[发明专利]微机械谐振器

说明书

技术领域

本发明涉及微机械谐振器的设计，更准确地涉及微机电系统(MEMS)谐振器的设计。本发明的目的是提供一种微机电系统(MEMS)谐振器的改进设计结构，特别是在小尺寸解决方案中，该改进的设计结构对制备差异(manufacturing variation)具有频率鲁棒性(robust)，并可实现具有良好性能的可靠频率基准。

背景技术

谐振器是构成定时或频率基准的关键元件。谐振器被激励以在自然谐振频率附近振荡。该自然谐振频率与谐振器的材料和形状有关。

当用作频率基准时，希望精确地控制谐振频率。对于通常的应用，需要的频率精度在百万分之一到百万分之一百(1ppm～100ppm)之间。这种百万分率(ppm)级的精度要求极好的制备公差。另外，通常还要进行以机械和/或电子调节为形式的最终校准。

微机械谐振器已被广泛用作诸如微陀螺仪、微振动仪、微发动机和微波系统等微机电系统装置中的关键元件。这种谐振器例如通过静电而被激励，以在自然谐振频率附近振荡。

此外，微机械谐振器在频率基准方面可用于补充石英技术。但是，在能够挑战石英技术之前，微机械谐振器还需要提高频率精度。

通过光刻技术和刻蚀处理相结合而制造的微机械谐振器比传统石英晶体谐振器具有尺寸和成本优势。但是，在微机械加工中的制备差异可能是器件尺寸的百分之几。

为更好理解与本发明相关的现有技术，下面参照附图进行描述，其中：

图1表示根据现有技术的一种基本机械谐振器。

图2表示根据现有技术的一种基本机械谐振器的集总模型(lumpedmodel)。

图1表示根据现有技术的一种基本机械谐振器。简单的谐振器由弹簧元件1和矩形块2构成。如图1所示，弹簧元件1可以是一种机械悬臂弹簧。

在图1所示的简单谐振器中，谐振频率ω₀为：

ω0=km---(1)]]>

其中，弹性常数k为：

k=Yw3h4L3---(2)]]>

图2表示根据现有技术的一种基本机械谐振器的集总模型。这里，Y为材料的杨氏模量，w为弹簧元件的宽度，h为弹簧元件的高度，L为弹簧元件的长度。弹簧元件的宽度w通常较小，而且由于立方依赖关系，谐振频率ω₀对弹簧元件宽度w的变化非常敏感。

谐振频率ω₀相对于弹簧元件宽度w的一阶变化为：

Δω0ω0=32Δww---(3)]]>