[实用新型]具有对硅微加工工艺误差不敏感的微机械滤波器

说明书

技术领域

本实用新型涉及的一种微机械滤波器，尤其涉及是一种静电梳驱动折叠梁微机械滤波器。

背景技术

硅微机械滤波器是最近二十多年来才出现的新型滤波器。它利用表面硅微加工技术和体加工技术，即标准集成电路工艺，直接将机械滤波结构制作在硅芯片上，大大缩小电信系统的体积。由于前景诱人，各国学者纷纷开展研究，并提出了许多种结构形式的微机械滤波器。现有技术中最成熟的微机械滤波器(S.Diamantis，M.Ahmadi，G.A.Jullien，etd，A Programmable MEMS BandPass Filter，Proc.43^rd IEEE Midwest Symp.on Circuits and Systems，Lansing MI，Aug8-11，2000，pp.522-525)是在1989年加州大学伯克利分校W.C.Tang等提出的静电梳驱动折叠梁单自由度微机械谐振器(W.C.Tang，T.-C.H.Nguyen，and R.T.Howe，Laterally driven polysilicon resonant microstructures，Sensors and Actuators，vol.20，pp.25-32，1989)基础上发展而来的。

因为频率选择的需要，微机械滤波器带宽通带位置与通带宽度必须非常精确。而在现有技术条件下，采用硅微加工工艺制造的微机械滤波器，不可避免地存在着几何尺寸的制造误差，而现有技术中的微机械滤波器有着对此制造误差非常敏感的不足，会因此使其固有频率偏离设计值，进而造成微机械滤波器通带位置与通带宽度不稳定的缺陷，最终降低微机械滤波器通带性能。例如，现有技术中最成熟微机械滤波器，在折叠梁厚度制造误差为10％，而等效质量不发生变化的情况下，将使微机械滤波器的固有频率产生约15％的误差，从而对微机械滤波器的带宽通带位置与通带宽度产生约15％的影响。

发明内容

技术问题：本实用新型目的在于解决上述现有技术中存在的不足与缺陷，提供一种具有对硅微加工工艺误差不敏感的微机械滤波器，该机械滤波器具有对硅微加工工艺误差不敏感的性能，具有稳定的通带位置与通带宽度。

技术方案：为解决现有技术中存在的不足与缺陷，本实用新型提供的具有对硅微加工工艺误差不敏感的微机械滤波器，包括耦合梁、梳状振子、折叠梁，它们的厚度相同且位于同一平面内，其中，梳状振子包括左梳状振子和右梳状振子，它们形状相同，并分别对称连接在耦合梁的左右两侧，每一个梳状振子的上下两侧分别对称连接着一个平行于耦合梁的折叠梁，静电梳状驱动端设置在左梳状振子的左侧，静电梳状感应端设置在右梳状振子的右侧，静电梳状驱动端和静电梳状感应端的梳齿部分分别与相应一侧的梳状振子的梳齿部分保持不接触的平行交错。同时，使耦合梁和折叠梁在振动方向上具有相同的宽度，并且在两个梳状振子的中部，设有多个垂直于梳状振子平面且贯通的鲁棒补偿孔，使两个梳状振子的几何尺寸满足如下关系：

P₀a₀≈6A₀

其中，P₀为一个梳状振子外边沿的周长与该梳状振子上的各个鲁棒补偿孔的周长之和，a₀为折叠梁在振动方向上的宽度，A₀是一个梳状振子外边沿所包围的面积减去该梳状振子上的各个鲁棒补偿孔的面积所得之差。鲁棒补偿孔也可为圆形通孔。

本实用新型的工作原理：

微机械滤波器的固有频率是由等效质量和等效刚度决定的，而等效质量和等效刚度则是通过特定的振子结构几何尺寸来实现的，所以，微机械滤波器的固有频率是硅微加工工艺误差的函数。工艺误差δ是一个小量，固有频率ω可近似为：