TW201924216A - 小的壓電共振器 - Google Patents

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Abstract

本發明有關於一種壓電共振器，其包含一基底以及從基底延伸的至少兩振動臂(3)，至少兩個凹槽(4a、4b)在臂的長度的一部分上以及臂的上表面與下表面上彼此相對地形成。在上表面上的凹槽的深度小於每個臂的總厚度的30%以及在下表面上的凹槽的深度大於每個臂的總厚度的50%，或者相反。

Description

小的壓電共振器
本發明係有關於小的壓電共振器。這個壓電共振器可以是一石英音叉共振器，旨在與測時、計算、電信甚至醫學領域中的至少一個電子電路結合使用。
在習知的壓電音叉共振器中，一電激發場係由電極建立在平行於面中的一面的方向上，其中該些電極中的一些設置在該面上。此種共振器包含一基底與兩個通常彼此平行並且在相同方向上從基底延伸的振動臂。 　　如此一來，可以引用專利第FR 2 467 487 號，其揭示一種壓電音叉共振器。如圖1所示，這個共振器1包含一基底2與從基底延伸的兩個振動臂3、3’。在每個臂3、3’的下表面上及/或上表面上產生至少一凹槽4a、4a’、4b、4b’。這些臂具有H形橫截面，其具有相同深度的凹槽4a、4a’、4b、4b’，以便提供對稱配置。利用未示出並部分地設置在臂的對稱凹槽中的電極配置，這允許藉由電場的更均勻的激發來降低功耗。然而，品質因子沒有充分地改善。 　　為了進一步減少此種壓電音叉共振器的尺寸，如專利第US 6,587,009 B2號所揭示的，設想在共振器的基底上產生凹口，以便允許用於將共振器固定在其殼體中的區域與固定在基底的另一側上的振動臂的機械去耦。此外，也在共振器之每一個臂上產生凹槽。首先，在上表面上產生凹槽，並且在每個臂的下表面上產生凹槽，這兩個凹槽彼此相對。凹槽的深度為介於每個臂的總厚度的30%和50%之間。這些臂也具有H形橫截面和對稱形狀，不利於由於化學蝕刻的不對稱。然而，利用在共振器的每個臂中的凹槽的這種配置，必須藉由使兩個面的凹槽具有不同的深度來最佳化所述共振器的品質因子。 　　專利申請第US 2010 / 0277041 A1號揭示了一種壓電共振器，其具有從基底延伸的兩個平行臂。每一個臂包含在每個臂的長度上並排產生的兩個平行的凹槽。一第一凹槽是從一第一面產生並且其深度大於臂的厚度的50%，而一第二凹槽是從一第二相對面產生並且其深度大於臂的厚度的50%。凹槽在長度上以對稱及平行的方式配置。為了使兩個凹槽並排，凹槽的寬度受到限制，這對於小臂的凹槽的寬度和深度之間的比率是不利的。 　　專利第US 7,626,318 B2號和專利申請第US2013 / 0175903A1號也揭示了一種壓電共振器，其具有至少兩個從基底延伸的平行臂。在每個臂中產生上表面上的凹槽和下表面上的凹槽，但是具有相同的深度並因此具有對稱的形狀。必須藉由使兩個面的凹槽具有不同深度來優化共振器的品質因子。 　　本發明的主要目的是允許改進音叉共振器的品質因子，而不會使這種小共振器的生產複雜化。
因此，本發明的目的是提出一種小型壓電諧振器，以克服上述先前技術的缺點，以便改善共振器的品質因子，而不會使這種共振器的生產複雜化。 　　為此，本發明有關於一種壓電共振器，其包含獨立項第1項中提到的特徵。 　　壓電共振器的實施例界定在附屬項第2至18項。 　　壓電共振器的優點在於，每個臂包括在下表面上的至少一個凹槽和/或在上表面上的一個凹槽，其深度小於每個臂的厚度的30%或者大於每個臂的厚度的50%。 　　有利地，兩個凹槽彼此相對地產生在每個臂的下表面和上表面上。一側的第一凹槽的深度小於每個臂的厚度的30%，且另一側的第二凹槽的深度大於每個臂的厚度的50%，甚至至少65%，其提供兩個不對稱的凹槽。 　　有利地，特別是與對稱凹槽的情況相比，藉由選擇適當的表面來產生相對於共振器的晶體取向的深凹槽和淺凹槽，證明了共振器的品質因子Q得到改善。憑藉這種改進，與現有技術的共振器相比，這允許品質因子增加近15%。
在整個以下敘述中，將不詳細解釋壓電共振器的所有部分，這些部分是所屬技術領域中具有通常知識者已知的。還應注意到提供以下敘述用於能夠主要在基本彎曲模式下振蕩的石英壓電音叉共振器。晶體軸的定義和彈性係數的符號符合標準IEC 60758。因此，以下敘述同樣適用於右手石英和左手石英。 　　本發明的壓電共振器1包含(如先前技術之圖1中所示)基底2和兩個在晶體軸X的方向上連接至基底2並且在晶體軸Y或-Y的方向上從基底延伸的的振動臂3、3’。共振器的主軸的取向可以偏離晶體軸幾度而不會減損所敘述的效應。例如，為了調整共振器的熱特性，應用這種部分的旋轉。壓電共振器1較佳地為具有兩個臂3、3’的音叉共振器，該兩個臂為了產生振盪能夠振動。 　　該兩個臂通常從基底2設置，部分地彼此平行，並且例如具有相似的形狀和尺寸。從每個臂的下表面和/或上表面在每個臂3、3’上在晶體軸Z的方向上產生至少一個凹槽4a、4a’、4b、4b’。較佳地，在兩個臂3、3’的上表面上產生凹槽4a、4a’並且在兩個臂3、3’的下表面上產生凹槽4b、4b’。產生在每一個臂中的兩個凹槽彼此相對設置，但為了形成不對稱凹槽它們具有不同深度。 　　每個臂3、3’的上表面可以在基底2的上表面的延伸部分中，而每個臂3、3’的下表面可以在基底2的下表面的延伸部分中。連接至電極的連接端(其設置在臂的面上並且未圖式)係設置在基底2的下表面上。當共振器組裝在電子元件的殼體中時，這些連接端習知地固定在連接支撐步驟上。然而，還可以設想基底2的厚度小於或大於連接到基底2的每個臂3、3’的厚度。 　　臂上的電極配置可以與專利第EP 1 633 042 B1號中段落32中敘述及圖6A中所示的配置相同。 　　如圖2a和2b所示，在每個臂3之上表面上的凹槽4a的深度d+z 可以不同於在每個臂3之下表面上的凹槽4b的深度d-z 。可以判定深度的差值r=d-z -d+z 。利用兩個不對稱的凹槽，第一凹槽4a的深度小於每個臂3的厚度w的30%，而，第二凹槽4b的深度大於50%，反之亦然。 　　根據第一個變化(顯示於圖2a中)，深度d-z 小於深度d+z ，其提供了非對稱凹槽的深度差值r＜0。根據第二個變化(顯示於圖2b中)，深度d-z 大於深度d+z ，其提供了非對稱凹槽的深度差值r＞0。圖2a和2b中的最大深度必須大於臂的總厚度的50%且較佳地接近65%，而最低深度必須小於臂的總厚度的30%且較佳地接近25%。還可以設想在一側上具有是臂的厚度的70%的最大凹槽深度，以及在另一側上是臂的厚度的28%。 　　在這些條件下，特別有利的是底壁13很薄，如圖5所示，為了衰減一側壓縮與另一側延伸期間的應力傳遞，該壁還連接深凹槽與淺凹槽。這允許兩側之間的熱傳遞衰減，從而允許獲得低的熱彈性阻尼。 　　產生在每一臂3、3’之上表面上與下表面上的凹槽4a、4a’、4b及4b’的寬度較佳地中心位於每一臂的兩個邊緣或側壁b、b’之間，且具有相同的寬度或不同的寬度。僅作為非限制性實例，每個臂的寬度l可以是大約52µm，而厚度w可以是大約108µm。每個邊緣或側壁b、b’可以是大約5µm，這意味著每個凹槽的寬度e可以是大約42µm。從基底2的邊緣開始，每個凹槽的長度可以是大約700µm。基底2的寬度可以為大約170µm，並且基底在臂的方向上的長度可以為大約770µm。每個臂的長度可以是大約1160µm，並且兩個臂之間的空間可以是大約330µm。 　　通常，每個凹槽的沿著每個臂的長度可以是介於每個臂的長度的5%與100%之間，以及每個凹槽的寬度可以是介於每個臂的寬度的40%與90%之間。 　　除石英之外的材料可用於製造壓電共振器。可以使用諸如AlPO4、GaPO4、GaAsO4的材料；然而，需要注意的是，第一和第二凹槽相對於晶體軸的幾何尺寸和取向可以不同於對於石英所敘述的情況，因為它們取決於材料的彈性係數，特別是係數c14，對於所敘述共振器的取向，其必須具有參考標準IEC 60758的一負號。 　　因此，對於沿+Y方向延伸的臂(下文中稱為取向(X，+Y))顯示了圖2a和2b的一個臂的橫向截面的深度差。如果圖1中所示的臂的取向根據結晶取向在-Y方向上改變(下文稱為取向(X，-Y))，則圖2a和2b中的深凹槽改變側面。 　　由於晶體石英的各向異性特性，如果共振器的臂具有對稱的輪廓，則會產生關於軸Y的空間扭轉分量，其在疊加在方向X上彎曲模式。藉由破壞束(臂)的輪廓的對稱性，可以抑製或促進扭轉分量。除了其他方法之外，如上所示，這可以藉由將r=d-z –d+z 改變為不同的0值來實現，如圖2a和2b所示，其中d-z 是每個臂3、3’之下表面(側-Z)上凹槽4b、4b’相對於每個臂的厚度的深度，以及d+z 是在上表面(側+Z)上凹槽4a、4a’相對於每個臂的厚度的深度。 　　如圖2a與2b所示，數位研究顯示對於共振器的晶體取向(X，+Y)，r＜0時品質因子Q降低，r＞0時品質因子Q增加。在r＞0的該值處，品質因子將達到最大值，以及即使r更大也將再次降低。在圖3中，歸一化品質因子Q顯示為取決於r的實線。這個品質因子Q被視為在r=0.4附近具有一峰值，其對應於約為65%的d-z 和約為25%的d+z 。達到品質因子Q的最大值的r的值取決於臂的輪廓的精確幾何，並且具體地取決於寬度e的凹槽和臂的橫向壁之間的每個邊緣b、b’的寬度。 　　觀察到的行為可以藉由沿著圖3中的虛線示出並且疊加在彎曲模式上的扭轉分量的產生來解釋，該彎曲模式改變了共振器的臂中的應力分佈。這導致r＞0的熱彈性阻尼減小，因此品質因子Q至少增加到值r=40%。 　　在圖4a至4g中顯示了壓電共振器1的各種形狀，其中臂和凹槽的形狀被修飾，同時保持凹槽4a、4a’中的一個的深度低於另一個相對凹槽的深度，未顯示。根據晶體取向(X，+Y)，上表面上的凹槽4a和4a’的深度幾乎是臂的厚度的25%，而下表面上的凹槽深度接近臂的厚度的65%。如圖2a和2b所示，這些具有深度的凹槽可在圖4a至4g所示的共振器的每個實施例中找到。 　　圖4a顯示壓電共振器1的俯視圖，其中兩個振動臂3、3’藉由連接部分手段連接到基底2。基底2位於兩個振動臂3、3’之間並且平行於兩個臂3、3’。每個臂3、3’包含在上表面的凹槽4a、4a’以及在下表面上(未顯示)並且相對於在上表面上的凹槽的凹槽。凹槽被產生在每個臂之長度的一部分上並且從連接部分延伸到基底2。 　　圖4b顯示壓電共振器1的俯視圖，其中兩個振動臂3、3’藉由連接部分手段連接到基底2。這個壓電共振器類似於圖4a中所示的壓電共振器，其具有相同的凹槽4a、4a’的配置，除了基底2還包含用於將相對側固定到用於將臂3、3’連接到基底2之部分的端部。在這種情況下，基底2比臂3、3’長。 　　圖4c顯示壓電共振器1的俯視圖，其中兩個振動臂3、3’藉由連接部分手段連接到基底2。這個壓電共振器類似於圖4a或圖4b中所示的壓電共振器，其具有相同的凹槽4a、4a’的配置。不像圖4a與4b所示的實施例，基底2的長度比振動臂3、3’的長度短。每個臂3、3’在與用於將臂3、3’連接到基底2的部分之相對側處終止，且具有對稱的矩形鰭片。 　　圖4d顯示壓電共振器1的俯視圖，其中兩個振動臂3、3’藉由連接部分手段連接到基底2。共振器的一般形狀對應於圖4a中所示的共振器的形狀。連接部分進一步包含在方向Y上的槽5。這具有加寬連接到基底2的兩個臂3、3’的效果，同時保持所述共振器為小。在上表面上的凹槽4a、4a’與在每個臂的下表面上的凹槽也藉由在連接部分上延伸到基底2而設置。從上方看，每個凹槽是U形的。 　　圖4e顯示壓電共振器1的俯視圖，其中兩個振動臂3、3’藉由連接部分手段連接到基底2。這個實施例類似於圖4d中所示，除了它還在每個臂3、3’的端部設置有鰭片，該鰭片終止於與用於將臂3、3’連接到基底2的部分之相對側處。每個鰭片可以具有(例如)對稱的矩形形狀或其他形狀(未顯示)，而沒有對此特徵形狀的特定限制。 　　圖4f顯示壓電共振器1的俯視圖，其中兩個振動臂3、3’以與圖1所示相同的方式連接到基底2。然而，兩個臂3、3’中的每一個的寬度(其寬度從基底2連續線性地減小且至多到其自由端)也以矩形和對稱形狀的鰭片終止。產生在每個臂3、3’的上表面和下表面上的每個凹槽4a、4a’的寬度也從基底2連續線性地減小且至多到每一鰭片之前的臂的一部分。當然，上表面上的凹槽4a、4a’的深度不同於下表面上的凹槽的深度。此外，凹槽4a、4a’的深度從基底2減小至每個臂3、3’的自由端，同時保持其中一個凹槽的深度小於30%的臂的厚度以及另一個凹槽中的深度大於50%的臂厚度。還可以在基底2中設置槽，以改善振動臂3、3’與基底2之固定部分之間的機械去耦合。 　　圖4g顯示壓電共振器1的俯視圖，其中兩個振動臂3、3’藉由連接部分手段連接到基底2，如圖4a中部分所示。每個臂3、3’包含藉由連接部分連接到基底的第一延長部分。第一延長部分平行於基底2並且在基底2的整個長度上延伸。每個臂3、3’還包括平行於第一部分的第二延長部分，該第二延長部分藉由橫向部分連接到第一延長部分。每個臂3、3’的第二部分終止於矩形鰭片，鰭片對稱地朝向基底2延伸並且平行於連接部分。在每個臂3、3’的第一部分的上表面上形成第一凹槽4a、4a’，並且在每個臂3、3’的第二部分的上表面上形成第三凹槽6a、6a’。第二凹槽與第四凹槽也在每個臂3、3’的第一部分與第二部分的下表面上產生，並且分別與從上表面產生的第一凹槽與第三凹槽相對。第一凹槽4a、4a’與第三凹槽6a、6a’的深度可以相同或不同，並且第二凹槽和第四凹槽的情況相同。 　　還應注意，在圖4a至4g所示的實施例中，還可以設想每個臂在每個上表面和下表面上具有兩個小的平行凹槽，同時在上表面上提供具有與下表面上的凹槽深度不同的深度的凹槽4a、4a’。 　　圖5概略地顯示壓電共振器的臂3的橫截面，其包含從臂3的上表面產生的凹槽4a與從臂3的下表面產生的凹槽4b。在石英的情況下，上表面上的凹槽4a較佳地比下表面上的凹槽4b的深度淺，用於沿著晶體軸的共振器的取向(X，+Y)。在臂3的槽的底部處產生連接臂的側壁的一薄底部壁13。 　　電極m1和m2在每個臂的面上產生。這些電極通常是金屬電極。第一電極m1例如在臂的側面上產生，而第二電極m2例如在槽4a和4b中產生。根據電極m1、m2的這種配置以及具有凹槽4a、4b的臂3的形狀，這形成了一種平面電容器的類型。 　　第一電極m1連接到第一電性連接端子E1，而第二電極m2連接到振盪器電路中的第二電性連接端子E2。在共振器的操作期間，可以隨時間變化的電壓差施加到端子E1和E2，其在一界定的共振頻率下在電極m1和m2之間產生一可變電場。 　　因此，如圖5所示並且根據石英共振器的晶體取向，產生應力，因為在電場和機械應力之間存在一耦合。因而，面或側壁中的一個被壓縮，而另一個面或側壁延伸，這產生了熱。利用連接臂3的兩個側壁的薄底部壁13，這允許衰減熱鬆弛，因此在一側壓縮與另一側延伸期間衰減了熱力學損失。因此，利用凹槽4a，4b的調適深度獲得品質因子Q的增加。 　　還應注意，石英共振器藉由與第一電容器和電感器串聯的電阻器被界定在兩個電性連接端子E1和E2之間。第二寄生電容器與由電阻器、第一電容器和電感器形成的組件平行配置。電阻器表現出必須受到限制的損失，而第一電容器必須具有高值以改善電性耦合。 　　圖6a顯示壓電共振器1的俯視圖，其中兩個振動臂3、3’以如圖4g的變化連接到基底2。此外，圖6b和6c顯示圖6a中所示的共振器的一個臂的第一延長部分與第二延長部分的兩個縱向部分A-A與B-B。 　　如上參考圖4g所解釋的，每個臂3、3’包含藉由連接部分連接到基底的第一延長部分。第一延長部分平行於基底2。每個臂3、3’還包括平行於第一部分的第二延長部分，該第二延長部分藉由橫向部分連接到第一延長部分。每個臂3、3’的第二部分終止於矩形鰭片，鰭片對稱地朝向基底2延伸並且平行於連接部分。 　　在圖6a中，具有第一深度的第一凹槽4a、4a’與具有與第一深度不同的第二深度的第一互補式凹槽14a、14a’被產生在每個臂3、3’的第一部分的上表面上。具有第二深度的第三凹槽6a、6a’與具有與第二深度不同的第一深度的第三互補式凹槽16a、16a’被產生在每個臂3、3’的第二部分的上表面上。第二凹槽與第四凹槽和第二互補式凹槽與第四互補式凹槽進一步產生在每個臂3、3’的第一部分與第二部分之下表面上，分別相對於從上表面產生的第一凹槽4a、4a’與第三凹槽6a、6a’和第一互補式凹槽14a、14a’與第三互補式凹槽16a、16a’。 　　第一凹槽深度可以選擇為每個臂的總厚度的50%以上，以及第二凹槽深度可以選擇為小於每個臂的總厚度的30%。當然，可以設想第一凹槽深度小於每個臂的總厚度的30%，並且第二凹槽深度大於每個臂的總厚度的50%。 　　圖6b、6c分別示出了臂3’的第一部分與第二部分的縱向截面A-A和B-B的視圖。第一部分包含第一凹槽4a’和第一互補凹槽14a’，它們在上表面上形成連續或分段的凹槽，但具有不同的深度。第一部分更包含在下表面上的第二凹槽4b’和第二互補凹槽14b’，它們也在下表面上形成連續或分段的凹槽，但具有不同的深度。如果第一凹槽4a’具有第一深度，則產生具有第二深度的第二凹槽4b’，而如果產生具有第二深度的第一互補凹槽14a’，則產生具有第一深度的第二互補凹槽14b’。於此情況下，第一深度大於臂3’之總厚度的50%，而第二深度小於臂3’之總厚度的30%。因此第一凹槽4a’的長度必須小於第二凹槽4b’的長度，而第一互補凹槽14a’的長度必須大於第二互補凹槽14b’的長度。 　　第二部分包含第三凹槽6a’和第三互補凹槽16a’，它們在上表面上形成連續或分段的凹槽，但具有不同的深度。第二部分更包含在下表面上的第四凹槽6b’和第四互補凹槽16b’，它們也在下表面上形成連續或分段的凹槽。如果第三凹槽6a’具有第二深度，則產生具有第一深度的第四凹槽6b’，而如果產生具有第一深度的第三互補凹槽16a’，則產生具有第二深度的第四互補凹槽16a’。於此情況下，第一深度大於臂3’之總厚度的50%，而第二深度小於臂3’之總厚度的30%。因此第三凹槽6a’的長度必須大於第四凹槽6b’的長度，而第三互補凹槽16a’的長度必須小於第四互補凹槽16b’的長度。 　　在共振器的臂3、3’上產生這種類型的凹槽的一個優點是藉由調節每個臂的部分的不同凹槽的長度的比率，可以修飾符基本彎曲模式的扭轉分量以便最大化品質因子Q，而與臂的橫截面幾何關係無關。關於邊界寬度b、b’以及它們與凹槽寬e、臂寬l和臂厚w的關係(如圖2a和2b所示)這是特別令人感興趣的，這可能會影響動電容C1，動電容C1是共振支路中的電容，而不是靜電電容C0。發現該技術對於圖4g所示的共振器特別有效，但是可以設想在圖4a至4g所示的共振器的臂上應用相同類型的凹槽。 　　藉由觀察圖6a，顯示了所產生的不同凹槽的長度，特別是來自每個臂3、3’的兩個部分上的上表面。具有第一互補凹槽14a、14a’的第一凹槽4a、4a’和具有第三互補凹槽16a、16a’的第三凹槽6a、6a’由長度參考r11、r12、r21、r22界定。長度參考r11用於第一凹槽4a、4a’，以及長度參考r12用於第一互補凹槽14a、14a’。長度參考r21用於第三凹槽6a、6a’，以及長度參考r22用於第三互補凹槽16a、16a’。長度比r12/r11和r22/r21可以不相等，並且以這樣的方式選擇以在品質因子Q的最大值處最佳化扭轉分量，如圖3所示及上述解釋。 　　如圖6a所示，對於第二凹槽與第四凹槽以及第二互補凹槽與第四互補凹槽，長度r11、r12、r21、r22在上表面與在下表面上可以略微不同，圖6a中未示出。這對於避免薄底部壁13在從每個臂3、3’的上表面與下表面產生的凹槽的連接處的穿透是必要的，並且如上表面參考圖6b和6c所解釋的那樣。此外，可以設想藉由一減小深度的部分(未示出)分離第一互補凹槽14a、14a’的第一凹槽4a、4a’、第二互補凹槽的第二凹槽、第三互補凹槽16a、16a’的第三凹槽6a、6a’以及第四互補凹槽的第四凹槽。在圖6a所示之實例中，凹槽相對於Y-Z對稱平面S-S對稱地配置。當然，與圖6a中所示的情況相比，可以設想相對於Z軸和Y軸以及相對於臂的第一部分和第二部分反轉凹槽的深度。可以進一步設想藉由相對於小於每個臂的厚度的30%或大於每個臂的厚度的50%之深度的不同深度在臂的上表面和下表面的每個凹槽、其他互補凹槽處增加連續性。 　　基於已經提供的敘述，所屬技術領域中具有通常知識者可以在不脫離由申請專利範圍界定的本發明的範圍的情況下設計壓電共振器的多種變化。臂的長度可以有所不同。可以在每個臂上設置不同形狀的凹槽，其深度和/或寬度在每個臂的長度上逐漸地或遞增地變化。
1‧‧‧壓電共振器
2‧‧‧基底
3、3’‧‧‧振動臂
4a、4a’‧‧‧第一凹槽
4b、4b’‧‧‧第二凹槽
5‧‧‧槽
6a、6a‧‧‧第三凹槽
13‧‧‧薄底部壁
14a、14a’‧‧‧第一互補凹槽
14b、14b’‧‧‧第二互補凹槽
16a、16a’‧‧‧第三互補凹槽
e‧‧‧凹槽寬度
b、b’‧‧‧側壁
Q‧‧‧品質因素
E1‧‧‧第一電性連接端子
E2‧‧‧第二電性連接端子
m1、m2‧‧‧電極
r11、r12、r21、r22‧‧‧長度參考
w‧‧‧厚度
C0、C1‧‧‧電阻
在下面的敘述中，參考圖式後壓電共振器的目的、優點和特徵將變得更加清楚，其中： 　　-　圖1根據先前技術(已經敘述的)顯示了在自身的臂上具有對稱凹槽之壓電音叉共振器的俯視圖； 　　-　圖2a和2b根據兩個實施例顯示根據本發明的壓電音叉共振器的一個臂的橫截面，其顯示每個臂上的凹槽的深度； 　　-　圖3顯示歸一化品質因子Q為一「實線曲線」的圖(參考中心刻度)以及隨每個臂的下表面與上表面之間的凹槽深度差而變動的扭轉分量顯示為「虛線曲線」(參考右側的刻度)； 　　-　圖4a至4g顯示各種形狀的壓電共振器的一俯視圖，其在每個臂上具有不同深度之凹槽，如圖2a和2b所示； 　　-　圖5概略地顯示具有一電極配置的壓電共振器的一臂的橫截面，以便解釋根據本發明之具有不對稱凹槽的壓電共振器的操作；以及 　　-　圖6a至6c顯示根據本發明之類似於圖4g所示之在每個臂上具有凹槽的壓電共振器的另一實施例的臂部分的俯視圖和兩個縱向截面A-A和B-B。

Claims (18)

  1. 一種壓電共振器(1)，其包含一基底(2)以及在一晶體軸X的一方向上連接至該基底(2)的至少兩個振動臂(3、3’)，其中該些振動臂(3、3’)在一晶體軸+Y或-Y的一方向上從該基底延伸，其中至少一第一凹槽(4a、4a’)沿著該些臂(3、3’)的長度的部分上的該晶體軸+Y或-Y形成在每個臂(3、3’)之一側+Z上的一上表面上，以及其中至少一第二凹槽(4b、4b’)沿著該些臂(3、3’)的該長度的部分上的該晶體軸+Y或-Y形成在每個臂(3、3’)之一側-Z上的一下表面上並且以一不對稱配置與該第一凹槽(4a、4a’)相對， 　　其中該第一凹槽(4a、4a’)的深度小於每個臂(3、3’)的總厚度的30%或大於每個臂(3、3’)的總厚度的50%，以及 　　其中，如果該第一凹槽(4a、4a’)的該深度小於每個臂(3、3’)的該總厚度的30%，則該第二凹槽(4b、4b’)的該深度大於每個臂(3、3’)的該總厚度的50%、或者如果該第一凹槽(4a、4a’)的該深度大於每個臂(3、3’)的該總厚度的50%，則該第二凹槽(4b、4b’)的該深度小於每個臂(3、3’)的該總厚度的30%。
  2. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中該兩個振動臂(3、3’)在一晶體軸X的一方向上連接至該基底(2)，其中該些振動臂(3、3’)在一晶體軸+Y的一方向上從該基底延伸，其中至少一第一凹槽(4a、4a’)沿著該些臂(3、3’)的該長度的部分上的該晶體軸+Y形成在每個臂(3、3’)之一側+Z上的一上表面上，以及其中至少一第二凹槽(4b、4b’)沿著該些臂(3、3’)的該長度的部分上的該晶體軸+Y形成在每個臂(3、3’)之一側-Z上的一下表面上並且以一不對稱配置與該第一凹槽(4a、4a’)相對， 　　其中該第一凹槽(4a、4a’)之該深度小於每個臂(3、3’)的該總厚度的30%，以及 　　其中該第二凹槽(4b、4b’)之該深度大於每個臂(3、3’)的該總厚度的50%。
  3. 如請求項第2項所述之壓電共振器(1)，其中該第一凹槽(4a、4a’)的該深度大約是每個臂(3、3’)的該總厚度的25%，以及其中第二凹槽(4b、4b’)的該深度大約是每個臂(3、3’)的該總厚度的65%。
  4. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中該兩個振動臂(3、3’)在一晶體軸X的一方向上連接至該基底(2)，其中該些振動臂(3、3’)在一晶體軸-Y的一方向上從該基底延伸，其中至少一第一凹槽(4a、4a’)沿著該些臂(3、3’)的該長度的部分上的該晶體軸-Y形成在每個臂(3、3’)之一側+Z上的一上表面上，以及其中至少一第二凹槽(4b、4b’)沿著該些臂(3、3’)的該長度的部分上的該晶體軸-Y形成在每個臂(3、3’)之一側-Z上的一下表面上並且以一不對稱配置與該第一凹槽(4a、4a’)相對， 　　其中該第一凹槽(4a、4a’)的該深度大於每個臂(3、3’)的該總厚度的50%，以及 　　其中該第二凹槽(4b、4b’)的該深度小於每個臂(3、3’)的該總厚度的30%。
  5. 如請求項第4項所述之壓電共振器(1)，其中該第一凹槽(4a、4a’)的該深度大約是每個臂(3、3’)的該總厚度的65%，以及其中第二凹槽(4b、4b’)的該深度大約是每個臂(3、3’)的該總厚度的25%。
  6. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中每個凹槽(4a、4a’、4b、4b’)的寬度係介於每個臂(3、3’)之寬度的40%與90%之間。
  7. 如請求項第6項所述之壓電共振器(1)，其中每個凹槽(4a、4a’、4b、4b’)的該寬度大約為42 µm，以及其中每個臂(3、3’)的該寬度大約為52 µm。
  8. 如請求項第6項所述之壓電共振器(1)，其中每個凹槽(4a、4a’、4b、4b’)以每個臂(3、3’)的該長度為中心。
  9. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中每個凹槽(4a、4a’、4b、4b’)的該長度係介於每個臂(3、3’)的該長度的5%與100%之間。
  10. 如請求項第9項所述之壓電共振器(1)，其中每個凹槽(4a、4a’、4b、4b’)的該長度大約為700 µm，以及其中從該基底(2)的每個臂(3、3’)的該長度大約為1160 µm。
  11. 如請求項第10項所述之壓電共振器(1)，其中每個臂(3、3’)之間的間隔為330 µm。
  12. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中該共振器為具有距基底(2)相同長度的兩個臂(3、3’)石英音叉共振器，以及該些臂(3、3’)的至少兩部分彼此平行設置。
  13. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中該基底(2)與該兩個臂(3、3’)為相同厚度。
  14. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中每個凹槽(4a、4a’、4b、4b’)的該深度和/或該寬度因每個臂(3、3’)的該長度變化。
  15. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中該共振器包含藉由一連接部分連接至該基底(2)並且平行於該基底(2)的每個臂(3、3’)的第一延長部分以及平行於藉由一橫向部分連接至該第一延長部分的該第一部分之每個臂(3、3’)的第二延長部分，其中該共振器包含具有一第一深度的該第一凹槽(4a、4a’)以及具有一第二深度的一第一互補凹槽(14a、14a’)，該第二深度不同於產生在每個臂(3、3’)的該第一部分的該上表面上的該第一深度，其中該共振器包含具有該第二深度的一第三凹槽(6a、6a’)以及具有一第一深度的一第三互補凹槽(16a、16a’)，該第一深度不同於產生在每個臂(3、3’)的該第二部分的該上表面上的該第二深度，其中該共振器包含具有一第二深度的該第二凹槽(4b、4b’)以及具有一第一深度的一第二互補凹槽(14b、14b’)，該第一深度不同於產生在每個臂(3、3’)的該第一部分的該下表面上的該第二深度，該第二凹槽(4b、4b’)與該第二互補凹槽(14b、14b’)分別相對於每個臂(3、3’)的該第一部分的該上表面的該第一凹槽(4a、4a’)與該第一互補凹槽(14a、14a’)，其中該共振器包含具有一第一深度的該第四凹槽(6b、6b’)以及具有一第二深度的一第四互補凹槽(16b、16b’)，該第二深度不同於產生在每個臂(3、3’)的該第二部分的該下表面上的該第一深度，該第四凹槽(6b、6b’)與該第四互補凹槽(16b、16b’)分別相對於每個臂(3、3’)的該第二部分的該上表面的該第三凹槽(6a、6a’)與該第三互補凹槽(16a、16a’)，以及其中該第一深度小於每個臂(3,3’)該總厚度的30%或大於該總厚度的50%，而該第二深度相反。
  16. 如請求項第1項所述之壓電共振器(1)，其中該共振器包含由一連接部分連接至該基底(2)並平行於該基底(2)的每個臂(3、3’)的一第一延長部分以及平行於由一橫向部分連接至該第一延長部分的該第一部分的每個臂(3、3’)的一第二延長部分，其中該共振器包含具有一第一深度的該第一凹槽(4a、4a’)以及具有一第二深度的一第一互補凹槽(14a、14a’)，該第二深度不同於產生在每個臂(3、3’)的該第一部分的該上表面上的該第一深度，其中該共振器包含具有第一深度的一第三凹槽(6a、6a’)以及具有一第二深度的一第三互補凹槽(16a、16a’)，該第二深度不同於產生在每個臂(3、3’)的該第二部分的該上表面上的該第一深度，其中該共振器包含具有一第二深度的該第二凹槽(4b、4b’)以及具有一第一深度的一第二互補凹槽(14b、14b’)，該第一深度不同於產生在每個臂(3、3’)的該第一部的該下表面上的該第二深度，該第二凹槽(4b、4b’)與該第二互補凹槽(14b、14b’)分別相對於在每個臂(3、3’)的該第一部分的該上表面的該第一凹槽(4a、4a’)與該第一互補凹槽(14a、14a’)，其中該共振器包含具有一第二深度的該第四凹槽(6b、6b’)以及具有一第一深度的一第四互補凹槽(16b、16b’)，該第一深度不同於產生在每個臂(3、3’)的該第二部的該下表面上的該第二深度，該第四凹槽(6b、6b’)與該第四互補凹槽(16b、16b’)分別相對於在每個臂(3、3’)的該第二部分的該上表面的該第三凹槽(6a、6a’)與該第三互補凹槽(16a、16a’)，以及其中該第一深度小於每個臂(3,3’)該總厚度的30%或大於該總厚度的50%，而該第二深度相反。
  17. 如請求項第15項所述之壓電共振器(1)，其中相對於每個臂(3、3’)的該厚度的一第一或第二深度的其它第一、第二、第三和第四互補凹槽連續地設置或由在每個臂的該些部分上產生的每個凹槽片段設置。
  18. 如請求項第16項所述之壓電共振器(1)，其中相對於每個臂(3、3’)的該厚度的一第一或第二深度的其它第一、第二、第三和第四互補凹槽連續地設置或由在每個臂的該些部分上產生的每個凹槽片段設置。
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