MEMS谐振器
一种MEMS(微机电系统)谐振器组件(100)，包括：支撑结构(102)、悬置在所述支撑结构(102)上的谐振器元件(101)以及用于将所述谐振器元件(101)激发到谐振模式的致动器。所述谐振器元件(101)包括两个体声波谐振器(110a、110b)和弯曲模态谐振器(120)。所述弯曲模态谐振器(120)机械连接所述两个体声波谐振器(110a、110b)，并且所述MEMS谐振器组件(100)被配置为在集体谐振模式下振动，在所述集体谐振模式下所述两个体声波谐振器(110a、110b)的运动基本上处于相同的相位或相对于彼此相移180度。
发明专利
CN202280083697.6
2022-12-20
CN118402180A
2024-07-25
H03H9/02(2006.01)
京瓷技术公司
E·萨格;A·奥加;H·韦斯特里南
芬兰埃斯波
北京市金杜律师事务所
李兴斌
芬兰;FI
1.一种MEMS(微机电系统)谐振器组件，包括： 支撑结构； 谐振器元件，悬置在所述支撑结构上；以及 致动器，用于将所述谐振器元件激发到谐振模态，其中 所述谐振器元件包括两个体声波谐振器和弯曲模态谐振器，所述弯曲模态谐振器机械连接所述两个体声波谐振器，并且所述MEMS谐振器组件被配置为在集体谐振模态下振动，在所述集体谐振模态下所述两个体声波谐振器的运动基本上处于相同的相位或相对于彼此相移180度。 2.根据权利要求1所述的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器中的至少一个是长度拉伸谐振器、互连的长度拉伸谐振器的组件、宽度拉伸谐振器、方形拉伸谐振器或Lame谐振器。 3.根据权利要求1或2所述的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器的一个拉伸端或一个拉伸侧通过所述弯曲模态谐振器与所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器的一个拉伸端或一个拉伸侧连接。 4.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述体声波谐振器在振动方向上谐振，并且所述弯曲模态谐振器是梁谐振器，所述梁谐振器的最长尺寸垂直于所述振动方向。 5.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述弯曲模态谐振器的第N泛音频率基本等于所述集体谐振模态的频率。 6.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述集体谐振模态的频率基本等于所述第一体声波谐振器的基频或第N泛音频率和所述第二体声波谐振器的基频或第N泛音频率。 7.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述弯曲模态谐振器是平面内弯曲梁谐振器。 8.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述体声波谐振器是平面内谐振器。 9.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述弯曲模态谐振器在所述体声波谐振器的波腹点处机械连接到所述体声波谐振器。 10.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述体声波谐振器在所述弯曲模态谐振器的波腹点处机械连接到所述弯曲模态谐振器。 11.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述弯曲模态谐振器在所述弯曲模态谐振器的第一侧的一个或多个连接点处机械连接到所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器，并且所述弯曲模态谐振器在所述弯曲模态谐振器的相对的第二侧的一个或多个连接点处机械连接到所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器。 12.根据任何前述权利要求1-10所述的MEMS谐振器组件，其中所述弯曲模态谐振器在所述弯曲模态谐振器的一侧的一个或多个连接点处机械连接到所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器，并在所述弯曲模态谐振器的同一侧的一个或多个连接点处机械连接到所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器。 13.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述弯曲模态谐振器的谐振模态形状具有两种类型的波腹点，其中第一类型的(多个)波腹点沿振动轴具有正位移，并且它们中的至少一个波腹点是用于机械连接到所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器的连接点，并且第二类型的(多个)波腹点沿所述振动轴具有负位移，并且它们中的至少一个波腹点是用于机械连接到所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器的连接点。 14.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述致动器是压电致动器或静电致动器。 15.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器之间的距离为50μm或更小，诸如20μm或更小。 16.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件的质量的50％以上由单晶硅组成。 17.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器和所述弯曲模态谐振器通过第一数目的连接器元件连接，并且所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器和所述弯曲模态谐振器通过第二数目的连接器元件连接，其中所述第一数目偏离所述第二数目。 18.根据任何前述权利要求1-16的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器和所述弯曲模态谐振器通过第一数目的连接器元件连接，并且所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器和所述弯曲模态谐振器通过第二数目的连接器元件连接，其中所述第一数目等于所述第二数目。 19.根据任何前述权利要求的MEMS谐振器组件，其中腔体将所述谐振器元件与所述支撑结构隔开。 20.根据任何前述权利要求的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件包括压电AlN、Sc掺杂AlN、ZnO、LiNbO3或LiTaO3层。 21.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述谐振器元件包括压电材料层，其厚度范围为0.5μm至4μm，诸如1μm至2μm。 22.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器和所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器被系到相同的支撑结构，所述支撑结构沿着位于所述第一体声波谐振器和所述第二体声波谐振器中间的线被形成在所述谐振器元件的平面内。 23.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述两个体声波谐振器中的第一体声波谐振器在第一振动方向上谐振，而所述两个体声波谐振器中的第二体声波谐振器在第二振动方向上谐振，所述第二振动方向垂直于所述第一振动方向。 24.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述弯曲模态谐振器包括具有矩形框架形式的材料部分。 25.根据任何前述权利要求所述的MEMS谐振器组件，其中所述集体谐振模态的频率在7MHz至160MHz的范围内，诸如在15MHz至110MHz的范围内。