(57)【要約】【課題】微小電子システム自体の複雑さを最小化しながら、高歪みに曝される圧電材料を最大化するエネルギー回収機を提供する。【解決手段】マイクロ電気機械パッケージは、ケーシングと超小形電子回路を含む。ケーシングの少なくとも一部分は、使用中にその少なくとも一部分における動的な機械的歪の変化が電荷が発生させるように配置された圧電材料を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
超小形電子回路（７）とを含み
前記ケーシングの少なくとも一部分が、使用中にその少なくとも一部分における動的な機械的歪の変化が電荷を発生させるように配置された圧電材料からなることを特徴とするマイクロ電気機械パッケージ（１）。
【請求項２】
前記ケーシングの少なくとも一部分が、前記ケーシングの少なくとも１つの外壁（３）からなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械パッケージ（１）。
【請求項３】
前記ケーシングの少なくとも１つの外壁（３）が、前記ケーシングの一部として形成された慣性質量部（４）を有することを特徴とする請求項２に記載のマイクロ電気機械パッケージ（１）。
【請求項４】
前記ケーシングの少なくとも一部分が、片持ち部（１１）を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械パッケージ（１）。
【請求項５】
前記片持ち部（１１）が慣性質量部（４）を有することを特徴とする請求項４に記載のマイクロ電気機械パッケージ（１）。
【請求項６】
電極層（５）が、使用中に前記圧電材料で発生した電荷を集めるように、前記圧電材料に埋め込まれていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロ電気機械パッケージ（１）。
【請求項７】
前記ケーシングが窒化アルミニウムで製作されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロ電気機械パッケージ（１）。
【請求項８】
超小形電子回路が、電力管理回路、電力貯蔵回路、およびマイクロ電気機械センサ回路のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロ電気機械パッケージ（１）。
【請求項９】
セラミックの多層技術又は高分子成形技術を用いてＭＥＭＳパッケージを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロ電気機械パッケージ（１）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー回収分野に関し、特に圧電性エネルギー回収機に関する。
【背景技術】
【０００２】
時にはエネルギー収穫機としても知られるエネルギー回収機は、主電源の歪みを減少するために、また場合によっては主電源として働くために、電子システムで益々多用されるようになってきている。
【０００３】
エネルギー回収機は、浪費されたであろう環境エネルギーを、特定の目的で使用できるエネルギーに変換するデバイスである。エネルギー回収機は、緊急通信設備に間接的に電力供給することから超小型電子センサに電力供給することまでに亘る広範で多様な用途で使用される。
【０００４】
通信設備に間接的に電力供給するシステムは、例えば遠方の高速道路の側縁に設置された固定式非常無線電話ボックスに接続されたバッテリを充電する一助となるソーラーパネルを含むことができる。残念ながら、こうした回路は多くの場合、比較的暗い場所で見られることから、ソーラパワーは超小型電子回路の電力供給に対して常に理想的であるわけではない。
【０００５】
しかしながら、加速度センサ又は受動センサ等の多くの超小型電子デバイスが絶えず動的な力に曝されている。その結果、動的エネルギー回収機は、デバイスの加速、振動又は動的圧縮に起因する残留環境エネルギーの一部を利用するために開発されてきた。
【０００６】
動的エネルギー回収機は、圧電素子を用いることで振動エネルギーを利用してもよく、それにより素材内の歪みを電気インパルスに変換する。これらのデバイスは、広範で多様な用途で使用できる。
【０００７】
ほとんどのエネルギー回収機は、高感度な部品を環境条件から保護するためにパッケージ内に組み付けられた複数の相互接続された部品を含む。これには、多数の欠点がある。その第１は、複数の相互接続された部品がパッケージ自体の内部に組み立てられ配置されなければならないということである。この場合、公知のエネルギー回収機は、高価であり、かつ、製造が困難である。必要とされるのは、少ない部品を有するエネルギー回収機であり、それにより、より安く簡単に製造されるものである。
【０００８】
動的エネルギーのためのエネルギー回収機の基本的な課題は、大きな震動質量又は大きな振動板にとって、あるレベルの効率に達することが必要とされることである。圧電性エネルギー回収機にとって第２の基本的な課題は、効率が、結果として生じる高歪みに曝される圧電材料の量に直接関係することである。このように、回収機の効率はデバイスの体積及び／又は面積に直接関係する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
微小電子システム自体の複雑さを最小化しながら、高歪みに曝される圧電材料を最大化するエネルギー回収機の必要性があると、本出願人は認識した。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記先行技術に関する問題を解決するために、本発明は、
ケーシングと、
超小形電子回路とを含み
前記ケーシングの少なくとも一部分が、使用中にその少なくとも一部分における動的な機械的歪の変化が電荷を発生させるように配置された圧電材料からなることを特徴とするマイクロ電気機械パッケージを提供する。
【００１１】
ケーシングの少なくとも一部分は、ケーシングの少なくとも１つの外壁からなるのが好ましい。
【００１２】
ケーシングの少なくとも１つの外壁は、ケーシングの一部として形成された慣性質量を含んでもよい。
【００１３】
ケーシングの少なくとも一部分は、片持ち部を含んでもよい。
【００１４】
片持ち部は、慣性質量を有してもよい。
【００１５】
電極層（５）は、使用中に圧電材料で発生した電荷を集めるように、圧電材料に埋め込まれているのが好ましい。
【００１６】
ケーシングは、窒化アルミニウムで製作されてもよい。
【００１７】
超小形電子回路は、電力管理回路、電力貯蔵回路、およびマイクロ電気機械センサ回路のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００１８】
本発明は更に、
セラミックの多層技術又は高分子成形技術を用いてＭＥＭＳパッケージを形成する工程を含むことを特徴とする、前記特許請求の範囲に記載のマイクロ電気機械パッケージの製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施例を、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１を参照すると、本発明のマイクロ電気機械パッケージ１は、圧電材料２で製作されたケーシングと、圧電材料２の層で挟み込まれた電極５を含む振動板３で構成される。電極５は、振動板３の圧電材料２の層で発生した電荷を集める。
【００２１】
また、マイクロ電気機械パッケージ１は、種々の電子回路７を含んでもよい。これらが、電力管理及び電力貯蔵回路、および、マイクロ電気機械センサを含んでもよい。さらに、本発明のマイクロ電気機械パッケージ１は、パッケージを基板（図示せず）に接続するためのはんだ端末８と、電子回路７をシールドするための蓋６を含んでもよい。
【００２２】
図１に示す例を参照すると、振動板３に作用する外力Ｆは、振動板３に含まれている圧電材料２に挟み込まれた層で機械的歪を発生する。その結果、圧電層は電荷を発生し、それらは電極５によって集められ、電子回路７または、はんだ端末８を介して基板（図示せず）に送られる。
【００２３】
このように、図１の例で示すデバイスが、マイクロ電気機械パッケージ自体に直接作用した外力Ｆに関係したエネルギーを集める。本発明のこの特定の例が適合する可能性のある用途としては、タイヤのゴムと一体化されたセンサがある。タイヤの適当な表面が路面との接触を持ったり離れたりする度に、振動板が圧縮されたり拡張されて、圧電材料に歪みをかける。
【００２４】
図２に示す例を参照すると、第１の外力Ｆが第１の振動板３にかけられ、第２の外力Ｆ’が第２の振動板３’にかけられる。両振動板３、３’は、図１に示す例の振動板と同じように機能する。パッケージの２つの部分を気密に接合するために、金属接合９が用いられる。そのような接合を成す確実な方法としては、金属同士の接合技術を用いるとよい。
【００２５】
図３に示す例を参照すると、本発明のマイクロ電気機械パッケージ１は、圧電材料２で製作されたケーシングと、圧電材料２の層で挟み込まれた電極５を含む振動板３で構成される。再度述べると、電極５は振動板３の圧電材料層で発生した電荷を集める。
【００２６】
この特定の例は更に、パッケージの内部に位置し、振動板３の中央に形成された慣性質量部４を有する。これにより、マイクロ電気機械パッケージ１が移動するか振動した際、慣性質量部４は、振動板３内の圧電材料２の歪みを増幅するのに用いられる。この場合、振動板３は質量ばね系の弾性ばね要素として作用する。本発明のこの特定の例が適合する可能性のある用途としては、自動車の車輪と一体化されたセンサがある。車を運転中、車輪は振動し、車輪に取り付けられたケーシングは同じ振動を感知する。質量ばね系が振動して、圧電材料に歪みがかけられる。
【００２７】
図４に示す例を参照すると、本発明のマイクロ電気機械パッケージ１は、パッケージの外側に位置し、振動板３の中央に形成された慣性質量部４で構成することができる。本発明のこの特定の例は、生産コストと用途統合に関する有利性をもたらすことができる。
【００２８】
図５に示す例を参照すると、本発明のマイクロ電気機械パッケージ１は、マイクロ電気機械パッケージ１の１つの壁と一体に形成した片持ち部１１を含んでもよい。片持ち部１１は、片持ち部１１の自由端に形成された慣性質量部４を含む。本発明のこの特定の例は、ケーシングのいかなる外壁の転置又は移動も不可能な場合（例えば、部品が硬いエポキシに埋め込まれるか、又は覆われる場合）にかなり有益である。
【００２９】
図６に示す例を参照すると、本発明のマイクロ電気機械パッケージ１は、慣性質量部４に埋め込まれた錘１０を更に含む。埋め込まれた錘１０は金属製であってもよい。慣性質量部４を有する前記各例も、慣性質量部４に埋め込まれた錘１０を更に含んでもよい。以上説明したように、振動式エネルギー回収機の効率は、震動の大きさにかなり依存する。大多数のケーシング素材（セラミックスとプラスチック）が軽量の素材であるという事実に鑑みると、エネルギー回収機の効率は、ケーシング製造プロセスにおいて高密度金属を挿入することによって、かなり高められる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１例によるマイクロ電気機械パッケージの断面図である。
【図２】本発明の第２例によるマイクロ電気機械パッケージの断面図である。
【図３】本発明の第３例によるマイクロ電気機械パッケージの断面図である。
【図４】本発明の第４例によるマイクロ電気機械パッケージの断面図である。
【図５】本発明の第５例によるマイクロ電気機械パッケージの断面図である。
【図６】本発明の第６例によるマイクロ電気機械パッケージの断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…マイクロ電気機械パッケージ
２…圧電材料
３…振動板
４…慣性質量部
５…電極
６…蓋
７…電子回路
８…端末
９…金属接合
１０…錘
１１…片持ち部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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