[发明专利]梳状金属膜的AT切温补晶振

说明书

梳状金属膜的温补晶振，包括长方体的石英晶片，石英晶片的上下表面呈矩形，并在上表面有两个矩形凸台；在石英晶片的上下表面镀有中心电极，中心电极的一角有延伸层；梳状金属膜的两端分别放置在石英晶片的上表面的两个矩形凸台上，梳状金属膜与中心电极脱离；梳状金属膜由多根金属条等间距排列构成，多根金属条关于y轴对称布置，且金属条的长度方向与矩形石英晶片的x轴方向一致且中点应在z轴上；金属条的材料的热膨胀系数大于石英晶片1的热膨胀系数。本发明的梳状金属膜没有增加电极区域的整体质量，不会增加这一区域的负载效应。且采用梳状结构能够减小补偿条施加在z方向上的力，从而降低对晶振工作模态的影响或者避免出现其它的寄生模态。

技术领域

本发明涉及一种石英晶体谐振器，特别是一种梳状金属膜的AT切温补晶振

技术背景

石英晶体谐振器是现代电子通信信息系统中频率基准源的核心元器件，随着航空、航天、电子、通信和机械等领域中相关技术的发展，对石英晶体谐振器的精度要求越来越高。提高石英晶体谐振器频率的稳定性，己经成为一个重要的问题。

石英晶振的温度-频率特性会使得其在工作温度发生变化时谐振频率也会发生变化，其温度-频率特性主要与石英晶体的切型有关，常见的切型有AT切、BT切以及SC切等，其中AT切石英晶振的谐振频率与温度的关系为三次函数关系，因此其具有零温度系数点且零温度系数点落在环境温度的范围之内，优良的频温特性使得AT切成为当前应用最为广泛的切型之一。

虽然温度使得晶振的谐振频率发生改变的现象不可以避免，但是我们可以通过一些措施来补偿温度变化所产生的频差，从而提高石英晶振的频率稳定性。现有的晶振温度补偿技术主要包括两种：第一种是根据石英晶振的频率-温度特性，采用线路处理的方法进行补偿，例如采用模拟、数字或者微机等进行处理，产生对石英晶振的补偿电压来补偿频率的变化；第二种是通过恒温装置使得石英晶振的工作温度保持在一个恒定值。通过外加控制电压进行调节的方式虽然精度高、温补效果好，但是这种方式制造复杂成本高，而且受一些电子元件体积的影响不利于晶振的小型化发展趋势，不足以满足当前科技发展特别是手机等移动通讯领域的需要。并且这种温补技术基本上只应用于基频石英晶振而不是泛音石英晶振，其原因是基频石英晶振的可拉动性好，但是稳定性和老化特性比较差；泛音石英晶振的稳定性和老化特性优于基频石英晶振，但是这种温补技术很难实现泛音石英晶振的较宽频率范围的拉动，难以解决泛音石英晶振的温补技术难题。采用恒温装置如恒温槽能够使得石英晶振的工作温度保持恒定，但是这种方式的成本高、体积大和功耗高，一般只运用于特定的场合。

石英晶振在受到应力作用时，会使得其谐振频率发生改变，这一特性被称为石英晶振的力-频特性，下面为石英晶振的频率变化同其所受应力变化的关系式：

或者

式中：L为石英晶振的长度；f₀为石英晶振的谐振频率；F为石英晶振所受到的力；K_f为石英晶振的力-频系数。

目前也有一些基于金属膜工作温度发生变化时金属的热胀冷缩会对晶振施加一个应力，利用石英晶振的力频特性对温频特性进行补偿。根据晶体的力频特性，当对石英晶振x轴方向施加压力作用时，会使晶体的频率被抬升，向上偏离谐振频率；当对中心电极的x轴方向施加拉力时，会使晶体的频率被拉低，向下频移谐振频率；并且当这个作用力越大时，造成的频率偏移量越大，力的大小和频率偏移量成正比关系；因此，当温度升高时，由于金属膜的热膨胀系数比石英材料的大，所以此时金属膜的膨胀幅度要比石英晶振的大，同理当温度降低时，补偿膜的收缩幅度大于石英晶振的幅度。从而能够抵消掉一部分工作温度变化石英晶振谐振频率变化量。