一種低熱彈性阻尼扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種低熱彈性阻尼扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件，包括基底、設(shè)置在基底上的低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極，以及由低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)支撐的扭轉(zhuǎn)平板，低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)包括位于同一軸線上的、具有矩形截面的第一扭轉(zhuǎn)支撐梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁，扭轉(zhuǎn)平板能夠繞第一扭轉(zhuǎn)支撐梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁所在的軸線旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極對(duì)稱設(shè)置在低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)的軸線兩側(cè)，第一扭轉(zhuǎn)支撐梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁的矩形截面的長(zhǎng)邊垂直于基底。本實(shí)用新型中扭轉(zhuǎn)支撐梁橫截面的長(zhǎng)邊保持垂直于基底平面，此時(shí)產(chǎn)生的熱彈性阻尼是小于長(zhǎng)邊水平放置，尤其是高頻時(shí)，熱彈性阻尼明顯下降。
【專利說明】一種低熱彈性阻尼扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微機(jī)電系統(tǒng)MEMS領(lǐng)域，涉及一種低熱彈性阻尼扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件。
【背景技術(shù)】
[0002]品質(zhì)因數(shù)是諧振器件的重要性能指標(biāo)。對(duì)于封裝在真空中的器件，熱彈性阻尼是影響品質(zhì)因數(shù)的重要因素之一。熱彈性阻尼是由于機(jī)械結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用下發(fā)生壓縮、拉伸，使得體積發(fā)生變化，導(dǎo)致熱量產(chǎn)生并耗散掉，也即諧振器件的振動(dòng)能量變?yōu)闊崮芎纳⒌?。?duì)于扭轉(zhuǎn)式諧振器件，當(dāng)前的普遍觀點(diǎn)是:彈性力學(xué)的結(jié)果表明[S.A.Chandorkar，R.N.Candler, A.Duwel, R.Melamud, M.Agarwal, K.E.Goodson, T.ff.Kenny, Multimodethermoelastic dissipation, Journal of Applied Physics, 105 (2009) 043505.],扭轉(zhuǎn)變形不會(huì)引起體積發(fā)生變化，所以不會(huì)有熱彈性阻尼。如圖2a和圖2b所示，當(dāng)前的矩形截面扭轉(zhuǎn)支撐梁可以有長(zhǎng)邊水平放置和長(zhǎng)邊垂直放置方法。這兩種放置方法具有相同的扭轉(zhuǎn)剛度。按扭轉(zhuǎn)振動(dòng)沒熱彈性阻尼的觀點(diǎn)，這兩種梁設(shè)置方法都不會(huì)產(chǎn)生熱彈性阻尼，可以不加區(qū)分地使用。但實(shí)際上，靜電力不僅使扭轉(zhuǎn)支撐梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，而且使扭轉(zhuǎn)支撐梁產(chǎn)生彎曲變形。圖3a和圖3b就分別是支撐梁純扭轉(zhuǎn)變形和扭轉(zhuǎn)-彎曲耦合變形引起的扭轉(zhuǎn)平板的位置示意圖。工程中，由于驅(qū)動(dòng)電極面積較大，靜電力相對(duì)支撐梁的剛度較大。因此，當(dāng)前忽略彎曲變形的做法在很多場(chǎng)合是不正確的。扭轉(zhuǎn)支撐梁彎曲變形會(huì)導(dǎo)致體積發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生熱彈性阻尼。這也是為什么當(dāng)前的封裝在真空中的扭轉(zhuǎn)器件，并沒有因?yàn)闊o熱彈性阻尼，而達(dá)到應(yīng)有的高品質(zhì)因數(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]技術(shù)問題:本實(shí)用新型提供一種可以顯著降低熱彈性阻尼的低熱彈性阻尼扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件。
[0004]技術(shù)方案:本實(shí)用新型的低熱彈性阻尼扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件，包括基底、設(shè)置在基底上的低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極，以及由低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)支撐的扭轉(zhuǎn)平板。低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)包括位于同一軸線上的、具有矩形截面的第一扭轉(zhuǎn)支撐梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁。扭轉(zhuǎn)平板能夠繞第一扭轉(zhuǎn)支撐梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁所在的軸線旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極對(duì)稱設(shè)置在低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)的軸線兩側(cè)。第一扭轉(zhuǎn)支撐梁和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁的矩形截面的長(zhǎng)邊垂直于基底。
[0005]本實(shí)用新型的扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件中，驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極位于扭轉(zhuǎn)平板的下方，且不與低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)連接。
[0006]本實(shí)用新型中，扭轉(zhuǎn)支撐梁橫截面的長(zhǎng)邊應(yīng)保持垂直于基底平面，此時(shí)產(chǎn)生的熱彈性阻尼小于是長(zhǎng)邊水平放置。物理原理分析如下。
[0007]首先分析長(zhǎng)邊水平放置。以B和ε.Β分別表示支撐梁矩形截面的長(zhǎng)邊和短邊尺寸。顯然，0< ε <1。此時(shí)，慣性矩
【權(quán)利要求】
1.一種低熱彈性阻尼扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件，其特征在于，該器件包括基底(4)、設(shè)置在所述基底(4)上的低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電極(5)和感應(yīng)電極(6)，以及由所述低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)支撐的扭轉(zhuǎn)平板(1)，所述低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)包括位于同一軸線上的、具有矩形截面的第一扭轉(zhuǎn)支撐梁(2)和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁(3)，扭轉(zhuǎn)平板(I)能夠繞第一扭轉(zhuǎn)支撐梁(2)和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁(3)所在的軸線旋轉(zhuǎn)，所述驅(qū)動(dòng)電極(5)和感應(yīng)電極(6)對(duì)稱設(shè)置在低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)的軸線兩側(cè)，所述第一扭轉(zhuǎn)支撐梁(2)和第二扭轉(zhuǎn)支撐梁(3)的矩形截面的長(zhǎng)邊垂直于基底(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱彈性阻尼扭轉(zhuǎn)式微機(jī)電諧振器件，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電極(5)和感應(yīng)電極(6)位于扭轉(zhuǎn)平板(I)的下方，且不與低熱彈性阻尼結(jié)構(gòu)連接。
【文檔編號(hào)】H03H9/24GK203675064SQ201420001856
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】李普, 方玉明, 臺(tái)永鵬 申請(qǐng)人:東南大學(xué)