專利名稱：小型壓電音叉諧振器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電音叉諧振器，更具體地講，本發(fā)明涉及在諸如鐘表制造、信息技術、遠程通信以及醫(yī)療領域的很多領域中頻繁用于制造便攜電子設備的頻率發(fā)生器的小尺寸音叉諧振器。
背景技術：
在通過引用并入此處的現(xiàn)有技術文檔美國專利7，626，318中，已公開了這種小尺寸的壓電諧振器。附圖1為這一現(xiàn)有技術文檔的圖1的復制。參照該圖，可以看出，所描繪的音叉諧振器I由基底4和兩個從基底延伸的振動臂2，3形成。按人們所熟悉的方式，每一個臂承載形成在主相對表面上的中心電極和沿每一臂側面的側電極的金屬化部分5，6。把一個臂上的中心電極連接到另一個臂上的側電極，并且連接到振蕩器電路的一端。按同樣的方式，把另一個中心電極和側電極連接到振蕩器電路的另一端。振蕩器電路為被設置為向電極提供致使臂按所希望的基本頻率振動的振蕩電流的電路。在每一個臂中提供了凹槽7，8。就臂的厚度而言，凹槽內中心電極的設置增強了壓電耦合。對于具有相同尺寸的諧振器，就給定的諧振器質量系數(shù)而言，耦合的增強導致等效電阻的減小，從而導致諧振器的功耗降低。相反，對于相同的等效電阻，凹槽的存在允許諧振器尺寸的減小。實際上，凹槽的使用使制造具有相同給定諧振頻率的高度小型化的諧振器成為可能。
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然而，最小化存在限制。實際上，理論表明，如果振動臂的長度為L并且振動臂的寬度為W，則基本諧振頻率趨向于類似W/L2地表現(xiàn)。從而可知，對于給定諧振頻率，臂的長度越短，其寬度必定越窄。結果是，在小于一定的尺寸的情況下，必定使振動臂窄到使得彈性活躍壓電材料的體積的減小與質量系數(shù)的不可接受的降低相關聯(lián)。盡管如此，為了實現(xiàn)更高程度的小型化，以上所提到的現(xiàn)有技術文檔還教導了:每個振動臂終止于一個稱為鰭肢的放大的部分9，10中。鰭肢具有在給定長度的情況下降低頻率的效果，從而允許在相同給定頻率的情況下采用更短的振動臂。本發(fā)明的一個目的旨在提供一種小型化程度高于現(xiàn)有技術諧振器，但未過度降低質量系數(shù)或者增加等效電阻的壓電諧振器。
發(fā)明內容
本發(fā)明通過提供一種根據(jù)所附權利要求1所述的壓電音叉諧振器，實現(xiàn)了上述目的。根據(jù)本發(fā)明，旨在經由鏈接部分把壓電諧振器安裝在支架上。這一設置意味著兩個音叉形部分均由它們的振動臂之一的尖端加以固定。這與標準情況不同，根據(jù)標準情況，通常經由交叉部分在中間固定單個音叉。另外，由于每一個音叉形部分的兩個振動臂以相反的相位振動，所以當同一個音叉形部分的兩個振動臂彎曲時，兩個臂對總位移的各自貢獻累加。實踐中，這意味著，在一次振蕩期間未被固定的振動臂的尖端的移動幅度約為通過交叉部分按通常方式固定音叉時的兩倍。換句話說，當通過一個臂的尖端固定時，每一個音叉形部分按類似于單個振動臂的約兩倍長的方式來表現(xiàn)。這一特性與人們所熟悉的在中間固定音叉的情況不同，在該熟悉的情況中，兩個臂的各自貢獻互相補償。因此，本發(fā)明的優(yōu)點在于，對于相同的諧振頻率，可以使音叉形部分的臂縮短大約二分之一。這可以解釋為諧振器的長度明顯縮短。
當閱讀以下的描述時，本發(fā)明的其它特點與優(yōu)點將變得十分明顯，以下的描述僅以非限制性示例并參照附圖給出，其中:
圖1示出了現(xiàn)有技術的壓電音叉諧振器；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的壓電音叉諧振器的平面 圖3a和3b分別為圖2的壓電音叉諧振器的頂視圖和底視圖，示出了形成兩組電極的金屬化部分；
圖4為圖2的諧振器的中線縱向截面透視圖，諧振器安裝在外殼內。
具體實施例方式以下，將參照圖2、3a、3b以及4描述本發(fā)明的示例性實施例。在這一具體實施例中，通過通用的參照數(shù)字21表示的壓電音叉諧振器包括第一和第二平面音叉形部分。每一個音叉形部分包含兩個從交叉部分大體上沿同一個方向延伸的振動臂。特別參照圖2，可以看出，一個音叉形部分的振動臂被分別表示為23a和25a，另一個音叉形部分的振動臂被分別表示為23b和25b，并且兩個音叉形部分的交叉部分被分別表示為27a和27b。如圖2中進一步示出的，兩個音叉形部分并排設置在同一個平面中。在本示例中，音叉形部分互相對稱和平行地設置。然而，應該意識到，根據(jù)本發(fā)明這不是一種必須的情況。而且，本示例的諧振器由單片壓電材料制造，優(yōu)選由石英制造。然而應意識到，根據(jù)其它實施例，所述組件可以替換地由非壓電材料制造，例如由硅制造，并且被涂覆以壓電薄膜。根據(jù)本發(fā)明，通過鏈接部分29把第一和第二音叉形部分鏈接在一起。再次參照圖2，可以看出，在所描繪的示例中，把音叉形部分設置在圖的對稱軸的任一側，并且位于中心的鏈接部分跨越對稱軸。鏈接部分在位于對稱軸一側的振動臂25a的尖端和位于對稱軸另一側的振動臂25b的尖端之間延伸。以下將把振動臂25a和25b稱為內振動臂，而把另外的振動臂(表示為23a和23b)稱為外振動臂。在本示例中，諧振器21還包含位于內振動臂之間的中心臂31。在振動臂平面中，中心臂從鏈接部分29延伸，大體上與內振動臂等距。根據(jù)所描繪的實施例，把中心臂的長度選擇為中心臂遠端與兩個交叉部分27a和27b位于一條直線上。然而，應該意識到，諧振器的替換實施例可以具有更長，或者優(yōu)選更短的中心臂。還可以看出，圖中所示的中心臂寬于振動臂。實際上，優(yōu)選中心臂的寬度至少為振動臂的寬度的兩倍。把凹槽33a、33b、35a、35b形成在每一個振動臂的上和下主表面至少之一中。圖2示出每個凹槽均開始于交叉部分27a和27b之一的內部，并且沿一個臂的全長延伸。如圖3a和3b中所示，音叉形部分和鏈接部分29還承載金屬化部分，S卩，導電的沉積物，其形成與圖1的諧振器的兩組電極類似的兩組電極。這兩組電極能夠使臂23a、23b、25a、25b的壓電材料受控于電場，從而使臂能夠按稱為基本頻率的希望頻率振動。兩組電極均包含形成在臂的頂和底主表面的凹槽內的中心電極，以及沿臂的側面的側電極。繼續(xù)參照圖3a和3b，可以意識到，形成在交叉部分27a、27b上和形成在鏈接部分29上的金屬沉積物用于把位于一個臂上的中心電極連接到位于另一個臂上的側電極，反之亦然。更具體地講，形成在一個具體音叉形部分(將其稱為音叉形部分“a”)的交叉部分27a上的導電路徑42a、44a把設置在該音叉形部分的外振動臂23a上的中心電極連接到設置在該音叉形部分的內振動臂25a上的側電極。相反，形成在交叉部分27a上的導電路徑46a、48a把設置在外振動臂23a上的側電極連接到設置在內振動臂25a上的中心電極。按相同的方式，形成在另一個音叉形部分的交叉部分27b上的導電路徑42b、44b、46b、48b連接設置在音叉形部分“b”的振動臂上的中心電極和側電極。繼續(xù)參照圖3a和3b，可以看出，鏈接部分29在其頂側和底側分別承載可見的導電路徑50和49?？梢砸庾R到，這兩個導電路徑之一用于把一個音叉形部分的內振動臂上的中心電極連接到另一個音叉形部分的內振動臂上的側電極。而且還將意識到，按相同的方式，另一個導電路徑用于連接位于內振動臂上的另一個中心電極和側電極。圖3b還示出了:中心臂在其底側承載兩個導電連接焊盤51，52。通過導電路徑(分別被表示為54和56)把每個連接焊盤51，52連接到一組電極。更具體地講，導電路徑54把連接焊盤51連接到導電路徑49，而導電路徑56把連接焊盤52連接到導電路徑50。剛剛描述的電極和導電路徑的設置旨在使臂23a、23b、25a、25b按撓曲模式振動。然而，可以替換地按照適合于使臂按相同模式或者另外的模式(扭轉、剪切等)振動的不同配置來設置它們。圖4為圖2的諧振器的中線縱向截面透視圖。圖4示出了如何把諧振器安裝在外殼內。所述外殼(被表不為58)具有長方形形狀,僅不出了其一半。該外殼包括由平底60和4個側面62形成的主部分，以及蓋板(未在圖中加以顯示)。蓋板被設計為在已經把諧振器21安裝在外殼(58)內之后被真空焊接在主部分上。通過將諧振器的連接焊盤51，52焊接在或者粘在形成在外殼底60上的相應的導電螺柱64，66上，實現(xiàn)諧振器在外殼內部的安裝。仍然參照圖4，可以看出，通過形成在平底60上的內部路徑68，70把螺柱64，66電連接到外殼的外部接觸焊盤72，74。從以上的描述中應該意識到，根據(jù)本示例，外殼的平底用作把諧振器安裝在其上的支架。根據(jù)所描述的示例，螺柱64，66為金隆起物。然而，應該意識到，也可以按不同的方式制造所述螺柱。例如，可以通過粘在平底60上的小陶瓷部分形成這些螺柱。然后在這一情況下，可以使用導電粘合劑把諧振器的連接焊盤51，52粘在這些陶瓷部分上，這至少部分地封閉了陶瓷部分，從而確保位于陶瓷部分頂部的焊盤51，52和位于陶瓷部分底部的內部路徑68，70之間的電連接。還應該加以注意的是，類似諧振器21的諧振器的長度不僅明顯短于類似圖1中所說明的諧振器的長度。諧振器的長度與寬度之間的比例也更適合于把諧振器安裝在SMD類型的外殼中。還可以這樣地計算所述比例:能夠將諧振器安裝在正方形外殼中，以有助于所述外殼的制造，并且通過選擇適合于螺柱64，66和焊盤51，52的布置，例如L配置，以及通過對它們適當?shù)丶右栽O置，例如使得所述L形成正方形，能夠按4個不同的位置把諧振器放置在外殼中。這一特性可以有助于諧振器的自動安裝。
權利要求
1.一種旨在被安裝在支架(60)上的壓電諧振器(21)，所述壓電諧振器包括設置在公共平面中的第一和第二平面音叉形部分，第一和第二音叉形部分的每一個具有內振動臂(25a，25b)、外振動臂(23a，23b)以及交叉部分(27a，27b)，同一音叉形部分的內振動臂和外振動臂大體上互相平行地從交叉部分延伸，并且第一和第二音叉形部分的每一個承載被設置為使內振動臂和外振動臂以相反的相位振蕩的電極，所述電極連接到連接焊盤(51，52)，其特征在于，旨在經由鏈接部分(29)把壓電諧振器安裝在支架上，所述鏈接部分被設置為連接第一和第二音叉形部分的內振動臂(25a，25b)的尖端，以把第一和第二音叉形部分鏈接在一起，而且其特征還在于，通過鏈接部分把第一和第二音叉形部分所承載的電極互相連接，以使第一和第二音叉形部分的外振動臂以相反的相位振蕩。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓電諧振器，其中，每一個振動臂具有上主表面和下主表面以及兩個在上主表面和下主表面之間延伸的側表面，其中，電極包含設置在振動臂的上和下主表面上的中心電極，以及設置在振動臂的側表面上的側電極，其中，把設置在第一音叉形部分的外振動臂(23a)上的中心電極連接到設置在同一音叉的內振動臂(25a)上的側電極、設置在第二音叉形部分的內振動臂(25b)中的中心電極、以及設置在第二音叉形部分的外振動臂(23b)上的側電極，而且其中，把設置在第二音叉形部分的外振動臂(23b)上的中心電極連接到設置在同一音叉形部分的內振動臂(25b)上的側電極、設置在第一音叉形部分的內振動臂(25a)中的中心電極、以及設置在第一音叉形部分的外振動臂(23a)上的側電極。
3.根據(jù)權利要求1所述的壓電諧振器，其中，第一和第二平面音叉形部分互相對稱和平行地設置。
4.根據(jù)權利要求1所述的壓電諧振器，其中，壓電諧振器由單石英晶體制造。
5.根據(jù)權利要求1所述的壓電諧振器，其中，至少一個凹槽(33a、33b、35a、35b)形成在每一個振動臂的上主表面和下主表面的至少之一上。
6.根據(jù)權利要求5所述的壓電諧振器，其中，所述凹槽的深度在所述振動臂沿深度方向的厚度的15%和50%之間，優(yōu)選在30%和50%之間。
7.根據(jù)先前權利要求中任何一個權利要求所述的壓電諧振器，其中，中心臂(31)附接到鏈接部分(29)，并且與內振動臂大體上等距地定位在內振動臂(25a，25b)之間。
8.根據(jù)權利要求7所述的壓電諧振器，其中，連接焊盤(51，52)由中心臂(31)承載。
9.根據(jù)權利要求8所述的壓電諧振器，其中，中心臂(31)至少為振動臂的兩倍寬。
10.根據(jù)權利要求9所述的壓電諧振器，其中，通過將兩個連接焊盤(51，52)焊接或者粘在形成在支架頂表面上的相應的導電螺柱(64，66)上，實現(xiàn)壓電諧振器在支架(60)上的安裝。
11.根據(jù)權利要求1所述的壓電諧振器，其中，外振動臂(23a，23b)終止于延伸超出鏈接部分的鰭肢(37，39)中，所述鰭肢的寬度大于外振動臂的寬度。
全文摘要
小型壓電音叉諧振器(21)包括設置在公共平面中的第一和第二平面音叉形部分。旨在經由鏈接部分(29)將該壓電諧振器安裝在支架上，所述鏈接部分被設置為連接第一和第二音叉形部分的內振動臂(25a，25b)的尖端，以把第一和第二音叉形部分鏈接在一起。通過鏈接部分把第一和第二平面音叉形部分所承載的電極互相連接，以使第一和第二音叉形部分的外振動臂以相反的相位振蕩。
文檔編號H03H9/21GK103199816SQ201310005660
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權日2012年1月9日
發(fā)明者F.施陶布, S.達拉皮亞扎 申請人:微晶公司