能晶片的電能輸出及受激發程序必須交替切換，使得電能輸出勢必發生中斷而導致不便，本發明提供一種撓場能源產生及儲存晶片，包含：一基板；一磁電容模組，設置於該基板上，包含有依序疊合設置的：一第一輸出電極層，電性連接一第一輸出端；一第一磁性層，有一第一磁極方向；一介電層；一第二磁性層，有一第二磁極方向，該第二磁極方向與該第一磁極方向相同；及一第二輸出電極層，電性連接一第二輸出端；一第一激發電極，設置於該基板上，與該磁電容模組分離設置；及 一第二激發電極，設置於該基板上，與該磁電容模組及該第一激發電極分離設置；其中，當該第一激發電極及該第二激發電極連接一激發電壓源，該第一激發電極及該第二激發電極之間產生的一激發電場與該第一磁性層及該第二磁性層之間的磁場在該介電層交錯，並在該介電層產生一磁電轉換而儲存電能。

本發明的撓場能源產生及儲存晶片改良了習知磁能晶片的結構，本發明將用於提供激發電場的電極與用於輸出電能的電極分離。該磁電容模組中的第一輸出電極層及第二輸出電極層僅用於提供輸出電能，不用於連接激發電壓源；另外設置了第一激發電極及第二激發電極，例如是在磁電容模組的相對兩側，與該磁電容模組之間是分離設置的，當連接激發電壓源時，在該介電層中形成激發電場，使得第一磁性層及第二磁性層產生的磁場在該介電層中與該激發電場相交，產生磁電轉換效應。

在該磁電容模組輸出儲存的電能的過程中，當儲存的電能即將耗盡，只須將第一激發電極及第二激發電極連接該激發電壓源，使該第一激發電極及該第二激發電極在該介電層中產生激發電場，便能夠在第一輸出電極層及第二輸出電極層供電的過程中，同時在介電層進行激發程序，產生磁電轉換，補充儲存於介電層中的電能。激發程序的過程中，磁電容模組的供電完全不會中斷。

如此一來，當本發明的撓場能源產生及儲存晶片應用於供電裝置中時，無須如先前技術所述設置兩個以上的磁電容模組，或另外設置切換結構，以在兩組以上的磁電容模組之間切換。本發明解決了先前技術中磁能芯片必須切斷供電輸出，再進行激發程序，才能恢復輸出的不便。

10:撓場能源產生及儲存晶片

11:基板

12:磁電容模組

121:第一輸出電極層

122:第一磁性層

123:介電層

124:第二磁性層

125:第二輸出電極層

13:第一激發電極

14:第二激發電極

15:保護層

150A:開口

150B:開口

161:第一輸出構件

162:第二輸出構件

161A,162A:電極層

161B,162B:連接線路

17:封裝外殼

18:激發電壓源

71:基板

72:第二導電區

721:第二金屬層

722:第二引腳

73:第二磁性區

74:介電區

75:第一磁性區

76:第一導電區

761:第一金屬層

762:第一引腳

O/P1:第一輸出引腳

O/P2:第二輸出引腳

VS1:第一激發電壓源引腳

VS2:第二激發電壓源引腳

X:X軸方向

Y:Y軸方向

Z:Z軸方向

圖1係本發明撓場能源產生及儲存晶片的一俯視示意圖。

圖2A係本發明撓場能源產生及儲存晶片的一剖面示意圖。

圖2B係本發明撓場能源產生及儲存晶片的另一剖面示意圖。

圖3係本發明撓場能源產生及儲存晶片在激發程序中的一磁場及電場示意圖。

圖4係本發明撓場能源產生及儲存裝置的一方塊示意圖。

圖5係本發明撓場能源產生及儲存裝置的一較佳實施例的方塊示意圖。

圖6係習知磁能晶片的一剖面示意圖。

請參閱圖1、圖2A及圖2B所示，本發明的撓場能源產生及儲存晶片10包含一基板11、至少一磁電容模組12、至少一第一激發電極13及至少一第二激發電極14。該基板11例如是一矽(Si)基板11。該磁電容模組12包含有依序疊合設置於該基板11上的一第一輸出電極層121、一第一磁性層122、一介電層123、一第二磁性層124及第二輸出電極層125。

該第一磁性層122有一第一磁極方向，而該第二磁性層124有一第二磁極方向。在一種較佳實施例中，該第一磁極方向及該第二磁極方向相反。更詳細的說，請參閱圖3所示，該第一磁性層122的N極(磁力線流出端)及S極(磁力線進入端)分別是在該第一磁性層122的相對二表面，該第二磁性層124的N極及S極也分別是在該第二磁性層124的相對二表面，且該第一磁性層122的N極、S極與該第二磁性層124的N極、S極朝向的方向相反。因此，該介電層123的相對二面分別朝向第一磁性層122的S極與第二磁性層124的S極。或者，在另一種配置中，該介電層123的相對二面分別朝向第一磁性層122的N極與第二磁性層124的N極。

本發明的撓場能源產生及儲存晶片主要係利用該第一磁性層122、第二磁性層124在該介電層123中產生的磁場，以及第一激發電極13、第二激發電極14在該介電層123中產生的電場交互作用，產生撓場之作用，其產生的能源則被儲存於於該磁電容模組12的介電層123中。撓場係指在特定強度、方向的磁場、電場交互作用時，使得時空產生一定程度之扭曲甚至撕裂一破口，進而使得另一時空之較高密度之能源流向本地時空之現象。關於應用撓場之技術及科學，可參考《撓場的科學》一書(李嗣涔(2020)，撓場的科學。台灣。三采出版)。

較佳的，如圖1及圖2A所示，該第一激發電極13及該第二激發電極14係設置該基板11上，且位在該磁電容模組12的相對兩外側而與該磁電容模組12呈分離設置。該第一激發電極13及該第二激發電極14連接一外部的激發電壓源時產生一電位差，該電位差在該第一激發電極13及該第二激發電極14之間形成一激發電場E。由於該第一及第二激發電極13、14分別位於該磁電容模組12的相對二側，該激發電場E會通過位於磁電容模組12中的介電層123。更詳細的說，該基板11上定義垂直該基板11表面的一Z軸方向與平行於該基板11水平表面的一X軸方向及一Y軸方向。其中，該磁電容模組12的各層是由該基板11表面沿該Z軸方向依序疊合。在一較佳實施例中，該第一磁性層122的第一磁極方向及第二磁性層124的第二磁極方向是與該Z軸方向平行，因此，該介電層123中的磁場方向也是與該Z軸方向水平。

該第一激發電極13及該第二激發電極14設置於該磁電容模組12的該X軸方向的對稱的相對二側且為分離設置，亦即該第一激發電極13及該第二激發電極14間互相不導通，且分別與該磁電容模組12間互相不導通。當該第一激發電極13及該第二激發電極14連接激發電壓源時，該第一激發電極13及該第二激發電極14間的激發電場E沿該X軸方向通過該介電層123。如此一來，該 介電層123中的磁場方向為該Z軸方向，該介電層123中的電場方向為該X軸方向，磁場方向與該電場方向垂直，因此能產生最佳效率的磁電轉換，並將磁電轉換的電能儲存於該介電層123。

其中，請配合參考圖3，該第一輸出電極層121供連接一第一輸出引腳O/P1，該第二輸出電極層125供連接一第二輸出引腳O/P2，該第一輸出引腳O/P1及該第二輸出引腳O/P2分別是用於連接一外部負載以形成迴路，而能輸出儲存於該介電層123中的電能。較佳的，該撓場能源產生及儲存晶片10包含有一保護層15，該保護層15例如是二氧化矽(SiO₂)保護層。其中，該磁電容模組12、該第一激發電極13、該第二激發電極14係設置於該保護層15中。較佳的，該保護層15具有複數開口150A，該複數開口150A的位置分別對應於第一激發電極13與第二激發電極14的位置，使得第一激發電極13、第二激發電極14的表面分別外露於開口150A中，該等開口150A用以進一步設置連接導通線路並導通至第一激發電壓源引腳VS1及第二激發電壓源引腳VS2。

此外，較佳的，請參考圖1，該撓場能源產生及儲存晶片10中還包含一第一輸出構件161及一第二輸出構件162，第一輸出構件161及第二輸出構件162設置在基板11上，該保護層15的該複數開口150B的位置分別對應於第一輸出構件161及第二輸出構件162的位置，使得第一輸出構件161及第二輸出構件162的表面分別外露於開口150B中，該第一輸出構件161連接該第一輸出電極層121，該第二輸出構件162連接該第二輸出電極層125。第一輸出構件161供連接一第一輸出引腳O/P1，使該第一輸出電極層121與該第一輸出引腳O/P1形成導通；第二輸出構件162供連接一第二輸出引腳O/P2，使該第二輸出電極層125及該第二輸出引腳O/P2形成導通。

較佳的，該第一輸出構件161包含有電極層161A及連接線路161B，第二輸出構件162包含有電極層162A及連接線路162B。該電極層161A、 162A外露於開口150B中，連接線路161B連接在第一輸出電極層121及電極層161A的底側之間，連接線路162B連接在第二輸出電極層125及電極層162A的頂側之間。但前述連接線路161B、162B之佈局(Layout)不以此為限，只要使第一、第二輸出構件161、162分別電連接第一、第二輸出電極層121、125即可。

在其他實施例中，還可透過在該等開口150A、150B中設置之連接線路，使得第一激發電極13、第二激發電極14、第一輸出構件161及第二輸出構件162連接至該撓場能源產生及儲存晶片10中的其他元件、模組、連接線路等，本發明在此不加以限制。

請參閱圖4所示，較佳的，本發明還提供一種撓場能源產生及儲存裝置，包含有該撓場能源產生及儲存晶片10、一封裝外殼17、一第一輸出引腳O/P1、一第二輸出引腳O/P2、一第一激發電壓源引腳VS1、一第二激發電壓源引腳VS2，該等引腳O/P1、O/P2、VS1、VS2設置於該封裝外殼17上。該第一輸出引腳O/P1電性連接該第一輸出電極層121，該第二輸出引腳O/P2電性連接該第二輸出電極層125，該第一激發電壓源引腳VS1電性連接該第一激發電極13，該第二激發電壓源引腳VS2電性連接該第二激發電極14。

在一種實施例中，該撓場能源產生及儲存晶片10的中包含複數磁電容模組12、複數第一激發電極13及複數第二激發電極14。較佳的，各該第一激發電極13及各該第二激發電極14是交錯排列設置，且相鄰的第一激發電極13及第二激發電極14之間有一間隔空間，而各該磁電容模組12是設置於第一激發電極13及第二激發電極14之間的間隔空間中。

較佳的，各該第一激發電極13與各該第二激發電極14沿該X軸方向或該Y軸方向依序交錯設置。也就是說，第一激發電極13、第二激發電極14、磁電容模組12係以例如「第一激發電極13、磁電容模組12、第二激發電極14、磁電容模組12、第一激發電極13、磁電容模組12、第二激發電極14…」之 順序排列設置。如此一來，每一磁電容模組12的相對二側分別有一第一激發電極13及一第二激發電極14，並在各該第一激發電極13及各該第二激發電極14連接激發電壓源時，同時進行激發程序。

本實施例的撓場能源產生及儲存晶片10包含有多個磁電容模組12。較佳的，各該磁電容模組12的第一激發電極13及第二激發電極14可以並聯連接該激發電壓源；各該磁電容模組12的第一輸出電極及第二輸出電極可以以並聯或串連方式連接，並電性連接至該撓場能源產生及儲存晶片10的第一輸出端O/P1及第二輸出端O/P2，以並聯或串連輸出電能。

請參閱圖5所示，該撓場能源產生及儲存裝置的另一實施例包含一激發電壓源18。該激發電壓源18電性連接該撓場能源產生及儲存晶片10的第一激發電壓源引腳VS1及該第二激發電壓源引腳VS2，該激發電壓源18提供一激發電壓至該第一及第二激發電壓源引腳VS1、VS2。該激發電壓源18可以為任一種電能儲存單元；較佳的，該激發電壓源18係一已完成激發程序的撓場能源產生及儲存晶片10。

該激發電壓源18僅用於提供該激發電壓。由於激發程序中第一激發電極13及第二激發電極14之間無電流流通，該磁電容模組12的激發程序僅須接收電壓差以產生電場，激發電壓源18的在每一次激發程序中的電能損耗極低，因此該激發電壓源18所儲存的電能足以支應多次的激發程序，使得該撓場能源產生及儲存裝置的電能供應時間延長數百倍至數萬倍之時間，該激發電壓源18能夠執行的激發程序數量根據撓場能源產生及儲存晶片10的磁電容模組12的數量而定。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利 用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10: 撓場能源產生及儲存晶片 12:磁電容模組 13:第一激發電極 14:第二激發電極 150A:開口 150B:開口 161:第一輸出構件 162:第二輸出構件 161A,162A:電極層 161B,162B:連接線路 X:X軸方向 Y:Y軸方向

Claims (10)

1. 一種撓場能源產生及儲存晶片，包含：一基板；至少一磁電容模組，設置於該基板上，包含有依序疊合設置的：一第一輸出電極層；一第一磁性層，有一第一磁極方向；一介電層；一第二磁性層，有一第二磁極方向，且該第一磁性層與該第二磁性層在該介電層中形成一激發磁場；及一第二輸出電極層；至少一第一激發電極，設置於該基板上，與該磁電容模組分離設置；及至少一第二激發電極，設置於該基板上，與該磁電容模組及該第一激發電極之分離設置；其中，當該第一激發電極及該第二激發電極連接一激發電壓源，該第一激發電極及該第二激發電極之間產生一激發電場，該激發電場與該激發磁場在該介電層中交錯，並在該介電層產生一磁電轉換而儲存電能。
2. 如請求項1所述之撓場能源產生及儲存晶片，其中，該第二磁極方向與該第一磁極方向相反。
3. 如請求項1所述之撓場能源產生及儲存晶片，其中，該第一磁性層具有相對二表面，且具有一第一磁極及一第二磁極，該第一磁性層的第一磁極及第二磁極分別朝向該第一磁性層的相對二表面的其中之一； 該第二磁性層具有相對二表面，且具有一第一磁極及一第二磁極，該第二磁性層的第一磁極及第二磁極分別朝向該第二磁性層的相對二表面的其中之一。
4. 如請求項1所述之撓場能源產生及儲存晶片，進一步包含：一保護層；其中，該磁電容模組、該第一激發電極、該第二激發電極係設置於該保護層中。
5. 如請求項1所述之撓場能源產生及儲存晶片，其中，該至少一第一激發電極為複數第一激發電極；該至少一第二激發電極為複數第二激發電極，與各該第一激發電極交錯排列設置，且相鄰的第一激發電極及第二激發電極之間有一間隔空間；該至少一磁電容模組為複數磁電容模組，設置於該等間隔空間中。
6. 如請求項1所述之撓場能源產生及儲存晶片，進一步包含：一第一輸出構件，設置於該基板上，且電性連接於該第一輸出電極層及一第一輸出引腳之間；及一第二輸出構件，設置於該基板上，且電性連接於該第二輸出電極層及一第二輸出引腳之間。
7. 如請求項1所述之撓場能源產生及儲存晶片，進一步包含：一第一輸出構件，設置於該基板上，且電性連接該第一輸出電極層；一第二輸出構件，設置於該基板上，且電性連接該第二輸出電極層；及一保護層，具有複數開口；其中，該磁電容模組、該第一激發電極、該第二激發電極係設置於該保護層中，該等開口的位置分別對應該第一輸出構件、該第二輸出構件、該第一激發電極、該第二激發電極，使得該第一輸出構件、該第二輸出構件、該第一激發電極、該第二激發電極的表面外露於該等開口中。
8. 一種撓場能源產生及儲存裝置，包含：如請求項1至5中任一項所述的撓場能源產生及儲存晶片；一封裝外殼，該撓場能源產生及儲存晶片係設置於該封裝外殼內；一第一輸出引腳，設置於該封裝外殼上，電性連接該第一輸出電極層；一第二輸出引腳，設置於該封裝外殼上，電性連接該第二輸出電極層；一第一激發電壓源引腳，設置於該封裝外殼上，電性連接該第一激發電極；及一第二激發電壓源引腳，設置於該封裝外殼上，電性連接該第二激發電極。
9. 如請求項8所述的撓場能源產生及儲存裝置，進一步包含：一激發電壓源；該激發電壓源電性連接該撓場能源產生及儲存晶片的第一激發電壓源引腳及該第二激發電壓源引腳，提供一激發電壓。
10. 如請求項9所述的撓場能源產生及儲存裝置，其中，該激發電壓源係一已完成激發程序的撓場能源產生及儲存晶片。

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