随着CMOS低功耗技术的发展和微加工技术的进步,微型传感器等电子器件的功耗、体积和成本逐渐降低,然而在实际的应用中,缺乏长期稳定且低成本的供能方案仍然是困扰微机电系统发展的一个重要难题。在新型的供电方式中,采用能量采集器可以自动将环境中的能量转化为电能供给集成系统,具有使用寿命长且成本低廉、无需人工维护的优点,吸引了各国研究学者的关注,成为了研究热点。本文主要研究了电磁式MEMS振动能量采集器,从器件的理论建模、设计优化、加工制备和测试分析等方面进行了深入细致的研究。能量采集器由微型线圈、弹簧振动模块和集成磁铁模块组成。针对环境中普遍存在的低频振动,建立了电磁式能量采集器的优化模型,设计了新颖的频率提升结构以实现低频下输出能量的提升。开发了新型的电镀磁铁工艺,实现了高性能磁铁与器件结构的集成微加工技术,最终制备了电磁式MEMS振动能量采集器样品,并进行了测试和分析。在此基础上,进一步提出了压电和电磁复合式新型MEMS振动能量采集器,完成了器件的设计和加工。主要内容包括：　　⑴对电磁式振动能量采集器进行了理论建模和优化。基于振动能量采集器的基本物理模型,结合电磁式振动能量采集器的电磁能量转换方式,对模型进行进一步的深化,采用频率提升技术对器件的输出功率等性能进行了建模分析,为器件结构的优化设计和性能提升提供了理论基础。　　⑵基于以上理论分析,设计了几种不同类型的能量采集器,如微环形磁铁式振动能量采集器,微圆形阵列磁铁式振动能量采集器等。为了提高在低频环境下的输出功率,采用了提升频率的阵列结构,包括采用阵列式磁铁和阵列线圈等。对器件的主要结构及其尺寸进行了参数建模,使用电磁仿真软件Maxwell进行了电磁场的仿真分析,得到了器件中磁场的分布并进行优化。通过动态仿真,讨论了线圈和磁铁的尺寸对输出功率的影响。利用Simulink对以上建立的电磁式振动能量采集器的模型进行了系统级的仿真分析,设计出了输出功率较高的电磁式MEMS振动能量采集器。　　⑶在加工技术的研究中,论文提出并实现了一套微型磁铁与传统MEMS微加工技术集成兼容的加工技术。传统磁铁加工需要高温处理,难以应用在集成化加工技术中。为解决这一问题,本论文创新地开发了一种能够与微加工技术相兼容的钴镍锰磷磁铁的电镀技术,并对制备的磁膜进行了全面的形貌和磁性能的分析。然后将电镀钴镍锰磷磁铁技术融入微加工流程中形成集成加工工艺,并攻克了一些重要工艺难题,如多层种子层溅射技术、厚胶光刻技术、厚胶电镀技术、牺牲层技术及种子层腐蚀技术等。采用以上集成加工技术,以表面微机械加工技术为主完成了整套能量采集器的制备,最终获得了集成微型磁铁的电磁式MEMS能量采集器。　　⑷为了全面研究微型能量采集器的性能,本论文搭建了测试的平台,对微环形磁铁振动能量采集器等三种能量采集器在低振动频率条件下的输出进行了测试。测试结果表明,采用微环形磁铁和微圆形阵列磁铁的能量采集器输出电压较小,最大只有7.5μV。而采用了频率提升技术能够有效地提升输出功率,能量采集器的输出电压从微伏级提升到了毫伏级,最大输出电压可达到74.4mV,最大的输出功率达到了54μW。从测试结果可以验证采用频率提升技术取得了很好的效果,为提高能量采集器的输出效率提供了一种较好的设计方法。　　⑸基于上述电磁式MEMS能量采集器,本论文进一步提出了一种电磁压电复合式振动能量采集系统,采用聚偏氟乙烯(PVDF)悬臂梁作为压电采集模块,和电磁模块结合,从而提升能量采集器的总输出。对压电模块进行了系统建模,并制各了模型器件,最后进行了测试分析并和模型仿真的输出结果进行对比。　　⑹所提出的集成化电磁式MEMS振动能量采集器,是一种较为新颖的微能源器件,论文从问题的提出、理论分析、模型优化、加工技术开发、测试系统搭建和实验结果等方面进行详细论述,所得到的电磁式MEMS振动能量采集器为微型化器件的供能提供了较为可行的解决方案。