CN220359134U - 压电谐振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微机电系统技术领域，具体涉及一种压电谐振器，包括谐振体、第一电极、弹性结构以及压电层，所述第一电极位于所述谐振体的下方，且在第一方向上与所述谐振体间隔设置；所述弹性结构与所述谐振体连接，并朝向于所述第一方向不平行的第二方向延伸；所述压电层设置于所述弹性结构的上表面，用于在驱动电压的作用下，使弹性结构发生形变，以使所述谐振体与所述第一电极的间隙发生变化，实现压电驱动；由于谐振体的面外运动带动弹性结构形变，基于压电效应，压电层电荷产生变化，变化的电荷用于压电感应，有效提升了压电谐振器的品质因子。

Description

压电谐振器

技术领域

本实用新型涉及微机电系统技术领域，具体涉及一种压电谐振器。

背景技术

随着微电子技术和微机械技术的发展及应用，对谐振器的响应速度、测量精度和测量范围提出了更高的要求。

现有的谐振器的驱动方式主要以静电驱动为主，但市场使用静电驱动的谐振器功能单一，已不能完全满足使用需求。且由于静电驱动方式的谐振器设计时需要配置至少一对电极，但是电极的位置、绝缘方式和电学引出都需要在结构设计时加以考虑，从而使得结构更加复杂，因此静电驱动方式存在局限性。

实用新型内容

本公开的目的在于提供一种压电谐振器，进而克服功能单一、结构复杂的问题。

本公开提供一种压电谐振器，所述压电谐振器包括：

谐振体；

第一电极，位于所述谐振体的下方，且在第一方向上与所述谐振体间隔设置；

弹性结构，与所述谐振体连接，并朝向于所述第一方向不平行的第二方向延伸；

压电层，设置于所述弹性结构的上表面，用于在驱动电压的作用下，使弹性结构发生形变，带动所述谐振体做面外运动。

在本公开的一种示例性实施例中，在沿所述第一方向的周向方向上所述弹性结构分布有多组，每组所述弹性结构上均设有所述压电层，能够增加驱动强度，且能够增加所述弹性结构的结构强度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一方向和所述第二方向垂直，多组所述弹性结构沿所述第一方向的周向方向等间隔设置，便于多个所述谐振体的组合安装，这样的设计能够使所述谐振体受到均匀的力。

在本公开的一种示例性实施例中，所述弹性结构的数量为四组，具体根据实际情况设置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述弹性结构的上表面与所述谐振体的上表面处于同一水平面，能够简化工艺，降低制造难度。

在本公开的一种示例性实施例中，每组所述弹性结构设置的数量为两个，每组的两个所述弹性结构间隔设置，避免电信号干扰。

在本公开的一种示例性实施例中，所述谐振体上开设有通孔，能够实现所述谐振体的结构释放和降低所述谐振体的刚度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述通孔在所述第二方向的周向上设置，以使所述压电谐振器能够储能。

在本公开的一种示例性实施例中，所述压电谐振器还包括第二电极，所述第二电极位于所述谐振体的上方，且在所述第一方向上与所述谐振体间隔设置。

本公开方案的一种压电谐振器，具有以下有益效果：在弹性结构的上表面设置压电层，向压电层施加驱动电压，从而带动谐振体做面外运动，引起谐振体与第一电极层的间隙发生变化，实现压电驱动；由于谐振体的面外运动带动弹性结构形变，基于压电效应，压电层电荷产生变化，变化的电荷用于压电感应，有效提升了压电谐振器的品质因子。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中压电谐振器的轴测图；

图2是本实用新型实施例中压电谐振器的A处的放大示意图；

图3是本实用新型实施例中压电谐振器另一实施例的放大示意图；

图4是本实用新型实施例中压电谐振器的俯视图；

图5是本实用新型实施例中压电谐振器的运行示意图；

图6是本实用新型实施例中另一压电谐振器的俯视图。

附图标记说明：

100、谐振体；200、第一电极；300、弹性结构；400、压电层；510、通孔。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

需要说明的是：在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本公开实施例提供一种压电谐振器，如图1所示，包括谐振体100、第一电极200、弹性结构300以及压电层400，压电层400设置在弹性结构300的上表面，向压电层400施加驱动AC电压，从而使谐振体100做面外运动(参照图5所示，谐振体100的面外运动是谐振体100的中心区域在第一方向上进行上凸下凹运动)，从而使谐振体100与第一电极200的间隙发生变化；由于弹性结构300形变，基于压电效应，压电层400电荷产生变化，变化的电荷用于静电感应，有效提升了压电谐振器的品质因子。本实施例中，图1中Y轴为第一方向，X轴为第二方向，第一方向垂直于第二方向；谐振体100在第一方向上背离第一电极200的方向定义为上方，靠近第一电极200的方向定义为下方。其上方、下方等方向基于本实施例附图描述，不应作为对本发明的限制。

参照图1至图4所示，谐振体100包括十个面，具体为八个侧面和两个表面，八个侧面垂直于第一电极200，两个表面平行于第一电极200；本实施例中，表面垂直于侧面。

参照图6所示，谐振体100设有通孔510，通过通孔510能够实现谐振体100结构释放，并且降低谐振体100的刚度。通孔510能够作为蚀刻孔在谐振体层上实现谐振体100结构释放，替代传统的键合技术，降低工艺难度；另外，通孔510能够降低谐振体100的刚度，从而提高谐振体100的振幅和提高压电谐振器的灵敏度。

在一些实施例中，通孔510在所述第二方向的周向上设置，且通孔510在第二方向的周向上设于谐振体100的边缘，通孔510的大小和位置根据实际情况选择。这样设计的通孔510能够储能，从而提高品质因子。

参照图1所示，第一电极200位于谐振体100的下方，且在第一方向上与谐振体100间隔设置。在一些实施例中，向第一电极200施加驱动AC电压，以诱导谐振体100做面外运动。由于压电层400设置于弹性结构300的上表面，谐振体100的面外模态运动引起弹性结构300形变，基于压电效应，压电层400用于压电感应。

参考图1所示，弹性结构300与谐振体100连接，并朝向于第一方向不平行的第二方向延伸。

在一些实施例中，在沿第一方向的周向上弹性结构300分布有多组，每组弹性结构300上均设有压电层400，能够增加压电层400与第一电极200的接触面积，增加驱动强度，且能够增加弹性结构300的结构强度。

本实施例中，在谐振体100相对应的两个侧面上设置一组弹性结构300，弹性结构300的数量为四组，以使邻组的弹性结构300之间的夹角为90度形成对称结构。且每组弹性结构300的数量为两个，每组的两个弹性结构300间隔设置，以避免电信号干扰。

在一些实施例中，多组弹性结构300沿第一方向的周向方向等间隔设置，以使弹性结构300在谐振体100的侧面上形成对称结构，进而减少加工误差、应力更加集中。

参照图2所示，弹性结构300垂直于谐振体100的侧面并向外部延伸，使得压电谐振器具有规则的结构，减小压电谐振器的制造难度，减小工艺误差。

在一些实施例中，参照图3所示，第一方向与第二方向设有夹角α，其中0°＜α＜90°)，弹性结构300上表面与谐振体100上表面有夹角α，弹性结构300沿第二方向上在谐振体100的侧面上向外延伸，可有效减小锚点损耗、增大Q值。

参照图1和图2所示，压电层400设于弹性结构300的上表面，压电层400没有延伸至谐振体100上，这样设计能够提高压电谐振器的温度特性，即减少谐振体100与压电层400的接触面积，可以提高压电谐振器的温度特性。

在一些实施例中，弹性结构300的上表面与谐振体100的上表面处于同一水平面，压电层400直接设置在弹性结构300的上表面，能够简化工艺，降低制造难度。

在另一些实施例中，弹性结构300的上表面设置有凹槽，压电层400设置于凹槽中，有助于释放结构应力。

在一些实施例中，压电层400设于弹性结构300上并延伸至谐振体100上，这样的设计能够增加电压的传导面积，能够增加驱动强度，以增加谐振体100运动强度。

在其他实施例中，综合温度特征和驱动强度等因素，根据实际情况选择压电层400的覆盖面积，以同时兼顾温度特性和驱动强度。

参照图1至图4所示，压电层400边缘与弹性结构300边缘设有间距，以防止压电层400与其他电路接触，从而避免短路和碰撞损伤。

本实施例中，压电谐振器还包括衬底，衬底设置在第一电极200的下方，衬底用于支撑谐振体100。

本实施例中，压电谐振器还包括第二电极，第二电极设置在谐振体100的上方，且第二电极在第一方向上与谐振体100间隔设置。在压电谐振器通入AC驱动电压时，第一电极200和第二电极两者与谐振体100之间的间隙发生变化，同时对第一电极200和第二电极的电荷做差分检测，检测第一电极200和第二电极中电荷的变化，能够消除寄生电容的干扰，提高静电感应的精度。

对于本领域技术人员而言，上述驱动电极对应的驱动电路以及感测电路，可以是常规的众所周知的类型，故而在此不一一赘述。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置(设有)”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本说明书的描述中，术语“下方”、“上方”、“上表面”、“下表面”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，故但凡依本公开的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本公开专利涵盖的范围之内。

Claims (9)

1.一种压电谐振器，其特征在于，所述压电谐振器包括：

谐振体；

第一电极，位于所述谐振体的下方，且在第一方向上与所述谐振体间隔设置；

弹性结构，与所述谐振体连接，并朝向于所述第一方向不平行的第二方向延伸；

压电层，设置于所述弹性结构的上表面，用于在驱动电压的作用下，使弹性结构发生形变，带动所述谐振体做面外运动。

2.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，在沿所述第一方向的周向方向上所述弹性结构分布有多组，每组所述弹性结构上均设有所述压电层。

3.根据权利要求2所述的压电谐振器，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向垂直，多组所述弹性结构沿所述第一方向的周向方向等间隔设置。

4.根据权利要求3所述的压电谐振器，其特征在于，所述弹性结构的数量为四组。

5.根据权利要求3所述的压电谐振器，其特征在于，所述弹性结构的上表面与所述谐振体的上表面处于同一水平面。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的压电谐振器，其特征在于，每组所述弹性结构设置的数量为两个，每组的两个所述弹性结构间隔设置。

7.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述谐振体上开设有通孔。

8.根据权利要求7所述的压电谐振器，其特征在于，所述通孔在所述第二方向的周向上设置。

9.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述压电谐振器还包括第二电极，所述第二电极位于所述谐振体的上方，且在所述第一方向上与所述谐振体间隔设置。