10MHz石英力敏諧振器集群的制作方法

本發(fā)明——10mhz、6對(duì)電極的石英力敏諧振器集群，屬于石英晶體力敏諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作領(lǐng)域。傳統(tǒng)的石英晶體諧振器是現(xiàn)代通訊、信號(hào)檢測(cè)及控制等領(lǐng)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——10mhz、6對(duì)電極的石英力敏諧振器集群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(shè)計(jì)制作的一種特殊結(jié)構(gòu)的力敏諧振器。這種10mhz、6對(duì)電極的石英力敏諧振器集群能抑制溫度等干擾因素對(duì)諧振頻率的影響，并可作為力敏感元件應(yīng)用于力、形變或慣性檢測(cè)控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的石英諧振器作為一種電子元件，其結(jié)構(gòu)有音叉式、圓薄片式、薄矩形式等，電極均為一對(duì)電極，整體封裝在一個(gè)金屬殼體內(nèi)，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(lǐng)域。

石英晶體是一種具有壓電效應(yīng)及各向異性特性的結(jié)晶體。由切割而得的石英晶體薄片的性質(zhì)與晶體薄片的取向即切型密切相關(guān)。因此，在一定的切型下石英晶體薄片具有顯著的壓電效應(yīng)，由這種切型的石英晶體構(gòu)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(shí)，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。

在石英晶體諧振器力頻敏感特性的應(yīng)用方面，諧振器的基片有薄圓片式、薄矩形式等形狀，一個(gè)基片上只有一對(duì)電極，即一個(gè)基片構(gòu)成一個(gè)諧振器。使用時(shí)一般由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的諧振器配對(duì)使用以消除溫度等的干擾。

本發(fā)明在厚度為0.16mm的同一石英晶體基片上設(shè)置6對(duì)電極，每對(duì)電極可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的諧振器，分別與各自的激勵(lì)電路連接時(shí)各諧振器可同時(shí)獨(dú)立地工作，彼此之間互不干擾，諧振頻率為10mhz，這樣就構(gòu)成了石英力敏諧振器集群。在這種結(jié)構(gòu)的石英力敏諧振器集群的基片的邊緣施加徑向力時(shí)，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(shù)，可使這種集群式的石英力敏諧振器的力頻敏感效應(yīng)得到提升，同時(shí)可抑制溫度等干擾因素的影響。

經(jīng)查詢，本領(lǐng)域的研究工作除本發(fā)明人及團(tuán)隊(duì)外，未見相關(guān)成果的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種10mhz、6對(duì)電極的石英力敏諧振器集群的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)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(yīng)用過程中溫度、工藝等因素對(duì)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(yīng)的石英力敏諧振器集群。

本發(fā)明一種10mhz、6對(duì)電極的石英力敏諧振器集群，其特點(diǎn)是在同一石英晶體基片上不同位置點(diǎn)有大小和形狀相同的6對(duì)獨(dú)立電極，每對(duì)獨(dú)立電極及電極間對(duì)應(yīng)的晶體共同構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立諧振器，由此在同一石英晶體基片上可形成6個(gè)獨(dú)立諧振器，其特征是：所述的10mhz、6對(duì)電極的石英力敏諧振器集群，同一石英晶體基片上的各個(gè)獨(dú)立的諧振器由以晶體基片為鏡像面的兩個(gè)對(duì)稱金屬電極及電極間的石英晶體構(gòu)成，每對(duì)電極通過電極過渡引線及電極外接引線與激勵(lì)電路連接；同一石英晶體基片上的各個(gè)獨(dú)立諧振器均勻地分布在以晶體基片中心為圓心的同一圓周上，晶體基片為薄圓片；所述同一石英晶體基片上的各個(gè)獨(dú)立的諧振器與自己的激勵(lì)電路連接時(shí)，能同時(shí)獨(dú)立工作，互不干擾，基頻諧振頻率為10mhz±2khz；所述的多電極石英力敏諧振器，電極材料為導(dǎo)電性能良好的金屬材料，如可以是金(au)、鉑(pt)、銀(ag)、銅(cu)、鋁(al)等金屬；電極及電極過渡引線可用濺射、蒸鍍等方法一次沉積完成；所述的10mhz、6對(duì)電極的石英力敏諧振器集群，其石英晶體基片的厚度約為0.16mm，基片的直徑為14mm；晶體基片的表面為拋光鏡面；晶體基片的外邊沿為劈型平倒結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明同一石英晶體基片上的各個(gè)獨(dú)立的諧振器，在一定的徑向力f作用下，可導(dǎo)出如下力頻敏感特性關(guān)系式：

δf＝kiδf(1)

式中，δf為石英力敏諧振器諧振頻率變化量，δf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(guān)的系數(shù)。對(duì)一定結(jié)構(gòu)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δf與力變化量δf成線性關(guān)系。

本發(fā)明同一石英晶體基片上的各個(gè)不同位置的獨(dú)立諧振器，由于石英晶體的各向異性特性，各個(gè)諧振器對(duì)應(yīng)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(chǔ)，也為通過信息融合提高諧振器集群的力頻敏感特性及綜合性能提供了條件。

附圖說明

圖1實(shí)施例——電極直徑2mm，10mhz、6對(duì)電極石英力敏諧振器集群結(jié)構(gòu)圖

1-石英晶體基片，2-石英晶體基片邊沿劈型倒邊，3-諧振器電極(共6對(duì))，4-諧振器電極過渡引線(共12處)，5-諧振器電極外接引線(共12根)

圖2實(shí)施例——電極直徑1mm，10mhz、6對(duì)電極石英力敏諧振器集群結(jié)構(gòu)圖

6-石英晶體基片，7-石英晶體基片邊沿劈型倒邊，8-諧振器電極(共6對(duì))，9-諧振器電極過渡引線(共12處)，10-諧振器電極外接引線(共12根)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明10mhz、6對(duì)電極石英力敏諧振器集群作如下敘述。

本發(fā)明10mhz、6對(duì)電極石英力敏諧振器集群實(shí)施例如圖1、圖2所示。包括石英晶體基片1(或6)，石英晶體基片邊沿劈型倒邊2(或7)，諧振器電極3(或8)(6對(duì))，諧振器電極過渡引線4(或9)(12處)，諧振器電極外接引線5(或10)(12根)。

圖1中，電極3的直徑為2mm，6對(duì)電極3均勻分布中半徑為4mm的圓周上，該圓周的中心與石英晶體基片1的中心重合；圖2中，電極8的直徑為1mm，6對(duì)電極8均勻分布中半徑為3mm的圓周上，該圓周的中心與石英晶體基片6的中心重合

石英晶體基片1(或6)根據(jù)設(shè)計(jì)要求經(jīng)切割加工成厚度為0.16mm、直徑為14mm的薄圓盤。切割加工時(shí)用倒口的方式標(biāo)記出x軸的方向，薄圓片根據(jù)設(shè)計(jì)要求可作高溫老化處理，表面作拋光處理，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(或7)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(biāo)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6對(duì)諧振器電極3(或8)及電極過渡引線4(或9)，之后將諧振器電極外接引線5(或10)用銀漿固結(jié)在電極過渡引線4(或9)上，并在真空狀態(tài)高溫固化24小時(shí)。每對(duì)電極對(duì)應(yīng)的外接引線5(或10)分別與各自的激勵(lì)電路連接，從而構(gòu)成諧振回路，在通電狀態(tài)下則對(duì)應(yīng)的諧振器即可工作于相應(yīng)的諧振狀態(tài)。若在石英晶體基片1(或6)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。

利用agilent-53132a數(shù)字式頻率計(jì)及徑向加力裝置，可測(cè)出本發(fā)明10mhz、6對(duì)電極石英力敏諧振器集群中不同位置諧振器的力頻敏感轉(zhuǎn)換系數(shù)。在不同的加力方位，不同位置的諧振器的力-頻轉(zhuǎn)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(shí)，可抑制溫度等干擾因素對(duì)諧振器諧振頻率的影響；利用信息融合技術(shù)，可提高本發(fā)明10mhz、6對(duì)電極石英力敏諧振器集群整體的力敏特性等綜合性能。