振动发电元件及其制造方法与流程

1.本发明涉及振动发电元件及其制造方法。


背景技术：

2.作为从环境振动获得能量的能量收集技术之一，已知使用mems(micro electro mechanical systems：微机电系统)振动元件即振动发电元件来从环境振动进行发电的方法。
3.在振动发电元件中，通过悬臂那样的弹性支承部来支承可动电极，通过可动电极相对于固定电极的振动来进行发电(参照专利文献1)。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2020－114150号公报


技术实现要素：

7.发明所要解决的课题
8.在以往的振动发电元件中，例如存在如下课题：当由于向地面的下落等而被施加了大的冲击时，有可能对支承可动电极的弹性支承部作用大的力。
9.用于解决课题的手段
10.本发明的第一方式的振动发电元件具备：固定电极，其固定在基座部；可移动电极，其可相对于所述固定电极移动；弹性支承部，其一端与所述基座部连接，并且另一端与所述可动电极连接，弹性支承所述可动电极；以及第一部件和第二部件中的至少一方，其中，所述第一部件固定在所述可动电极，并在与所述可动电极进行振动的振动平面正交的方向上与所述基座部或固定在所述基座部的部件分离地相对，所述第二部件固定在所述基座部，并在与所述振动平面正交的方向上与所述可动电极或固定在所述可动电极的部件分离地相对。
11.本发明的第二方式的振动发电元件的制造方法用于制造以下的振动发电元件，该振动发电元件具备：固定电极，其固定在基座部；可移动电极，其可相对于所述固定电极移动；弹性支承部，其一端与所述基座部连接，并且另一端与所述可动电极连接，弹性支承所述可动电极；以及第一部件和第二部件中的至少一方，其中，所述第一部件固定在所述可动电极，并在与所述可动电极进行振动的振动平面正交的方向上与所述基座部分离地相对，所述第二部件固定在所述基座部，并在与所述振动平面正交的方向上与所述可动电极分离地相对，所述制造方法具备以下工序：第一工序，准备设置有第一层、第二层及第三层的基板；第二工序，从所述基板的所述第一层一侧对所述第一层的一部分进行蚀刻，来形成所述固定电极、所述可动电极、所述弹性支承部以及所述第二部件；第三工序，从所述基板的所述第三层一侧对所述第三层的一部分进行蚀刻，来形成所述基座部以及所述第一部件；第四工序，在所述第二工序和所述第三工序结束后，对所述第二层的一部分进行蚀刻，来进行
所述第一部件与所述第二部件的分离以及所述可动电极与所述基座部的分离中的至少一方。
12.发明效果
13.根据本发明，在对mems振动发电元件施加了冲击时，能够防止大的力作用于弹性支承部。
附图说明
14.图1是说明振动发电元件的一例的俯视图。
15.在图2，图2的(a)是将图1中由虚线q1包围的附近放大后的图，图2的(b)是从负y方向朝正方向观察图2的(a)的a-a剖面的示意图，图2的(c)是从负y方向朝正方向观察图2的(a)的b-b剖面的示意图。
16.图3是例示振动发电元件的制造顺序的流程图。
17.图4a是表示制造阶段的生成物的示意图。
18.图4b是表示制造阶段的生成物的示意图。
19.图4c是表示制造阶段的生成物的示意图。
20.图4d是表示制造阶段的生成物的示意图。
21.图5是说明振动发电元件的变形例的俯视图。
22.图6中，图6的(a)是将图5中由虚线q2包围的附近放大后的图，图6的(b)是从正x方向朝负方向观察图6的(a)的a-a剖面的示意图，图6的(c)是从正x方向朝负方向观察图6的(a)的b-b剖面的示意图。
具体实施方式
23.(实施方式)
24.以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
25.图1是说明振动发电元件1的一例的俯视图。在图1以及其后的几个图中，在被称为笛卡尔坐标系的右手系的正交坐标系中，表示x方向、y方向以及z方向的朝向。x方向、y方向以及z方向是相互正交的方向，x方向以及y方向是与后面详细叙述的可动电极在发电时振动的平面平行的方向，z方向是与上述振动的平面正交的方向。
26.振动发电元件1的材质是si，例如使用soi(silicon on insulator绝缘体上硅)基板，通过一般的mems加工技术来形成。本实施方式的振动发电元件1是一个边为十毫米至数十毫米左右的微小的发电元件。这样的发电元件例如通过在工厂内运转的压缩机等的机械振动(环境振动)进行发电，用于向监视用传感器或无线终端等供给电力。
27.参照图4a如后述那样，本实施方式中使用的soi基板是在z方向上层叠了下层即si的支承层、中层即sio2的牺牲层、上层即si的活性层的3层结构的基板。
28.此外，振动发电元件1不限于soi基板，也可以使用si基板等来形成。
29.在图1中，振动发电元件1具备：基座部2、固定在基座部2之上的4个固定电极3；与固定电极3对应地设置的可动电极4；弹性地支承可动电极4的4个弹性支承部5；以及固定在基座部2之上来支承4个弹性支承部5的2个固定部6a。在图1中，soi基板的支承层设置在下层，基座部2形成在支承层。4个固定电极3、可动电极4、4个弹性支承部5以及2个固定部6a均
形成在上层的活性层。
30.可动电极4经由4个弹性支承部5与图示左右两端的2个固定部6a连接。在各固定电极3设置有电极焊盘35，在图示右端侧的固定部6a也设置有电极焊盘65。
31.(固定电极以及可动电极)
32.4个固定电极3分别具有在y方向上排列了多个沿x方向延伸的固定梳齿30的梳齿列。可动电极4具有与4个固定电极3对应的4个可动梳齿组4a。4个可动梳齿组4a分别形成在y方向上排列了多个沿x方向延伸的可动梳齿40的梳齿列。在固定电极3形成的多个固定梳齿30和与该固定电极3对应的可动梳齿组4a的多个可动梳齿40被配置为在静止状态(中立状态)下在x方向上具有预定的啮合长度，在y方向上经由预定的间隙相互啮合。
33.(弹性支承部)
34.如上所述，弹性支承部5设置了4个。可动电极4的图示右端部由4个弹性支承部5中的右侧2个弹性支承部5支承，可动电极4的图示左端部由4个弹性支承部5中的左侧2个弹性支承部5支承。
35.各弹性支承部5具备4个mems弹性构造51。弹性支承部5所具备的4个mems弹性构造51分别与构成弹性支承部5的结合部52连接。
36.例如，在图示左上的弹性支承部5所具备的4个mems弹性构造51的情况下，配置在内侧的2个mems弹性构造51的图示下端侧与可动电极4连接，并且图示上端侧与结合部52连接。
37.另外，4个mems弹性构造51中的配置在左端的mems弹性构造51的图示下端侧与设置在基座部2上的图示左端侧的固定部6a连接，并且图示上端侧与结合部52连接。
38.并且，4个mems弹性构造51中的配置在右端的mems弹性构造51的图示下端侧与设置在基座部2上的图示左上的固定部6b连接，并且图示上端侧与结合部52连接。
39.具备如此连接的4个mems弹性构造51的弹性支承部5作为弹簧发挥功能。即，经由弹性支承部5支承的可动电极4相对于通过4个mems弹性构造51中的配置在内侧的2个mems弹性构造51而连接的结合部52在x方向上位移，另一方面，结合部52相对于通过4个mems弹性构造51中的图示左右两端的2个mems弹性构造51而连接的基部2在x方向上位移。
40.关于图示右上、左下、右下的各弹性支承部5所具备的各4个mems弹性构造51，也成为与上述图示左上的弹性支承部5所具备的4个mems弹性构造51相同的连接结构。
41.在固定梳齿30以及可动梳齿40中的至少一方形成有驻极体，通过可动电极4的振动，固定梳齿30与可动梳齿40的啮合长度发生变化而进行发电。
42.另外，也可以在固定梳齿30以及可动梳齿40分别形成驻极体。另外，在本说明书中，可动电极4是指由弹性支承部5保持，通过弹性支承部5的变形而与可动梳齿40一体地在振动方向(x方向)上进行振动的部件。
43.可动电极4和基座部2通过如上述那样作为弹簧发挥功能的弹性支承部5构成弹簧质量共振系统(spring-mass resonant system)。当来自外部的振动施加于振动发电元件1时，由于共振(正弦波振动的情况)或瞬态响应(脉冲振动的情况)，各弹性支承部5的mems弹性构造51发生变形，可动电极4在x方向上振动。当可动梳齿40相对于固定梳齿30振动时，产生感应电流，将该感应电流从电极焊盘35和65取出到外部，从而用作发电元件。
44.在上述振动发电元件1中，例如，如振动发电元件1落到地面的情况那样，若对振动
发电元件1施加了比通常的环境振动大的冲击(例如100g左右)，则有可能对弹性支承部5施加预想外的大的力。因此，在本实施方式中，设置以下说明的保护机构。
45.(x方向的止挡件)
46.在图示的振动发电元件1中，发电时可动电极4振动的振动方向为x方向。在本实施方式中，设置使构成图示右端侧的固定部6a的活性层的一部分向负x方向突出的凸部61，在可动电极4要向正x方向大幅移动的情况下，使凸部61与可动电极4的图示右端部接触从而具有阻止可动电极4的移动的止挡件的功能。当可动电极4与凸部61抵接时，可动电极4不会进一步向正x方向移动，因此能够防止对弹性支承部5施加预想外的大的力。
47.另外，设置使构成图示左端侧的固定部6a的活性层的一部分向正x方向突出的凸部62，在可动电极4要向负x方向大幅移动的情况下，使凸部62与可动电极4的图示左端部接触从而具有阻止可动电极4的移动的止挡件的功能。当可动电极4与凸部62抵接时，可动电极4不会进一步向负x方向移动，因此能够防止对弹性支承部5施加预想外的大的力。
48.如以上说明的那样，在本实施方式中，通过凸部61以及凸部62构成x方向的止挡件。凸部61和凸部62设置在经过可动电极4的重心o且与x轴平行的直线p1上。
49.另外，具有上述mems弹性构造51的弹性支承部5的y方向上的弹簧常数比x方向上的弹簧常数足够大。换言之，在发电时在可动电极4振动的平面中，在与振动方向(x方向)正交的y方向上，使弹性支承部5足够硬，从而抑制可动电极4向正y方向或负y方向大幅移动。
50.(z方向的止挡件)
51.接着，对于发电时与可动电极4进行振动的平面正交的z方向的止挡件进行说明。图2的(a)是将图1中的由虚线q1包围的附近放大后的图。图2的(b)是从负y方向朝正方向观察图2的(a)的a-a剖面的示意图，图2的(c)是从负y方向朝正方向观察图2的(a)的b-b剖面的示意图。
52.在本实施方式中，通过以下说明的第一止挡件以及第二止挡件构成z方向的止挡件。单点划线a-a是经过第一止挡件并与x轴平行的直线。另外，单点划线b-b是经过第二止挡件并与x轴平行的直线。
53.(第一止挡件)
54.在图2的(a)及图2的(b)中，第一止挡件与在活性层形成的固定部6a中的由虚线包围的f部以及以在z方向上与固定部6a的上述f部对置的方式形成在支承层的附加部23对应，具有在可动电极4要向正z方向大幅移动时限制可动电极4的移动的功能。
55.可动电极4中的俯视时与附加部23重叠的区域43从负z方向经由牺牲层33与附加部23机械性地固定。附加部23的图示右端相对于固定部6a的图示左端s向正x方向延伸。
56.另一方面，在活性层形成的固定部6a从负z方向经由牺牲层32与在支承层形成的基座部2中的俯视时与固定部6a重叠的区域20机械性地固定。
57.由于如此构成，与可动电极4连接的附加部23的一部分在俯视时与和基座部2机械性地固定的固定部6a在f部重叠。固定部6a和附加部23在静止状态(中立状态)下在z方向上具有间隔g的间隙而对置。间隔g为1～5μm左右，相当于牺牲层的厚度。
58.另外，在固定部6a的f部设置有沿z方向贯通固定部6a的多个蚀刻用的孔h。孔h也被称为释放孔。释放孔的数量和形状可以不是图示的数量和圆形，形状可以是椭圆形，也可以是矩形。
59.当可动电极4(区域43)向正z方向移动距离g，从而与可动电极4连接的附加部23在f部与固定部6a抵接时，可动电极4(区域43)不会进一步向正z方向移动，因此能够防止对弹性支承可动电极4的弹性支承部5施加预想外的大的力。
60.上述第一止挡件位于经过可动电极4的重心o且与x轴平行的直线p1上。即，图2的(a)的单点划线a-a与直线p1一致。
61.(第二止挡件)
62.在图2的(a)及图2的(c)中，第二止挡件与在支承层形成的基座部2中的用虚线包围的g1部以及在活性层形成的可动电极4中的在z方向上与上述g1部对置的区域44对应，具有在可动电极4要向负z方向大幅移动的情况下限制可动电极4的移动的功能。
63.基座部2中的区域21相对于可动电极4的图示右端r向负x方向延伸。由于如此构成，基座部2的区域21在俯视时与可动电极4的区域44在g1部重叠。可动电极4的区域44与基座部2的区域21在静止状态(中立状态)下在z方向上具有间隔g的间隙而对置。如上所述，间隔g相当于牺牲层的厚度。
64.另外，在可动电极4的区域44设置有沿z方向贯通可动电极4的多个蚀刻用的孔h(释放孔)。释放孔的数量和形状可以不是图示的数量和圆形，形状可以是椭圆形，也可以是矩形。
65.当可动电极4(区域44)向负z方向移动距离g，从而可动电极4在g1部与基座部2的区域21抵接时，可动电极4(区域44)不会进一步向负z方向移动，因此能够防止对弹性支承可动电极4的弹性支承部5施加预想外的大的力。
66.上述第二止挡件设置在相对于图2的(a)的单点划线a-a具有线对称关系的2处。即，在位于相对于线a-a与所说明的g1部呈线对称的位置的g2部，也设置与g1部同样的第二止挡件。
67.另外，与上述第一止挡件以及第二止挡件同样的止挡件还设置在相对于经过可动电极4的重心o且与y轴平行的直线p4与虚线q1内所示的位置具有线对称关系的虚线q1a内所示的位置。即，上述第二止挡件配置在经过可动电极4的重心o的直线p2上的左右2处，并且还配置在经过可动电极4的重心o的直线p3上的左右2处。
68.(振动发电元件的制造方法)
69.以下，参照图3及图4对振动发电元件1的制造方法的一例进行说明。图3是例示振动发电元件1的制造步骤的流程图。图4a～图4d是表示制造阶段的生成物的示意图。图4a～图4d分别对应于图2的(b)的a-a剖面图所例示的范围，为了易于理解，用阴影线表示活性层以及支承层的剖面。
70.(工序1)
71.在图3的步骤s10中，作业者或制造装置准备图4a所示的soi基板。
72.(工序2)
73.在图3的步骤s20中，作业者或制造装置为了对于soi基板的上层即活性层，在图4b所示的范围内形成可动电极4及固定部6a等的图案，并且在图4b中未图示的范围内形成固定电极3、可动电极4、弹性支承部5及固定部6a等的图案，通过使用了sf6或cf4等含氟气体的rie(reactive ion etching反应离子蚀刻)进行蚀刻。
74.具体而言，在活性层整个面形成未图示的抗蚀剂之后，局部地去除抗蚀剂来形成
开口部。开口部还包含蚀刻用的孔h(释放孔)的开口。例如，通过包括曝光及显影等的光刻工序来去除抗蚀剂。
75.然后，将残留的抗蚀剂作为蚀刻掩模对活性层进行蚀刻，由此如图4b所示，形成在z方向上贯通活性层的图案。之后，通过spm(sulfuric acid peroxide mixture：硫酸过氧化氢混合物)清洗来去除残留的抗蚀剂等。
76.另外，在本实施方式中，对在工序2中采用干式蚀刻的例子进行说明，但也可以在工序2中采用湿式蚀刻。
77.(工序3)
78.在步骤s30中，作业者或制造装置为了对于soi基板的下层即支承层，在图4c所示的范围内形成基座部2的区域20及附加部23等的图案，并且在图4c中未图示的范围内形成基座部2的区域21等的图案，与步骤s20的情况同样地通过rie进行蚀刻。
79.具体而言，在支承层的整个面上形成未图示的抗蚀剂后，局部地去除抗蚀剂来形成开口部。关于抗蚀剂的去除，与活性层的情况同样地通过光刻工序进行。
80.然后，将残留的抗蚀剂作为蚀刻掩模对支承层进行蚀刻，由此如图4c所示，形成在z方向上贯通支承层的图案。之后，通过spm清洗来去除残留的抗蚀剂等。
81.另外，在本实施方式中，对在工序3中采用干式蚀刻的例子进行说明，但也可以在工序3中采用湿式蚀刻。
82.(工序4)
83.在步骤s40中，作业者或制造装置通过使用了bhf(缓冲氢氟酸)的湿式蚀刻来去除soi基板的中间层即牺牲层。通过bhf，对于通过上述工序2及工序3使得牺牲层的上侧(活性层侧)及下侧(支承层侧)中的至少一方露出的区域的牺牲层进行蚀刻，如图4d所示，仅残留活性层或仅残留支承层。在上述工序2和工序3之后，上侧(活性层侧)和下侧(支承层侧)均未露出的区域的牺牲层维持在湿蚀刻后也残留从而机械性地固定活性层和支承层的状态(牺牲层32、33和34)。
84.在此，即使在工序2和工序3之后牺牲层的上侧(活性层侧)和下侧(支承层侧)的双方未露出，对于在上层即活性层设置了蚀刻用孔h(释放孔)的区域所对应的牺牲层经由释放孔进行蚀刻。在本实施方式中，与f部对应的牺牲层以及在未图示的范围内与g1部以及g2部对应的牺牲层经由释放孔进行蚀刻。通过这样的蚀刻方法，固定部6a中的与f部对应的区域与在正x方向上延伸的附加部23分离，并且在未图示的范围内与g1部以及g2部对应的可动电极4与在负x方向上延伸的基座部2的区域21等分离。
85.另外，在本实施方式中，对在工序4中采用湿式蚀刻的例子进行说明，但也可以在工序4中采用干式蚀刻。
86.(工序5)
87.根据上述工序1-工序4所例示的顺序，形成了驻极体未形成的振动发电元件1的mems加工体。在作为工序5的步骤s50中，作业者或制造装置通过公知的驻极体形成处理(例如日本特开2014-50196号公报中记载的形成处理)，在固定电极3和/或可动电极4形成驻极体。
88.通过以上说明的工序1-工序5，制造出振动发电元件1。
89.根据以上说明的实施方式，能够得到以下的作用效果。(1)振动发电元件1具备：固
定电极3，其固定在基座部2；可动电极4，其能够相对于固定电极3移动；弹性支承部5，其一端与基座部2连接，并且另一端与可动电极4连接，弹性地支承可动电极4；附加部23，其固定在可动电极4，在与可动电极4进行振动的振动平面(xy平面)正交的z方向上与固定在基座部2的固定部6a分离地对置，作为第一部件构成第一止挡件；以及固定部6a，其固定在基座部2，在z方向上与固定在可动电极4的附加部23分离地对置，作为第二部件构成第一止挡件。
90.由于如此构成，例如在可动电极4要向正z方向大幅移动的情况下，固定在可动电极4的附加部23碰到固定在基座部2的固定部6a(f部)从而限制可动电极4的移动。由此，能够防止对弹性支承可动电极4的弹性支承部5施加预想外的大的力。
91.(2)上述(1)的振动发电元件1具备从基座部2延伸并在z方向上与可动电极4分离地对置的作为第二部件构成第二止挡件的基座部2的区域21。由于如此构成，例如在可动电极4要向负z方向大幅移动的情况下，从基座部2延伸的区域21(g1部)碰到可动电极4的区域44从而限制可动电极4的移动。由此，能够防止对弹性支承可动电极4的弹性支承部5施加预想外的大的力。
92.(3)在上述(1)的振动发电元件1中，作为第一部件的附加部23以及作为第二部件的固定部6a在f部在z方向上分离而对置，因此能够防止可动电极4移动比附加部23与固定部6a间的间隔g大的距离。
93.(4)在上述(2)的振动发电元件1中，作为第二部件的基座部2的区域21从基座部2与振动平面(xy平面)平行地向着接近可动电极4的负x方向延伸，并在z方向上与可动电极4(区域44)分离地对置。由于如此构成，能够防止可动电极4移动比可动电极4与基座部2间的间隔g大的距离。
94.(5)在上述(1)或(3)的振动发电元件1中，可动电极4、固定电极3、弹性支承部5及作为第二构件的固定部6a形成在设有活性层、牺牲层及支承层的soi基板的活性层，基座部2及作为第一构件的附加部23形成在soi基板的支承层。由于如此构成，能够具备分别在不同的层分离地形成的第一部件以及第二部件。
95.(6)在上述(5)的振动发电元件1中，作为第一部件的附加部23经由牺牲层固定在可动电极4，作为第二部件的固定部6a经由牺牲层固定在基座部2。由于如此构成，能够具备分别对于可动电极4以及基座部2固定的附加部23以及固定部6a。
96.(7)在上述(1)的振动发电元件1中，构成第一止挡件的附加部23以及固定部6a(f部)分别设置在俯视时经过可动电极4的重心o的直线p1上且可动电极4的振动方向(x方向)的两端部(虚线q1以及虚线q1a所示的范围内)。另外，构成第二止挡件的可动电极4(区域44)以及基座部2的区域21(g1部)分别设置在俯视时经过可动电极4的重心o的直线p2以及p3上且可动电极4的振动方向(x方向)的两端部(虚线q1以及虚线q1a所示的范围内)。
97.由于如此构成，通过设置第一止挡件、第二止挡件，可动电极4的重心o的位置不变，因此不损害可动电极4的振动特性。
98.(8)在上述振动发电元件1的制造方法中，具备：第一工序，准备soi基板，该soi基板设置有作为第一层的活性层、作为第二层的牺牲层以及作为第三层的支承层；第二工序，从soi基板的活性层侧对活性层的一部分进行蚀刻，形成固定电极3、可动电极4、弹性支承部5以及第二部件；第三工序，从soi基板的支承层侧对支承层的一部分进行蚀刻，形成基座
部2以及第一部件；以及第四工序，在第二工序以及第三工序结束后，对牺牲层的一部分进行蚀刻，进行第一部件与第二部件的分离以及可动电极4与基座部2的分离中的至少一方。
99.由于如此构成，能够适当地形成在可动电极4要向正z方向大幅移动的情况下相互抵接的附加部23以及固定部6a(f部)、以及在可动电极4要向负z方向大幅移动的情况下相互抵接的可动电极4(区域44)以及基座部2的区域21(g1部)。
100.(9)在上述(8)的振动发电元件1的制造方法中，可动电极4以及作为第一部件的附加部23经由在第四工序中残留的牺牲层而一体地形成，基座部2以及作为第二部件的固定部6a经由在第四工序中残留的牺牲层而一体地形成。
101.由于如此构成，能够适当地形成各部。
102.(10)在上述(9)的振动发电元件1的制造方法中，在第四工序中，在通过第二工序去除了活性层的区域与通过第三工序去除了支承层的区域所对置的对置区域(f部、g1部)中分别去除牺牲层。
103.由于如此构成，能够适当地形成各部。
104.(变形例)
105.也可以将作为z方向的止挡件的第一止挡件以及第二止挡件的配置位置配置在与图1中例示的虚线q1以及虚线q1a内所示的位置不同的位置。图5是说明上述实施方式的变形例的振动发电元件1a的俯视图。在图5中，对与图1所例示的振动发电元件相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。图5的振动发电元件1a与图1的振动发电元件1相比，不同点在于，代替虚线q1以及虚线q1a内所示的位置，在虚线q2以及虚线q2a内所示的位置设置第一止挡件以及第二止挡件。即，在变形例中，通过以下说明的第一止挡件以及第二止挡件构成z方向的止挡件。
106.图6的(a)是将图5中的由虚线q2包围的附近放大后的图。图6的(b)是从正x方向朝负方向观察图6的(a)的a-a剖面的示意图，图6的(c)是从正x方向朝负方向观察图6的(a)的b-b剖面的示意图。单点划线a-a是经过第一止挡件并与y轴平行的直线。另外，单点划线b-b是经过第二止挡件并与y轴平行的直线。
107.(第一止挡件)
108.在图6的(a)以及图6的(b)中，第一止挡件与在活性层形成的第一附加部47中的用虚线包围的j部以及以在z方向上与活性层的上述j部对置的方式形成在支承层的第二附加部24对应，具有在可动电极4要向正z方向大幅移动的情况下限制可动电极4的移动的功能。
109.第一附加部47从负z方向经由牺牲层36与形成在支承层的基座部2中的俯视时与第一附加部47重叠的区域25机械地固定。
110.另一方面，可动电极4中的俯视时与第二附加部24重叠的区域45从负z方向经由牺牲层35与形成在支承层的第二附加部24机械地固定。第二附加部24的图示右端相对于第一附加部47的图示左端向正y方向延伸。
111.由于如此构成，与可动电极4连接的第二附加部24的一部分在俯视时与和基座部2机械性地固定的第一附加部47在j部重叠。第一附加部47和第二附加部24在静止状态(中立状态)下在z方向上具有间隔g的间隙而对置。间隔g为1～5μm左右，相当于牺牲层的厚度。
112.另外，在第一附加部47的j部设置有沿z方向贯通第一附加部47的多个蚀刻用的孔h(释放孔)。释放孔的数量和形状可以不是图示的数量和圆形，形状可以是椭圆形，也可以
是矩形。
113.当可动电极4(区域45)向正z方向移动距离g从而与可动电极4连接的第二附加部24在j部与第一附加部47抵接时，可动电极4(区域45)不会进一步向正z方向移动，因此能够防止对弹性支承可动电极4的弹性支承部5施加预想外的大的力。
114.(第二止挡件)
115.在图6的(a)及图6的(c)中，第二止挡件与在支承层形成的基座部2中的用虚线包围的k部以及在活性层形成的可动电极4中的在z方向上与上述k部对置的区域46对应，具有在可动电极4要向负z方向大幅移动的情况下限制可动电极4的移动的功能。
116.基座部2中的区域26相对于可动电极4的上述区域46的图示右端向负y方向延伸。并且，形成在活性层的可动电极4的区域46相对于基座部2的上述区域26的图示左端向正y方向延伸。
117.由于如此构成，可动电极4的区域46在俯视时与基座部2的区域26在k部重叠。可动电极4(区域46)和基座部2(区域26)在静止状态(中立状态)下在z方向上具有间隔g的间隙而对置。如上所述，间隔g相当于牺牲层的厚度。
118.另外，在活性层的区域46设置有沿z方向贯通活性层的多个蚀刻用的孔h(释放孔)。释放孔的数量和形状可以不是图示的数量和圆形，形状可以是椭圆形，也可以是矩形。
119.当可动电极4(区域46)向负z方向移动距离g从而在k部可动电极4与支承层26抵接时，可动电极4(区域46)不会进一步向负z方向移动，因此能够防止对弹性支承可动电极4的弹性支承部5施加预想外的大的力。
120.上述的第一止挡件和第二止挡件相对于经过可动电极4的重心o的与y轴平行的直线p4设置在大致等距离的位置。即，说明的线a-a以及线b-b在振动发电元件1a中与直线p4平行且距直线p4等距离。
121.另外，与变形例中说明的第一止挡件以及第二止挡件同样的止挡件也设置在相对于可动电极4的重心o具有与虚线q2内所示的位置为点对称关系的虚线q2a内所示的位置。即，上述第一止挡件配置在经过可动电极4的重心o的直线p5上的上下2处，并且上述第二止挡件也配置在经过可动电极4的重心o的直线p6上的上下2处。
122.振动发电元件1a的制造方法与振动发电元件1的制造方法相同。因此，省略振动发电元件1a的制造方法的说明。
123.根据以上说明的变形例，能够得到与上述实施方式相同的作用效果。(1)振动发电元件1a具备：固定电极3，其固定在基座部2；可动电极4，其能够相对于固定电极3移动；弹性支承部5，其一端与基座部2连接，并且另一端与可动电极4连接，弹性支承可动电极4；附加部24，其固定在可动电极4，在与可动电极4进行振动的振动平面(x-y平面)正交的z方向上与固定在基座部2的附加部47分离地对置，并作为第一部件而构成第一止挡件；以及附加部47，其固定在基座部2，在z方向上与固定在可动电极4的附加部24分离地对置，并作为第二部件而构成第一止挡件。
124.由于如此构成，例如在可动电极4要向正z方向大幅移动的情况下，固定在可动电极4的附加部24碰到固定在基座部2的附加部47(j部)从而限制可动电极4的移动。由此，能够防止对弹性支承可动电极4的弹性支承部5施加预想外的大的力。
125.(2)上述(1)的振动发电元件1a具备从基座部2延伸并在z方向上与可动电极4分离
地对置的作为第二部件而构成第二止挡件的基座部2的区域26。由于如此构成，例如在可动电极4要向负z方向大幅移动的情况下，从基座部2延伸的区域26(k部)碰到可动电极4的区域46从而限制可动电极4的移动。由此，能够防止对弹性支承可动电极4的弹性支承部5施加预想外的大的力。
126.(3)在上述(1)的振动发电元件1a中，作为第一部件的附加部24以及作为第二部件的附加部47沿着z方向在j部分离地对置，因此能够防止可动电极4移动比附加部24与附加部47间的间隔g大的距离。
127.(4)在上述(2)的振动发电元件1a中，作为第二部件的基座部2的区域26从基座部2与振动平面(x-y平面)平行地向接近可动电极4的负y方向延伸，在z方向上与可动电极4分离地对置。由于如此构成，所以能够防止可动电极4移动比可动电极4与基座部2间的间隔g大的距离。
128.(5)在上述(2)的振动发电元件1a中，作为第一部件的可动电极4的区域46从可动电极4与振动平面平行地向接近基座部2的正y方向延伸，并与基座部2(区域26)对置。由于如此构成，能够防止可动电极4移动比可动电极4与基座部2间的间隔g大的距离。
129.在以上说明的实施方式中，作为基板，使用了具有si的支承层、sio2的牺牲层和si的活性层的基板(soi基板)，但基板不限于soi基板。基板只要层叠作为活性层的第一层、作为牺牲层的第二层、作为支承层的第三层，且第二层的耐蚀刻特性与第一层及第三层的耐蚀刻特性不同即可。其中，第二层或第三层也可以是由绝缘性的材料构成的层。
130.作为一例，基板也可以在蓝宝石的第三层上形成sio2的第二层以及si的第一层。作为另一例，也可以在金属的第三层上形成有氧化金属的第二层以及金属的第一层。
131.另外，在上述蚀刻工艺中使用的气体等是一个例子，也可以使用其他气体。
132.以，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限于这些内容。实施方式中的各部分的数量以及形状等是例示，也可以是其他任意的数量以及任意的形状。
133.另外，各实施方式和变形例可以分别单独应用，也可以组合使用。
134.并且，在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包含在本发明的范围内。
135.附图标记的说明
136.1，1a振动发电元件
137.2基座部
138.3固定电极
139.4可动电极
140.5弹性支承部
141.6a，6b固定部
142.20，21，25，26，43，44，45，46，f，g1，g2，j，k区域23，24，47附加部
143.32，33，34，35，36牺牲层。

技术特征：
1.一种振动发电元件，其特征在于，具备：固定电极，其固定在基座部；可移动电极，其可相对于所述固定电极移动；弹性支承部，其一端与所述基座部连接，并且另一端与所述可动电极连接，弹性支承所述可动电极；以及第一部件和第二部件中的至少一方，其中，所述第一部件固定在所述可动电极，并在与所述可动电极进行振动的振动平面正交的方向上与所述基座部或固定在所述基座部的部件分离地相对，所述第二部件固定在所述基座部，并在与所述振动平面正交的方向上与所述可动电极或固定在所述可动电极的部件分离地相对。2.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，所述第一部件的至少一部分与所述第二部件的至少一部分在与所述振动平面正交的方向上分离地相对。3.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，所述第一部件从所述可动电极与所述振动平面平行地向接近所述基座部的方向延伸，并与所述基座部相对。4.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，所述第二部件从所述基座部与所述振动平面平行地向接近所述可动电极的方向延伸，并与所述可动电极相对。5.根据权利要求1或2所述的振动发电元件，其特征在于，所述可动电极、所述固定电极、所述弹性支承部及所述第二部件形成在设置有第一层、第二层以及第三层的基板的所述第一层，所述基座部以及所述第一部件形成在所述基板的所述第三层。6.根据权利要求5所述的振动发电元件，其特征在于，所述第一部件经由所述第二层固定在所述可动电极，所述第二部件经由所述第二层固定在所述基座部。7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的振动发电元件，其特征在于，所述第一部件及所述第二部件分别设置在俯视时经过所述可动电极的重心的直线上且所述可动电极的振动方向的两端部。8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的振动发电元件，其特征在于，所述第一部件以及所述第二部件分别设置在俯视时经过所述可动电极的重心的直线上且与所述可动电极的振动方向正交的方向的两端部。9.一种振动发电元件的制造方法，其用于制造以下的振动发电元件，所述振动发电元件具备：固定电极，其固定在基座部；可移动电极，其可相对于所述固定电极移动；弹性支承部，其一端与所述基座部连接，并且另一端与所述可动电极连接，弹性支承所述可动电极；以及第一部件和第二部件中的至少一方，其中，所述第一部件固定在所述可动电极，并在与所述可动电极进行振动的振动平面正交的方向上与所述基座部分离地相对，所述第二部件
固定在所述基座部，并在与所述振动平面正交的方向上与所述可动电极分离地相对，其特征在于，所述制造方法具备以下工序：第一工序，准备设置有第一层、第二层及第三层的基板；第二工序，从所述基板的所述第一层一侧对所述第一层的一部分进行蚀刻，来形成所述固定电极、所述可动电极、所述弹性支承部以及所述第二部件；第三工序，从所述基板的所述第三层一侧对所述第三层的一部分进行蚀刻，来形成所述基座部以及所述第一部件；第四工序，在所述第二工序和所述第三工序结束后，对所述第二层的一部分进行蚀刻，来进行所述第一部件与所述第二部件的分离以及所述可动电极与所述基座部的分离中的至少一方。10.根据权利要求9所述的振动发电元件的制造方法，其特征在于，经由在所述第四工序中剩余的所述第二层而一体地形成所述可动电极以及所述第一部件，经由在所述第四工序中剩余的所述第二层而一体地形成所述基座部以及所述第二部件。11.根据权利要求10所述的振动发电元件的制造方法，其特征在于，在所述第四工序，分别在通过所述第二工序去除了所述第一层的区域、通过所述第三工序去除了所述第三层的区域、以及所述相对的相对区域中去除所述第二层。

技术总结
能够防止大的力作用于MEMS振动发电元件的弹性支承部。振动发电元件具备：固定电极，其固定在基座部；可动电极，其能够相对于所述固定电极移动；弹性支承部，其一端与所述基座部连接，并且另一端与所述可动电极连接，弹性支承所述可动电极；以及第一部件和第二部件中的至少一方，所述第一部件固定在所述可动电极，并在与所述可动电极进行振动的振动平面正交的方向上与所述基座部或固定在所述基座部的部件分离地相对，所述第二部件固定在所述基座部，并在与所述振动平面正交的方向上与所述可动电极或固定在所述可动电极的部件分离地相对。对。对。


技术研发人员：下村典子 芦泽久幸
受保护的技术使用者：株式会社鹭宫制作所
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2023/8/5