CN1881791B - 压电谐振器以及包含封装在壳体中的该谐振器的组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括压电谐振器和壳体的组件，壳体包括主体部分和固定到主体部分的盖，谐振器包括具有两个通过连接部分互连的平行振动臂的音叉形部件，和从连接部分伸出并位于两个振动臂之间的中心臂，振动臂承载至少两个电极，这两个电极分别连接到位于中心臂的朝向壳体底部的背面的至少第一和第二连接片，壳体还包括固定在壳体底部的至少一个支承件，谐振器的中心臂利用位于支承件上并通过导电粘合剂电连接到第一和第二连接片的至少第一和第二连接元件固定在支承件上，其中，至少在位于连接部分一侧的第一连接片或连接元件上设有导向装置，以便通过导向装置使多余的导电粘合剂远离不与第一连接片或连接元件电连接的第二电极流走。
Description
技术领域
本发明涉及压电谐振器，更具体地涉及最常用于制造频率发生器的小型谐振器，该频率发生器尤其用于诸如钟表、信息技术、电信和医学领域等多个领域中的便携式电子设备。
背景技术
在以受让人的名义提交的现有技术文献US6700313中已经公开了这种小型谐振器，该文献在此作为参考。图12中所示的用于安装在壳体中的谐振器10包括具有两个平行的臂12、14的音叉形部件，这两个臂通过连接部分16互相连接并承载电极20、22以使电极振动，这些电极连接到用于电连接到壳体外部的连接片28、30上。谐振器10还包括附装在连接部分16上并位于音叉形部件的臂12、14之间的中心臂18，该中心臂与这两个臂基本上距离相等，该中心臂18的质量比音叉形部件的臂的质量大，连接片28、30由该中心臂承载。该谐振器通过将中心臂18固定到至少一个固定于壳体底部的支承件上而安装在平行六面体形状的壳体内。
上述类型的谐振器——下文称作三臂谐振器——能够避免传统的音叉谐振器所遇到的许多问题。
其中一个问题是，传统音叉谐振器的尺寸和功能特征被优化以便将其安装在金属壳体而不是陶瓷壳体内。例如，传统谐振器的长宽比不适于这种(金属)壳体的制造，尤其当这些壳体是SMD(表面安装设备)类型，即用于被自动地安装在无孔的印刷电路板上时。由于这个原因，传统的音叉谐振器及其与壳体的连接不具有良好的抗震性。
此外，传统的音叉谐振器在被固定到壳体的台阶上时容易朝壳体底部倾翻。
此外，陶瓷材料和石英的热膨胀系数的差异足以在谐振器内产生机械应力，该机械应力不仅会在温度改变时存在于音叉的臂中并干扰谐振器的工作，而且还会使焊接破裂或使谐振器的连接片从壳体的连接元件脱离，并改变或甚至切断谐振器电极和壳体的外部接触片之间的电连接。
出于同样的原因，如果在连接片所在的音叉的基部一侧有初始裂纹，则显著的温度变化甚至会使音叉断裂。
最后，当真空封装谐振器时，不可能达到完全真空，从而当谐振器振动时，由音叉的臂对大气的扰动可能会在该臂彼此靠近时改变谐振器的工作参数，这(在陶瓷壳体的情况下)比在金属壳体的情况下更突出。
因此，三臂谐振器能够为传统音叉谐振器所遇到的各种问题提供令人满意的解决方案.然而，尽管已经证明这些三臂谐振器是有利的，但是本领域技术人员一直关注在谐振器封装壳内精确安装谐振器的问题，以便在将所述谐振器粘合到设置于壳体底部的支承件上时，防止可能导致设置于中心臂上的电极之间发生短路的任何泄漏.如图9所示，该图是导电片28、30和封装壳的对应导电元件108、110之间的“粘合区域”的放大截面图.当将谐振器安装在封装壳内时导电粘合剂136在压力下发生泄漏，并可能引起位于中心臂18背面的电极(未示出)之间发生短路.
发明内容
本发明的主要目的是通过提供三臂谐振器以及其封装壳来克服上述缺点，这种组合能够在封装壳内牢固地安装谐振器，同时防止由于导电粘合剂泄漏而在谐振器中心臂上的电极之间发生短路。
为此，根据本发明的第一方面，本发明涉及一种包括压电谐振器和壳体的组件，
-所述壳体包括具有底部和侧面的主体部分和固定在该主体部分上的盖，所述谐振器安装在该主体部分中，
-所述谐振器包括具有两个通过连接部分互相连接的平行振动臂的音叉形部件，和从所述连接部分伸出并位于两个振动臂之间的中心臂，该振动臂承载至少两组电极以使电极振动，这两组电极分别连接到位于所述中心臂的朝向壳体底部的背面上的至少第一和第二连接片，
-所述壳体还包括固定在壳体底部的至少一个支承件，所述谐振器的中心臂利用位于所述支承件上的至少第一和第二连接元件固定在该支承件上，该至少第一和第二连接元件通过导电粘合剂分别电连接到所述第一和第二连接片，
其中，至少在位于连接部分一侧的所述第一连接片或连接元件上设置有导向装置，以便通过所述导向装置使所述导电粘合剂远离不与所述第一连接片或连接元件电连接的第二电极流走。由此，该导向装置可以防止谐振器的中心臂上的电极之间短路。
根据本发明的另一方面，导向装置包括穿过第一连接元件的位于支承件中的孔，当将谐振器粘合到支承件上时，该孔允许多余的导电粘合剂流入其中。
根据本发明的另一方面，导向装置包括在第一连接元件的粘合区域中并在第二电极的相对侧上切入支承件的凹槽，当将谐振器粘合到支承件上时，该凹槽允许多余的导电粘合剂流向该凹槽。
根据本发明的另一方面，导向装置包括在所述第一连接元件或连接片与所述第二电极之间的沿所述第一连接元件或连接片设置的至少一个第一突出部，在将谐振器粘合到支承件上时，该突出部可阻止多余的导电粘合剂朝向第二电极流动。
根据本发明的另一方面，除了沿第一连接元件或连接片设置的第一突出部之外，导向装置还包括垂直于第一突出部并沿第一连接元件或连接片的侧面设置的另外两个突出部。在将谐振器粘合到支承件上时，此U形屏障有效地阻止多余的导电粘合剂朝向第二电极流动。
根据本发明的另一方面，第一连接片或连接元件和第二连接片或连接元件均设置有导向装置。在将谐振器粘合到支承件上时，这种对称布置可防止在第一和第二连接元件的相应粘合区域内导电粘合剂的扩散不一致。
根据本发明的另一方面，设置有穿过所述第一连接片的开口，以便在所述壳体内定位所述谐振器。在将谐振器粘合到支承件上时，这种开口还允许以使多余的粘合剂远离第二电极流走的方式注入导电粘合剂。
本发明还涉及一种用于在根据本发明的任何上述方面的组件的壳体中固定压电谐振器的方法。
附图说明
通过阅读下面参照附图的说明可以看到本发明的其它特征和优点，在附图中：
-图1a和1b分别是根据本发明第一实施例的用于接纳压电谐振器的打开的封装壳的俯视图和截面图；
-图2a和2b分别是根据本发明第二实施例的用于接纳压电谐振器的打开的封装壳的俯视图和截面图；
-图3a和3b分别是根据本发明第三实施例的用于接纳压电谐振器的打开的封装壳的俯视图和截面图；
-图4a和4b分别是根据本发明第四实施例的用于接纳压电谐振器的打开的封装壳的俯视图和截面图；
-图5a和5b分别是根据本发明第五实施例的用于接纳压电谐振器的打开的封装壳的俯视图和截面图；
-图6是根据本发明第六实施例的用于接纳压电谐振器的打开的封装壳的俯视图；
-图7是根据本发明第七实施例的用于接纳压电谐振器的打开的封装壳的俯视图；
-图8是根据本发明第八实施例的用于接纳压电谐振器的打开的封装壳的俯视图；
-图9是根据现有技术在谐振器和封装壳之间的粘合区域的放大截面图；
-图10a，10b和10c分别是包括安装在根据三个前述实施例的封装壳中的谐振器的组件的三种变型；
-图11a到11f是根据本发明的六个不同实施例的在谐振器和封装壳之间的粘合区域的放大截面图；
-图12已经说明过，它是根据现有技术的压电谐振器的俯视图。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例，在图1a和1b中示出用于接纳压电谐振器的不带盖的打开的封装壳的俯视图和截面图。应当理解，该封装壳的尺寸和形状适应于谐振器的结构(未示出)。平行六面体形状的壳体100包括由平的底部102和四个侧面104形成的主体部分以及带有边缘(未示出)的盖，当谐振器被安装进壳体100后，利用焊接台(也未示出)通过加热和加压经由所述边缘将盖真空焊接到主体部分的侧面104上。另外，在壳体100的底部102上设置有支承件，该支承件优选为沿纵向轴线X延伸的肋部106的形式以便支承谐振器的固定部件。肋部的宽度选择为使得谐振器的振动臂可在壳体100内自由地振动，这在图10c中可以更清楚地看到。在肋部106上设置有两个导电元件，例如薄导电层108和110，以便接触谐振器的相应导电片。应当理解，肋部106不应从一个侧面104延伸到相对的侧面。
此外，为了防止在将谐振器粘合到封装壳内时导电粘合剂泄漏，至少一个导电元件并且优选地两个元件108和110均设置有导向装置.根据本发明的第一实施例，这些导向装置是穿过导电层108和110并且至少部分穿过肋部106加工出的孔112、114.优选地，肋部106至少在导电元件108、110的两侧上还设置有较宽的部分116、118，以便确保对谐振器更好的支承.
根据图2a和2b示出的第二实施例，导向装置以凹槽120和122的形式实现，该凹槽120和122分别在与设置在谐振器的中心臂上的电极所在的一侧相对的一侧切入导电元件108和110以及支承件106，如下文参照图10c所述。
根据图3a和3b示出的第三实施例，导向装置包括突出部124并且优选地包括突出部126，该突出部124和126分别沿连接元件108和110设置，以便位于连接元件和在中心臂的背面上的电极之间，如图10b中所示。可选地，这些突出部可以设置在谐振器的背面上而不是支承件106上。这些突出部124和126有利地在导电元件(或者谐振器上的连接片)的整个长度上延伸。此外，分别在导电元件108和110上(或者在谐振器的连接片上)设置有分别基本垂直于突出部124和126的附加突出部128a、128b以及130a、130b。由此，三个突出部124、128a和128b以及126、130a和130b分别形成一U形屏障，该屏障有效地阻止多余的导电粘合剂朝向位于谐振器中心臂上的电极流动。
根据图4a和4b示出的本发明的第四实施例，导向装置既包括第一实施例中的孔112和114，又包括第三实施例中的突出部124和126以及优选地突出部128a、128b、130a和130b。
根据图5a和5b示出的本发明的第五实施例，导向装置既包括第二实施例中的凹槽120和122，又包括第三实施例中的突出部124和126以及优选地突出部128a、128b、130a和130b。
根据图6示出的本发明的第六实施例，导向装置包括分别设置在导电元件108和110上或者谐振器的连接片上的两组突出部132和134。每组突出部优选地包括以下列方式分布的五个突出部：各有一个突出部位于对应的连接元件或者对应的连接片的每个拐角内，第五个突出部位于四个其它突出部的中间。这种成组突出部的构造确保了导电粘合剂被均匀地重新分配，由此可减少朝向中心臂的电极发生不希望的泄漏，如下文参照图10a所述。
图7示出根据本发明的第七实施例的封装壳100，它与前述实施例的区别在于，设置在壳体底部102上的支承件被分成两个部分106a和106b，从而在两个被支承的导电元件108和110之间留有空间。该空间106c还防止在粘合期间由于多余的导电粘合剂泄漏而可能发生的两个导电元件之间的短路。
图8示出根据本发明的第八实施例的封装壳100，它可以用于其中在谐振器的中心臂上设置有突出部的所有上述可选方案。根据本实施例，在肋部106上仅设置有导电层108和110。
图10a示出包括安装在根据第六实施例的封装壳中的谐振器的组件的第一种变型.谐振器10包括承载两组电极20和22的振动臂12和14，这两组电极通过由音叉形部件的连接部分16承载的各导电路径24和26(透过显示)互相连接.这些电极和导电路径设置成使臂12和14以挠曲模式振动，但是它们可以具有不同的构造以使这些臂以相同模式或另一种模式(扭转、剪切等)振动.在中心臂18的背面，两个导电连接片28和30(透过显示)位于谐振器长度方向的重心G的两侧且优选与该重心距离相等，这些连接片28和30分别通过导电路径32和34(也是透过显示)连接到导电路径26和24，该导电路径26和24将各组电极20和22相互连接在一起.这些连接片28和30还可通过利用导电粘合剂将谐振器粘合在连接元件108和110上，而用于将谐振器固定在谐振器的封装壳100内.
为了通过生成更均匀并且局部更密集的激励电场来减少能量消耗，并且即使当振动件的尺寸被小型化时臂的振动损失仍很低，在每个振动臂的前侧和后侧中的至少一侧上形成有至少一个槽。
仍参照图10a，如透过中心臂18所示，封装壳100是根据第六实施例。在连接元件108和110上设置有突出部组，由此确保当将谐振器粘合到肋部106上时，导电粘合剂以均匀的方式扩散，从而减少朝向电极路径32的不希望的泄漏，该电极路径32将电极22连接到连接片30。
图10b示出包括安装在根据第三实施例的封装壳中的谐振器的组件的第二种变型。所示的谐振器与图10a的谐振器的区别在于：在中心臂18上设置有固定与定位装置。根据该第二种变型，借助于在中心臂18的面对谐振器的两个振动臂12、14的两侧上加工出的固定与定位凹槽58和60，来确保谐振器10在其封装壳100内精确定位和可靠地固定。这些凹槽58、60是穿过中心臂18的整个深度加工出的，从而可以在封装壳内相对于导电元件108和110精确定位，该导电元件形成在肋部106上并可通过所述凹槽看到。应当理解，凹槽58、60可具有多种形状，如方形、圆形或多边形。
仍参照图10b，如透过中心臂18所示，封装壳100是根据第三实施例的封装壳。沿连接元件108和110分别设置有突出部124以及优选地突出部126。优选地设置基本上与突出部124和126垂直的附加突出部128a、128b以及130a、130b。因此三个突出部124、128a和128b形成一U形屏障，该屏障在粘合时有效地阻止多余的导电粘合剂朝向电极路径32流动，该电极路径32将电极22连接到连接元件30。
图10c示出包括安装在根据第一实施例的封装壳中的谐振器的组件的第三种变型。所示的谐振器与图10b的谐振器的区别在于，设置在中心臂18上的固定与定位装置是穿过中心臂18的固定与定位孔54和56。由于这些孔54和56穿过中心臂18，因此可通过留心观察位于肋部106上的连接元件而在封装壳内精确定位谐振器10。在将谐振器组装到封装壳内期间，在孔54、56内填充导电粘合剂，这一方面可以将电极20、22电连接到导电元件上，另一方面可以将谐振器10牢固地固定在封装壳内。应当理解，孔54、56可具有多种形状，如方形、圆形或多边形。
仍参照图10c，如通过孔54和56所示，封装壳100是根据第一实施例的封装壳。孔112、114穿过导电层108和110并且至少部分穿过肋部106，以便在将谐振器粘合到封装壳内时阻止导电粘合剂朝电极路径32泄漏。实际上，多余的导电粘合剂流进孔112、114中。这同样以相同的方式适用于具有凹槽而不是孔的第二实施例。
作为图10b和10c的变型的替代方案，可以在中心臂的背面，即支承导电元件28和30的那一面设置盲孔。然后可通过沿壳体内对应的突出部引导这些盲孔来定位谐振器，这将参照图11f详细说明。
应当理解，这三种变型仅作为谐振器和根据前面任何实施例的封装壳的所有可能组合中的非限制性示例给出。
图11a到11f示出根据本发明的几个前述实施例的在连接元件108、110和对应的连接片28、30之间的粘合区域的放大截面图.在谐振器壳体内固定压电谐振器的方法包括以下步骤：
-利用导电粘合剂将连接片28和30粘合到对应的连接元件108和110上；
-通过导向装置将多余的导电粘合剂引离电极路径32(在这些图中不可见)。
初始步骤包括通过从开口观察导向装置而将谐振器定位在壳体内。穿过一个连接片的开口可参照图11a、11b、11d和11e中所示的示例来实现。
图11a示出在中心臂18上具有孔54、56的谐振器和根据第一实施例的封装壳的组件的放大视图。当粘合时，利用导电粘合剂填充孔54和56并且多余的粘合剂流入孔112和114，由此防止与其它电极发生短路。
图11b示出在中心臂18上具有凹槽58、60的谐振器和根据第二实施例的封装壳的组件的放大视图。当粘合时，利用导电粘合剂填充凹槽58(不可见)和60，并且多余的粘合剂向下流入凹槽120(不可见)和122。
图11c示出谐振器和根据第三实施例的封装壳的组件的放大视图。突出部124、128a和128b以及126、130a和130b形成的U形屏障阻止多余的导电粘合剂朝位于谐振器中心臂18上的电极流动。
图11d示出带孔的谐振器和根据第六实施例的封装壳的组件的放大视图。成组突出部的构造确保导电粘合剂均匀地重新分配，由此减少朝中心臂的电极发生不希望的泄漏。
图11e示出带凹槽的谐振器和根据第四实施例的变型的封装壳的组件的放大视图。根据该实施例，导向装置不仅包括第三实施例中的由突出部形成的U形屏障，还包括第二实施例中的凹槽，这两种导向装置进一步防止由于导电粘合剂泄漏引起的短路。
图11f示出带盲孔的谐振器和根据第八实施例的封装壳的组件的粘合区域的放大视图。在这种情况下，导向装置由盲孔140和142形成，当将谐振器装入封装壳时，多余的导电粘合剂流入由这些孔形成的腔内。可以设置突出部以便相对于导电片108和110定位所述盲孔。
已经借助于某些具体实施例说明了本发明，但是应当理解，这些实施例并不意味着对本发明的限制。实际上，在不脱离所附权利要求范围的情况下，各种变型、修改和/或实施例之间的组合对于本领域技术人员将是显而易见的。
Claims (13)
1.一种包括压电谐振器(10)和壳体(100)的组件，
-所述壳体包括具有底部(102)和侧面(104)的主体部分和固定在所述主体部分上的盖，所述谐振器安装在该主体部分中，
-所述谐振器包括具有两个通过连接部分(16)互相连接的平行振动臂(12，14)的音叉形部件，和从所述连接部分伸出并位于两个振动臂之间的中心臂(18)，每个振动臂承载至少第一电极和第二电极以使所述至少第一电极和第二电极振动，所述至少第一电极和第二电极分别连接到位于所述中心臂的朝向壳体底部的背面上的至少第一和第二连接片(28，30)上，
-所述壳体还包括固定在壳体底部的至少一个支承件(106)，谐振器的所述中心臂利用位于所述支承件上的至少第一连接元件(108)和第二连接元件(110)固定在该支承件上，并且该至少第一连接元件(108)和第二连接元件(110)通过导电粘合剂分别电连接到所述第一和第二连接片，
其中，所述中心臂(18)承载第一导电路径(34)和第二导电路径(32)，以用于将所述至少第一和第二连接片(28，30)分别连接到所述至少第一电极和第二电极；并且，至少在位于该连接部分一侧的所述第一连接片或者所述第一连接元件上设置有导向装置(112，114；120，122；124，126；132，134)，以便通过所述导向装置使多余的所述导电粘合剂远离不与所述第一连接片或所述第一连接元件电连接的第二导电路径(32)流动。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述导向装置包括穿过所述第一连接元件的位于所述支承件中的孔(112，114)。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述导向装置包括在所述第一连接元件的粘合区域内并在第二导电路径(32)的相对侧上切入所述支承件的凹槽(120，122)。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述导向装置包括在所述第一连接元件或者第一连接片与所述第二电极之间沿所述第一连接元件或者第一连接片设置的至少一个第一突出部(124，126)。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述导向装置还包括垂直于所述第一突出部并沿所述第一连接元件或者连接片的侧面设置的另外两个突出部(128a，128b；130a，130b)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其特征在于，所述第一和第二连接片两者或者所述第一和第二连接元件两者均设置有导向装置。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，设有穿过所述第一连接片的开口以便在所述壳体内定位所述谐振器。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述开口是穿过所述中心臂加工出的孔(54，56)。
9.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述开口是在所述中心臂的面向其中一个所述振动臂的一侧上加工出的凹槽(58，60)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的组件，其特征在于，设置有两个分别穿过所述第一和第二连接片的开口，以便在所述壳体内定位所述谐振器。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其特征在于，在所述中心臂的所述第一连接片中加工有盲孔(140，142)形式的开口。
12.一种用于在根据权利要求1的组件的壳体中固定压电谐振器的方法，其中所述固定方法包括以下步骤：
-利用所述导电粘合剂将所述连接片分别粘合到所述对应的连接元件上；
-通过所述导向装置将多余的所述导电粘合剂引离所述第二导电路径。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，设置穿过所述第一连接片的开口，该方法包括如下初始步骤：通过从所述开口观察所述导向装置而将所述谐振器定位在所述壳体内。
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