[发明专利]一种进行AT切温补晶振的应力补偿膜设计方法

说明书

本发明涉及一种基于ANSYS设计仿真结果进行温补晶振的应力补偿膜设计方法，其特征是：至少包括三个步骤：依据压电耦合有限元方程和动力学方程构建AT切温度补偿晶体谐振器的ANSYS三维实体仿真模型；通过ANSYS仿真分别得到2个不同镀膜方案对应的晶体应力分布云图，相同温度作用下施加在晶体片x轴方向上的应力越大则温‑频特性曲线的补偿效果越明显，得到最佳镀膜补偿方案。它提供了一种能避免根据人工经验调整补偿薄膜形状和位置所产生的误差，并且能解决实际加工成本，可操作性强，对高稳定度温补晶振的设计、开发具有现实意义的一种AT切温补晶振的应力补偿膜设计方法。

技术领域

本发明涉及一种基于ANSYS设计仿真结果进行温补晶振的应力补偿膜设计方法。特别是一种进行AT切温补晶振的应力补偿膜设计方法。

背景技术

晶振的温频特性补偿是晶振技术的长期话题，晶振会随温度变化而频偏，通常情况下选择频偏10-30/PPM的晶振不会影响使用，但对一些特殊应用会要求晶振的频偏在5-10/PPM以上或更高。由于技术的原因，上述提高晶振的精度指标是通过外接电路进行压控实现的，然而现有的压控补偿方式加工复杂、成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能避免根据人工经验调整补偿薄膜形状和位置所产生的误差，并且能解决实际加工成本，可操作性强，对高稳定度温补晶振的设计、开发具有现实意义的一种AT切温补晶振的应力补偿膜设计方法。

本发明的目的是这样实现的，一种进行AT切温补晶振的应力补偿膜设计方法，其特征是：至少包括如下步骤：

步骤1：依据压电耦合有限元方程和动力学方程构建AT切温度补偿晶体谐振器的ANSYS三维实体仿真模型；

包括仿真单元类型的选择、材料属性的设定以及网格划分。

步骤2：设定步骤1中仿真模型的边界条件为自由状态，求解其对应的低频振动模态，将求解结果与实际拍摄的振动情况对比，验证ANSYS仿真分析的可行性，并得出AT切晶体谐振器全方位的振动位移曲线；其中，振动位移曲线主要分为厚度剪切振动位移曲线、面剪切振动位移曲线和垂直横线弯曲振动位移曲线。

步骤3：根据步骤1得到的仿真模型，沿其边缘施加不同角度预应力，根据与晶体片x轴方向的夹角，设定分别为0°、45°、90°的夹角；求解得到这3个角度预应力对应的厚度剪切振动位移曲线，通过对比位移曲线结果得到补偿效果明显的加力角度；

步骤4：在步骤3的基础上设计不同形状的补偿膜，分别为沿晶体片X轴方向的条形薄膜和与电极为同心圆的圆环薄膜；通过ANSYS仿真分别得到2个不同镀膜方案对应的晶体应力分布云图，相同温度作用下施加在晶体片x轴方向上的应力越大则温-频特性曲线的补偿效果越明显，得到最佳镀膜补偿方案。

仿真单元类型的选择：根据晶体谐振器的压电效应，建立仿真模型时应选择电场-结构场直接耦合的分析单元，为了提高分析的精确程度，选择三维实体单元SOLID226。

材料属性的设定依据：

弹性系数矩阵：

压电系数矩阵：

介电常数矩阵：

石英晶体密度：

ρ＝2675kg/m³

网格划分：选择映射网格类型对模型进行划分。