一种低热弹性阻尼扭转式微机电谐振器件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低热弹性阻尼扭转式微机电谐振器件，包括基底、设置在基底上的低热弹性阻尼结构、驱动电极和感应电极，以及由低热弹性阻尼结构支撑的扭转平板，低热弹性阻尼结构包括位于同一轴线上的、具有矩形截面的第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁，扭转平板能够绕第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁所在的轴线旋转，驱动电极和感应电极对称设置在低热弹性阻尼结构的轴线两侧，第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁的矩形截面的长边垂直于基底。本实用新型中扭转支撑梁横截面的长边保持垂直于基底平面，此时产生的热弹性阻尼是小于长边水平放置，尤其是高频时，热弹性阻尼明显下降。
【专利说明】一种低热弹性阻尼扭转式微机电谐振器件
【技术领域】
[0001]本实用新型属于微机电系统MEMS领域，涉及一种低热弹性阻尼扭转式微机电谐振器件。
【背景技术】
[0002]品质因数是谐振器件的重要性能指标。对于封装在真空中的器件，热弹性阻尼是影响品质因数的重要因素之一。热弹性阻尼是由于机械结构在应力作用下发生压缩、拉伸，使得体积发生变化，导致热量产生并耗散掉，也即谐振器件的振动能量变为热能耗散掉。对于扭转式谐振器件，当前的普遍观点是:弹性力学的结果表明[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.],扭转变形不会引起体积发生变化，所以不会有热弹性阻尼。如图2a和图2b所示，当前的矩形截面扭转支撑梁可以有长边水平放置和长边垂直放置方法。这两种放置方法具有相同的扭转刚度。按扭转振动没热弹性阻尼的观点，这两种梁设置方法都不会产生热弹性阻尼，可以不加区分地使用。但实际上，静电力不仅使扭转支撑梁产生扭转变形，而且使扭转支撑梁产生弯曲变形。图3a和图3b就分别是支撑梁纯扭转变形和扭转-弯曲耦合变形引起的扭转平板的位置示意图。工程中，由于驱动电极面积较大，静电力相对支撑梁的刚度较大。因此，当前忽略弯曲变形的做法在很多场合是不正确的。扭转支撑梁弯曲变形会导致体积发生变化，会产生热弹性阻尼。这也是为什么当前的封装在真空中的扭转器件，并没有因为无热弹性阻尼，而达到应有的高品质因数。
实用新型内容
[0003]技术问题:本实用新型提供一种可以显著降低热弹性阻尼的低热弹性阻尼扭转式微机电谐振器件。
[0004]技术方案:本实用新型的低热弹性阻尼扭转式微机电谐振器件，包括基底、设置在基底上的低热弹性阻尼结构、驱动电极和感应电极，以及由低热弹性阻尼结构支撑的扭转平板。低热弹性阻尼结构包括位于同一轴线上的、具有矩形截面的第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁。扭转平板能够绕第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁所在的轴线旋转。驱动电极和感应电极对称设置在低热弹性阻尼结构的轴线两侧。第一扭转支撑梁和第二扭转支撑梁的矩形截面的长边垂直于基底。
[0005]本实用新型的扭转式微机电谐振器件中，驱动电极和感应电极位于扭转平板的下方，且不与低热弹性阻尼结构连接。
[0006]本实用新型中，扭转支撑梁横截面的长边应保持垂直于基底平面，此时产生的热弹性阻尼小于是长边水平放置。物理原理分析如下。
[0007]首先分析长边水平放置。以B和ε.Β分别表示支撑梁矩形截面的长边和短边尺寸。显然，0< ε <1。此时，惯性矩
【权利要求】
1.一种低热弹性阻尼扭转式微机电谐振器件，其特征在于，该器件包括基底(4)、设置在所述基底(4)上的低热弹性阻尼结构、驱动电极(5)和感应电极(6)，以及由所述低热弹性阻尼结构支撑的扭转平板(1)，所述低热弹性阻尼结构包括位于同一轴线上的、具有矩形截面的第一扭转支撑梁(2)和第二扭转支撑梁(3)，扭转平板(I)能够绕第一扭转支撑梁(2)和第二扭转支撑梁(3)所在的轴线旋转，所述驱动电极(5)和感应电极(6)对称设置在低热弹性阻尼结构的轴线两侧，所述第一扭转支撑梁(2)和第二扭转支撑梁(3)的矩形截面的长边垂直于基底(4)。
2.根据权利要求1所述的低热弹性阻尼扭转式微机电谐振器件，其特征在于，所述驱动电极(5)和感应电极(6)位于扭转平板(I)的下方，且不与低热弹性阻尼结构连接。
【文档编号】H03H9/24GK203675064SQ201420001856
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】李普, 方玉明, 台永鹏 申请人:东南大学