[发明专利]石英谐振元件

说明书

技术领域

本发明涉及谐振器技术领域，尤其是一种应用于微型谐振器上的石英谐振元件。

 

背景技术

微型谐振器作为一种输出固定频率的器件，在多个领域得到了广泛的应用。谐振元件是谐振器的核心元件，其尺寸大小及性能将直接决定谐振器的尺寸及性能。石英晶体品质因数高、温度稳定性好、可采用微加工工艺加工，常作为高稳定性谐振元件的基体材料。随着石英谐振元件体积的不断减小，其谐振时的动态阻抗值也随之增加，稳定性下降，功耗增大。

为降低石英谐振元件的动态阻抗值，提高谐振效率，美国专利《Resonator element and oscillator》（US20100219898A1）公开了一种“H”形截面谐振梁结构的音叉式石英谐振元件，通过在谐振梁内部设置凹槽，提高了谐振梁内部的激励电场强度和电极激励效率，使得元件的尺寸得到了进一步的缩小。但由于石英晶体存在各向异性，凹槽+X方向的侧壁陡直性和单个谐振梁的左右两端的对称性较差，电场强度的提升幅度有限，谐振元件的谐振稳定性不高。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高侧壁陡直度和对称性、激振效率高、谐振稳定性好、更易于微型化的石英谐振元件。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种石英谐振元件，包括基部和具有相同结构且工作于宽度弯曲谐振模态的两平行的谐振梁，两谐振梁的一端与基部连接。所述谐振梁的正面和背面中至少有一个面上设有沿长度方向的凹槽，该凹槽的开口方向与谐振梁的振动方向垂直；所述凹槽由两侧平行的深凹槽和位于两个深凹槽之间且与两个深凹槽连为一体的浅凹槽构成；在凹槽的内壁以及谐振梁的两侧壁上分别覆盖有用于连接激励电源的电极，两根谐振梁通过与激励电源不同极性的连接使之振动方向相反；其中深凹槽底面及两侧壁覆盖电极，浅凹槽只在底面左右两端覆盖彼此断开的电极，深凹槽上的电极与浅凹槽底面对应端上的电极连为一体。

所述谐振梁另一端在正面或背面某一面设置有用于频率调节的金属质量块，金属质量块所在的谐振梁该面设置有所述凹槽。

所述谐振梁与基部连接的左右两侧根部设置有倒角以与基部平滑连接。

所述谐振梁正面和背面均设置有所述凹槽且正面和背面对称设置。本发明谐振梁上的凹槽既可以正面和背面均设置，也可以单面设置，谐振梁较薄时单面设置即可，避免刻蚀穿透。

本发明在谐振梁的前后两个面中至少一个面上制作凹槽，谐振梁的侧壁和凹槽的内壁分别覆盖电极，在电极上施加电压，使得两根谐振梁内部产生电场方向相反的激励电场，由逆压电效应激励两根谐振梁产生反向弯曲振动。

与现有“H”形截面的谐振梁结构不同，本石英谐振元件的谐振梁表面制作的凹槽由一对深凹槽及与两个与深凹槽连为一体的浅凹槽构成，通过设置深凹槽，增加凹槽的侧壁陡直度，激励电极对之间的作用距离更短，谐振梁内的场强增大，电极的激励效率提高，即使减小元件的尺寸，谐振梁的激励振幅下降也较小，更适于谐振器微型化制作。

此外，设置深凹槽后，单个谐振梁左右两端的对称性得到有效提升，左右两个谐振梁为反向振动，谐振元件谐振的稳定性增强。

本元件可采用光刻和化学溶液腐蚀的制作方法在一块基片上同时制作多个，各石英谐振元件一致性好，制作工艺简单，成本低，适于大批量生产。

 

附图说明

图1a是本发明实施例1石英谐振元件的结构示意图，图1b是其A-A理想剖视图，图1c是考虑晶体各向异性的A-A实际剖视图；

图2a是本发明实施例2石英谐振元件的结构示意图，图2b是其A-A理想剖视图。

其中：1-石英谐振元件；2-基部；3-谐振梁；4a-深凹槽；4b-浅凹槽；5a-第一电极；5b-第二电极；6-倒角；7-质量块。

 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：