特許 7249597 発電素子の製造方法、及び、発電素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-23

(45)【発行日】2023-03-31

(54)【発明の名称】発電素子の製造方法、及び、発電素子

(51)【国際特許分類】

   H02N 1/08 20060101AFI20230324BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20230324BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20230324BHJP

【ＦＩ】

H02N1/08

B81C1/00

B81B3/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020057713

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021158821

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2021-12-02

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）（１）平成３１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ＩｏＴ推進のための横断技術開発プロジェクト／超高効率データ抽出機能を有する学習型スマートセンシングシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願、（２）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構「戦略的創造研究推進事業／微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出／ＭＥＭＳ振動発電素子の製作と評価に関する研究」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】年吉 洋

(72)【発明者】

【氏名】下村 典子

(72)【発明者】

【氏名】芦澤 久幸

【審査官】中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８８７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１１２７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０３３５３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ２４／００－２７／３０

Ｈ０２Ｋ ３１／００－３１／０４

Ｈ０２Ｋ ３５／００－３５／０６

Ｈ０２Ｋ ３９／００

Ｈ０２Ｋ ４７／００－４７／３０

Ｈ０２Ｋ ５３／００

Ｈ０２Ｋ ９９／００

Ｈ０２Ｎ １／００－ １／１２

Ｈ０２Ｎ ３／００－９９／００

Ｂ８１Ｃ １／００

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動により発電する発電素子の製造方法であって、
基板を準備することと、
第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極を有する可動部とを有する発電素子を前記基板に複数形成することと、
複数の前記発電素子の各々の前記第１電極を電気的に接続する第１接続部と、複数の前記発電素子の各々の前記第２電極を電気的に接続する第２接続部とを前記基板に形成することと、
前記第１接続部及び前記第２接続部の各々の前記発電素子の端部まで設けられる部分を除去することと、を含む、
発電素子の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の発電素子の製造方法において、
前記基板を加熱すると共に、前記第１接続部及び前記第２接続部に電圧を供給すること
を含む、発電素子の製造方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の発電素子の製造方法において、
前記発電素子は、第３電極を有し、
前記第２電極は、前記第１電極及び前記第３電極の間に設けられ、
前記第１接続部は、複数の前記発電素子の前記第１電極及び前記第３電極を電気的に接続する、発電素子の製造方法。

【請求項4】

請求項３に記載の発電素子の製造方法において、
前記発電素子は、前記第２電極を挟んで設けられる第４電極及び第５電極を有し、
前記第１接続部は、複数の前記発電素子の前記第１電極及び前記第３電極及び前記第４電極及び前記第５電極を電気的に接続する、発電素子の製造方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の発電素子の製造方法において、
前記基板から前記発電素子を切り出すことを含む、発電素子の製造方法。

【請求項6】

振動により発電する発電素子であって、
第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極を有する可動部とが設けられる素子基板と、
前記第１電極に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第１接続部と、
前記可動部に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第２接続部と、
前記第２電極を挟んで設けられる第４電極及び第５電極と、
前記第４電極に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第４接続部と、
前記第５電極に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第５接続部と、
前記素子基板が有する第３電極と、
前記第３電極に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第３接続部と、を備え、
前記第２電極は、前記第１電極及び前記第３電極の間に設けられ、
前記第３接続部及び前記第４接続部は、それぞれ、前記素子基板の端部まで互いに異なる方向に延び、
前記第３電極と前記第５電極とは、前記第３接続部及び前記第５接続部を介して接続される、
発電素子。

【請求項7】

請求項６に記載の発電素子において、
前記第１電極と前記第４電極とは、前記第１接続部及び前記第４接続部を介して接続される発電素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電素子の製造方法、及び、発電素子に関する。

【背景技術】

【0002】

エレクトレット化された可動櫛歯電極と固定櫛歯電極を備える振動発電素子が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－２０９９３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の振動発電素子では、可動櫛歯電極と固定櫛歯電極を含む基板を加熱しながら、可動櫛歯電極と固定櫛歯電極にプローバ針をそれぞれ接触させて電圧を印加することで、エレクトレットの形成が行われる。特許文献１の振動発電素子では、基板を加熱した状態でプローバ針を接触させるための大きな領域を振動発電素子内に確保する必要が生じ、振動発電素子の面積が増大するおそれがある。このため、１ウェハ当たりの振動発電素子の取れ数が減少するおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の態様によると、発電素子の製造方法は、振動により発電する発電素子の製造方法であって、基板を準備することと、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極を有する可動部とを有する発電素子を前記基板に複数形成することと、複数の前記発電素子の各々の前記第１電極を電気的に接続する第１接続部と、複数の前記発電素子の各々の前記第２電極を電気的に接続する第２接続部とを前記基板に形成することと、前記第１接続部及び前記第２接続部の各々の前記発電素子の端部まで設けられる部分を除去することと、を含む。
本発明の第２の態様によると、発電素子は、第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極を有する可動部とが設けられる素子基板と、前記第１電極に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第１接続部と、前記可動部に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第２接続部と、前記第２電極を挟んで設けられる第４電極及び第５電極と、前記第４電極に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第４接続部と、前記第５電極に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第５接続部と、前記素子基板が有する第３電極と、前記第３電極に接続され、前記素子基板の端部まで設けられる第３接続部と、を備え、前記第２電極は、前記第１電極及び前記第３電極の間に設けられ、前記第３接続部及び前記第４接続部は、それぞれ、前記素子基板の端部まで互いに異なる方向に延び、前記第３電極と前記第５電極とは、前記第３接続部及び前記第５接続部を介して接続される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、１ウェハ当たりの発電素子の取れ数を増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施の形態に係る発電素子の構成例を示す図である。

【図2】第１の実施の形態に係る発電素子が形成されたウェハの一例を示す平面図である。

【図3】第１の実施の形態に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。

【図4】第１の実施の形態に係る発電素子の別の構成例を示す図である。

【図5】変形例１に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。

【図6】変形例２に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。

【図7】変形例３に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。

【図8】変形例４に係る発電素子の構成例を示す図である。

【図9】変形例５に係る発電素子の構成例を示す図である。

【図10】変形例５に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る発電素子の構成例を示す図である。発電素子（振動発電素子）１０は、支持枠（支持部材）１１と可動部１２とを備え、後述するが、振動を利用して発電を行う。振動発電素子１０は、例えば、シリコン基板やＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を基材として用い、ＭＥＭＳ技術を利用して製造される。振動発電素子１０は、静電方式の発電素子であり、環境の振動のエネルギーを採取して電力を得る技術（エナジーハーベスティング）として利用可能である。

【0009】

支持枠（ベース）１１は、電極１６ａ、電極１６ｂ、電極１６ｃ、及び電極１６ｄを有する。電極１６ａ～１６ｄは、支持枠１１に対して固定して保持された電極であるともいえる。電極１６ａと電極１６ｃは、可動部１２の一部を挟んで、紙面上下方向（Ｙ軸方向）に並んで配置される。また、電極１６ｂと電極１６ｄは、可動部１２の他の一部を挟んで、Ｙ軸方向に並んで配置される。以下の説明では、固定された電極１６ａ、電極１６ｂ、電極１６ｃ、電極１６ｄを、それぞれ第１固定電極１６ａ、第２固定電極１６ｂ、第３固定電極１６ｃ、第４固定電極１６ｄと称する。なお、図１の座標軸に示すように、Ｙ軸に直交する紙面右方向をＸ軸プラス方向とする。他の図において、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きが分かるように座標軸を表示する。

【0010】

可動部１２は、電極１３及び保持部１８を有し、支持枠１１内において電極１３（以下、可動電極と称する）が紙面左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に構成される。可動電極１３の一部は、第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂの間において、第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂの各々と対向して設けられる。また、可動電極１３の他の一部は、第３固定電極１６ｃ及び第４固定電極１６ｄの間において、第３固定電極１６ｃ及び第４固定電極１６ｄの各々と対向して設けられる。

【0011】

第１固定電極１６ａ、第２固定電極１６ｂ、第３固定電極１６ｃ、第４固定電極１６ｄ、及び、可動電極１３は、それぞれ、櫛歯形状となる部分（櫛歯部分）を有し、櫛歯状の電極となる。第１固定電極１６ａの櫛歯部分１７ａ、第２固定電極１６ｂの櫛歯部分１７ｂ、第３固定電極１６ｃの櫛歯部分１７ｃ、第４固定電極１６ｄの櫛歯部分１７ｄは、それぞれ、可動電極１３の櫛歯部分１４ａ、櫛歯部分１４ｂ、櫛歯部分１４ｃ、櫛歯部分１４ｄと噛み合うように形成される。なお、第１固定電極１６ａ、第２固定電極１６ｂ、第３固定電極１６ｃ、第４固定電極１６ｄ、及び可動電極１３に設けられる櫛歯の数及び配置は、図示した例に限られない。

【0012】

可動電極１３のうち、第１固定電極１６ａと対向する面、第２固定電極１６ｂと対向する面、第３固定電極１６ｃと対向する面、第４固定電極１６ｄと対向する面の各々の表面近傍には、後述する帯電処理によってエレクトレットが形成される。可動電極１３と第１固定電極１６ａとの間、可動電極１３と第２固定電極１６ｂとの間、可動電極１３と第３固定電極１６ｃとの間、及び可動電極１３と第４固定電極１６ｄとの間には、容量（静電容量）が形成される。なお、第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄに、エレクトレットを設けるようにしてもよい。

【0013】

保持部１８は、弾性を有するように構成され、可動部１２の可動電極１３を保持（支持）する。保持部１８は、例えば、第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄ及び可動電極１３と同じ材料（例えばシリコン）を用いて、可撓性を有するように形成される。保持部１８の一端は、支持枠（支持部）１１に接続されている。可動部１２は、保持部１８によって弾性的に支持された状態となり、Ｘ軸方向に移動（振動）可能となる。

【0014】

なお、実際に使用される際、振動発電素子１０には、外部の回路として、例えば、振動発電素子１０から電力が供給されて動作する電気回路（電気部品）が接続される。この電気回路は、振動発電素子１０により発電された交流を直流に変換する変換部、コンデンサやバッテリ等の蓄電部などの回路（電源回路）である。電気回路は、実使用時に振動発電素子１０と組み合わせて用いられ、実使用時に負荷として動作する。

【0015】

振動発電素子１０に外部から振動が与えられると、保持部１８に撓み（弾性変形）が生じ、可動部１２はＸ軸方向に振動すると共に、可動電極１３の変位が生じる。可動電極１３の位置が変化することで、可動電極１３と第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄとの各々の間隔（距離）が変化し、これら電極の櫛歯部分の互いに対向する領域の面積が増減する。例えば、可動電極１３の櫛歯部分１４ａにおける第１固定電極１６ａの櫛歯部分１７ａに対向する領域の面積が変化する。これら面積の変化に応じて、電極間の静電容量（の大きさ）が変化し、可動電極１３のエレクトレットの電界によって第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄにおいて誘起される電荷量が変化する。

【0016】

振動発電素子１０に振動が加わると、可動電極１３と第１固定電極１６ａとの間の静電容量が変化すると共に、可動電極１３と第２固定電極１６ｂとの間の静電容量も変化する。可動電極１３及び第１固定電極１６ａ間の静電容量が変動することで、上述した外部回路を介して可動電極１３及び第１固定電極１６ａ間において交流電流が流れ、発電が行われる。また、可動電極１３及び第２固定電極１６ｂ間の静電容量が変動することで、外部回路を介して可動電極１３及び第２固定電極１６ｂ間に交流電流が流れ、発電が行われる。

【0017】

また、本実施の形態では、振動発電素子１０に振動が加わった場合、可動電極１３と第３固定電極１６ｃとの間の静電容量が変化すると共に、可動電極１３と第４固定電極１６ｄとの間の静電容量も変化する。可動電極１３及び第３固定電極１６ｃ間の静電容量が変動することで、外部回路を介して可動電極１３及び第３固定電極１６ｃ間において交流電流が流れ、発電が行われる。また、可動電極１３及び第４固定電極１６ｄ間の静電容量が変動することで、外部回路を介して可動電極１３及び第４固定電極１６ｄ間に交流電流が流れ、発電が行われる。振動発電素子１０から外部回路に、交流電圧が供給されることになる。

【0018】

このように、本実施の形態に係る振動発電素子１０では、振動に起因して生じる静電容量の変化を利用して、交流電力を生成することができる。振動発電素子１０は、可動電極１３及び第１固定電極１６ａ間と、可動電極１３及び第２固定電極１６ｂ間の各々で発電を行うため、発電量を増加させることができる。また、振動発電素子１０は、可動電極１３及び第３固定電極１６ｃ間と、可動電極１３及び第４固定電極１６ｄ間の各々においても発電を行うため、発電量をさらに増加させることができる。振動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することが可能となり、発電効率を向上させることができる。

【0019】

次に、振動発電素子１０の帯電処理の一例について説明する。可動電極１３の櫛歯部分１４ａ～１４ｄの表面にイオンを含む酸化膜を形成した後、振動発電素子１０を加熱しながら可動電極１３に電圧（バイアス電圧）を印加する処理が行われる。このような処理は、ＢＴ処理（Bias-Temperature Treatment）と呼ばれている。振動発電素子１０の基板の温度を高温にしつつ、可動電極１３と固定電極との間に電圧を加えることで、櫛歯部分１４ａ～１４ｄの酸化膜中のイオンの移動が生じる。その後、加熱及び電圧の供給が停止される。可動電極１３の櫛歯部分１４ａ～１４ｄの酸化膜は、固定電荷を有する状態となり、エレクトレット膜（層）となる。可動電極１３は、エレクトレット化された電極となり、半永久的に帯電する。本実施の形態では、このような電極を帯電させる処理は、個々の基板（素子基板）に切り分ける前のウェハ状態において行われる。素子基板は、振動発電素子１０毎の基板（チップ）であり、図１を用いて上述したように固定電極及び可動電極等が設けられる。図１に示す端部１０ａは、素子基板の端部を表している。また、素子基板は、ウェハから切り出される個別の基板部分ともいえる。

【0020】

図２は、第１の実施の形態に係る発電素子が形成されたウェハの一例を示す平面図である。ウェハ（基板）１００は、例えば、シリコン基板やＳＯＩ基板等の半導体基板、複数の基板を積層したもの（例えば、シリコン基板とガラス基板とを貼り合わせたもの）を用いて構成される。ウェハ１００は、振動発電素子１０がＸ軸方向及びＹ軸方向に複数配置される領域１１０を有する。図２に示す点線７０は、ウェハ１００に設けられるスクライブラインを模式的に表している。なお、他の図においても、スクライブライン７０は、点線で示されている。

【0021】

本実施の形態では、ウェハ１００において複数の振動発電素子１０が形成される領域１１０の周囲に、電極９１、９２が設けられる。電極９１及び電極９２は、例えば、金属材料を用いて構成されるパッド（端子）である。図２に示す配線８５及び配線８６は、ウェハ１００において引き回される配線パターンである。電極９１は、後述するが、配線８５を介して、ウェハ１００内の各振動発電素子１０の可動電極１３に接続される。

【0022】

また、ウェハ１００は、領域１１０のうちの振動発電素子１０が形成される領域以外において、配線が設けられる領域８０を有する。領域８０は、振動発電素子１０の周囲に設けられ、ＢＴ処理を行う際に用いられる。領域８０は、実使用においては不要な領域であり、ＢＴ処理を行った後にスクライブライン７０に沿ってウェハ１００から振動発電素子１０を切り出す際に、振動発電素子１０とは切り離される。以下では、領域８０を仮配線部８０と称する。図２に示す例では、仮配線部８０と振動発電素子１０とはスクライブライン７０を挟んでＹ軸方向に隣接し、振動発電素子１０毎に仮配線部８０が設けられるともいえる。

【0023】

仮配線部８０には、図２に示すように、配線８６が設けられる。配線８６は、後述するが、ウェハ１００内の各振動発電素子１０の固定電極に接続される。配線８６は、領域１１０の周辺に設けられる電極９２まで引き出される。図２に示す例では、配線８６は、領域１１０内においてＸ軸方向に延び、領域１１０外においてＹ軸方向に配線されて、電極９２に接続される。

【0024】

図１に示すように、振動発電素子１０は、接続部２１～２６を有する。接続部２１は、可動電極１３に電気的に接続され、振動発電素子１０の素子基板の端部１０ａに向かって設けられる。接続部２１は、可動電極１３に接続される第１部分２１ａと、第１部分２１ａから素子基板の端部１０ａに向かって延びる第２部分２１ｂを含む。図１に示す例では、接続部２１は、可動電極１３の左側に位置する。第２部分２１ｂは、第１部分２１ａから振動発電素子１０の素子基板の外周部（縁部）まで左方向に延びている。第２部分２１ｂは、第１部分２１ａから支持枠１１の端部（外周部）まで左方向に延びているともいえる。

【0025】

接続部２２は、可動電極１３に電気的に接続され、振動発電素子１０の素子基板の端部１０ａに向かって設けられる。接続部２２は、可動電極１３に接続される第１部分２２ａと、第１部分２２ａから素子基板の端部１０ａに向かって延びる第２部分２２ｂを含む。図１に示す例では、接続部２２は、可動電極１３の右側に位置する。第２部分２２ｂは、第１部分２２ａから素子基板の外周部まで右方向に延びている。第２部分２２ｂは、第１部分２２ａから支持枠１１の端部まで右方向に延びているともいえる。

【0026】

接続部２３は、第１固定電極１６ａに電気的に接続され、振動発電素子１０の素子基板の端部１０ａに向かって設けられる。接続部２３は、第１固定電極１６ａに接続される第１部分２３ａと、第１部分２３ａから素子基板の端部１０ａに向かって延びる第２部分２３ｂを含む。図１に示す例では、第２部分２３ｂは、第１部分２３ａから素子基板の外周部まで上方向に延びている。第２部分２３ｂは、第１部分２３ａから支持枠１１の端部まで上方向に延びているともいえる。

【0027】

接続部２４は、第２固定電極１６ｂに電気的に接続され、振動発電素子１０の素子基板の端部１０ａに向かって設けられる。接続部２４は、第２固定電極１６ｂに接続される第１部分２４ａと、第１部分２４ａから素子基板の端部１０ａに向かって延びる第２部分２４ｂを含む。図１に示す例では、第２部分２４ｂは、第１部分２４ａから素子基板の外周部まで上方向に延びている。第２部分２４ｂは、第１部分２４ａから支持枠１１の端部まで上方向に延びているともいえる。

【0028】

接続部２５は、第３固定電極１６ｃに電気的に接続され、振動発電素子１０の素子基板の端部１０ａに向かって設けられる。接続部２５は、第３固定電極１６ｃに接続される第１部分２５ａと、第１部分２５ａから素子基板の端部１０ａに向かって延びる第２部分２５ｂを含む。図１に示す例では、第２部分２５ｂは、第１部分２５ａから素子基板の外周部まで下方向に延びている。第２部分２５ｂは、第１部分２５ａから支持枠１１の端部まで下方向に延びているともいえる。

【0029】

接続部２６は、第４固定電極１６ｄに電気的に接続され、振動発電素子１０の素子基板の端部１０ａに向かって設けられる。接続部２６は、第４固定電極１６ｄに接続される第１部分２６ａと、第１部分２６ａから素子基板の端部１０ａに向かって延びる第２部分２６ｂを含む。図１に示す例では、第２部分２６ｂは、第１部分２６ａから素子基板の外周部まで下方向に延びている。第２部分２６ｂは、第１部分２６ａから支持枠１１の端部まで下方向に延びているともいえる。

【0030】

第１部分２１ａ～２６ａは、それぞれ、例えば金属材料を用いて構成されるパッド（電極）である。第１部分２１ａ～２６ａは、振動発電素子１０をパッケージに搭載する場合に、ボンディング工程においてワイヤが接続される部分である。なお、第１部分２１ａ及び第１部分２２ａは、共に可動電極１３に接続される部分であり、振動発電素子１０内において互いに電気的に接続されている。このため、ボンディング工程では、第１部分２１ａ及び第１部分２２ａのいずれか一方にワイヤを接続するようにしてもよい。この場合、第１部分２１ａ及び第１部分２２ａのいずれか一方と、第１部分２３ａ～第１部分２６ａとの計５か所のパッドにワイヤが接続されることになる。

【0031】

第２部分２１ｂ～２６ｂは、それぞれ、可動電極１３及び第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと同じ材料（例えばシリコン）を用いて構成される配線である。第２部分２３ｂ～２６ｂは、振動発電素子１０の外側へ延びて、図２に示す仮配線部８０の配線８６に接続される。配線８６も、可動電極１３及び第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと同じ材料を用いて構成される。第２部分２３ｂ～２６ｂは、配線８６の一部であるともいえる。なお、第２部分２１ｂ～２６ｂ、配線８６を、他の材料（例えば金属材料）を用いて構成してもよい。また、図２に示す配線８５も、可動電極１３及び第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと同じ材料を用いて構成されてもよいし、他の材料（例えば金属材料）を用いて構成されてもよい。

【0032】

図３は、第１の実施の形態に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。図３は、ウェハ１００に設けられる複数の振動発電素子１０と、仮配線部８０と、電極９１及び電極９２との接続関係を模式的に示している。なお、図３では、ウェハ１００に設けられる複数の振動発電素子１０のうちの一部の振動発電素子１０のみを図示している。

【0033】

振動発電素子１０の第２部分２２ｂは、この振動発電素子１０の右に位置する振動発電素子１０の第２部分２１ｂに接続される。複数の振動発電素子１０のうちの右端の振動発電素子１０の第２部分２２ｂは、配線８５を介して電極９１に接続される。振動発電素子１０の第２部分２１ｂ及び第２部分２２ｂは、上述したように、振動発電素子１０内で互いに電気的に接続されている。このため、電極９１は、ウェハ１００に設けられた各振動発電素子１０の各々の可動電極１３と電気的に接続される。

【0034】

振動発電素子１０の第２部分２３ｂ及び第２部分２４ｂは、仮配線部８０の配線８６を介して、他の振動発電素子１０の第２部分２３ｂ、第２部分２４ｂ、第２部分２５ｂ、及び第２部分２６ｂに接続される。また、振動発電素子１０の第２部分２３ｂ及び第２部分２４ｂは、仮配線部８０の配線８６を介して、この振動発電素子１０の第２部分２５ｂ及び第２部分２６ｂにも接続される。また、仮配線部８０の配線８６は、図２に示したように、振動発電素子１０が形成される領域１１０外において、電極９２に接続される。このため、電極９２は、仮配線部８０の電極８６を介して、ウェハ１００に設けられた各振動発電素子１０の各々の第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと電気的に接続される。

【0035】

本実施の形態では、電極９１が各振動発電素子１０の可動電極１３と電気的に接続され、電極９２が各振動発電素子１０の第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと電気的に接続される。電極９１及び電極９２にプローブ（針）を接触させて、電極９１及び電極９２間に電圧を印加することにより、各振動発電素子１０の可動電極及び固定電極の間に電圧を与えることができる。このため、ウェハ状態でＢＴ処理を行って、振動発電素子１０にエレクトレットを形成させることが可能となる。

【0036】

ウェハ状態でＢＴ処理を行う場合、ウェハの温度変化によって、プローブとウェハ上のプローブを当てるパッド（プローブ用パッド）との相対位置にずれが生じることが考えられる。ＢＴ処理においてウェハを高温にすることで、ウェハの熱膨張に起因する変形が生じ得る。このため、プローブとウェハのプローブ用パッドとの位置合わせ（アライメント調整）のためには、プローブ用パッドの大面積化が必要となる。プローブとプローブ用パッドとを精度良く接触させるためには、プローブ用パッドのサイズを十分に大きくする必要がある。このプローブ用パッドを振動発電素子内に配置する場合は、振動発電素子のチップ面積が増大してしまい、製造コストが増大するおそれがある。

【0037】

そこで、本実施の形態では、図２及び図３に示すように、振動発電素子１０が形成される領域１１０の外側となる外周部に、電極９１及び電極９２が設けられる。ＢＴ処理を行う場合に電極９１及び電極９２をプローブ用パッドとして用いることで、振動発電素子１０毎にプローブ用パッドとして大きなサイズのパッドを設ける必要がなくなる。このため、振動発電素子１０の面積が増大することを防ぐことができ、１ウェハ当たりのチップの取れ数を増やすことが可能となる。また、振動発電素子１０内のパッド（第１部分２１ａ～２６ａ）の面積を小さくすることができ、振動発電素子１０のチップ面積を低減することができる。製造コストが増大することを抑制することができる。

【0038】

本実施の形態では、電極９１及び電極９２は、複数の振動発電素子１０に共通の電極となる。このため、電極９１、電極９２、及び仮配線部８０を用いることで、ウェハ１００に設けられた複数の振動発電素子１０のＢＴ処理を同時に行うことができる。チップ状態の振動発電素子１０を１つずつＢＴ処理する場合と比較して、ＢＴ処理を短時間で効率良く行うことができる。また、ＢＴ処理が行われた後、上述したように、仮配線部８０は、振動発電素子１０（の接続部２３～２６）から切り離される。このため、接続部２３～２６に付加される容量（浮遊容量）を低減することができる。これにより、振動発電素子１０及び外部回路における無効電力を低減することができ、発電効率を向上させることができる。

【0039】

なお、上述した第２部分２１ｂ～第２部分２６ｂは、電極９１及び電極９２から振動発電素子１０へ電圧を供給するための配線経路の一部として機能する。ＢＴ処理が行われた後、図４に示すように、振動発電素子１０から第２部分２１ｂ～第２部分２６ｂを除去するようにしてもよい。この場合、ウェットエッチングにより第２部分２１ｂ～第２部分２６ｂを除去してもよいし、レーザ光により第２部分２１ｂ～第２部分２６ｂを除去してもよい。また、ダイシングを行う際に、振動発電素子１０から第２部分２１ｂ～第２部分２６ｂを切り離すようにしてもよい。

【0040】

次に、第１の実施の形態に係る振動発電素子１０の製造方法の一例について説明する。まず、基板（ウェハ）１００として、上層のデバイス層と中間のＢＯＸ層と下層のハンドル層とを有するＳＯＩ基板を準備する。例えば、デバイス層及びハンドル層はシリコンを用いて構成され、ＢＯＸ層はシリコン酸化膜を用いて構成される。

【0041】

基板１００のデバイス層に、第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと、可動電極１３及び保持部１８を有する可動部１２と、接続部２１～２６の第２部分２１ｂ～２６ｂと、配線８５、８６とを形成する。また、基板１００に、接続部２１～２６の第１部分２１ａ～２６ａと、電極９１及び電極９２とを形成する。なお、支持枠１１は、基板１００のハンドル層に形成される。

【0042】

次に、可動電極１３の櫛歯部分１４ａ～１４ｄの表面にイオン（例えばカリウム（Ｋ）等のアルカリイオン）を含む酸化膜を、ウェット酸化処理によって形成する。そして、基板１００を加熱すると共に、電極９１及び電極９２にプローブを接触させて通電するＢＴ処理を行う。

【0043】

ＢＴ処理において、基板１００全体が高温となって、可動電極１３の櫛歯部分１４ａ～１４ｄに形成された酸化膜中のイオンが移動しやすい状態となる。この状態において、第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと可動電極１３との間に電圧が与えられることで、酸化膜中のイオンの移動が生じる。その後、基板１００の加熱を停止し、電極９１及び電極９２への電圧の供給を停止する。このようにＢＴ処理を行うことによって、酸化膜内のイオンが移動し、可動電極１３の櫛歯部分１４ａ～１４ｄにおいてエレクトレット膜が形成される。

【0044】

次に、基板１００をスクライブライン７０（図２等を参照）で切断し、チップ（素子基板）毎に分離するダイシング工程を行う。この場合、チップ内に仮配線部８０を残さないように、個々のチップに分割される。なお、エッチング又はレーザ光により、チップ内の第２部分２１ｂ～第２部分２６ｂを除去してもよい。また、上述したダイシング工程の前に、第２部分２１ｂ～第２部分２６ｂを除去するようにしてもよい。以上のような製造方法によって、図１又は図４に示す振動発電素子１０を製造することができる。

【0045】

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）発電素子の製造方法は、振動により発電する発電素子の製造方法であって、基板１００を準備することと、第１電極（例えば第１固定電極１６ａ）と、第１電極に対向する第２電極（可動電極１３）を有する可動部１２とを有する発電素子１０を基板に複数形成することと、複数の発電素子の各々の第１電極を電気的に接続する第１接続部と、複数の発電素子の各々の第２電極を電気的に接続する第２接続部とを基板に形成することと、を含む。本実施の形態では、基板１００に設けられた各発電素子１０の可動電極１３が接続部２１、２２及び配線８５により接続され、各発電素子１０の第１固定電極１６ａが接続部２３及び配線８６により接続される。このため、発電素子１０外に設けたプローブ用パッドから各発電素子１０の可動電極と固定電極の間に電圧を供給することが可能となる。発電素子１０内にプローブ用パッドとして大きなパッドを配置する領域を確保する必要が無く、発電素子１０の面積が増大することを抑制することができる。これにより、１つのウェハ当たりの発電素子１０の取れ数を増やすことが可能となる。

【0046】

（２）発電素子１０は、振動により発電する発電素子であって、第１電極（例えば第１固定電極１６ａ）と、第１電極に対向する第２電極（可動電極１３）を有する可動部１２とが設けられる素子基板と、第１電極に接続され、素子基板の端部まで設けられる第１接続部（接続部２３）と、可動部に接続され、素子基板の端部まで設けられる第２接続部（接続部２１、２２）と、を備える。このようにしたので、本実施の形態では、発電素子１０外に設けたプローブ用パッドから接続部２１～接続部２３を介して、可動電極と固定電極の間に電圧を供給することが可能となる。発電素子１０内にプローブ用パッドとして大きなパッドを配置して発電素子１０の面積が増大してしまうことを回避することができ、１ウェハ当たりの発電素子１０の取れ数を増やすことが可能となる。

【0047】

（３）本実施の形態では、接続部２１～接続部２３を用いて、ウェハ状態においてＢＴ処理が行われ、ウェハ１００の各発電素子１０にエレクトレット膜が形成される。このため、製造コストが増大することを抑制することができる。

【0048】

以下では、図面を参照して、変形例に係る発電素子について説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には、同一の参照番号を付し、第１の実施の形態に係る発電素子との相違点を主に説明する。

【0049】

（変形例１）
図５は、変形例１に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。接続部２３は、第１部分２３ａから素子基板の端部に向かって左方向に延びる第３部分２３ｃを有する。接続部２４は、第１部分２４ａから左方向に延び、素子基板の端部に向かって上方向に延びる第３部分２４ｃと、第１部分２４ａから素子基板の端部に向かって右方向に延びる第４部分２４ｄとを有する。接続部２５は、第１部分２５ａから右方向に延び、素子基板の端部に向かって下方向に延びる第３部分２５ｃを有する。

【0050】

振動発電素子１０の第３部分２３ｃは、この振動発電素子１０の左に位置する振動発電素子１０の第４部分２４ｄに接続される。振動発電素子１０の第３部分２４ｃは、この振動発電素子１０の上に位置する振動発電素子１０の第３部分２５ｃに接続される。複数の振動発電素子１０のうちの左端の振動発電素子１０の第３部分２３ｃは、配線８６を介して電極９２に電気的に接続される。

【0051】

また、振動発電素子１０の第２部分２３ｂは、この振動発電素子１０の上に位置する振動発電素子１０の第２部分２５ｂに接続される。振動発電素子１０の第２部分２４ｂは、この振動発電素子１０の上に位置する振動発電素子１０の第２部分２６ｂに接続される。電極９２は、ウェハ１００に設けられた各振動発電素子１０の各々の第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと電気的に接続されることになる。

【0052】

本変形例では、電極９１及び電極９２を用いることで、ウェハ１００に設けられた複数の振動発電素子１０のＢＴ処理を並行して行うことができる。本変形例では、ウェハ１００に仮配線部８０が配置されないため、ウェハ１００における振動発電素子１０の取れ数を多くすることが可能となる。

【0053】

（変形例２）
図６は、変形例２に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。接続部２１は、第１部分２１ａから素子基板の端部に向かって上下方向に延びる第２部分２１ｂを有する。接続部２４は、第１部分２４ａから右方向に延び、接続部２６の方に延びる第４部分２４ｄを有する。接続部２６は、第１部分２６ａから右方向に延び、接続部２４の方に延びる第３部分２６ｃを有する。

【0054】

第４部分２４ｄ及び第３部分２６ｃは、振動発電素子１０内において互いに接続される。複数の振動発電素子１０のうちの下端の振動発電素子１０の第３部分２５ｃ及び第２部分２６ｂは、それぞれ、配線８６を介して電極９２に接続される。電極９２は、ウェハ１００に設けられた各振動発電素子１０の各々の第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと電気的に接続されることになる。

【0055】

振動発電素子１０の第２部分２１ｂは、この振動発電素子１０の上に位置する振動発電素子１０の第２部分２１ｂに接続される。複数の振動発電素子１０のうちの上端の振動発電素子１０の第２部分２１ｂは、配線８５を介して電極９１に接続される。電極９１は、ウェハ１００に設けられた各振動発電素子１０の各々の可動電極１３と電気的に接続されることになる。

【0056】

本変形例においても、変形例１と同様の作用効果を得ることができる。また、上述したように、第４部分２４ｄ及び第３部分２６ｃが振動発電素子１０内において互いに電気的に接続されるため、ボンディング工程において第１部分２４ａ及び第１部分２６ａのいずれか一方にワイヤを接続するようにしてもよい。ボンディングに要する時間及びコストを低減することができる。

【0057】

（変形例３）
図７は、変形例３に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。本変形例では、第２部分２３ｂと第３部分２４ｃと第２部分２５ｂと第３部分２６ｃは、振動発電素子１０内において互いに電気的に接続される。複数の振動発電素子１０のうちの下端の振動発電素子１０の第２部分２３ｂと第３部分２４ｃと第２部分２５ｂは、配線８６を介して電極９２に接続される。電極９２は、ウェハ１００に設けられた各振動発電素子１０の各々の第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄと電気的に接続されることになる。

【0058】

本変形例においても、電極９１及び電極９２を用いることで、ウェハ１００に設けられた各振動発電素子１０のＢＴ処理を行うことができる。なお、ＢＴ処理を行った後、接続部２３の第２部分２３ｂと接続部２４の第３部分２４ｃとを電気的に切断するために、例えば図７に点線で示す領域３０の配線部分が除去される。ＢＴ処理後の振動発電素子１０は、第４部分２４ｄ及び第３部分２６ｃが振動発電素子１０内において互いに電気的に接続され、第２部分２３ｂ及び第２部分２５ｂが振動発電素子１０内において互いに電気的に接続された状態となる。このため、ボンディング工程において、第１部分２４ａ及び第１部分２６ａのいずれか一方と、第１部分２３ａ及び第１部分２５ａのいずれか一方にワイヤを接続するようにしてもよい。ボンディングに要する時間及びコストを低減することができる。

【0059】

（変形例４）
上述した実施の形態および変形例では、振動発電素子１０が第１固定電極１６ａ～第４固定電極１６ｄを有する例について説明したが、振動発電素子１０を、第３固定電極１６ｃ及び第４固定電極１６ｄを有しない構成、或いは、第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂを有しない構成としてもよい。

【0060】

図８は、変形例４に係る発電素子の構成例を示す図である。図８に示す例では、振動発電素子１０は、可動電極１３及び保持部１８を有する可動部１２と、第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂを有する支持部１１とを備える。接続部２７は、可動電極１３に電気的に接続される第１部分２７ａと、第１部分２７ａから素子基板の端部１０ａに向かって下方向に延びる第２部分２７ｂを含む。接続部２８は、第１固定電極１６ａに接続される第１部分２８ａと、第１部分２８ａから素子基板の端部１０ａに向かって左方向に延びる第２部分２８ｂを含む。接続部２９は、第２固定電極１６ｂに接続される第１部分２９ａと、第１部分２９ａから素子基板の端部１０ａに向かって右方向に延びる第２部分２９ｂを含む。

【0061】

（変形例５）
振動発電素子１０を、１つの可動電極と１つの固定電極を有する構成としてもよい。図９は、変形例５に係る発電素子の構成例を示す図である。図９に示す例では、振動発電素子１０は、可動電極１３及び保持部１８を有する可動部１２と、固定電極１６を有する支持部１１とを備える。接続部２７は、可動電極１３に電気的に接続される第１部分２７ａと、第１部分２７ａから素子基板の端部１０ａに向かって右方向に延びる第２部分２７ｂを含む。接続部２８は、固定電極１６に接続される第１部分２８ａと、第１部分２８ａから素子基板の端部１０ａに向かって左方向に延びる第２部分２８ｂを含む。

【0062】

図１０は、変形例５に係る発電素子が形成されるウェハの一部の構成例を示す図である。図１０に示す例では、仮配線部９０の配線８５を介して電極９１と各振動発電素子１０の接続部２７とが電気的に接続され、仮配線部９０の配線８６を介して電極９２と各振動発電素子１０の接続部２８とが電気的に接続される。この場合も、電極９１及び電極９２を用いることで、ウェハ１００に設けられた複数の振動発電素子１０のＢＴ処理を並行して行うことができる。なお、上述した変形例１～３の場合と同様にして、仮配線部を設けずに、電極９１と各振動発電素子１０の接続部２７とを電気的に接続し、電極９２と各振動発電素子１０の接続部２８とを電気的に接続するようにしてもよい。

【0063】

（変形例６）
上述した実施の形態および変形例では、本発明を発電素子に適用する例について説明したが、本発明は、他の素子や装置に適用することができる。本発明を、例えばアクチュエータ、センサに利用してもよい。

【0064】

上記では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0065】

１０…発電素子、１２…可動部、１３…可動電極、１６ａ…第１固定電極、１６ｂ…第２固定電極、１６ｃ…第３固定電極、１６ｄ…第４固定電極、２１，２２，２３，２４，２５，２６…接続部、１００…基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】