[发明专利]具有缩小尺寸的微机械谐振器

说明书

提供了一种微机械谐振器，该微机械谐振器能够实现较小的总体封装尺寸并具有用于定时应用的可接受的质量因数。该MEMS谐振器包括振动部分，该振动部分具有基部和从基部延伸的三个或更多个振动梁。此外，该MEMS谐振器包括框架和一对锚固件，该框架围绕振动部分的周缘，所述一对锚固件位于振动梁之间以用于将振动部分稳定在框架内。此外，支承梁将振动部分的基部联接至所述一对锚固件。

技术领域

本公开总体上涉及一种谐振器结构，并且，更具体地，涉及一种具有缩小尺寸的微机械谐振器。

背景技术

微机械谐振器目前用在例如陀螺仪传感器和定时参考中。近来，微机械音叉谐振器也被用作以32,768Hz的频率振动的时钟参考。因此，小尺寸的微机械式谐振器现在与石英基解决方案竞争，由于石英晶体谐振器振动的频率取决于其物理尺寸，因此所述石英基解决方案在满足较小的尺寸方面面临着越来越多的挑战。换句话说，石英晶体谐振器的尺寸大小将会限制装置以特定的期望频率进行有效振动的能力。

因此，在专利文献1(如下所述)中公开了一种适合于提供以32,768Hz振动的小尺寸频率参考的微机械式谐振器结构。图1示出了如专利文献1中所公开的常规微机械谐振器结构的俯视图。

如图1中所示，谐振器10包括框架20，该框架20具有金属结合环24和多个通路接触件22A、22B和22C，该金属结合环24绕框架20延伸，所述多个通路接触件22A、22B和22C设置为用于谐振器10的外部电接触以在操作期间接收电力。此外，谐振器10具有四个梁34A至34D，所述四个梁34A至34D从基部30延伸并且所述四个梁34A至34D在结构上构造成在谐振器10的激励期间在Z方向上振动。

专利文献：WO 2016/175161。

在如专利文献1中所公开的这些现有设计中，梁34A至34D由单晶硅制成并且具有形成在梁34A至34D的表面的顶部上的压电转换器。用于这种装置的梁通常将具有用于长度的400μm至650μm的长度、40μm至60μm的宽度、以及4μm至6μm的高度。此外，压电转换器通常由AlN(氮化铝)制成并具有金属(例如，钼)电极。为了减小谐振器10的长度，现有装置分别在梁的端部上使用配重件(例如，配重件36A至36D)，作为质量块以在激励期间促进振动。

根据图1中所示的设计，振动梁34A至34D连接至接合基部30。此外，基部30通过一对支承梁32A和32B连接至围绕谐振器10的框架20。如进一步所示，支承梁32A和32B自基部30从与振动梁34A至34D连接和延伸处相反的一侧起始。在该设计中，支承梁32A和32B提供机械锚固并且还用于与振动梁34A至34D的电连接。为了将谐振器10连接至外部封装件，框架具有如上所述的电通路接触件22A至22C。

尽管专利文献1中公开的振动谐振器结构10(即，振动梁34A至34D和基部30)相当小，但是整个谐振器结构(包括框架20)必须明显大于谐振器10的振动部分本身。需要这种较大的尺寸是因为谐振器需要被气密地封围在封装件内并且还需要为振动梁34A至34D的电连接提供足够结构。也就是说，框架20的区域是用于盖与金属结合环24的附接并且用于与通路接触件22A至22C形成电连接。特别地，电连接所需的位于谐振器10外部的通路接触件22A至22C需要大量空间，该大量空间使装置的总封装尺寸增大。

发明内容

因此，本公开提供了微电子机械系统(“MEMS”)谐振器结构，该谐振器结构使得用于微机械谐振器的总体封装尺寸比常规设计更小。

在一个实施方式中，提供了一种MEMS谐振器，该MEMS谐振器包括：振动部分，该振动部分具有基部和从该基部延伸的至少三个振动梁；框架，该框架至少部分地围绕振动部分的周缘；至少一个锚固件，所述至少一个锚固件布置在所述至少三个振动梁中的一对振动梁之间，并且所述至少一个锚固件构造成将振动部分稳定在框架内；以及至少一个支承梁，所述至少一个支承梁将振动部分的基部联接至所述至少一个锚固件。