專利名稱：小型壓電諧振器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電諧振器，更具體地涉及最常用于制造頻率發(fā)生器的小型諧振器，該頻率發(fā)生器尤其用于諸如鐘表、信息技術、電信和醫(yī)學領域等多種領域中的便攜式電子設備。
背景技術：
在以受讓人名義提交的現(xiàn)有技術文獻US6700313中已經公開了這種小型諧振器，該文獻在此作為參考。在圖4中示出的用于安裝在殼體中的諧振器10包括具有兩個平行的臂12、14的音叉形部件，這兩個臂通過連接部分16互相連接并承載電極20、22以使電極振動，這些電極連接到連接片28、30上，該連接片用于電連接到殼體外部。諧振器10還包括附裝在連接部分16上的中心臂18，該中心臂位于音叉形部件的臂12、14之間，并與這兩個臂基本上距離相等，該中心臂18的質量比音叉形部件的臂的質量大，并且該中心臂承載連接片28、30。該諧振器通過將其中心臂18固定到至少一個固定于殼體底部的支承件上而安裝在平行六面體形狀的殼體內。
上述類型的諧振器——下文稱作三臂諧振器——能夠避免傳統(tǒng)的音叉諧振器所遇到的許多問題。
其中一個問題是，傳統(tǒng)音叉諧振器的尺寸和功能特征被優(yōu)化以便將諧振器安裝在金屬殼體而不是陶瓷殼體內。例如，傳統(tǒng)諧振器的長寬比不適于這種(金屬)殼體的制造，尤其當這些殼體是SMD(表面安裝設備)類型，即，用于被自動地安裝在無孔的印刷電路板上時。由于這個原因，傳統(tǒng)的音叉諧振器及其與殼體的連接不具有良好的抗震性。
此外，傳統(tǒng)的音叉諧振器在被固定到殼體的臺階上時容易朝殼體底部傾翻。
此外，陶瓷材料和石英的熱膨脹系數的差異足以在諧振器內產生機械應力，該機械應力不僅會在溫度改變時存在于音叉的臂中并干擾諧振器的工作，而且還會使焊接破裂或使諧振器的連接片從殼體的連接元件脫離，并改變或甚至切斷諧振器電極和殼體的外部接觸片之間的電連接。
出于同樣的原因，如果在連接片所在的音叉基部一側上有初始裂紋，則顯著的溫度變化甚至會使音叉斷裂。
最后，當諧振器被真空封裝時，不可能達到完全真空，從而當諧振器振動時，由音叉的臂對大氣的擾動會在該臂彼此靠近時改變諧振器的工作參數，這(在陶瓷殼體的情況下)比在金屬殼體的情況下更突出。
因此，三臂諧振器能夠為傳統(tǒng)音叉諧振器所遇到的各種問題提供令人滿意的解決方案。然而，盡管已經證明這些三臂諧振器是有利的，但是對于移動電話或手表的應用領域，小型化需求以及維持音叉振動所需的能量消耗一直是重要的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是提供一種三臂諧振器，該諧振器使得能夠減小諧振器的尺寸尤其是長度。為此，根據本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及一種包括具有兩個平行振動臂的音叉形部件的壓電諧振器，這兩個振動臂通過連接部分互相連接，從該連接部分伸出位于音叉形部件的兩個振動臂之間的中心臂，振動臂承載第一電極以使電極振動，這些電極連接到由所述中心臂承載的連接元件，其中，在所述連接部分內與所述中心臂相對而加工(切割)出一狹槽，并且沿所述狹槽設置有第二電極。因此，通過利用第二電極對被切割的連接部分的所有高應力區(qū)域內的電場進行補償，實現(xiàn)了振動臂的振動耦合效果的優(yōu)化。此外，對于確定的頻率，使用這些優(yōu)選帶槽的附加電極，可以減小諧振器的總體長度。
根據本發(fā)明的另一方面，為了避免在其中第二電極圍繞狹槽的區(qū)域中發(fā)生電極短路，這些第二電極中的每一個設計有一個間隙區(qū)(relief zone)，該間隙區(qū)面對在中心臂內延伸的狹槽部分。
根據本發(fā)明的另一方面，為了通過生成更均勻并且局部更密集的激勵電場來減少能量消耗，并且即使當振動件的尺寸被小型化時臂的振動損失也較低，并且CI值(晶體阻抗或相等的串聯(lián)電阻)也可以被抑制在較低水平，在每個振動臂的前側和后側中的至少一側上形成有至少一個槽。此外，在振動臂上使用槽能夠在即使裝置被小型化時也提供精確的性能。
根據本發(fā)明的另一方面并且出于與上述方面相同的原因，在所述第二電極下方挖空而形成槽。
根據本發(fā)明的另一方面，為了確保將諧振器精確而牢固地定位在封裝殼內，穿過中心臂加工出固定與定位孔或凹槽。
根據本發(fā)明的另一方面，為了進一步減小這種三臂諧振器的尺寸尤其是長度，振動臂的端部為突片(flipper)，該突片的寬度大于振動臂的寬度。


通過閱讀下列參照附圖的說明可以看到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，在附圖中-圖1是根據本發(fā)明的壓電諧振器的第一實施例的仰視圖；-圖2是根據本發(fā)明的壓電諧振器的第二實施例的仰視圖；-圖3是根據本發(fā)明的壓電諧振器的第三實施例的仰視圖；-圖4已經說明過，它是根據現(xiàn)有技術的壓電諧振器的俯視圖。
具體實施例方式
在圖1中示出的第一實施例中，用參考標號10表示的根據本發(fā)明的諧振器包括具有兩個振動臂12和14的音叉形部件，該兩個振動臂通過連接部分16連接，在該連接部分16上附裝有位于臂12和14之間并且與該臂平行的中心臂18，整個組件由石英制成單獨一個部件。
如圖1所示，振動臂12和14承載兩組分別通過導電路徑24和26互相連接的電極20和22，該導電路徑24和26由音叉形部件的連接部分16承載。如圖中所示，這些電極和導電路徑設置成使臂12和14以撓曲模式振動，但是它們可以具有不同的構造以使該臂以相同模式或另一種模式(扭轉、剪切等)振動。對于中心臂18，圖1示出中心臂18在其背面承載有兩個導電連接片28和30，這些連接片位于諧振器沿長度方向的重心G的兩側且優(yōu)選與該重心距離相等，這些連接片28和30分別通過導電路徑32和34連接到導電路徑26和24，該導電路徑26和24使各組電極20和22相互連接。這些連接片28和30還可用于在諧振器封裝殼(未示出)內固定諧振器。
由圖1可看出，中心臂18的寬度應當至少略大于音叉形部件的臂12或14寬度的1.5倍。此外，中心臂18的長度不一定如圖1所示等于臂12和14的長度。它的長度例如可以較短。但是重要的是，一方面，中心臂18與臂12和14的距離基本相等，該距離可以等于常規(guī)的音叉諧振器的臂隔開的距離，另一方面，該中心臂18的質量比必須要振動的臂12和14的質量大得多。
在與中心臂18伸出的一側相對的一側上在連接部分16中設置有狹槽80，該狹槽優(yōu)選地沿諧振器的縱向軸線X。該狹槽80的作用是實際上使振動臂12、14延長到連接部分16的對應的半個部分。為了通過對被切割的連接部分的所有高應力區(qū)域內的電場進行補償來進一步優(yōu)化振動臂的振動耦合效果，沿狹槽80設置有附加電極82、84。因此，對于確定的頻率，使用這些電極82、84可以減小諧振器的總體長度。有利地，為了使振動臂12、14的長度最大化，狹槽80的一部分在中心臂18內沿諧振器的縱向軸線X延伸，所述部分是位于劃分連接部分16和中心臂18的虛線40上方的部分。此外，有利地，每個電極82、84設計成分別具有面向在中心臂內延伸的狹槽部分的間隙區(qū)86、88，以便防止連接元件90、92分別與電極82、84之間發(fā)生電極短路。間隙區(qū)86和88使得有足夠的自由空間用于安全地設置連接元件90和92。
圖2示出第二實施例，它與第一實施例的區(qū)別在于，為了通過生成更均勻且局部更密集的激勵電場來減少能量消耗，并且即使當振動件的尺寸被小型化時臂的振動損失也較低，在每個振動臂12、14的前側和后側中的至少一側上形成至少一個槽36、38。應當理解，這些槽的深度優(yōu)選為對應振動臂在深度方向的厚度的30％-50％之間，有利地在40％-50％之間。應指出，該比率可適用于下文所有帶槽的實施例。在振動臂上使用這種槽能夠在即使裝置被小型化時也提供精確的性能。作為替代方案，可僅在每個振動臂的前側或者后側上設置一個槽，或者可以在前側和后側兩者上設置兩個槽。
有利地，為了進一步提高振動臂的振動耦合效果，槽36、38在連接部分16中延伸。槽36、38的在連接部分16中延伸的、實際上由虛線40所限定的部分42、44——此處機械應力最大——使得能夠對此高應力區(qū)域內的電場進行補償。優(yōu)選地，在連接部分16內的這些槽部分42、44設計成具有相對于振動臂12、14的縱向軸線不對稱的形狀，以使位于連接部分中的高應力區(qū)域更堅固以抵抗機械約束(constraint)。
有利地，出于同樣的原因，分別在電極82、84下方挖空形成槽94、96，以便生成更均勻并且局部更密集的激勵電場。
有利地，在中心臂18上設置固定與定位裝置，以確保將諧振器10精確定位和牢固地固定在諧振器封裝殼內。為此，穿過中心臂18加工有固定與定位孔54和56，這些孔優(yōu)選地還用于將諧振器10的成組電極20、22連接到封裝殼(未示出)內的導電元件上。由于這些孔54和56穿過中心臂18，因此可通過觀察設計在所述封裝殼底部上的標記而將諧振器10精確地定位在封裝殼(未示出)內。此外，在將諧振器裝配在封裝殼內期間，在孔54、56內填充導電粘合劑，這一方面可以將電極20、22電連接到封裝殼(未示出)內的導電元件上，另一方面可以將諧振器10牢固地固定在封裝殼內?；蛘?，也可以設置固定與定位凹槽來代替孔54和56。作為另一種替代方案，可以在中心臂的背面，即支承導電元件28和30的那一面設置盲孔。然后可通過沿殼體內對應的突起部引導這些盲孔來定位諧振器。
在圖3所示的第三實施例中，諧振器與第一實施例的區(qū)別在于，每個振動臂12和14的端部分別形成突片72和74。優(yōu)選地，這些突片72和74具有相對于對應的振動臂12、14的縱向軸線(X1，X2)對稱的矩形形狀，突片寬度約為振動臂寬度的兩倍。但是另一方面，應當理解，在不改變諧振器性能的情況下可以從振動臂的總體長度推導出突片長度，并且中心臂18的長度相應地減小以便不會延伸到振動臂12和14之外。由此可相應地減小諧振器的長度。
應當理解，優(yōu)選地，為了進一步改善根據任何上述實施例的諧振器的抗震性，有利地選擇在振動臂12、14或狹槽80連接到連接部分的位置處的切除部分，使得諧振器的可見晶體平面最小。在一個石英諧振器的示例中，該切除部分形成大約60°或120°的角度。
已經借助于某些具體實施例說明了本發(fā)明，但是應當理解，這些實施例并不意味著對本發(fā)明的限制。實際上，在不脫離所附權利要求范圍的情況下，各種變型、修改和/或實施例之間的組合對于本領域技術人員將是顯而易見的。
權利要求
1.一種壓電諧振器(10)，包括具有兩個平行振動臂(12、14)的音叉形部件，這兩個振動臂通過連接部分(16)互相連接，從該連接部分伸出位于兩個振動臂之間的中心臂(18)，所述振動臂承載第一電極(20，22)以使電極振動，這些電極連接到由所述中心臂承載的連接元件(28，30)，其中，在所述連接部分內與所述中心臂相對而加工出一狹槽(80)，并且沿所述狹槽設置有第二電極(82，84)。
2.根據權利要求1所述的諧振器，其特征在于，所述狹槽的一部分在所述中心臂內沿諧振器的縱向軸線(X)延伸。
3.根據權利要求2所述的諧振器，其特征在于，每個所述第二電極設計有一個間隙區(qū)(86，88)，該間隙區(qū)面對在所述中心臂內延伸的所述狹槽部分。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的諧振器，其特征在于，在每個振動臂的前側和后側中的至少一側上形成有至少一個槽(36，38)。
5.根據權利要求4所述的諧振器，其特征在于，在所述第二電極下方挖空而形成槽。
6.根據權利要求1到5中任一項所述的諧振器，其特征在于，穿過所述中心臂加工有固定與定位孔(54，56)。
7.根據權利要求1到5中任一項所述的諧振器，其特征在于，在所述中心臂中加工有固定與定位盲孔。
8.根據權利要求1到5中任一項所述的諧振器，其特征在于，在所述中心臂的面對所述振動臂的兩側上設置有固定與定位凹槽。
9.根據上述權利要求中任一項所述的諧振器，其特征在于，所述振動臂的端部為突片(72，74)，該突片的寬度大于所述振動臂的寬度。
10.根據權利要求4或5所述的諧振器，其特征在于，所述槽的深度為所述振動臂在深度方向的厚度的30％-50％，優(yōu)選為40％-50％。
全文摘要
根據本發(fā)明的壓電諧振器(10)包括具有兩個平行振動臂(12、14)的音叉形部件，這兩個振動臂通過連接部分(16)互相連接，從該連接部分伸出位于所述音叉形部件的兩個振動臂之間的中心臂(18)，所述振動臂承載第一電極(20，22)以使電極振動，這些電極連接到由所述中心臂承載的連接元件(28，30)上，其中，在所述連接部分內與所述中心臂相對切出一狹槽(80)，并且沿所述狹槽設置有第二電極(82，84)。
文檔編號H03H9/15GK1881790SQ20061008798
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權日2005年6月9日
發(fā)明者S·達拉·皮亞扎, B·施圖德, T·盧賽 申請人:Eta瑞士鐘表制造股份有限公司