專利名稱：改進(jìn)的微機(jī)械共振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及微機(jī)械共振器的設(shè)計(jì)，更具體地涉及微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)共振器的設(shè)計(jì)。本發(fā)明的目的是提供一種該微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的改進(jìn)的共振器結(jié)構(gòu)，其具有適合在苛刻的條件下、尤其在小規(guī)模的應(yīng)用中以可靠的方式使用的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
共振器是各種時(shí)序及頻率基準(zhǔn)應(yīng)用中的關(guān)鍵器件。共振器被致動(dòng)，以接近其自然、特征共振頻率振蕩，該共振頻率由該共振器或者具有此功能的類似器件的材料、形狀及/或特征尺寸所決定。為了用于基準(zhǔn)及時(shí)序功能，該操作頻率的精確的可控制性/可設(shè)置性是必要的。在通常的應(yīng)用中，頻率控制的不準(zhǔn)確性允許在I-IOOppm(百萬分之一)的范圍中。這樣的ppm級(jí)的精確度為制造公差設(shè)定了很緊的限制。再者，在最后的調(diào)整中額外的機(jī)械及/或電微調(diào)通常是必要的。微機(jī)械共振器被廣泛地用在以MEMS為基礎(chǔ)的設(shè)備中作為其關(guān)鍵器件。這樣的設(shè)備的范例可為微陀螺儀、微振動(dòng)馬達(dá)、微電機(jī)及微波系統(tǒng)。該共振器由靜電致動(dòng)所驅(qū)動(dòng)，以便接近其特征、自然共振頻率振蕩。另外，微機(jī)械共振器能用作頻率基準(zhǔn)裝置中的基于石英共振器的技術(shù)的具體實(shí)施方式
，從而在特定應(yīng)用場(chǎng)合中，在微機(jī)械共振器能完全地替代基于石英的振蕩器技術(shù)之前，它們的頻率精度必須提高。微機(jī)械共振器是以此類規(guī)模所需的方式通過將光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)結(jié)合制造而成，以便提供優(yōu)于傳統(tǒng)的基于石英的共振器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。然而，該制造工藝能夠在待制成的裝置的尺寸中造成直至數(shù)個(gè)百分比的差異。為了更好地理解現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案相對(duì)于本發(fā)明的各具體實(shí)施例的區(qū)別，下面參照?qǐng)DIA與IB : 圖IA表示現(xiàn)有技術(shù)的共振器的基本結(jié)構(gòu)。圖IB表示現(xiàn)有技術(shù)的共振器的集總機(jī)械模型。據(jù)此，圖IA圖示了現(xiàn)有技術(shù)中的這種共振器的基本結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的共振器包括彈簧元件(梁件)及長(zhǎng)方形質(zhì)量元件(質(zhì)量)。該彈簧元件可例如為圖I所示的機(jī)械式懸臂彈簧(梁件)。在圖IA的簡(jiǎn)單共振器中，特征共振頻率Wtl為CB0=M(I)
V m其中，彈簧常數(shù)k為
3 7k = Y^-
41；'2)圖IB說明現(xiàn)有技術(shù)的基本共振器的集總模型。其中，Y是該彈簧材料的楊氏模數(shù)，W是該彈簧元件的寬度，h是該彈簧元件的高度，且L是該彈簧元件的特征長(zhǎng)度。該彈簧元件的寬度w通常為非常小，且由于立方定律的相互關(guān)系，該共振頻率Qci對(duì)于該彈簧元件寬度w的變化是靈敏的。該共振頻率COci的一階變化相對(duì)于該彈簧元件的寬度的變化為
權(quán)利要求
1.一種共振器結(jié)構(gòu)，其具有與給定的機(jī)械振幅相結(jié)合的特征振蕩頻率，其特征在于，所述共振器結(jié)構(gòu)通過將適于振蕩的第一元件(I)以及適于振蕩的第二元件(2)錨定在位于該共振器結(jié)構(gòu)的基板的給定點(diǎn)處的錨定點(diǎn)(A)，從而進(jìn)行所述機(jī)械振幅的設(shè)定，以使得所述第一元件和所述第二元件中的至少一個(gè)被配置成相對(duì)于所述錨定點(diǎn)(A)同步地振蕩，并且該錨定點(diǎn)的位置被選擇為基本上位于由所述第一元件(I)以及所述第二元件(2)的尺寸所界定的接頭突出部分(1、2)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一元件的一種形式包括至少一個(gè)支撐梁。
3.如權(quán)利要求I或2所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一元件包括多個(gè)樹枝狀突起部⑶。
4.如權(quán)利要求3所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，該樹枝狀突起部(D)包括多個(gè)梁狀的分支。
5.如權(quán)利要求1-4之任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一元件(I)及/或所述第二元件(2)中的至少一個(gè)的特征尺寸(dl、d2)被預(yù)先設(shè)定，以將所述機(jī)械式特征振蕩的頻率設(shè)定至一給定值。
6.如權(quán)利要求1-5的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述第一元件(I)中，在所述多個(gè)樹枝狀突起部中的樹枝狀突起部(D)的特征尺寸(d2)被預(yù)先設(shè)定，以將該機(jī)械式特征振蕩的頻率設(shè)定至一給定值。
7.如權(quán)利要求1-6的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述共振器結(jié)構(gòu)包括具有相同的機(jī)械式特征振蕩的頻率的多個(gè)樹枝狀突起部(D)。
8.如權(quán)利要求1-6的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述共振器結(jié)構(gòu)所包括的多個(gè)樹枝狀突起部(D)各自的機(jī)械式特征振蕩的頻率按給定的規(guī)則被調(diào)整為彼此不同。
9.如權(quán)利要求8所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樹枝狀突起部(D)的特征頻率借助于該樹枝狀突起部的機(jī)械特征尺寸(d2)及/或質(zhì)量(m2)而被預(yù)先設(shè)定。
10.如權(quán)利要求1-9的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一元件(I)及/或所述第二元件(2)中的至少某些元件包括梁狀的分支，所述梁狀的分支借助于不同導(dǎo)向的連接元件而附接至所述支撐梁。
11.如權(quán)利要求I所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述共振器結(jié)構(gòu)包括具有E字形的多個(gè)共振器，至少一個(gè)所述共振器基本上被實(shí)現(xiàn)為具有字母形共振器結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求I所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述字母形元件之一基本上具有選自字母 A、B、C、E、F、H、I、K、L、M、N、S、T、U、V、W、X、Y、Z 的形狀。
13.如權(quán)利要求12所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述錨定點(diǎn)(A)被選擇用于激發(fā)在給定的機(jī)械尺寸(dl、d2)的給定特征頻率處的給定諧振機(jī)械式振蕩。
14.如權(quán)利要求12所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述錨定點(diǎn)(A)被選擇用于抑制在給定的機(jī)械式尺寸的給定特征頻率處的給定諧振機(jī)械式振蕩。
15.如權(quán)利要求1-14的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述共振器結(jié)構(gòu)在梁狀的分支(PHl)之間包括按手指交叉布置的其它梁件(PH2)，以便提供激發(fā)框架結(jié)構(gòu)。
16.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述共振器結(jié)構(gòu)包括不規(guī)則碎片狀的結(jié)構(gòu)。
17.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述共振器結(jié)構(gòu)包括折迭式音叉結(jié)構(gòu)。
18.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述共振器結(jié)構(gòu)包括T字形結(jié)構(gòu)。
19.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一元件(I)及該第二元件(2)中的至少一個(gè)被配置成具有彎曲形狀。
20.如前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的共振器結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過選擇所述錨定點(diǎn)(A)，使得用以設(shè)定所述第一元件(I)以及所述第二元件(2)的特征振蕩頻率的給定尺寸導(dǎo)致給定的平均音律間隔的頻率比。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種用于微機(jī)電(MEMS)共振器的改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，按照本發(fā)明的共振器結(jié)構(gòu)具有與給定的機(jī)械振幅相結(jié)合的特征振蕩頻率，所述共振器結(jié)構(gòu)通過將適于振蕩的第一元件(1)以及適于振蕩的第二元件(2)錨定在位于該共振器結(jié)構(gòu)的基板的給定點(diǎn)處的錨定點(diǎn)(A)，從而進(jìn)行所述機(jī)械振幅的設(shè)定，以使得所述第一元件和所述第二元件中的至少一個(gè)被配置成相對(duì)于所述錨定點(diǎn)(A)同步地振蕩，并且該錨定點(diǎn)的位置被選擇為基本上位于由所述第一元件(1)以及所述第二元件(2)的尺寸所界定的接頭突出部分(1、2)內(nèi)。
文檔編號(hào)G01C19/5621GK102762954SQ201180010540
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者維耶勒·卡亞卡里 申請(qǐng)人:Vti技術(shù)有限公司