CN116488609B - 微机电系统谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微机电系统谐振器，微机电系统谐振器包括至少一个振动单元和若干个电极，振动单元包括呈环形的振动主体，若干个电极包括设置在振动主体内的内圈电极和设置在振动主体外侧的外圈电极，各电极直接与基衬底固定连接且与设置于基衬底上的外接触点电性连接。本发明将电极直接与基衬底进行固定，省略了传统的支撑结构的设计，从而可以降低工艺复杂度，减小电极应力；而且相对于绝缘的支撑结构而言，空气或真空具有较小的介电常数，在省略支撑结构的情况下，本申请能够有效降低寄生电容。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统技术领域，特别是涉及一种微机电系统谐振器。
背景技术
相比较于传统石英晶体谐振器，基于硅工艺的微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）谐振器更容易被整合到主流半导体工艺，并与其接口驱动IC电路直接连接。同时，微机电系统谐振器具有耐冲击、可编程等优点，使得微机电系统谐振器正逐渐取代石英晶体谐振器，成为被广泛应用的微系统重要元件。
微机电系统谐振器至少需要包括振动单元、以及配合振动单元工作的多个电极。如图1所示，在现有的微机电系统谐振器结构中，各电极S、D和外挂电极W需要额外设置多个绝缘的支撑结构来将该电极S、D和外挂电极W固定，然而额外设置多个支撑结构这不仅仅会增加工艺复杂度，还会导致电极应力的增加，而且绝缘支撑结构设置也会导致寄生电容的明显增加。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微机电系统谐振器，特别改变微机电系统谐振器中电极的设置方式，能够省略支撑结构的设计，直接由电极自身固定，从而降低工艺复杂度，减小电极应力；而且相对于绝缘的支撑结构而言，空气或真空具有较小的介电常数，在省略支撑结构的情况下，能够有效降低寄生电容。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微机电系统谐振器，所述微机电系统谐振器包括：至少一个振动单元和若干个电极，所述振动单元包括呈环形的振动主体，若干个所述电极包括设置在所述振动主体内的内圈电极和设置在所述振动主体外侧的外圈电极，各所述电极直接与基衬底固定连接且与设置于所述基衬底上的外接触点电性连接。
可选地，所述微机电系统谐振器包括所述基衬底、盖衬底以及器件层，其中，所述盖衬底与所述基衬底间隔设置，所述器件层设置在所述基衬底和所述盖衬底之间并与分别与所述基衬底和所述盖衬底固定连接；各所述电极包括电极主体部和电极锚定部，所述振动单元和所述电极主体部设置于所述器件层，所述电极锚定部的第一端与所述基衬底固定连接，所述电极锚定部的第二端与所述电极主体部连接以固定所述电极主体部。
可选地，所述电极锚定部的第一端嵌入并贯穿所述基衬底以显露在所述基衬底表面，所述外接触点设置于所述基衬底表面，并通过连接线与所述电极锚定部电性连接。
可选地，所述振动单元还包括耦合部，其中，所述耦合部用于连接振动主体，其中，所述耦合部包括锚固件和耦合梁，所述振动主体通过所述耦合梁与所述锚固件连接，所述锚固件与所述基衬底固定连接。
可选地，所述电极选用与所述振动主体相同的材料制成，所述电极与所述振动主体的材料包括硅、锗、碳、硅锗和碳化硅中的一种。
可选地，多个振动单元沿一轴线对称设置，若干个所述电极包括若干个驱动电极和若干个感测电极，其中，所述驱动电极用于驱动所述振动单元，所述感测电极用于感测所述振动单元的电容变化，若干个驱动电极沿所述轴线对称设置，若干个感测电极沿所述轴线对称设置。
可选地，所述驱动电极包括提供正相驱动信号的正相驱动电极和提供反相驱动信号的反相驱动电极，所述正相驱动电极和所述反相驱动电极对称设置，所述感测电极包括感测的正相感应信号的正相感测电极和感测反相感应信号的反相感测电极，所述正相感测电极和反相感测电极对称设置，所述正相感应信号由所述正相驱动信号对应产生，所述反相感应信号由所述反相驱动信号对应产生。
可选地，所述正相驱动信号和所述反相驱动信号的相位差设置为180°，所述正相感应信号和所述反相感应信号的相位差设置为180°。
可选地，所述正相驱动电极与所述正相感测电极形成信号通路，所述反相驱动电极与所述反相感测电极形成信号通路。
可选地，还包括连接所述正相驱动电极和相应的第一外接触点的正相驱动导线、连接所述反相驱动电极和相应的第二外接触点的反相驱动导线、连接所述正相感测电极和相应的第三外接触点的正相感测导线和连接反相感测电极和相应的第四外接触点反相感测导线，所述正相驱动导线和反相驱动导线沿所述轴线对称设置，所述正相感测导线和所述反相感测导线沿所述轴线对称设置，且连接驱动电极的导线和连接感测电极的导线交错排布。
如上所述，本发明的微机电系统谐振器具有以下有益效果：
针对现有微机电系统谐振器额外设置多个电极支撑结构，会增加工艺复杂度和导致电极应力的增加，且绝缘支撑结构设置会同时导致寄生电容的明显增加的问题，本申请改变了微机电系统谐振器中电极的设置方式，将电极直接与基衬底进行固定，省略了传统的支撑结构的设计，从而可以降低工艺复杂度，减小电极应力；而且相对于绝缘的支撑结构而言，空气或真空具有较小的介电常数，在省略支撑结构的情况下，本申请能够有效降低寄生电容。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1显示为现有的一种微机电系统谐振器结构示意图。
图2显示为本发明实施例的一种微机电系统谐振器的结构示意图。
图3显示为本发明实施例的另一种微机电系统谐振器的结构示意图。
图4显示为本发明实施例的微机电系统谐振器的局部放大结构示意图。
图5显示为本发明实施例的一种微机电系统谐振器的截面结构示意图。
元件标号说明：10、振动单元；11、振动主体；12、耦合部；121、锚固件；122、耦合梁；R、电极；R1、电极主体部；R2、电极锚定部；M、连接点；D、驱动电极；D+、正相驱动电极；D-、反相驱动电极；S、感测电极；S+、正相感测电极；S-、反相感测电极；1A、基衬底；1B、器件层；1C、盖衬底；C、外接触点；131、正相驱动导线；132、反相驱动导线；133、正相感测导线；134、反相感测导线。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征 “之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
针对现有电极支撑结构带来的工艺复杂、电极应力大和额外增加寄生电容等缺陷，本实施例提供一种微机电系统谐振器，微机电系统谐振器包括至少一个振动单元和若干个电极。在本实施例中，各电极直接与基衬底固定连接且与设置于基衬底上的外接触点电性连接。本申请的微机电系统谐振器中设置的电极不仅可以通电以配合振动单元工作，自身也直接固定于衬底无需借助其他支撑结构。在这种情况下，能够有效降低工艺复杂度，减小电极应力。
下文将结合附图详细描述本申请微机电系统谐振器的实施例。
图2显示为本申请一种微机电系统谐振器的具体结构示意图，如图2所示，微机电系统谐振器可以包括至少一个振动单元10和若干个电极R。其中，各振动单元10的至少部分可振动，若干个电极R可以配合各振动单元10工作。具体地，若干个电极R包括用于提供驱动信号以驱使振动单元10振动的驱动电极D、以及用于感测振动单元10以产生感应信号的感测电极S。在微机电系统谐振器工作时，对振动单元10施加直流电压信号，对驱动电极D施加时变信号（如交流电压信号），从而在驱动电极D和振动单元10建立的相反或相同电荷两者之间施加时变静电力；而在时变静电力的驱动下振动单元10的至少一部位来回振动，使得感测电极S和振动单元10之间的电容发生变化，从而使得感测电极S上产生感应信号（如交流电流）。之后，一方面感应信号可以被传输至处理电路进行处理以获取频率信号，另一方面感应信号可以被增益传输给驱动电极D以维持振动单元10振动。可以理解的是，驱动电极D与感测电极S的数量和各自设置位置相关。驱动电极D和感测电极S的数量均可以被配置为多个。可选地，各振动单元10可以对应至少一个驱动电极D 和至少一个感测电极S。
在本申请的实施例中，振动单元10可以包括呈环形的振动主体11和耦合部12。其中，振动主体11用于振动，耦合部12用于连接振动主体11。可以理解的是，耦合部12可以包括固定用的锚固件121和连接用的耦合梁122，振动主体11可以通过耦合梁122与锚固件121连接，锚固件121可以与基衬底固定连接。
各电极可设置在振动主体11周围，且与振动主体11保持间隙以便于振动主体11振动。具体地，若干个电极R可以包括设置在振动主体11内的内圈电极和设置在振动主体11外侧的外圈电极，且在振动主体11静止时，各电极与振动主体11保持间隙。图2显示为一种电极结构的实施例，如图2所示，感测电极S设置于振动主体11的内圈，驱动电极D设置于振动主体11的外围，每个振动主体11的内圈和外围单独设置有一个感测电极S和一个驱动电极D。图3显示为另一种电极结构的实施例，如图3所示，感测电极S设置于振动主体11的内圈，驱动电极D设置于振动主体11的外围，每个振动主体11的内圈单独设置有感测电极S，相邻的两个振动主体11设置一个共用的驱动电极D，该共用的驱动电极D包括分别围绕相邻的两振动主体11外围的两个电极环绕部以及连接两个电极环绕部的电极连接部，后续通过连接线将电极连接部连接至外接触点即可同时实现两个电极环绕部的电连接。
图4显示为图2中振动单元10和电极R的局部放大图，如图4所示，振动主体11可以呈环形，例如可以为圆环、椭圆环、矩形环等，但并不限于此处所列举的实施例，振动主体11也可以形成为其他形状。若干个电极R可以被配置为设置在振动主体11的中心区域内的内圈电极和设置在振动主体11外侧的外圈电极。其中，内圈电极和外圈电极中的之一为驱动电极D，另一则为感应电极S。例如，内圈电极为感应电极S，外圈电极为驱动电极D；或者，内圈电极为驱动电极D，外圈电极为感应电极S。但本申请的实施例不限于此，若具有多个振动主体11，对于一振动主体11而言，其所对应的内圈电极和外圈电极可以均是驱动电极D，也可以均是感测电极S。另外，每个电极都可以设置一个与外接触点连接的连接点M，用于与连接线相接。
图5显示为本申请的微机电系统谐振器的截面结构示意图，如图5所示，微机电系统谐振器设置有若干个外接触点C，以便于与IC电路的接口（如CMOS裸片中的触点）对应连接，如引线键合、或倒装焊接等，从而保证微机电系统谐振器正常工作。对于微机电系统谐振器中的若干个电极而言，需要与外接触点C电性连接，以便于进行信号传输。如基衬底1A可以设置有连接线（图5未示出），该连接线用于连接外接触点C和相应的电极。在一些实施例中，连接线可以采用如铜、铝等金属材料。
在一些实施例中，参见图5，从结构上来划分，微机电系统谐振器可以包括基衬底1A、器件层1B和盖衬底1C。其中，盖衬底1C可以与基衬底1A间隔设置，器件层1B设置在基衬底1A和盖衬底1C之间并与分别与基衬底1A和盖衬底1C固定连接，三者依次层叠设置并形成用于容纳振动单元10和电极R的振动空间。
在本实施例中，基衬底1A主要起到支撑作用。盖衬底1C主要起到密封保护的作用。振动主体11和配合振动主体11工作的电极R可以形成在器件层1B。其中，振动主体11可以借助于与自身连接的耦合部12中的锚固件121以将自身固定在器件层1B（图5未图示），具体地，锚固件121的一端与基衬底1A固定连接，另一端支撑固定振动主体11以将振动主体11固定于器件层1B。各电极R包括电极主体部R1和电极锚定部R2，电极主体部R1设置于器件层1B以配合振动主体11工作，电极锚定部R2的第一端与基衬底1A固定连接，电极锚定部R2的第二端与电极主体部R1连接以将电极主体部R1固定于器件层1B。
在一些实施例中，电极锚定部R2的第一端嵌入并贯穿基衬底1A以显露在基衬底1A表面。可选地，基衬底1A的外表面相比于电极锚定部R2第一端的端面可以更靠近微机电系统谐振器外侧。即参见图5，当基衬底1A放置于微机电系统谐振器顶部时，基衬底1A外表面的高度略高于电极锚定部R2第一端的端面。在这种情况下，连接线能够沿着基衬底1A外壁布置，以使其一端连接电极锚定部R2，另一端连接设置在基衬底1A外表面上的外接触点C。由此，能够便于连接线的布置。
在一些实施例中，参见图5，基衬底1A可以包括层叠设置的主材料层1Aa和钝化层1Ab。主材料层1Aa可以设置于钝化层1Ab与器件层1B之间，与器件层1B固定连接。钝化层1Ab设置在外侧用于保护主材料层1Aa。电极锚定部R2的第一端嵌入主材料层1Aa并贯穿主材料层1Aa以显露在主材料层1Aa表面。钝化层1Ab可以覆盖主材料层1Aa并在电极锚定部R2所在位置形成开孔K，以便于电极锚定部R2与相应的外接触点C电性连接。其中，电极R的数量被配置为多个，钝化层1Ab可以形成有与电极R数量对应的多个开孔K。可以理解的是，外接触点C设置于基衬底1A表面，具体地，外接触点C设置于钝化层1Ab的表面。在这种情况下，外接触点C可以通过连接线与电极锚定部R2电性连接。具体地，连接线的一端经钝化层1Ab的开孔K与电极锚定部R2连接，连接线沿着钝化层1Ab的外壁延伸以使另一端连接至相应的外接触点C。
在一些实施例中，主材料层1Aa中所用主材料可以采用硅、锗、碳、硅锗或碳化硅等，如主材料层1Aa中所用主材料可以采用单晶硅。可以理解的是，主材料层1Aa中除了主材料以外，也可以包括其他材料，如二氧化硅等绝缘材料。在本实施例中，电极锚定部R2所用的材料可以和主材料层1A所用的主材料相同。电极锚定部R2可以一体成型。在一些实施例中，主材料层1Aa在电极锚定部R2嵌入其部分的周围可以设置有如二氧化硅等绝缘材料。由此能够使电极锚定部R2与主材料层1Aa之间电绝缘，便于电极锚定部R2更好地与外接触点C电性连接并为电极主体部R1传播电信号。在一些实施例中，钝化层1Ab可以采用如二氧化硅等绝缘材料。
如上述实施例所描述的，电极R可以直接与基衬底1A固定连接，从而无需额外设置支撑结构，能够有效降低工艺复杂度，减小电极应力。可以理解的是，相对于绝缘的支撑结构而言，真空或空气具有较小的介电常数，在省略支撑结构的情况下，也能够有效降低寄生电容，如图5中的寄生电容Ccap和Cgnd相比于现有需要设置与基衬底1A或盖衬底1C固定连接的绝缘的支撑结构具有更小的容值。另外，电极锚定部R2作为电极R的一部分，基衬底1A上设置的连接线可以直接连接该锚定部和外接触点C，从而实现电极R与外接触点C的电性连接。
在一些实施例中，电极主体部R1和电极锚定部R2可以采用相同的材料。
在一些实施例中，电极主体部R1和电极锚定部R2可以通过键合的方式连接在一起。例如，先在基衬底1A形成电极锚定部R2，在通过如键合、刻蚀等工艺在电极锚定部R2的第二端形成电极主体部R1。在另一些实施例中，电极主体部R1和电极锚定部R2可以一体成型。
在一些实施例中，电极R可以与振动单元10采用相同的材料如半导体材料制成。具体地，电极R与振动单元10的材料可以选用硅、锗、碳、硅锗或碳化硅等。在一些实施例中，电极主体部R1可以和振动主体11利用同一晶片（wafer）经如刻蚀工艺形成。在这种情况下，电极主体部R1可以和振动主体11共同形成在器件层1B，且电极主体部R1设置在振动主体11周围且与振动主体11间隙设置。
此外，现有的微机电系统谐振器因自身产生的寄生电容影响往往需要该微机电系统谐振器除驱动电极和感测电极外额外设置多个外挂电极，导致微机电系统谐振器制造工艺更加复杂、芯片整体尺寸增加。对此，本申请通过调节电极R的结构和驱动方式来减小寄生电容的影响，从而无需设置外挂电极，以降低工艺复杂度，减小整体尺寸。
参见图2和图3，微机电系统谐振器整体可以沿轴线L镜像对称。具体地，多个振动单元10可以沿该轴线L对称设置，若干个驱动电极D可以沿该轴线L对称设置，若干个感测电极S可以沿该轴线L对称设置。
在本申请的实施例中，微机电系统谐振器可以被配置为差分驱动。也即驱动电极D提供的驱动信号可以包括正相驱动信号和反相驱动信号。其中，正相驱动信号和反相驱动信号的相位差可以相差180°。在这种情况下，若干个驱动电极D可以包括用于为振动单元10提供正相驱动信号的正相驱动电极D+、以及用于为振动单元10提供反相驱动信号的反相驱动电极D-。正相驱动电极D+和反相驱动电极D-可以对称设置。在本实施例中，感测电极S感测的感应信号可以包括正相感应信号和反相感应信号。其中，正相感应信号和反相感应信号的相位差可以相差180°。在这种情况下，若干个感测电极S可以包括产生正相感应信号的正相感测电极S+、以及产生反相感应信号的反相感测电极S-。正相感测电极S+和反相感测电极S-可以对称设置，正相感应信号由正相驱动信号对应产生，反相感应信号由反相驱动信号对应产生。
在本实施例中，微机电系统谐振器接入IC电路后，正相驱动电极D+与正相感测电极S+可以形成信号通路（也称正相信号通路）。反相驱动电极D-与反相感测电极S-可以形成信号通路（也称反相信号通路）。由此能够在获取感应信号的同时，更好地维持相应的振动主体11振动。可以理解的是，参见图5，因微机电系统谐振器的对称结构设置，正相驱动电极D+与正相感测电极S+所在通路与反相驱动电极D-与反相感测电极S-所在通路所受到的寄生电容影响（包括CTSV、Cdrie、Cpad、Ccap、Cout和Cin等）、以及两者的对地电容（CGnd）可以是近乎相同的。为此，通过上述配置，本申请的 微机电系统谐振器能够有效减弱微机电系统谐振器自身寄生电容的影响，且省略外挂电极的设置，例如对正相感测电极S+和反相感测电极S-输出的感应信号进行耦合处理，从而能够在一定程度上消除寄生电容的影响。而且对于对称的结构，在经受同样的加工偏差后，两者所受到的寄生电容影响也近乎相同。
微机电系统谐振器可以形成有连接正相驱动电极D+和相应的外接触点C的正相驱动导线131（即上文中的连接线），同样地，MEMS还可以具有反相驱动导线132、正相感测导线133和反相感测导线134。可选地，正相驱动导线131和反相驱动导线132可以对称设置，正相感测导线133和反相感测导线134可以对称设置。在本实施例中，微机电系统谐振器中的驱动导线和感测导线可以交错设置。优选地，参见图2，正相导线（正相驱动导线131/正相感测导线133）和反相导线（反相驱动导线132/反相感测导线134）交错设置。在这种情况下，能够更好地布置驱动电极D和感测电极S，使其在差分驱动时，且因微机电系统谐振器形成为对称结构，能够使所形成的正相信号通路和反相信号通路的配置方式大致等同，以使其所受到的寄生电容影响大致相同。在一些实施例中，如图2所示，微机电系统谐振器包括连接正相驱动电极D+和相应的第一外接触点的正相驱动导线131、连接反相驱动电极D-和相应的第二外接触点的反相驱动导线132、连接正相感测电极S+和相应的第三外接触点的正相感测导线133和连接反相感测电极S-和相应的第四外接触点反相感测导线134，正相驱动导线131和反相驱动导线132沿轴线对称设置，正相感测导线133和反相感测导线134沿轴线对称设置，且连接驱动电极的导线和连接感测电极的导线交错排布，具体地，各导线依次排布为连接正相驱动电极D+的正相驱动导线131、连接反相感测电极S-的反相感测导线134、连接正相感测电极S+的正相感测导线133和连接反相驱动电极D-的反相感测导线134。可以理解的是，具有相同功能的电极可以共用一个外接触点C，也即通过上述的连接线来共同连接多个具有相同的电极和外接触点C。由此，能够减少所需外接触点C的数量，便于微机电系统谐振器更好地与IC电路进行连接布局。
参阅图2，本实施例还提供一种微机电系统谐振器的驱动方式，该驱动方式包括以下步骤：向正相驱动电极D+提供正相驱动信号，并通过正相感测电极S+感测正相感应信号；向反相驱动电极D-提供反相驱动信号，并通过反相感测电极S-感测反相感应信号；其中，正相驱动信号和反相驱动信号的相位差设置为180°，正相感应信号和反相感应信号的相位差设置为180°。
如上所述，本发明的微机电系统谐振器及其驱动方式，具有以下有益效果：
第一，针对现有微机电系统谐振器额外设置多个电极支撑结构，会增加工艺复杂度和导致电极应力的增加，且绝缘支撑结构设置会同时导致寄生电容的明显增加的问题，本申请改变了微机电系统谐振器中电极的设置方式，将电极直接与衬底进行固定，省略了传统的支撑结构的设计，从而可以降低工艺复杂度，减小电极应力；而且相对于绝缘的支撑结构而言，空气或真空具有较小的介电常数，在省略支撑结构的情况下，本申请能够有效降低寄生电容。
第二，针对现有的微机电系统谐振器因自身产生的寄生电容影响往往需要该微机电系统谐振器除驱动电极和感测电极外额外设置多个外挂电极，导致微机电系统谐振器制造工艺更加复杂、芯片整体尺寸增加的问题，本申请将电极的驱动方式调节为差分驱动，即驱动电极D提供的驱动信号可以包括正相驱动信号和反相驱动信号，正相驱动信号和反相驱动信号的相位差可以相差180°，进而减小寄生电容的影响，从而无需设置外挂电极，以降低工艺复杂度，减小整体尺寸。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种微机电系统谐振器，其特征在于，所述微机电系统谐振器包括：至少一个振动单元和若干个电极，所述振动单元包括呈环形的振动主体，若干个所述电极包括设置在所述振动主体内的内圈电极和设置在所述振动主体外侧的外圈电极，各所述电极直接与基衬底固定连接且与设置于所述基衬底上的外接触点电性连接；所述微机电系统谐振器包括所述基衬底、盖衬底以及器件层，其中，所述盖衬底与所述基衬底间隔设置，所述器件层设置在所述基衬底和所述盖衬底之间并与分别与所述基衬底和所述盖衬底固定连接；各所述电极包括电极主体部和电极锚定部，所述振动单元和所述电极主体部设置于所述器件层，所述电极锚定部的第一端与所述基衬底固定连接，所述电极锚定部的第二端与所述电极主体部连接以固定所述电极主体部；多个振动单元沿一轴线对称设置，若干个所述电极包括若干个驱动电极和若干个感测电极，其中，所述驱动电极用于驱动所述振动单元，所述感测电极用于感测所述振动单元的电容变化，若干个驱动电极沿所述轴线对称设置，若干个感测电极沿所述轴线对称设置；所述驱动电极包括提供正相驱动信号的正相驱动电极和提供反相驱动信号的反相驱动电极，所述正相驱动电极和所述反相驱动电极对称设置，所述感测电极包括感测的正相感应信号的正相感测电极和感测反相感应信号的反相感测电极，所述正相感测电极和反相感测电极对称设置，所述正相感应信号由所述正相驱动信号对应产生，所述反相感应信号由所述反相驱动信号对应产生；所述正相驱动电极与所述正相感测电极形成信号通路，所述反相驱动电极与所述反相感测电极形成信号通路；所述正相驱动电极至所述正相感测电极，与所述反相驱动电极至所述反相感测电极通路中，所述正相驱动电极、所述反相驱动电极的寄生电容和对地电容相同，所述正相感测电极、所述反相感测电极的寄生电容和对地电容相同。
2.根据权利要求1所述的微机电系统谐振器，其特征在于：所述电极锚定部的第一端嵌入并贯穿所述基衬底以显露在所述基衬底表面，所述外接触点设置于所述基衬底表面，并通过连接线与所述电极锚定部电性连接。
3.根据权利要求1所述的微机电系统谐振器，其特征在于：所述振动单元还包括耦合部，其中，所述耦合部用于连接振动主体，其中，所述耦合部包括锚固件和耦合梁，所述振动主体通过所述耦合梁与所述锚固件连接，所述锚固件与所述基衬底固定连接。
4.根据权利要求1所述的微机电系统谐振器，其特征在于：所述电极选用与所述振动主体相同的材料制成，所述电极与所述振动主体的材料包括硅、锗、碳、硅锗和碳化硅中的一种。
5.根据权利要求1所述的微机电系统谐振器，其特征在于：所述正相驱动信号和所述反相驱动信号的相位差设置为180°，所述正相感应信号和所述反相感应信号的相位差设置为180°。
6.根据权利要求1所述的微机电系统谐振器，其特征在于：还包括连接所述正相驱动电极和相应的第一外接触点的正相驱动导线、连接所述反相驱动电极和相应的第二外接触点的反相驱动导线、连接所述正相感测电极和相应的第三外接触点的正相感测导线和连接反相感测电极和相应的第四外接触点反相感测导线，所述正相驱动导线和反相驱动导线沿所述轴线对称设置，所述正相感测导线和所述反相感测导线沿所述轴线对称设置，且连接驱动电极的导线和连接感测电极的导线交错排布。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101223691A (zh) * | 2005-05-19 | 2008-07-16 | 罗伯特·博世有限公司 | 微机电谐振器结构及其设计、操作和使用方法 |
| CN101401303A (zh) * | 2006-03-09 | 2009-04-01 | Nxp股份有限公司 | 具有至少一种谐振腔模式形状的mems谐振器 |
| CN105306003A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-02-03 | 中国科学院半导体研究所 | 环形检测电极面内伸缩谐振器设计及其制备方法 |
| US9991868B1 (en) * | 2014-04-14 | 2018-06-05 | Hrl Laboratories, Llc | Micro-resonator having lid-integrated electrode |
| CN110661506A (zh) * | 2019-09-20 | 2020-01-07 | 中国科学院半导体研究所 | 基于体声波振动模态耦合的rf-mems谐振器 |
| CN115514339A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-23 | 麦斯塔微电子(深圳)有限公司 | 微机电系统电极 |
| CN115622528A (zh) * | 2022-10-18 | 2023-01-17 | 浙江大学 | 一种mems谐振器系统 |
| CN115765674A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-07 | 麦斯塔微电子(深圳)有限公司 | 一种谐振器阵列结构 |
| CN218633885U (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-14 | 麦斯塔微电子(深圳)有限公司 | 一种mems谐振器阵列结构 |
| CN219145356U (zh) * | 2022-12-20 | 2023-06-06 | 安徽芯动联科微系统股份有限公司 | 一种采用多振子耦合的微机械谐振器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7319372B2 (en) * | 2005-07-15 | 2008-01-15 | Board Of Trustees Of The Leland Standford Junior University | In-plane mechanically coupled microelectromechanical tuning fork resonators |
| TWI562224B (en) * | 2016-01-30 | 2016-12-11 | Univ Nat Tsing Hua | Cmos-mems resonant transducer and method for fabricating the same |
-
2023
- 2023-06-20 CN CN202310731993.9A patent/CN116488609B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101223691A (zh) * | 2005-05-19 | 2008-07-16 | 罗伯特·博世有限公司 | 微机电谐振器结构及其设计、操作和使用方法 |
| CN101401303A (zh) * | 2006-03-09 | 2009-04-01 | Nxp股份有限公司 | 具有至少一种谐振腔模式形状的mems谐振器 |
| US9991868B1 (en) * | 2014-04-14 | 2018-06-05 | Hrl Laboratories, Llc | Micro-resonator having lid-integrated electrode |
| CN105306003A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-02-03 | 中国科学院半导体研究所 | 环形检测电极面内伸缩谐振器设计及其制备方法 |
| CN110661506A (zh) * | 2019-09-20 | 2020-01-07 | 中国科学院半导体研究所 | 基于体声波振动模态耦合的rf-mems谐振器 |
| CN115514339A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-23 | 麦斯塔微电子(深圳)有限公司 | 微机电系统电极 |
| CN115622528A (zh) * | 2022-10-18 | 2023-01-17 | 浙江大学 | 一种mems谐振器系统 |
| CN218633885U (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-14 | 麦斯塔微电子(深圳)有限公司 | 一种mems谐振器阵列结构 |
| CN115765674A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-07 | 麦斯塔微电子(深圳)有限公司 | 一种谐振器阵列结构 |
| CN219145356U (zh) * | 2022-12-20 | 2023-06-06 | 安徽芯动联科微系统股份有限公司 | 一种采用多振子耦合的微机械谐振器 |
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