小型压电谐振器

摘要

根据本发明的压电谐振器(10)包括具有两个平行振动臂(12、14)的音叉形部件，这两个振动臂通过连接部分(16)互相连接，从该连接部分伸出位于所述音叉形部件的两个振动臂之间的中心臂(18)，所述振动臂承载第一电极(20，22)以使电极振动，这些电极连接到由所述中心臂承载的连接元件(28，30)上，其中，在所述连接部分内与所述中心臂相对切出一狭槽(80)，并且沿所述狭槽设置有第二电极(82，84)。

权利要求

1.一种压电谐振器(10)，包括具有两个平行振动臂(12、14)的音叉形部件，这两个振动臂通过连接部分(16)互相连接，从该连接部分伸出位于两个振动臂之间的中心臂(18)，所述两个振动臂中的一个承载一第一电极(20)、所述两个振动臂中的另一个承载另一第一电极(22)，这些电极连接到由所述中心臂承载的连接元件(28，30)，其中，在所述连接部分内与所述中心臂伸出的一侧相对的那一侧加工出一狭槽(80)，并且沿所述狭槽的外侧设置有第二电极(82，84)。

2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述狭槽的位于中心臂内的部分沿谐振器的纵向延伸。

3.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，每个所述第二电极设计有一个间隙区(86，88)，该间隙区面对在所述中心臂内延伸的所述狭槽部分。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的谐振器，其特征在于，在每个振动臂的前面和后面中的至少一个上形成有至少一个槽(36，38)。

5.根据权利要求4所述的谐振器，其特征在于，在所述第二电极下方挖空而形成槽。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的谐振器，其特征在于，穿过所述中心臂加工有固定与定位孔(54，56)。

7.根据权利要求1到3中任一项所述的谐振器，其特征在于，在所述中心臂背面中加工有固定与定位盲孔。

8.根据权利要求1到3中任一项所述的谐振器，其特征在于，在所述中心臂上设置有固定与定位凹槽。

9.根据权利要求1到3中任一项所述的谐振器，其特征在于，所述振动臂的端部为突片(72，74)，该突片的宽度大于所述振动臂的宽度。

10.根据权利要求4所述的谐振器，其特征在于，所述槽的深度为所述振动臂在深度方向的厚度的30％-50％。

11.根据权利要求4所述的谐振器，其特征在于，所述槽的深度为所述振动臂在深度方向的厚度的40％-50％。

说明书

小型压电谐振器

技术领域

[0001] 本发明涉及压电谐振器，更具体地涉及最常用于制造频率发生器的小型谐振器，该频率发生器尤其用于诸如钟表、信息技术、电信和医学领域等多种领域中的便携式电子设备。

背景技术

[0002] 在以受让人名义提交的现有技术文献US6700313中已经公开了这种小型谐振器，该文献在此作为参考。在图4中示出的用于安装在壳体中的谐振器10包括具有两个平行的臂12、14的音叉形部件，这两个臂通过连接部分16互相连接并承载电极20、22以使电极振动，这些电极连接到连接片28、30上，该连接片用于电连接到壳体外部。谐振器10还包括附装在连接部分16上的中心臂18，该中心臂位于音叉形部件的臂12、14之间，并与这两个臂基本上距离相等，该中心臂18的质量比音叉形部件的臂的质量大，并且该中心臂承载连接片28、30。该谐振器通过将其中心臂18固定到至少一个固定于壳体底部的支承件上而安装在平行六面体形状的壳体内。

[0003] 上述类型的谐振器——下文称作三臂谐振器——能够避免传统的音叉谐振器所遇到的许多问题。

[0004] 其中一个问题是，传统音叉谐振器的尺寸和功能特征被优化以便将谐振器安装在金属壳体而不是陶瓷壳体内。例如，传统谐振器的长宽比不适于这种(金属)壳体的制造，尤其当这些壳体是SMD(表面安装设备)类型，即，用于被自动地安装在无孔的印刷电路板上时。由于这个原因，传统的音叉谐振器及其与壳体的连接不具有良好的抗震性。

[0005] 此外，传统的音叉谐振器在被固定到壳体的台阶上时容易朝壳体底部倾翻。

[0006] 此外，陶瓷材料和石英的热膨胀系数的差异足以在谐振器内产生机械应力，该机械应力不仅会在温度改变时存在于音叉的臂中并干扰谐振器的工作，而且还会使焊接破裂或使谐振器的连接片从壳体的连接元件脱离，并改变或甚至切断谐振器电极和壳体的外部接触片之间的电连接。

[0007] 出于同样的原因，如果在连接片所在的音叉基部一侧上有初始裂纹，则显著的温度变化甚至会使音叉断裂。

[0008] 最后，当谐振器被真空封装时，不可能达到完全真空，从而当谐振器振动时，由音叉的臂对大气的扰动会在该臂彼此靠近时改变谐振器的工作参数，这(在陶瓷壳体的情况下)比在金属壳体的情况下更突出。

[0009] 因此，三臂谐振器能够为传统音叉谐振器所遇到的各种问题提供令人满意的解决方案。然而，尽管已经证明这些三臂谐振器是有利的，但是对于移动电话或手表的应用领域，小型化需求以及维持音叉振动所需的能量消耗一直是重要的问题。

发明内容

[0010] 本发明的主要目的是提供一种三臂谐振器，该谐振器使得能够减小谐振器的尺寸尤其是长度。为此，根据本发明的第一方面，本发明涉及一种包括具有两个平行振动臂的音叉形部件的压电谐振器，这两个振动臂通过连接部分互相连接，从该连接部分伸出位于音叉形部件的两个振动臂之间的中心臂，两个振动臂中的一个承载一第一电极、两个振动臂中的另一个承载另一第一电极，这些电极连接到由所述中心臂承载的连接元件，其中，在所述连接部分内与所述中心臂伸出的一侧相对的那一侧加工(切割)出一狭槽，并且沿所述狭槽的外侧设置有第二电极。因此，通过利用第二电极对被切割的连接部分的所有高应力区域内的电场进行补偿，实现了振动臂的振动耦合效果的优化。此外，对于确定的频率，使用这些优选带槽的附加电极，可以减小谐振器的总体长度。

[0011] 根据本发明的另一方面，为了避免在其中第二电极围绕狭槽的区域中发生电极短路，这些第二电极中的每一个设计有一个间隙区(relief zone)，该间隙区面对在中心臂内延伸的狭槽部分。

[0012] 根据本发明的另一方面，为了通过生成更均匀并且局部更密集的激励电场来减少能量消耗，并且即使当振动件的尺寸被小型化时臂的振动损失也较低，并且CI值(晶体阻抗或相等的串联电阻)也可以被抑制在较低水平，在每个振动臂的前面和背面中的至少一个上形成有至少一个槽。此外，在振动臂上使用槽能够在即使装置被小型化时也提供精确的性能。

[0013] 根据本发明的另一方面并且出于与上述方面相同的原因，在所述第二电极下方挖空而形成槽。

[0014] 根据本发明的另一方面，为了确保将谐振器精确而牢固地定位在封装壳内，穿过中心臂加工出固定与定位孔或凹槽。

[0015] 根据本发明的另一方面，为了进一步减小这种三臂谐振器的尺寸尤其是长度，振动臂的端部为突片(flipper)，该突片的宽度大于振动臂的宽度。

附图说明

[0016] 通过阅读下列参照附图的说明可以看到本发明的其它特征和优点，在附图中：

[0017] -图1是根据本发明的压电谐振器的第一实施例的仰视图；

[0018] -图2是根据本发明的压电谐振器的第二实施例的仰视图；

[0019] -图3是根据本发明的压电谐振器的第三实施例的仰视图；

[0020] -图4已经说明过，它是根据现有技术的压电谐振器的俯视图。

具体实施方式

[0021] 在图1中示出的第一实施例中，用参考标号10表示的根据本发明的谐振器包括具有两个振动臂12和14的音叉形部件，该两个振动臂通过连接部分16连接，在该连接部分16上附装有位于臂12和14之间并且与该臂平行的中心臂18，整个组件由石英制成单独一个部件。

[0022] 如图1所示，振动臂12和14承载两组分别通过导电路径24和26互相连接的电极20和22，该导电路径24和26由音叉形部件的连接部分16承载。如图中所示，这些电极和导电路径设置成使臂12和14以挠曲模式振动，但是它们可以具有不同的构造以使该臂以相同模式或另一种模式(扭转、剪切等)振动。对于中心臂18，图1示出中心臂18在其背面承载有两个导电连接片28和30，这些连接片位于谐振器沿长度方向的重心G的两侧且优选与该重心距离相等，这些连接片28和30分别通过导电路径32和34连接到导电路径26和24，该导电路径26和24使各组电极20和22相互连接。这些连接片28和30还可用于在谐振器封装壳(未示出)内固定谐振器。

[0023] 由图1可看出，中心臂18的宽度应当至少略大于音叉形部件的臂12或14宽度的1.5倍。此外，中心臂18的长度不一定如图1所示等于臂12和14的长度。它的长度例如可以较短。但是重要的是，一方面，中心臂18与臂12和14的距离基本相等，该距离可以等于常规的音叉谐振器的臂隔开的距离，另一方面，该中心臂18的质量比必须要振动的臂12和14的质量大得多。

[0024] 在与中心臂18伸出的一侧相对的一侧上在连接部分16中设置有狭槽80，该狭槽优选地沿谐振器的纵向轴线X。该狭槽80的作用是实际上使振动臂12、14延长到连接部分16的对应的半个部分。为了通过对被切割的连接部分的所有高应力区域内的电场进行补偿来进一步优化振动臂的振动耦合效果，沿狭槽80设置有附加电极82、84。因此，对于确定的频率，使用这些电极82、84可以减小谐振器的总体长度。有利地，为了使振动臂12、14的长度最大化，狭槽80的一部分在中心臂18内沿谐振器的纵向轴线X延伸，所述部分是位于划分连接部分16和中心臂18的虚线40上方的部分。此外，有利地，每个电极82、84设计成分别具有面向在中心臂内延伸的狭槽部分的间隙区86、88，以便防止连接元件90、92分别与电极82、84之间发生电极短路。间隙区86和88使得有足够的自由空间用于安全地设置连接元件90和92。

[0025] 图2示出第二实施例，它与第一实施例的区别在于，为了通过生成更均匀且局部更密集的激励电场来减少能量消耗，并且即使当振动件的尺寸被小型化时臂的振动损失也较低，在每个振动臂12、14的前面和背面中的至少一侧上形成至少一个槽36、38。应当理解，这些槽的深度优选为对应振动臂在深度方向的厚度的30％-50％之间，有利地在40％-50％之间。应指出，该比率可适用于下文所有带槽的实施例。在振动臂上使用这种槽能够在即使装置被小型化时也提供精确的性能。作为替代方案，可仅在每个振动臂的前面或者背面上设置一个槽，或者可以在前面和背面两者上设置两个槽。

[0026] 有利地，为了进一步提高振动臂的振动耦合效果，槽36、38在连接部分16中延伸。槽36、38的在连接部分16中延伸的、实际上由虚线40所限定的部分42、44——此处机械应力最大——使得能够对此高应力区域内的电场进行补偿。优选地，在连接部分16内的这些槽部分42、44设计成具有相对于振动臂12、14的纵向轴线不对称的形状，以使位于连接部分中的高应力区域更坚固以抵抗机械约束(constraint)。

[0027] 有利地，出于同样的原因，分别在电极82、84下方挖空形成槽94、96，以便生成更均匀并且局部更密集的激励电场。

[0028] 有利地，在中心臂18上设置固定与定位装置，以确保将谐振器10精确定位和牢固地固定在谐振器封装壳内。为此，穿过中心臂18加工有固定与定位孔54和56，这些孔优选地还用于将谐振器10的成组电极20、22连接到封装壳(未示出)内的导电元件上。由于这些孔54和56穿过中心臂18，因此可通过观察设计在所述封装壳底部上的标记而将谐振器10精确地定位在封装壳(未示出)内。此外，在将谐振器装配在封装壳内期间，在孔54、56内填充导电粘合剂，这一方面可以将电极20、22电连接到封装壳(未示出)内的导电元件上，另一方面可以将谐振器10牢固地固定在封装壳内。或者，也可以设置固定与定位凹槽来代替孔54和56。作为另一种替代方案，可以在中心臂的背面，即支承导电元件28和
30的那一面设置盲孔。然后可通过沿壳体内对应的突起部引导这些盲孔来定位谐振器。

[0029] 在图3所示的第三实施例中，谐振器与第一实施例的区别在于，每个振动臂12和14的端部分别形成突片72和74。优选地，这些突片72和74具有相对于对应的振动臂12、
14的纵向轴线(X1，X2)对称的矩形形状，突片宽度约为振动臂宽度的两倍。但是另一方面，应当理解，在不改变谐振器性能的情况下可以从振动臂的总体长度推导出突片长度，并且中心臂18的长度相应地减小以便不会延伸到振动臂12和14之外。由此可相应地减小谐振器的长度。

[0030] 应当理解，优选地，为了进一步改善根据任何上述实施例的谐振器的抗震性，有利地选择在振动臂12、14或狭槽80连接到连接部分的位置处的切除部分，使得谐振器的可见晶体平面最小。在一个石英谐振器的示例中，该切除部分形成大约60°或120°的角度。

[0031] 已经借助于某些具体实施例说明了本发明，但是应当理解，这些实施例并不意味着对本发明的限制。实际上，在不脱离所附权利要求范围的情况下，各种变型、修改和/或实施例之间的组合对于本领域技术人员将是显而易见的。