專利名稱：小尺寸封裝的壓電諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及封裝的壓電諧振器，或者換句話說(shuō)，涉及由壓電諧振器和容納該壓電諧振器的殼體構(gòu)成的器件。更具體地，本發(fā)明涉及小尺寸封裝的壓電諧振器，其最通常用于制造頻率發(fā)生器，這些頻率發(fā)生器特別用于例如鐘表學(xué)、信息技木、電信以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多種領(lǐng)域中的便攜式電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
以受讓人名義申請(qǐng)的現(xiàn)有技術(shù)文件US7，084，556中已經(jīng)公開(kāi)了這樣的小尺寸封裝諧振器，在此以參考方式將該文件引入。圖I中描述的諧振器10用來(lái)安裝在封裝體中。該諧振器10包括音叉狀部分，該音叉狀部分具有兩個(gè)平行臂12、14，它們通過(guò)連接部16彼此連接、并承載著使它們振動(dòng)的電極20、22，這些電極連接到用來(lái)電連接到殼體外部的連接焊盤(pán)28、30。圖2是用于接收對(duì)應(yīng)于本發(fā)明領(lǐng)域的一類壓電諧振器的已知封裝體(顯示為移除了蓋體)的頂視圖。已知的是，封裝體的尺寸取決于該諧振器的總體形狀，其可根據(jù)考慮的實(shí)施例而改變。平行六面體形的封裝體70包括由平底72和四個(gè)側(cè)面74以及蓋體(未示出)構(gòu)成的殼體。在平底72上布置兩個(gè)導(dǎo)電元件，例如薄導(dǎo)電層、柱或凸起78和80，以便與該諧振器10(圖I)的連接焊盤(pán)28、30接觸。在該諧振器10安裝到該殼體70內(nèi)之后，可通過(guò)將蓋體的邊緣真空焊接到該殼體的側(cè)面74上而將該蓋體固定。這可通過(guò)加熱及施壓、借助焊接框(未示出)而完成。在已知的方式中，圖2中的殼體的平底72和四個(gè)側(cè)面74可通過(guò)蝕刻陶瓷層而形成。如果用于殼體的蓋體不由與該封裝體其余部分相同的陶瓷制成，則該蓋體可由例如金屬、玻璃或硅制成。大部分傳統(tǒng)諧振器的ー個(gè)問(wèn)題是，它們被設(shè)計(jì)為僅在它們的ー個(gè)端部處連接到支撐襯底。用這種設(shè)計(jì)很難保證該諧振器的平面音叉狀部分被合適地定位以及與該支撐襯底平行對(duì)準(zhǔn)。在未對(duì)準(zhǔn)的情況下，存在諧振器的振動(dòng)臂與該支撐襯底的表面或該封裝體的蓋體碰撞的危險(xiǎn)。為了防止這種后果，必須在諧振器的上方和下方提供足夠的間隙。這種對(duì)間隙的需求嚴(yán)重地限制了設(shè)計(jì)更薄并且更加緊湊的封裝壓電諧振器的可能。在先專利文件US7，084，556通過(guò)提供改進(jìn)的音叉諧振器部分地解決了上面的問(wèn)題，該改進(jìn)的音叉諧振器包括連接到連接部16并位于音叉狀部分的臂12、14之間、與所述臂12、14實(shí)質(zhì)上等距離的附加中央連接臂18 (圖I)。如圖I中描述的，基部62可進(jìn)ー步形成在與該連接部16相対的連接臂的末端。根據(jù)所描述的示例，該基部延伸出該振動(dòng)臂12和14，并優(yōu)選承載該諧振器的連接焊盤(pán)28、30。該諧振器10通過(guò)將該基部62和/或該連接臂18經(jīng)由至少ー個(gè)連接點(diǎn)連接到殼體的底部而安裝在該殼體內(nèi)。該基部?jī)?yōu)選用于將該諧振器10連接到其封裝體的內(nèi)部，并且用于將電極20、22電連接至封裝體內(nèi)部的導(dǎo)電元件(未示出)。專利文件US7，084，556公開(kāi)的為諧振器提供至少ー個(gè)連接臂意味著ー種相當(dāng)大的改進(jìn)。然而，還存在對(duì)更加細(xì)薄并且更加緊湊的封裝壓電諧振器的需求。因此，本發(fā)明的ー個(gè)目的是進(jìn)一歩改善封裝的壓電諧振器的細(xì)薄性和緊湊性。實(shí)現(xiàn)這ー結(jié)果的ー種方式是降 低容納該壓電諧振器的封裝體的蓋體的厚度。然而，封裝體的內(nèi)部通常保持在真空條件下。因此，蓋體經(jīng)受著封裝體外部的大氣施加的相當(dāng)大的壓力。在很多情況下，大氣壓力足以導(dǎo)致蓋體嚴(yán)重地下陷。由于振動(dòng)臂與蓋體間的間隙應(yīng)該最小化，因此蓋體的這種下陷可引起振動(dòng)臂與蓋體的下側(cè)之間的碰撞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個(gè)目的是限制蓋體的下陷，以便振動(dòng)臂與蓋體的下側(cè)之間保持足夠的間隙。為了這一目的，本發(fā)明涉及根據(jù)所附權(quán)利要求I的封裝壓電諧振器。技術(shù)人員將會(huì)理解，根據(jù)本發(fā)明，蓋體的內(nèi)表面為階梯狀并包括在連接臂上面延伸的、實(shí)質(zhì)上厚度更大的部分。因此，蓋體的任何顯著下陷會(huì)引起蓋體的這ー較厚部分靠在連接臂上。因此會(huì)阻止蓋體的任何進(jìn)ー步的下陷。此外，在振動(dòng)臂的遠(yuǎn)端部分上延伸的蓋體部分具有更薄的厚度。這確保了間隙仍然足以避免振動(dòng)臂與蓋體的下側(cè)的任何碰撞的危險(xiǎn)。


通過(guò)閱讀隨后的參考附圖的描述將會(huì)清楚本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點(diǎn)，其中圖I是對(duì)應(yīng)于本發(fā)明領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)的ー類壓電諧振器的實(shí)例；圖2是用于接收?qǐng)DI所示類型壓電諧振器的合適封裝的頂視圖；圖3a是根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的安裝在封裝中的壓電諧振器的頂視圖；圖3b是圖3a中封裝的諧振器的側(cè)視圖；圖4是對(duì)應(yīng)于本發(fā)明替代實(shí)施例的封裝的諧振器的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式在圖3a和3b中示出的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的由附圖標(biāo)記110標(biāo)明的諧振器包括音叉狀部分，該音叉狀部分具有由連接部116連接的兩個(gè)振動(dòng)臂112與114，位于臂112和114之間且與所述臂平行的中央連接臂118連接到該連接部116。整個(gè)組件由ー塊石英制成。如圖3a所示，中央臂118稍長(zhǎng)于振動(dòng)臂112及114。該中央臂的遠(yuǎn)端加寬為延伸至振動(dòng)臂之外的基部162。該基部162用于將諧振器110固定到其封裝體的底部以及用于將該諧振器的驅(qū)動(dòng)電極(未示出)電連接到在封裝體內(nèi)部形成的導(dǎo)電柱或凸起178及180。振動(dòng)臂112和114中的每ー個(gè)的遠(yuǎn)端加寬為鰭狀體(flipper)(分別為166和168)，該鰭狀體幾乎為振動(dòng)臂剩余部分的兩倍寬。為了減小諧振器的總寬度，矩形的鰭狀體優(yōu)選關(guān)于振動(dòng)臂的縱軸線非対稱布置。更確切地，如圖3a中所示，鰭狀體166、168可朝向中央臂118偏移。在這種情況下，為了在鰭狀體166、168與中央臂118之間提供足夠的橫向間隙，該中央臂包括縮窄部分176。如圖3a中所示，該縮窄部分176在鰭狀體166和168之間延伸。由現(xiàn)有技術(shù)可知，提供具有鰭狀體的振動(dòng)臂的優(yōu)點(diǎn)在于，可從振動(dòng)臂的總長(zhǎng)度中減去該鰭狀體的長(zhǎng)度而不改變諧振器的性能，因此可相應(yīng)地降低該諧振器的長(zhǎng)度。如圖3a和3b所示，連接臂118位于形成在封裝體170的平底上的固定柱或凸起182上。如前面提到的，諧振器110也固定于導(dǎo)電柱178和180。技術(shù)人員因而可以理解，在本發(fā)明中，柱178、180和182形成了用于將該諧振器110固定在封裝體170內(nèi)部的三腳架。該三腳架也提供了振動(dòng)臂與平底172之間的足夠間隙。例如，連接臂118和基部162可粘接或焊接至上述三個(gè)柱。如圖3a所示，位于固定柱182和連接部116之間的連接臂118的部分優(yōu)選至少為ー個(gè)振動(dòng)臂寬度的I. 5倍。而且，在本實(shí)施例中，退耦裝置(decouplingmeans) 150布置在靠近連接部116的中央臂上。提供這些退耦裝置以便將中央連接臂118與振動(dòng)臂112和114機(jī)械地退耦。如圖示，可通過(guò)中央臂118每ー側(cè)的凹ロ 150的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)該退耦裝置。該退耦裝置布置在固定柱182和連接部116之間，優(yōu)選更靠近連接部116。這類諧振器的通常情況是，振動(dòng)臂112和114承載兩組電極(未示出)，這兩組電極可與圖I中示出的電極組20和22相似的方式布置并彼此連接。這兩個(gè)電極組進(jìn)ー步連 接到形成在基部162背面上的兩個(gè)導(dǎo)電連接焊盤(pán)(未示出)。這些連接焊盤(pán)布置為分別與導(dǎo)電柱178和180接觸。由現(xiàn)有技術(shù)可知，為了降低諧振器消耗的能量，可在每個(gè)振動(dòng)臂的前側(cè)或后側(cè)中的至少ー側(cè)進(jìn)ー步形成至少ー個(gè)溝槽(未示出)。溝槽的存在允許產(chǎn)生激發(fā)電場(chǎng)，該激發(fā)電場(chǎng)更加均勻并且局部更強(qiáng)，而且對(duì)該激發(fā)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，即使在縮小了振動(dòng)件的尺寸時(shí)在所述臂處的振動(dòng)損失也很低。如前面提到的，圖3a和3b中示出的壓電諧振器110固定地安裝于封裝體170中。該封裝體的實(shí)際尺寸優(yōu)選根據(jù)諧振器的尺寸以及總體形狀來(lái)選擇，其可根據(jù)考慮的實(shí)施例而改變。平行六面體形的封裝體170包括由平底172和四個(gè)側(cè)面174以及蓋體140 (示于圖3b中)構(gòu)成的殼體。該蓋體具有邊緣，在諧振器已經(jīng)安裝到殼體170中后，通過(guò)加熱及施壓、并借助于焊接框(未示出)經(jīng)由所述邊緣將該蓋體真空焊接到主體部分的側(cè)面174上。選擇支撐該諧振器110的三個(gè)柱178、180和182的高度，以便該諧振器的振動(dòng)臂可以在殼體170的內(nèi)部自由振動(dòng)。圖3b中的側(cè)視圖示出了帶有頂蓋或蓋體140的圖3a中的封裝的諧振器。如圖可見(jiàn)，蓋體并非具有均勻厚度。蓋體的第一部分具有第一厚度，而蓋體的剰余部分具有第二厚度，該第二厚度實(shí)質(zhì)上大于第一厚度。具有第一厚度的蓋體部分形成蓋體內(nèi)側(cè)上的大凹入?yún)^(qū)域142。使用包括不同厚度部分的蓋體的目的是解決在振動(dòng)臂之上提供足夠間隙的需要、與降低封裝體170的總高度的需要之間的矛盾。在蓋體由玻璃、硅、或金屬制成的情況下，可通過(guò)蝕刻、化學(xué)蝕刻、深反應(yīng)離子刻蝕(Deep reactive Ion Etching)、或者在由金屬制成蓋體的情況下甚至通過(guò)落錘鍛造(drop forging)來(lái)移除該蓋體的ー些材料而形成所述凹陷部分142。如圖3b中所示，根據(jù)本實(shí)施例，除了凸出部或突起144，凹入部分142幾乎覆蓋了面對(duì)平底172的整個(gè)區(qū)域。然而應(yīng)該理解，根據(jù)替代實(shí)施例，代替在面對(duì)該平底172的整個(gè)區(qū)域上延伸的是，該凹入部分142可被限定于正對(duì)振動(dòng)臂112和114的區(qū)域，或者甚至限定于正對(duì)這些振動(dòng)臂的遠(yuǎn)端部分的區(qū)域。
如圖3a所示，前面提到的凸出部或突起144在蓋體140的內(nèi)側(cè)、在面對(duì)中央臂118的位置延伸。優(yōu)選地，布置該突起144以便將其定位在中央臂118連接到固定柱182的連接點(diǎn)的正對(duì)面。圖3a和3b中描述的該封裝體的內(nèi)部設(shè)計(jì)為保持在真空條件下。當(dāng)為了制造細(xì)薄封裝體而將蓋體140制造得微薄時(shí)，蓋體140外部的大氣壓力會(huì)引起蓋體140嚴(yán)重地下陷。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)提供從蓋體內(nèi)表面向下延伸的凸出部或突起144克服了這ー問(wèn)題。當(dāng)蓋體下陷時(shí)，該凸出部靠在中央臂118上。該蓋體因而由該中央臂支撐，從而防止了該蓋體任何進(jìn)ー步的下陷。由于將振動(dòng)臂的遠(yuǎn)端部分定位在凹入部分142的對(duì)面，因此振動(dòng)臂與蓋體之間的間隙仍足以確保不會(huì)發(fā)生碰撞。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的封裝的諧振器的另ー實(shí)施例。根據(jù)這ー特定實(shí)施例，蓋體240不包括凹入?yún)^(qū)域。更確切地，整個(gè)蓋體具有減小的厚度(除了突起144外)。根據(jù)這 ー實(shí)施例，為了向振動(dòng)臂提供足夠的間隙，封裝體的側(cè)面274比圖3中示出的封裝體的側(cè)面174要稍高些。已經(jīng)參照某些特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)該理解，這些實(shí)施例并非意圖限定本發(fā)明。事實(shí)上，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，多種修改、變體、和/或?qū)嵤├g的組合對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。特別是，專利文件US7，084，556描述了對(duì)應(yīng)于本發(fā)明領(lǐng)域的十種不同封裝的諧振器。本發(fā)明可常規(guī)地用任何這些不同封裝的諧振器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種封裝的壓電諧振器，包括 具有蓋體(140 ；240)的殼體(170 ;270)，以及容納在所述殼體中的壓電諧振器元件(110)，壓電諧振器元件包括 平面音叉狀部分，所述平面音叉狀部分具有彼此由連接部(116)連接的兩個(gè)平行振動(dòng)臂(112,114);以及 連接臂(118)，所述連接臂(118)從所述連接部沿著所述平面音叉狀部分的平面延伸，所述連接臂(118)通過(guò)至少ー個(gè)連接點(diǎn)(178，180，182)固定地連接到所述殼體(170)的底部(172)，并且所述連接臂被布置在所述振動(dòng)臂之間并且布置為與所述振動(dòng)臂平行， 其特征在于，連接臂(118)的遠(yuǎn)端加寬為與連接部(116)相対的基部(162)并且延伸超過(guò)振動(dòng)臂(112，114)，兩個(gè)連接焊盤(pán)形成在所述基部上并且固定地連接到形成在所述殼體(170)的底部(172)上的導(dǎo)電柱(178，180)，從而與所述底部形成兩個(gè)遠(yuǎn)端連接點(diǎn)以及將諧振器(110)的驅(qū)動(dòng)電極電連接到導(dǎo)電柱，并且所述兩個(gè)遠(yuǎn)端連接點(diǎn)與位于所述振動(dòng)臂(112，114)之間的中央連接點(diǎn)(182)共同形成用于所述諧振器(110)的三腳架。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的封裝的壓電諧振器，其中兩個(gè)振動(dòng)臂(112，114)的遠(yuǎn)端各自加寬為鰭狀體(166，168)，并且所述鰭狀體相對(duì)于振動(dòng)臂朝向連接臂(118)偏移。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的封裝的壓電諧振器，其中連接臂(118)包括退耦裝置(150)，所述退耦裝置布置在所述中央連接點(diǎn)(182)與所述連接部(116)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的封裝的壓電諧振器，其中所述退耦裝置由在連接臂(118)每側(cè)的凹ロ(150)形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及小尺寸封裝的壓電諧振器，包括具有蓋體(140；240)的殼體(170；270)以及容納在殼體中的壓電諧振器元件(110)。壓電諧振器元件包括具有兩個(gè)平行振動(dòng)臂(112，114)的平面音叉狀部分、以及用于將諧振器元件(110)固定到殼體(170)的底部(172)的附加連接臂(118)。蓋體(140，240)的內(nèi)表面為階梯狀，從而形成第一部分(142)和第二部分(144)，蓋體在第一部分具有第一厚度，蓋體在第二部分具有實(shí)質(zhì)上大于第一厚度的第二厚度，第一部分(142)至少在振動(dòng)臂(112，114)的遠(yuǎn)端部分(166，168)上延伸，第二部分(144)至少在連接臂(118)的一部分上延伸。
文檔編號(hào)H03H9/21GK102723926SQ201210083740
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者S·達(dá)拉皮亞扎 申請(qǐng)人:伊塔瑞士鐘表制造股份有限公司