CN103964369B - 电极横向可动的微机械圆盘谐振器 - Google Patents

电极横向可动的微机械圆盘谐振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电极横向可动的微机械圆盘谐振器。其中振动圆盘由底面锚支撑，并在圆盘上方设置偏置电压焊点。输入输出电极上方分别引入交流电压焊点和交流电流焊点。输入输出电极另一端连接一个矩形电极杆，并连接到由点状支承固定的矩形弹性臂。矩形弹性臂和点状支承之间由电极臂连接。矩形弹性臂和电极臂表面设置电绝缘层二氧化硅，并在上方铺上金属导线。采用外部金丝球焊技术用金线将金属导线两端的驱动电流焊点连接到封装管壳引脚上，并接入恒流源。本发明通过安培力的作用，使电极产生固定的横向移动，优化了电极结构。通过横向可动电极，弥补了工艺误差导致的两端电极间隙不匹配，从而降低运动电阻，提高谐振器性能。

Description

电极横向可动的微机械圆盘谐振器
技术领域
本发明涉及一种微机械谐振器结构，尤其是一种电极横向可动的微机械圆盘谐振器。
背景技术
微机电***（MicroElectroMechanicalSystems，简称MEMS），是微电子技术的拓宽和延伸，它是将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，并将微电子与机械融为一体的***。MEMS相对宏观机电装置而言，其优势在于尺寸微小，厚度一般不超多1cm。另外，MEMS器件可用与集成电路相兼容的工艺进行大批量、低成本生产，因此性价比相对于传统制造技术有很大程度提高。MEMS技术是最适于开发智能化产品的技术，它能够提高微电子产品的计算能力及微传感器和微执行器的感知和控制能力。
微机械圆盘谐振器是近年来一种新型微机电元器件。与梁氏、梳齿式谐振器相比，它具有频率高、集成度高、Q值高、功耗小等优势，因此广泛应用于振荡器、滤波器等无线通信***中。在圆盘谐振器中，输入输出电极与振动圆盘间的间隙决定着谐振器的运动电阻，从而影响输出电流大小。此外，圆盘谐振器可通过连接梁与其他圆盘连接形成谐振器阵列，从而线性地降低运动电阻。但是，输入输出电极与振动圆盘间的初始间隙虽然采用相同的光刻刻蚀等工艺制作而成，但是由于工艺的非理想性，会使两边的电极间隙产生微小误差。此误差将导致谐振器实际运动电阻高于理论值，并使谐振器阵列的运动电阻相对于单个谐振器不能线性降低。因此，优化电极结构，补偿由于工艺造成的两端电极间隙不匹配，是亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述背景技术所存在的不足,本发明提供一种电极横向可动的微机械圆盘谐振器。该谐振器能够改变输入输出电极与圆盘初始间隙大小，改善电极间隙的不匹配，从而降低运动电阻。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括振动圆盘、电极、电极杆、矩形弹性臂、电极臂、点状支承、金属导线和基片。
振动圆盘两侧对称设置有电极，其中的一个电极为输入电极、另一个电极为输出电极；电极杆的一端与电极连接，另一端与矩形弹性臂连接，矩形弹性臂的两端分别通过电极臂与点状支承固定，点状支承下方为基片；矩形弹性臂和电极臂表面设置二氧化硅电绝缘层，并在上方铺上金属导线，采用外部金丝球焊技术用金线将金属导线两端的驱动电流焊点连接到封装管壳引脚上，并接入恒流源；将金属导线置入到一个均匀磁场中时；此时，金属导线上产生的安培力带动矩形弹性臂产生横向移动，导致电极也产生横向移动；当安培力与矩形弹性臂自身产生的弹性恢复力相等时，电极静止；通过控制输入的恒流源以及磁场的电磁感应强度大小，实现调节电极横向移动大小。
进一步说，点状支承、电极臂和矩形弹性臂由多晶硅制成；点状支承使电极臂、矩形弹性臂、电极杆和输入输出电极悬空；输入电极上方引入交流电压焊点连接到封装管壳引脚上，并接入交流电压；输出电极上方引入交流电流焊点连接到封装管壳引脚上，用以检测输出电流。
进一步说，振动圆盘通过圆盘锚点固定在基片上，其中振动圆盘以及圆盘锚点由多晶硅制成；圆柱形锚点一边连接基片，一边连接圆盘使其悬空在基片上；圆盘上方引入偏置电压焊点并用金线连接到封装管壳引脚上，并接入一定值的直流偏置电压。
本发明的有益效果是：通过安培力的作用，使电极产生固定的横向移动，优化了电极结构。通过横向可动电极，弥补了工艺误差导致的两端电极间隙不匹配，从而降低运动电阻，提高谐振器性能。
附图说明
图1是本发明的结构俯视图。
图2是图1中一边电极结构左视图。
图3是图1中圆盘结构主视图。
图中1：振动圆盘，2：圆盘锚点，3.1：输入电极，3.2：输出电极，4.1：交流电压焊点，4.2：交流电流焊点，5.1、5.2：电极杆，6.1、6.2：矩形弹性臂，7.1、7.2、7.3、7.4：电极臂，8.1、8.2、8.3、8.4：点状支承，9.1、9.2：金属导线，10.1、10.2、10.3、10.4：驱动电流焊点，11：偏置电压焊点，12：基片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1中，振动圆盘1悬空在基片12上，其底面中心的圆盘锚点2支撑圆盘1使之与基片12隔离。圆弧形输入电极3.1、输出电极3.2一端包围圆盘1，另一端连接一个矩形电极杆5.1、5.2，并连接到由点状支承8.1、8.2、8.3、8.4固定的矩形弹性臂6.1、6.2。矩形弹性臂6.1、6.2和点状支承8.1、8.2、8.3、8.4之间由电极臂7.1、7.2、7.3、7.4连接。矩形弹性臂6.1、6.2和电极臂7.1、7.2、7.3、7.4表面设置电绝缘层二氧化硅，并在上方铺上金属导线9.1、9.2。金属导线9.1、9.2通过驱动电流焊点10.1、10.2、10.3、10.4接入恒流源。当金属导线9.1、9.2受到垂直纸面向里的均匀磁场时，若左边金属导线9.1所加恒流源方向为从上至下，右边金属导线9.2电流方向为从下至上时，金属导线9.1、9.2上产生的安培力带动矩形弹性臂6.1、6.2向内侧横向移动，使电极3.1、3.2也向内侧移动。
在图2中，点状支承8.1、8.2使电极臂、矩形弹性臂、电极杆和输入输出电极悬空。电极臂和矩形弹性臂表面设置电绝缘层二氧化硅，并在上方铺上金属导线9.1。金属导线两端设置驱动电流焊点10.1、10.2用于输入恒流源。
在图3中，圆柱形锚2一边连接基片12，一边连接圆盘1使其悬空在基片12上。圆盘上方设置偏置电压焊点11并用金线连接到封装管壳引脚上。

Claims (3)

1.电极横向可动的微机械圆盘谐振器，包括振动圆盘、电极、电极杆、矩形弹性臂、电极臂、点状支承、金属导线和基片，振动圆盘两侧对称设置有电极，其中的一个电极为输入电极、另一个电极为输出电极；其特征在于：
电极杆的一端与电极连接，另一端与矩形弹性臂连接，矩形弹性臂的两端分别通过电极臂与点状支承固定，点状支承下方为基片；矩形弹性臂和电极臂表面设置二氧化硅电绝缘层，并在上方铺上金属导线，采用外部金丝球焊技术用金线将金属导线两端的驱动电流焊点连接到封装管壳引脚上，并接入恒流源；将金属导线置入到一个均匀磁场中时；此时，金属导线上产生的安培力带动矩形弹性臂产生横向移动，导致电极也产生横向移动；当安培力与矩形弹性臂自身产生的弹性恢复力相等时，电极静止；通过控制输入的恒流源以及磁场的电磁感应强度大小，实现调节电极横向移动大小。
2.根据权利要求1所述的电极横向可动的微机械圆盘谐振器，其特征在于：点状支承、电极臂和矩形弹性臂由多晶硅制成；点状支承使电极臂、矩形弹性臂、电极杆和输入输出电极悬空；输入电极上方引入交流电压焊点连接到封装管壳引脚上，并接入交流电压；输出电极上方引入交流电流焊点连接到封装管壳引脚上，用以检测输出电流。
3.根据权利要求1所述的电极横向可动的微机械圆盘谐振器，其特征在于：振动圆盘通过圆盘锚点固定在基片上，其中振动圆盘以及圆盘锚点由多晶硅制成；圆柱形锚点一边连接基片，一边连接圆盘使其悬空在基片上；圆盘上方引入偏置电压焊点并用金线连接到封装管壳引脚上，并接入一定值的直流偏置电压。
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