CN101488734A - 小尺寸封装的压电谐振器 - Google Patents

Abstract

一种封装的压电谐振器包括：具有盖体(140；240)的壳体(170；270)，以及容纳在所述壳体中的压电谐振器元件(110)。压电谐振器元件包括具有两个平行振动臂(112，114)的平面音叉状部分、以及用于将谐振器元件(110)固定到壳体(170)的底部(172)的附加连接臂(118)。盖体(140，240)的内表面为阶梯状，从而形成第一部分(142)和第二部分(144)，盖体在第一部分具有第一厚度，盖体在第二部分具有实质上大于第一厚度的第二厚度，第一部分(142)至少在振动臂(112，114)的远端部分(166，168)上延伸，第二部分(144)至少在连接臂(118)的一部分上延伸。

Description

小尺寸封装的压电谐振器

技术领域

本发明涉及封装的压电谐振器，或者换句话说，涉及由压电谐振器和容纳该压电谐振器的壳体构成的器件。更具体地，本发明涉及小尺寸封装的压电谐振器，其最通常用于制造频率发生器，这些频率发生器特别用于例如钟表学、信息技术、电信以及医学领域的多种领域中的便携式电子设备。

背景技术

以受让人名义申请的现有技术文件US7,084,556中已经公开了这样的小尺寸封装谐振器，在此以参考方式将该文件引入。图1中描述的谐振器10用来安装在封装体中。该谐振器10包括音叉状部分，该音叉状部分具有两个平行臂12、14，它们通过连接部16彼此连接、并承载着使它们振动的电极20、22，这些电极连接到用来电连接到壳体外部的连接焊盘28、30。

图2是用于接收对应于本发明领域的一类压电谐振器的已知封装体(显示为移除了盖体)的顶视图。已知的是，封装体的尺寸取决于该谐振器的总体形状，其可根据考虑的实施例而改变。平行六面体形的封装体70包括由平底72和四个侧面74以及盖体(未示出)构成的壳体。在平底72上布置两个导电元件，例如薄导电层、柱或凸起78和80，以便与该谐振器10(图1)的连接焊盘28、30接触。在该谐振器10安装到该壳体70内之后，可通过将盖体的边缘真空焊接到该壳体的侧面74上而将该盖体固定。这可通过加热及施压、借助焊接框(未示出)而完成。在已知的方式中，图2中的壳体的平底72和四个侧面74可通过蚀刻陶瓷层而形成。如果用于壳体的盖体不由与该封装体其余部分相同的陶瓷制成，则该盖体可由例如金属、玻璃或硅制成。

大部分传统谐振器的一个问题是，它们被设计为仅在它们的一个端部处连接到支撑衬底。用这种设计很难保证该谐振器的平面音叉状部分被合适地定位以及与该支撑衬底平行对准。在未对准的情况下，存在谐振器的振动臂与该支撑衬底的表面或该封装体的盖体碰撞的危险。为了防止这种后果，必须在谐振器的上方和下方提供足够的间隙。这种对间隙的需求严重地限制了设计更薄并且更加紧凑的封装压电谐振器的可能。

在先专利文件US7,084,556通过提供改进的音叉谐振器部分地解决了上面的问题，该改进的音叉谐振器包括连接到连接部16并位于音叉状部分的臂12、14之间、与所述臂12、14实质上等距离的附加中央连接臂18(图1)。如图1中描述的，基部62可进一步形成在与该连接部16相对的连接臂的末端。根据所描述的示例，该基部延伸出该振动臂12和14，并优选承载该谐振器的连接焊盘28、30。该谐振器10通过将该基部62和/或该连接臂18经由至少一个连接点连接到壳体的底部而安装在该壳体内。该基部优选用于将该谐振器10连接到其封装体的内部，并且用于将电极20、22电连接至封装体内部的导电元件(未示出)。

专利文件US7,084,556公开的为谐振器提供至少一个连接臂意味着一种相当大的改进。然而，还存在对更加细薄并且更加紧凑的封装压电谐振器的需求。因此，本发明的一个目的是进一步改善封装的压电谐振器的细薄性和紧凑性。

实现这一结果的一种方式是降低容纳该压电谐振器的封装体的盖体的厚度。然而，封装体的内部通常保持在真空条件下。因此，盖体经受着封装体外部的大气施加的相当大的压力。在很多情况下，大气压力足以导致盖体严重地下陷。由于振动臂与盖体间的间隙应该最小化，因此盖体的这种下陷可引起振动臂与盖体的下侧之间的碰撞。

发明内容

本发明的一个目的是限制盖体的下陷，以便振动臂与盖体的下侧之间保持足够的间隙。

为了这一目的，本发明涉及根据所附权利要求1的封装压电谐振器。

技术人员将会理解，根据本发明，盖体的内表面为阶梯状并包括在连接臂上面延伸的、实质上厚度更大的部分。因此，盖体的任何显著下陷会引起盖体的这一较厚部分靠在连接臂上。因此会阻止盖体的任何进一步的下陷。此外，在振动臂的远端部分上延伸的盖体部分具有更薄的厚度。这确保了间隙仍然足以避免振动臂与盖体的下侧的任何碰撞的危险。

附图说明

通过阅读随后的参考附图的描述将会清楚本发明的其它特征及优点，其中：

图1是对应于本发明领域的现有技术的一类压电谐振器的实例；

图2是用于接收图1所示类型压电谐振器的合适封装的顶视图；

图3a是根据本发明特定实施例的安装在封装中的压电谐振器的顶视图；

图3b是图3a中封装的谐振器的侧视图；

图4是对应于本发明替代实施例的封装的谐振器的侧视图。

具体实施方式

在图3a和3b中示出的实施例中，根据本发明的由附图标记110标明的谐振器包括音叉状部分，该音叉状部分具有由连接部116连接的两个振动臂112与114，位于臂112和114之间且与所述臂平行的中央连接臂118连接到该连接部116。整个组件由一块石英制成。

如图3a所示，中央臂118稍长于振动臂112及114。该中央臂的远端加宽为延伸至振动臂之外的基部162。该基部162用于将谐振器110固定到其封装体的底部以及用于将该谐振器的驱动电极(未示出)电连接到在封装体内部形成的导电柱或凸起178及180。

振动臂112和114中的每一个的远端加宽为鳍状体(flipper)(分别为166和168)，该鳍状体几乎为振动臂剩余部分的两倍宽。为了减小谐振器的总宽度，矩形的鳍状体优选关于振动臂的纵轴线非对称布置。更确切地，如图3a中所示，鳍状体166、168可朝向中央臂118偏移。在这种情况下，为了在鳍状体166、168与中央臂118之间提供足够的横向间隙，该中央臂包括缩窄部分176。如图3a中所示，该缩窄部分176在鳍状体166和168之间延伸。由现有技术可知，提供具有鳍状体的振动臂的优点在于，可从振动臂的总长度中减去该鳍状体的长度而不改变谐振器的性能，因此可相应地降低该谐振器的长度。

如图3a和3b所示，连接臂118位于形成在封装体170的平底上的固定柱或凸起182上。如前面提到的，谐振器110也固定于导电柱178和180。技术人员因而可以理解，在本发明中，柱178、180和182形成了用于将该谐振器110固定在封装体170内部的三脚架。该三脚架也提供了振动臂与平底172之间的足够间隙。例如，连接臂118和基部162可粘接或焊接至上述三个柱。如图3a所示，位于固定柱182和连接部116之间的连接臂118的部分优选至少为一个振动臂宽度的1.5倍。而且，在本实施例中，退耦装置(decoupling means)150布置在靠近连接部116的中央臂上。提供这些退耦装置以便将中央连接臂118与振动臂112和114机械地退耦。如图示，可通过中央臂118每一侧的凹口150的形式来实现该退耦装置。该退耦装置布置在固定柱182和连接部116之间，优选更靠近连接部116。

这类谐振器的通常情况是，振动臂112和114承载两组电极(未示出)，这两组电极可与图1中示出的电极组20和22相似的方式布置并彼此连接。这两个电极组进一步连接到形成在基部162背面上的两个导电连接焊盘(未示出)。这些连接焊盘布置为分别与导电柱178和180接触。

由现有技术可知，为了降低谐振器消耗的能量，可在每个振动臂的前侧或后侧中的至少一侧进一步形成至少一个沟槽(未示出)。沟槽的存在允许产生激发电场，该激发电场更加均匀并且局部更强，而且对该激发电场来说，即使在缩小了振动件的尺寸时在所述臂处的振动损失也很低。

如前面提到的，图3a和3b中示出的压电谐振器110固定地安装于封装体170中。该封装体的实际尺寸优选根据谐振器的尺寸以及总体形状来选择，其可根据考虑的实施例而改变。平行六面体形的封装体170包括由平底172和四个侧面174以及盖体140(示于图3b中)构成的壳体。该盖体具有边缘，在谐振器已经安装到壳体170中后，通过加热及施压、并借助于焊接框(未示出)经由所述边缘将该盖体真空焊接到主体部分的侧面174上。选择支撑该谐振器110的三个柱178、180和182的高度，以便该谐振器的振动臂可以在壳体170的内部自由振动。

图3b中的侧视图示出了带有顶盖或盖体140的图3a中的封装的谐振器。如图可见，盖体并非具有均匀厚度。盖体的第一部分具有第一厚度，而盖体的剩余部分具有第二厚度，该第二厚度实质上大于第一厚度。具有第一厚度的盖体部分形成盖体内侧上的大凹入区域142。使用包括不同厚度部分的盖体的目的是：解决在振动臂之上提供足够间隙的需要、与降低封装体170的总高度的需要之间的矛盾。在盖体由玻璃、硅、或金属制成的情况下，可通过蚀刻、化学蚀刻、深反应离子刻蚀(Deep reactive Ion Etching)、或者在由金属制成盖体的情况下甚至通过落锤锻造(drop forging)来移除该盖体的一些材料而形成所述凹陷部分142。

如图3b中所示，根据本实施例，除了凸出部或突起144，凹入部分142几乎覆盖了面对平底172的整个区域。然而应该理解，根据替代实施例，代替在面对该平底172的整个区域上延伸的是，该凹入部分142可被限定于正对振动臂112和114的区域，或者甚至限定于正对这些振动臂的远端部分的区域。

如图3a所示，前面提到的凸出部或突起144在盖体140的内侧、在面对中央臂118的位置延伸。优选地，布置该突起144以便将其定位在中央臂118连接到固定柱182的连接点的正对面。

图3a和3b中描述的该封装体的内部设计为保持在真空条件下。当为了制造细薄封装体而将盖体140制造得微薄时，盖体140外部的大气压力会引起盖体140严重地下陷。根据本发明，通过提供从盖体内表面向下延伸的凸出部或突起144克服了这一问题。当盖体下陷时，该凸出部靠在中央臂118上。该盖体因而由该中央臂支撑，从而防止了该盖体任何进一步的下陷。由于将振动臂的远端部分定位在凹入部分142的对面，因此振动臂与盖体之间的间隙仍足以确保不会发生碰撞。

图4示出了根据本发明的封装的谐振器的另一实施例。根据这一特定实施例，盖体240不包括凹入区域。更确切地，整个盖体具有减小的厚度(除了突起144外)。根据这一实施例，为了向振动臂提供足够的间隙，封装体的侧面274比图3中示出的封装体的侧面174要稍高些。

已经参照某些特定实施例描述了本发明，应该理解，这些实施例并非意图限定本发明。事实上，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，多种修改、变体、和/或实施例间的组合对本领域技术人员是显而易见的。特别是，专利文件US7,084,556描述了对应于本发明领域的十种不同封装的谐振器。本发明可常规地用任何这些不同封装的谐振器来实现。

Claims (11)

1、一种封装的压电谐振器，包括：

具有盖体(140；240)的壳体(170；270)，以及容纳在所述壳体中的压电谐振器元件(110)，压电谐振器元件包括：

平面音叉状部分，所述平面音叉状部分具有彼此由连接部(116)连接的两个平行振动臂(112，114)；以及

连接臂(118)，所述连接臂(118)从所述连接部沿着所述平面音叉状部分的平面延伸，所述连接臂(118)通过至少一个连接点(178，180，182)固定地连接到所述壳体(170)的底部(172)，并且至少所述连接臂的主体部分(118)布置为与所述振动臂平行且并排，

其特征在于，盖体(140，240)的内表面为阶梯状，从而形成第一部分(142)和第二部分(144)，盖体在第一部分(142)具有第一厚度，盖体在第二部分(144)具有实质上大于第一厚度的第二厚度，第一部分(142)至少在振动臂(112，114)的远端部分(166，168)上延伸，第二部分(144)至少在连接臂(118)的一部分上延伸。

2、根据权利要求1所述的封装的压电谐振器，其中所述连接臂(118)位于所述振动臂(112，114)之间。

3、根据权利要求2所述的封装的压电谐振器，其中所述连接臂(118)通过位于所述振动臂(112，114)之间的中央连接点(182)固定地连接到所述壳体(170)的底部(172)。

4、根据权利要求2所述的封装的压电谐振器，其中连接臂(118)的远端加宽为与连接部(116)相对的基部(162)并且延伸超过振动臂(112，114)，所述基部固定地连接到底部(172)。

5、根据权利要求4所述的封装的压电谐振器，其中所述基部(162)包括与所述壳体(170)的底部(172)之间的两个远端连接点(178，180)，并且其中所述两个远端连接点与位于所述振动臂(112，114)之间的中央连接点(182)共同形成用于所述谐振器(110)的三脚架。

6、根据前述任一项权利要求所述的封装的压电谐振器，其中除了面对连接臂(118)的一部分的凸出部或突起(144)外，所述第一部分(142)基本上覆盖了面对底部(172)的整个区域。

7、根据权利要求6所述的封装的压电谐振器，其中所述突起(144)面对所述中央连接点(182)。

8、根据权利要求1至5中任一项所述的封装的压电谐振器，其中所述第一部分(142)在盖体的内侧部分中形成两个凹槽，所述凹槽各自面对所述振动臂(112)和(114)中的一个。

9、根据权利要求8所述的封装的压电谐振器，其中所述凹槽(142)各自直接面对振动臂(112，114)中的一个的远端。

10、根据权利要求3所述的封装的压电谐振器，其中连接臂(118)包括退耦装置(150)，所述退耦装置布置在所述中央连接点(182)与所述连接部(116)之间。

11、根据权利要求10所述的封装的压电谐振器，其中所述退耦装置由在连接臂(118)每侧的凹口(150)形成。

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