多電極石英力敏諧振器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一多電極石英力敏諧振器屬于石英晶體力敏諧振器的結構設計制作領域。傳統(tǒng)的石英晶體諧振器是現(xiàn)代通訊、信號檢測及控制等領域中常見的電子元件，主要用于頻率控制和頻率選擇電路。本發(fā)明一多電極石英力敏諧振器則是利用一定切型的石英晶體諧振器所具有的力頻敏感特性設計制作的一種特殊結構的諧振器。這種多電極的石英力敏諧振器能抑制溫度等干擾因素對諧振頻率的影響，并可作為力敏感元件應用于力、形變或慣性檢測控制系統(tǒng)等領域。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的石英諧振器作為一種電子元件，在其結構有音叉式、圓薄片式、薄矩形式等，電極均為一對電極，整體封裝在一個金屬殼體內，外接引線與電路連接形成諧振。這種傳統(tǒng)的石英諧振器主要用于頻率穩(wěn)衡及控制電路等領域。
[0003]石英晶體是一種具有壓電效應及各向異性特性的結晶體。由切割而得的石英晶體薄片的性質與晶體薄片的取向即切型密切相關。因此，在一定的切型下石英晶體薄片具有顯著的壓電效應，由這種切型的石英晶體構成的諧振器具有力敏感特性，即力作用到處于諧振狀態(tài)的石英晶體諧振器時，諧振器的諧振頻率將發(fā)生變化，此即石英晶體諧振器的力頻敏感特性。
[0004]在石英晶體諧振器力頻敏感特性的應用方面，諧振器的基片有薄圓片式、薄矩形式等形狀，一個基片上只有一對電極，即一個基片構成一個諧振器。使用時一般由兩個結構相同的諧振器配對使用以消除溫度等的干擾。
[0005]本發(fā)明在同一石英晶體基片上不同的位置設置多對電極，每對電極可構成一個獨立的諧振器，分別與各自的激勵電路連接時各諧振器可同時獨立地工作，彼此之間互不干擾。在這種結構的多電極諧振器的基片的邊緣施加徑向力時，不同位置的諧振器表現(xiàn)出不同的力頻敏感特性。根據(jù)這種力敏特性差異，再利用信息融合技術，可得到一種性能優(yōu)良的具有顯著力頻敏感效應的多電極石英力敏諧振器。
[0006]經(jīng)查詢，本領域的研究工作除本發(fā)明人及團隊外，未見相關成果的報道。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明涉及一種多電極石英力敏諧振器的設計、結構及制作。發(fā)明的目的是為了解決石英晶體諧振器力頻敏感特性應用過程中溫度、工藝等因素對諧振器性能穩(wěn)定性的干擾問題，提供一種性能優(yōu)良并具有顯著力頻敏感效應的多電極石英力敏諧振器。
[0008]本發(fā)明一種多電極石英力敏諧振器，其特點是在同一石英晶體基片上不同位置點有大小和形狀相同的多對獨立電極，每對獨立電極及電極間對應的晶體共同構成一個獨立諧振器，由此在同一石英晶體基片上可形成多個獨立諧振器，其特征是:所述的多電極石英力敏諧振器，同一石英晶體基片上的各個獨立的諧振器由以晶體基片為鏡像面的兩個對稱金屬電極及電極間的石英晶體構成，每對電極通過電極引線及電極外接引線與激勵電路連接；同一石英晶體基片上的各個獨立諧振器可均勻地分布在同一晶體基片上，也可分布不均勻；所述同一石英晶體基片上的各個獨立的諧振器與自己的激勵電路連接時，能同時獨立工作，互不干擾；所述的多電極石英力敏諧振器，電極材料為一切導電性能良好的金屬材料，如可以是金(Au)、鉬(Pt)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)等金屬；電極及電極引線可用濺射、蒸鍍等方法一次沉積完成；所述的多電極石英力敏諧振器，其石英晶體基片的厚度由所需設計的諧振頻率而定，晶體厚度約在I?0.0lmm量級；晶體基片的表面為拋光鏡面或未經(jīng)拋光的毛面(白片)；晶體基片的外邊沿為劈型平倒結構。
[0009]本發(fā)明同一石英晶體基片上的各個獨立的諧振器，在一定的徑向力F作用下，可導出如下力頻敏感特性關系式:
[0010]Af=KiAF (I)
[0011]式中，Af為石英力敏諧振器諧振頻率變化量，Λ F為石英力敏諧振器的受力變化量，Ki為與徑向力加力方位、晶體厚度、電極位置、諧振頻率等有關的系數(shù)。對一定結構的石英晶體諧振器，在一定的諧振狀態(tài)和加力方式下，Ki為常數(shù)，在這種情況下，諧振器諧振頻率變化量Λ f與力變化量Λ F成線性關系。
[0012]本發(fā)明同一石英晶體基片上的各個不同位置的獨立諧振器，由于石英晶體的各向異性特性，各個諧振器對應的Ki各不相同。這種差異的存在，為共模抑制材料自身因素的干擾奠定了基礎，也為通過信息融合提高諧振器的力頻敏感特性及綜合性能提供了條件。
【附圖說明】
[0013]圖1實施例——對稱三電極力敏諧振器結構圖
[0014]1-石英晶體基片，2-石英晶體基片邊沿劈型倒邊，3-諧振器外接引線(共6根)，
[0015]4-諧振器引線(共6處)，5-諧振器電極(共3對)
圖2實施例——非對稱三電極力敏諧振器結構圖1-石英晶體基片，2-石英晶體基片邊沿劈型倒邊，3-諧振器外接引線(共6根)，
4-諧振器引線(共6處)，5-諧振器電極(共3對)
圖3實施例——對稱四電極力敏諧振器結構圖1-石英晶體基片，2-石英晶體基片邊沿劈型倒邊，3-諧振器外接引線(共8根)，
4-諧振器引線(共8處)，5-諧振器電極(共4對)
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例附圖對本發(fā)明多電極石英力敏諧振器作如下敘述。
[0017]本發(fā)明多電極石英力敏諧振器實施例如圖1、圖2、圖3所示，包括石英晶體基片1，石英晶體基片邊沿劈型倒邊2，諧振器外接引線3 (多根)，諧振器電極引線4 (多處)，諧振器電極5 (多對)。
[0018]石英晶體基片I根據(jù)設計要求經(jīng)切割加工成一定厚度及一定直徑大小的薄圓盤。切割加工時用倒口的方式標記出X軸的方向，薄圓片根據(jù)設計要求可作高溫老化處理，表面可作拋光處理，以提高諧振器諧振頻率的穩(wěn)定性。石英晶體基片邊沿倒邊2采用劈型倒邊形式，以減小諧振器諧振能量的損失。將制作好的石英晶體基片按規(guī)定的標記方向(即X軸方向)裝在電極鍍膜夾具中，用濺射蒸鍍或沉積的方法制作出多對(如3對、4對等等)諧振器電極5及電極引線4，之后將諧振器外接引線3用銀漿固結在電極引線4上，并在真空狀態(tài)高溫固化24小時。每對電極對應的外接引線3分別與各自的激勵電路連接，從而構成諧振回路，在通電狀態(tài)下則對應的諧振器即可工作于相應的諧振狀態(tài)。若在石英晶體基片I的外邊沿施加徑向作用力，則諧振器的諧振頻率將隨作用力的大小變化而變化。
[0019]利用Agilent_53132A數(shù)字式頻率計及徑向加力裝置，可測出本發(fā)明多電極石英力敏諧振器中不同位置諧振器的力頻敏感轉換系數(shù)。在不同的加力方位，不同位置的諧振器的力-頻轉換系數(shù)不同。利用這種差異，再利用共模抑制原理，將不同位置的諧振器諧振頻率作差頻處理時，可抑制溫度等干擾因素對諧振器諧振頻率的影響；利用信息融合技術，可提高本發(fā)明多電極石英力敏諧振器整體的力敏特性等綜合性能。
【主權項】
1.一種多電極石英力敏諧振器，涉及這種多電極石英力敏諧振器的設計、結構及制作，其特點是在同一石英晶體基片不同位置點有大小和形狀相同的多對獨立電極，每對獨立電極構成一個獨立諧振器，由此在同一石英晶體基片上的不同位置可形成多個獨立諧振器。
2.權利要求1所述的多電極石英力敏諧振器，各個獨立諧振器由以石英晶體基片為鏡像面的兩個對稱金屬電極及電極間的石英晶體構成，每對電極通過電極引線及電極外接引線與激勵電路連接。
3.權利要求1所述的多電極石英力敏諧振器，在同一石英晶體基片上的各個諧振器可均勻地分布在同一晶體基片上，也可分布不均勻。
4.權利要求1所述的多電極石英力敏諧振器的各個獨立的諧振器與自己的激勵電路連接時，能同時獨立工作，互不干擾。
5.權利要求1所述的多電極石英力敏諧振器，電極的大小及厚度由電極材料及諧振器諧振頻率的大小而定，電極材料為一切導電性能良好的金屬材料，如可以是金(Au)、鉬(Pt)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)等金屬。
6.權利要求1所述的多電極石英力敏諧振器，電極及電極引線可用濺射、蒸鍍等方法一次沉積完成。
7.權利要求1所述的多電極石英力敏諧振器，其石英晶體基片的厚度由所需設計的諧振頻率而定，晶體厚度約在I?0.0lmm量級，晶片的直徑可根據(jù)設置電極數(shù)量的多少而定。
8.權利要求1所述的多電極石英力敏諧振器，其石英晶體基片的表面為拋光鏡面或未經(jīng)拋光的毛面(白片)。
9.權利要求1所述的多電極石英力敏諧振器，其石英晶體基片的外邊沿為劈型平倒結構。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多電極石英力敏諧振器的設計、結構及制作。本發(fā)明在同一石英晶體基片上不同的位置設置多對電極，每對電極可構成一個獨立的諧振器，分別與各自的激勵電路連接時各諧振器可同時獨立地工作，彼此之間互不干擾。當在基片的邊緣位置沿直徑方向給基片施加徑向力作用時，不同位置的諧振器表現(xiàn)出不同的力敏特性；選擇一定的徑向力作用方位，利用不同位置的諧振器間的力敏特性差異，通過共模抑制及頻率信號融合技術，可得到一種能抑制溫度干擾并具有良好力敏特性的多電極石英力敏諧振器。這種多電極石英力敏諧振器可作為力敏元件用于姿態(tài)檢測、慣性導航、形變監(jiān)控等軍用裝備及民用設施檢測控制領域。
【IPC分類】H03H9-205, H03H9-125
【公開號】CN104601140
【申請?zhí)枴緾N201310534435
【發(fā)明人】田文杰, 樸林華, 孫有彬, 蘭柏陽
【申請人】北京信息科技大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年11月4日