CN220553997U - 一种mems谐振器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种MEMS谐振器，所述MEMS谐振器包括至少两个谐振体以及连接谐振体的耦合梁，在锚点与耦合梁之间设置多级软连接结构并将锚点固定在衬底上以通过锚点支撑整个MEMS谐振器，将锚点通过柔性软连接结构引出至谐振器的外部，从而能够降低MEMS谐振器与支撑锚点之间的能量传输损耗，即降低MEMS谐振器的锚点损耗，提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)，同时使得MEMS谐振器的能量损失在变小的同时又能够更加稳定，此外通过在耦合梁上设置的第一孔以及在第二连接梁上设置的第二孔结构，可以缓解应力引起的锚点损耗，从而进一步提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)。
Description
技术领域
本实用新型涉及微机电系统技术领域，特别是涉及一种MEMS谐振器。
背景技术
微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是一种基于微电子技术和微加工技术的一种高科技领域。MEMS技术可将机械构件、驱动部件、电控系统、数字处理系统等集成为一个整体的微型单元。MEMS器件具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，利用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事，物联网等领域中都有着十分广阔的应用前景。
品质因数(Q值)作为谐振器的一个重要物理量，其表示谐振器在单位时间内能量的储存与能量的损耗比率，品质因数(Q值)越大，表示谐振器系统的能量损失越小，谐振器系统越稳定，品质因数(Q值)越小，表示谐振器系统的能量损失越大，谐振器系统越不稳定，谐振器与中心支撑锚点之间的能量传输损耗被称为锚点损耗，谐振器的品质因数(Q值)与锚点损耗之间存在一定的关系，一般来说，锚点损耗会引起谐振器与支撑锚点之间的能量传输损耗，从而导致MEMS谐振器的品质因数(Q值)降低，最终导致谐振器系统的能量损失更大，谐振器系统更不稳定。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种MEMS谐振器，用于解决现有技术中MEMS谐振器由于存在锚点损耗而引起的MEMS谐振器与支撑锚点之间的能量传输损耗，从而导致MEMS谐振器的品质因数(Q值)降低，并由此导致的MEMS谐振器的能量损失以及不稳定的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种MEMS谐振器，所述MEMS谐振器包括：
谐振体，所述谐振体的数量至少为两个，所述谐振体用于产生谐振；
耦合梁，所述耦合梁的两端分别与所述谐振体连接；
软连接结构，所述软连接结构至少包括第一连接梁和第二连接梁，其中，所述第一连接梁与所述耦合梁连接，且所述第一连接梁与所述第二连接梁连接；
锚点，所述锚点与所述第二连接梁连接，且所述锚点位于衬底上以通过所述锚点支撑MEMS谐振器。
可选地，所述谐振体的数量可以为偶数或奇数，且所述谐振体以所述耦合梁的交叉点为中心呈均匀环绕分布。
可选地，所述谐振体形状结构包括圆环、多边形环中的一种或多种。
可选地，所述谐振体的振动模态为WG模态、Lame模态和Wine glass模态中的一种。
可选地，所述软连接结构的数量等于所述谐振体的数量。
可选地，所述第一连接梁为“工”字形，所述第一连接梁的其中两个角点与所述耦合梁连接，所述第一连接梁的另外两个角点与所述第二连接梁连接。
可选地，所述耦合梁上设有第一孔结构，且所述第一孔结构关于所述耦合梁的交叉点对称分布。
可选地，所述第二连接梁上还设有第二孔结构，且所述第二孔结构关于所述耦合梁的交叉点对称分布。
可选地，所述第一连接梁和所述第二连接梁均为柔性连接梁。
可选地，所述谐振体还包括有至少一个驱动电极和至少一个感测电极，其中，所述至少一个驱动电极和至少一个感测电极相对设置于所述谐振体的两侧。
如上所述，本实用新型的MEMS谐振器，具有以下有益效果：相比于常规技术而言，本实用新型将锚点通过柔性连接梁引出至谐振器的外部，从而降低MEMS谐振器与支撑锚点之间的能量传输损耗，即降低MEMS谐振器的锚点损耗，提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)，同时使得MEMS谐振器的能量损失在变小的同时又能够更加稳定，通过在耦合梁上设置的第一孔以及在第二连接梁上设置的第二孔结构，可以缓解应力引起的损耗，从而进一步提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)。
附图说明
图1显示为本实用新型的MEMS谐振器的一种结构示意图。
图2显示为本实用新型的MEMS谐振器的另一种结构示意图。
元件标号说明
101、谐振体；102、耦合梁；103、第一连接梁；104、第二连接梁；105、锚点；106、第一孔结构；107、第二孔结构。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
请参阅图1和图2，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图所示，本实用新型提供一种MEMS谐振器，所述MEMS谐振器包括：谐振体101，所述谐振体101的数量至少为两个，所述谐振体101用于产生谐振；耦合梁102，所述耦合梁102的两端分别与所述谐振体101连接；软连接结构，所述软连接结构至少包括第一连接梁103和第二连接梁104，其中，所述第一连接梁103与所述耦合梁102连接，且所述第一连接梁103与所述第二连接梁104连接；锚点105，所述锚点105与所述第二连接梁104连接，且所述锚点105位于衬底上以通过所述锚点105支撑MEMS谐振器。
本申请的MEMS谐振器通过所述锚点105设置在衬底上，衬底包括但不限于为硅掺杂衬底，整体上为平面状结构件。
谐振体101也可以称为振子，用于产生所需频率的振动，即产生预设谐振频率的谐振。在实际场景中，谐振体101的形状结构可以为环状结构，其横截面形状可以为图1至图2所示的圆环形，当然在其它实施例中，其横截面形状也可以为圆形板状或方形板状以及多边形环中的任意一种，谐振体101还可以为封闭式连接结构或非封闭式连接结构，在此不做限定。
组成MEMS谐振器的所有部件均可以由半导体材料制成。例如，元素周期表第IV列中的材料，包括但不限于硅、锗、碳、及其适应性组合物或者化合物，例如硅锗或碳化硅；再例如，元素周期表第III-V列中材料的组合物或者化合物，包括但不限于磷化镓、磷化铝镓；又例如，元素周期表第III、IV、V或VI列中材料的组合物或者化合物，包括但不限于氮化硅、氧化硅、碳化铝、氮化铝和氧化铝中的至少一种；当然，还可以包括金属硅化物、锗化物和碳化物中的至少一种，包括但不限于硅化镍、硅化钴、碳化钨和硅化铂锗中的至少一种；掺杂变体，包括但不限于磷、砷、锑、硼或铝掺杂的硅或锗、碳或锗的组合，例如硅锗；具有各种晶体结构的材料及其适应性组合(可以是掺杂的也可以是未掺杂的材料)，包括但不限于单晶、多晶、纳米晶和无定形晶体中的至少一种。
在一些实施例中，所述谐振体101的数量可以为偶数或奇数，且所述谐振体101以所述耦合梁102的交叉点为中心呈均匀环绕分布。
具体的，谐振体101的数量至少为两个，且谐振体101的数量既可以呈偶数设置，也可以呈奇数设置，且谐振体101的数量无论是奇数还是偶数个，谐振体101以所述耦合梁102的交叉点为中心呈均匀环绕分布，例如，当谐振体101的数量为两个时，谐振体101位于耦合梁102的两端部，当谐振体101的数量为三个时，相邻的谐振体101之间成120度角分布。在本实施例中，如图1所示，谐振体101的数量为四个，且四个谐振体101以耦合梁102的交叉点为中心呈均匀环绕分布，相邻的谐振体101之间成90度角分布，通过谐振体101的对称结构设计可以减小光刻误差导致的MEME谐振器的品质因数(Q值)偏低。
在一些实施例中，所述谐振体101的振动模态为WG模态、Lame模态和Wine glass模态中的一种。
具体的，如图1所示，MEME谐振器的耦合梁102呈十字型结构设计，此时，四个谐振体101呈圆环形并设置在十字型结构的四个端部，以形成相应的谐振单元，此时，谐振体101可以以WG模态谐振。当然，在其它实施例中，谐振体101的形状还可以为方形环、三角形环或多边形环中的一种或多种，谐振体101的振动模态还可以为Lame模态和Wine glass模态，在此不做限定。
在本实施例中，所述MEMS谐振器中设置有软连接结构，软连接结构包括第一连接梁103和第二连接梁104，其中，第一连接梁103与耦合梁102连接且与第二连接梁104连接。
具体的，如图1所示，第一连接梁103为“工”字形，其中，第一连接梁103的其中两个角点与耦合梁102连接，第一连接梁103的另外两个角点与第二连接梁104连接，第二连接梁104与外置的锚点105连接，第一连接梁103的“工”字形的设计，可以缓冲耦合梁102与锚点105之间的应力，从而降低MEMS谐振器与支撑锚点105之间的能量传输损耗，从而提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)。
在一些实施例中，所述第一连接梁103和所述第二连接梁104均为柔性连接梁。
具体的，在本实施例中，第一连接梁103和第二连接梁104均为柔性连接梁，其具有良好的弹性，通过柔性连接梁的设置，以使得锚点105通过第一连接梁103和第二连接梁104引出至MEMS谐振器的外部，从而降低MEMS谐振器与支撑锚点105之间的能量传输损耗，提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)。
在一些实施例中，所述耦合梁102上设有第一孔结构106，且所述第一孔结构106关于所述耦合梁102的交叉点对称分布。
具体的，如图2所示，在耦合梁102上设置有多个第一孔结构106，第一孔结构106关于耦合梁102的交叉点对称分布，第一孔结构106的存在可以缓解MEMS谐振器与锚点105之间存在的应力以及由其引起的能量损耗，从而进一步提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)。
在一些实施例中，所述第二连接梁104上还设有第二孔结构107，且所述第二孔结构107关于所述耦合梁102的交叉点对称分布。
具体的，如图2所示，在第二连接梁104上还设有第二孔结构107，第二孔结构107关于耦合梁102的交叉点对称分布，第二孔结构107可以进一步缓解MEMS谐振器与锚点105之间存在的应力以及由其引起的能量损耗，从而提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)。
在本实施例中，第一孔结构106和第二孔结构107的形状为长条形状，当然，在其它实施例中，第一孔结构106和第二孔结构107的形状还可以为其它形状，在此不作限定。
在本实施例中，谐振体101还包括有至少一个驱动电极和至少一个感测电极，其中，所述至少一个驱动电极和至少一个感测电极相对设置于所述谐振体101的两侧。
具体的，驱动电极与感测电极的位置可以进行互换；在MEMS谐振器处于工作状态时，只需要保证驱动电极与感测电极相对设置在谐振体101的两侧即可，驱动电极与驱动电路连接，以诱导谐振体101进行振荡或振动，其中，该谐振体101的振荡或振动具有谐振频率；感测电极与感测电路连接，以感测、采样并检测具有该谐振频率的信号。
对于本领域技术人员而言，本实施例中的驱动电极、驱动电路、感测电极以及感测电路，可以是目前常规工艺中众所周知的类型，在此不进行一一赘述。
综上所述，本实用新型的MEMS谐振器，包括至少两个谐振体以及连接谐振体的耦合梁，在锚点与耦合梁之间设置多级软连接结构，将锚点通过柔性软连接结构引出至谐振器的外部，从而能够降低MEMS谐振器与支撑锚点之间的能量传输损耗，即降低MEMS谐振器的锚点损耗，提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)，同时使得MEMS谐振器的能量损失在变小的同时又能够更加稳定，此外通过在耦合梁上设置的第一孔以及在第二连接梁上设置的第二孔结构，可以缓解应力引起的锚点损耗，从而进一步提高MEMS谐振器的品质因数(Q值)。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种MEMS谐振器，其特征在于，所述MEMS谐振器包括：
谐振体，所述谐振体的数量至少为两个，所述谐振体用于产生谐振；
耦合梁，所述耦合梁的两端分别与所述谐振体连接；
软连接结构，所述软连接结构至少包括第一连接梁和第二连接梁，其中，所述第一连接梁与所述耦合梁连接，且所述第一连接梁与所述第二连接梁连接；
锚点，所述锚点与所述第二连接梁连接，且所述锚点位于衬底上以通过所述锚点支撑MEMS谐振器。
2.根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述谐振体的数量可以为偶数或奇数，且所述谐振体以所述耦合梁的交叉点为中心呈均匀环绕分布。
3.根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述谐振体形状结构包括圆环、多边形环中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述谐振体的振动模态为WG模态、Lame模态和Wine glass模态中的一种。
5.根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述软连接结构的数量等于所述谐振体的数量。
6.根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述第一连接梁为“工”字形，所述第一连接梁的其中两个角点与所述耦合梁连接，所述第一连接梁的另外两个角点与所述第二连接梁连接。
7.根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述耦合梁上设有第一孔结构，且所述第一孔结构关于所述耦合梁的交叉点对称分布。
8.根据权利要求1所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述第二连接梁上还设有第二孔结构，且所述第二孔结构关于所述耦合梁的交叉点对称分布。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述第一连接梁和所述第二连接梁均为柔性连接梁。
10.根据权利要求9所述的MEMS谐振器，其特征在于：所述谐振体还包括有至少一个驱动电极和至少一个感测电极，其中，所述至少一个驱动电极和至少一个感测电极相对设置于所述谐振体的两侧。
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| CN202322290557.0U CN220553997U (zh) | 2023-08-24 | 2023-08-24 | 一种mems谐振器 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN220553997U true CN220553997U (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=90005582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322290557.0U Active CN220553997U (zh) | 2023-08-24 | 2023-08-24 | 一种mems谐振器 |
Country Status (1)
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-
2023
- 2023-08-24 CN CN202322290557.0U patent/CN220553997U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |