基于共晶鍵合技術(shù)的壓電能量采集器的研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、微機(jī)械加工技術(shù)以及無(wú)線傳感技術(shù)的突飛猛進(jìn)，諸如嵌入式系統(tǒng)、射頻識(shí)別系統(tǒng)、無(wú)線傳感器以及各種可植入微型傳感器之類的電子產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入集成化、微型化和低功耗的時(shí)代，傳統(tǒng)的輸電線路和化學(xué)電池已經(jīng)不能滿足這些微型電子器件的供能要求。基于MEMS技術(shù)的振動(dòng)能量采集器利用壓電材料的壓電效應(yīng)，將周圍環(huán)境中的振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，它可以很好的與各種微電子芯片、微傳感器和微執(zhí)行器集成在一起，為微型電子器件提供持久、穩(wěn)定和清潔的能源。

2、目前，MEMS壓電振動(dòng)能量采集器已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外許多研究小組的研究熱點(diǎn)，并具有十分重要的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文圍繞基于共晶鍵合技術(shù)的微壓電振動(dòng)能量采集器展開(kāi)研究，概括了微型壓電振動(dòng)能量采集器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，對(duì)各種結(jié)構(gòu)的能量采集器進(jìn)行了分析比較，提出了利用高性能塊材PZT和硅片的共晶鍵合工藝制作高性能微型壓電振動(dòng)能量采集器，這是對(duì)高性能微能源設(shè)計(jì)和制造的一次有益探索，為下一步完善和優(yōu)化微型壓電振動(dòng)能量采集器提供了

3、很好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。論文的主要研究?jī)?nèi)容是：在查閱了大量的中英文文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，探討能量采集技術(shù)的研究背景及意義，系統(tǒng)分析了國(guó)內(nèi)外關(guān)于MEMS壓電振動(dòng)能量采集器的研究進(jìn)展；詳細(xì)介紹了壓電效應(yīng)的原理和壓電材料的分類，深入分析微型壓電振動(dòng)能量采集器的相關(guān)理論，推導(dǎo)壓電懸臂梁的固有頻率及電壓、功率輸出公式，并探討懸臂梁的輸出與其結(jié)構(gòu)參數(shù)和施加加速度之間的關(guān)系；使用ANSYS有限元仿真軟件對(duì)這種壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)、模態(tài)和壓電諧響應(yīng)分析，針對(duì)

4、使用環(huán)境中振動(dòng)源頻率普遍低于1000Hz的情況，確定其最佳結(jié)構(gòu)尺寸以獲得較低的固有頻率；著重進(jìn)行塊材 PZT與硅片的共晶鍵合工藝研究，獲得了較好的鍵合結(jié)果，即在500℃下鍵合1h，鍵合強(qiáng)度可達(dá)13.2MPa；采用其他MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝制作微壓電振動(dòng)能量采集器樣品，順利完成了壓電懸臂梁的工藝設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，成功地制作出微型壓電懸臂梁；搭建了一套完整的測(cè)試系統(tǒng)，包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、示波器、振動(dòng)臺(tái)和加速度儀等，對(duì)制作的微壓電振動(dòng)能量采集器樣