专利名称：改进的微机械共振器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及微机械共振器的设计，更具体地涉及微电机系统(MEMS)共振器的设计。本发明的目的是提供一种该微电机系统(MEMS)技术的改进的共振器结构，其具有适合在苛刻的条件下、尤其在小规模的应用中以可靠的方式使用的结构。
背景技术：
共振器是各种时序及频率基准应用中的关键器件。共振器被致动，以接近其自然、特征共振频率振荡，该共振频率由该共振器或者具有此功能的类似器件的材料、形状及/或特征尺寸所决定。为了用于基准及时序功能，该操作频率的精确的可控制性/可设置性是必要的。在通常的应用中，频率控制的不准确性允许在I-IOOppm(百万分之一)的范围中。这样的ppm级的精确度为制造公差设定了很紧的限制。再者，在最后的调整中额外的机械及/或电微调通常是必要的。微机械共振器被广泛地用在以MEMS为基础的设备中作为其关键器件。这样的设备的范例可为微陀螺仪、微振动马达、微电机及微波系统。该共振器由静电致动所驱动，以便接近其特征、自然共振频率振荡。另外，微机械共振器能用作频率基准装置中的基于石英共振器的技术的具体实施方式
，从而在特定应用场合中，在微机械共振器能完全地替代基于石英的振荡器技术之前，它们的频率精度必须提高。微机械共振器是以此类规模所需的方式通过将光刻技术及蚀刻技术结合制造而成，以便提供优于传统的基于石英的共振器技术的优点。然而，该制造工艺能够在待制成的装置的尺寸中造成直至数个百分比的差异。为了更好地理解现有技术的技术方案相对于本发明的各具体实施例的区别，下面参照图IA与IB : 图IA表示现有技术的共振器的基本结构。图IB表示现有技术的共振器的集总机械模型。据此，图IA图示了现有技术中的这种共振器的基本结构。简单的共振器包括弹簧元件(梁件)及长方形质量元件(质量)。该弹簧元件可例如为图I所示的机械式悬臂弹簧(梁件)。在图IA的简单共振器中，特征共振频率Wtl为CB0=M(I)
V m其中，弹簧常数k为
3 7k = Y^-
41；'2)图IB说明现有技术的基本共振器的集总模型。其中，Y是该弹簧材料的杨氏模数，W是该弹簧元件的宽度，h是该弹簧元件的高度，且L是该弹簧元件的特征长度。该弹簧元件的宽度w通常为非常小，且由于立方定律的相互关系，该共振频率Qci对于该弹簧元件宽度w的变化是灵敏的。该共振频率COci的一阶变化相对于该弹簧元件的宽度的变化为
权利要求
1.一种共振器结构，其具有与给定的机械振幅相结合的特征振荡频率，其特征在于，所述共振器结构通过将适于振荡的第一元件(I)以及适于振荡的第二元件(2)锚定在位于该共振器结构的基板的给定点处的锚定点(A)，从而进行所述机械振幅的设定，以使得所述第一元件和所述第二元件中的至少一个被配置成相对于所述锚定点(A)同步地振荡，并且该锚定点的位置被选择为基本上位于由所述第一元件(I)以及所述第二元件(2)的尺寸所界定的接头突出部分(1、2)内。
2.如权利要求I所述的共振器结构，其特征在于，所述第一元件的一种形式包括至少一个支撑梁。
3.如权利要求I或2所述的共振器结构，其特征在于，所述第一元件包括多个树枝状突起部⑶。
4.如权利要求3所述的共振器结构，其特征在于，该树枝状突起部(D)包括多个梁状的分支。
5.如权利要求1-4之任一项所述的共振器结构，其特征在于，所述第一元件(I)及/或所述第二元件(2)中的至少一个的特征尺寸(dl、d2)被预先设定，以将所述机械式特征振荡的频率设定至一给定值。
6.如权利要求1-5的任一项所述的共振器结构，其特征在于，在所述第一元件(I)中，在所述多个树枝状突起部中的树枝状突起部(D)的特征尺寸(d2)被预先设定，以将该机械式特征振荡的频率设定至一给定值。
7.如权利要求1-6的任一项所述的共振器结构，其特征在于，所述共振器结构包括具有相同的机械式特征振荡的频率的多个树枝状突起部(D)。
8.如权利要求1-6的任一项所述的共振器结构，其特征在于，所述共振器结构所包括的多个树枝状突起部(D)各自的机械式特征振荡的频率按给定的规则被调整为彼此不同。
9.如权利要求8所述的共振器结构，其特征在于，所述树枝状突起部(D)的特征频率借助于该树枝状突起部的机械特征尺寸(d2)及/或质量(m2)而被预先设定。
10.如权利要求1-9的任一项所述的共振器结构，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状的分支，所述梁状的分支借助于不同导向的连接元件而附接至所述支撑梁。
11.如权利要求I所述的共振器结构，其特征在于，所述共振器结构包括具有E字形的多个共振器，至少一个所述共振器基本上被实现为具有字母形共振器结构。
12.如权利要求I所述的共振器结构，其特征在于，所述字母形元件之一基本上具有选自字母 A、B、C、E、F、H、I、K、L、M、N、S、T、U、V、W、X、Y、Z 的形状。
13.如权利要求12所述的共振器结构，其特征在于，所述锚定点(A)被选择用于激发在给定的机械尺寸(dl、d2)的给定特征频率处的给定谐振机械式振荡。
14.如权利要求12所述的共振器结构，其特征在于，所述锚定点(A)被选择用于抑制在给定的机械式尺寸的给定特征频率处的给定谐振机械式振荡。
15.如权利要求1-14的任一项所述的共振器结构，其特征在于，所述共振器结构在梁状的分支(PHl)之间包括按手指交叉布置的其它梁件(PH2)，以便提供激发框架结构。
16.如前述权利要求的任一项所述的共振器结构，其特征在于，所述共振器结构包括不规则碎片状的结构。
17.如前述权利要求的任一项所述的共振器结构，其特征在于，所述共振器结构包括折迭式音叉结构。
18.如前述权利要求的任一项所述的共振器结构，其特征在于，所述共振器结构包括T字形结构。
19.如前述权利要求的任一项所述的共振器结构，其特征在于，所述第一元件(I)及该第二元件(2)中的至少一个被配置成具有弯曲形状。
20.如前述权利要求的任一项所述的共振器结构，其特征在于，通过选择所述锚定点(A)，使得用以设定所述第一元件(I)以及所述第二元件(2)的特征振荡频率的给定尺寸导致给定的平均音律间隔的频率比。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种用于微机电(MEMS)共振器的改进的结构。根据本发明的第一方面，按照本发明的共振器结构具有与给定的机械振幅相结合的特征振荡频率，所述共振器结构通过将适于振荡的第一元件(1)以及适于振荡的第二元件(2)锚定在位于该共振器结构的基板的给定点处的锚定点(A)，从而进行所述机械振幅的设定，以使得所述第一元件和所述第二元件中的至少一个被配置成相对于所述锚定点(A)同步地振荡，并且该锚定点的位置被选择为基本上位于由所述第一元件(1)以及所述第二元件(2)的尺寸所界定的接头突出部分(1、2)内。
文档编号G01C19/5621GK102762954SQ201180010540
公开日2012年10月31日 申请日期2011年2月18日 优先权日2010年2月22日
发明者维耶勒·卡亚卡里 申请人:Vti技术有限公司