一种低加速度敏感度的石英晶体谐振器

技术领域

本发明属于压电晶体技术领域，具体地说，是涉及一种低加速度敏感度的石英晶体谐振器。

背景技术

石英晶体谐振器是现代电子设备中应用非常广泛的一种电子元器件，它通常与振荡电路连接，产生稳定的频率信号，为电子设备提供时间基准。石英晶体谐振器是基于石英晶体的逆压电效应而产生振荡频率的，而石英晶体本身是一种易受环境影响的材料，恶劣的使用环境（如振动、冲击、加速度等）均会对其性能产生影响，造成指标的恶化。石英晶体谐振器的加速度灵敏度是石英晶体谐振器在振动环境下的一项关键指标，它反映了环境振动对石英晶体谐振器频率的影响程度。石英晶体谐振器加速度灵敏度指标越小则它在振动条件下频率的变化也越小，从而使振荡电路得到更好的振动相位噪声指标。

在实际使用中，振荡电路为了得到更好的振动相位噪声指标，传统的解决方案通常采用数字电路对振动下的石英晶体谐振器频率变化进行补偿的方式，或采用物理减振（如弹簧减振、钢丝减振等）的方式。传统的解决方案需要复杂的电路结构或复杂的物理结构，这不仅增加了产品的体积、功耗和成本，同时也降低了产品的可靠性。最新的解决方案常采用双石英晶体谐振器的形式，将两颗石英晶体谐振器同向放置后，其中一颗石英晶体谐振器位置沿X轴旋转180°，从而相互抵消在振动条件下振荡频率的变化。该方式可以让振荡电路在X轴、Y轴方向的环境振动条件下，实现较好的振动相位噪声指标，但是在Z轴方向上两颗石英晶体谐振器无法实现频率变化的补偿，其振荡电路在环境振动条件下的振动相位噪声指标也得不到优化。若为了同时满足在X、Y、Z三个轴向环境振动条件下频率变化的补偿，就不得不考虑使用四颗石英晶体谐振器来实现，这样不仅不利于电子设备的低成本和小型化设计，使用时其一致性也得不到保障，最终的指标也会存在较大的离散型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低加速度敏感度的石英晶体谐振器，主要解决传统的物理减振方式下石英晶体谐振器电路结构或物理结构复杂，产品体积大、功耗高及成本高的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低加速度敏感度的石英晶体谐振器，包括陶瓷基座，开设于陶瓷基座上下两个端面的上腔体和下腔体，开设于上腔体和下腔体内的各两个晶片安装位，对应安装于所述晶片安装位内的四个镀有电极的方石英晶片，以及用于对上腔体和下腔体进行封装的上金属盖板和下金属盖板；其中，安装在陶瓷基座上腔体的两个镀有电极的方石英晶片中，其中一个方石英晶片的安装方向由另一个方石英晶片沿X轴方向旋转180°获得，且陶瓷基座的上腔体和下腔体安装的方石英晶片的安装方向在Z轴向互为对称；其中，定义垂直于晶体谐振器的方向为Z轴方向，晶体谐振器的长边方向为Y轴方向，晶体谐振器的宽边方向为X轴方向。

进一步地，在本发明中，所述晶片安装位内一侧设置有两个点胶平台，两个点胶平台的对侧设置有支撑平台；其中，所述方石英晶片有电极引出端的一边通过导电胶粘接在点胶平台上，其另一边放置在支撑平台上。

进一步地，在本发明中，还包括设置于所述陶瓷基座底面两端的谐振器左引出端和谐振器右引出端；所述谐振器左引出端通过陶瓷基座内部走线与靠近谐振器左引出端一侧的上腔体或下腔体内的点胶平台相连；所述谐振器右引出端通过陶瓷基座内部走线与靠近谐振器右引出端一侧的下腔体或上腔体内的点胶平台相连。

进一步地，在本发明中，所述上腔体和下腔体的腔体端面四周对应设置有上密封环和下密封环；所述上金属盖板和下金属盖板通过平行封焊工艺焊接在对应的上密封环和下密封环上。

进一步地，在本发明中，四个所述石英晶片的外形尺寸、频率、切型和切角的设计均相同，且电极使用的材料均相同。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明将四个镀有电极的方石英晶片的其中两个安装在陶瓷基座的上方腔体内，其余两个安装在陶瓷基座的下方腔体内，上下腔体内的石英晶片安装方向相对于Z轴对称，该安装方式可以抵消Z轴方向环境振动对石英晶体谐振器频率的影响。安装在陶瓷基座的单个腔体内的两个镀有电极的方石英晶片，其中一个镀有电极的方石英晶片安装方向为另一个镀有电极方石英晶片的方向沿X轴旋转180°获得，该安装方式可以抵消X、Y轴方向环境振动对石英晶体谐振器频率的影响，从而实现在X、Y、Z轴三个方向环境振动条件下的振动电路的振动相位噪声的优化。

（2）本发明的石英晶体谐振器将四个镀有电极的方石英晶片安装在一个陶瓷基座内，进一步减小了石英晶体谐振器体积，降低了成本。且其内部镀有电极的方石英晶片采用相同的外形尺寸、白片频率、切型和切角设计，在实现环境振动下石英晶体谐振器频率变化补偿的同时，还进一步提高了石英晶体谐振器指标的一致性。

附图说明

图1为本发明的爆炸结构示意图。

图2为本发明另一视角的爆炸结构示意图。

图3为本发明中上腔体的内部结构示意图。

图4为本发明中下腔体的内部结构示意图。

图5为本发明的剖面结构示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-陶瓷基座，2-上腔体，3-下腔体，4-晶片安装位，4a-第一晶片安装位，4b-第二晶片安装位，4c-第三晶片安装位，4d-第四晶片安装位，5-方石英晶片，5a-第一方石英晶片，5b-第二方石英晶片，5c-第三方石英晶片，5d-第四方石英晶片，6-上金属盖板，7-下金属盖板，8-点胶平台，8a-第一点胶平台，8b-第二点胶平台，8c-第三点胶平台，8d-第四点胶平台，8e-第五点胶平台，8f-第六点胶平台，8g-第七点胶平台，8h-第八点胶平台，9-支撑平台，9a-第一支撑平台，9b-第二支撑平台，9c-第三支撑平台，9d-第四支撑平台，10-谐振器左引出端，11-谐振器右引出端，12-上密封环，13-下密封环。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1~5所示，本发明公开的一种低加速度敏感度的石英晶体谐振器，包括陶瓷基座1，开设于陶瓷基座1上下两个端面的上腔体2和下腔体3，开设于上腔体2和下腔体3内的各两个晶片安装位4，对应安装于所述晶片安装位4内的四个镀有电极的方石英晶片5，以及用于对上腔体2和下腔体3进行封装的上金属盖板6和下金属盖板7。该石英晶体谐振器中的方石英晶片和陶瓷基座采用一体化封装结构，封装后的尺寸为8mm×4.5mm×2.5mm。

如图1所示，首先，定义垂直于晶体谐振器的方向为Z轴方向，晶体谐振器的长边方向为Y轴方向，晶体谐振器的宽边方向为X轴方向。其中，安装在陶瓷基座1上腔体的两个镀有电极的方石英晶片中，其中一个方石英晶片的安装方向由另一个方石英晶片沿X轴方向旋转180°获得，且陶瓷基座1的上腔体2和下腔体3内安装的方石英晶片的安装方向在Z轴向互为对称。这样将四个镀有电极的方石英晶片的其中两个安装在陶瓷基座的上方腔体内，其余两个安装在陶瓷基座的下方腔体内，上下腔体内的石英晶片安装方向相对于Z轴对称，该安装方式可以抵消Z轴方向环境振动对石英晶体谐振器频率的影响。安装在陶瓷基座的单个腔体内的两个镀有电极的方石英晶片，其中一个镀有电极的方石英晶片安装方向为另一个镀有电极方石英晶片的方向沿X轴旋转180°获得，该安装方式可以抵消X、Y轴方向环境振动对石英晶体谐振器频率的影响，从而实现在X、Y、Z轴三个方向环境振动条件下的振动电路的振动相位噪声的优化。

其中，将四个镀有电极的方石英晶片5分别记为第一方石英晶片5a、第二方石英晶片5b、第三方石英晶片5c和第四方石英晶片5d。第一方石英晶片5a和第二方石英晶片5b安装在陶瓷基座1的上腔体2内，第三方石英晶片5c和第四方石英晶片5d安装在陶瓷基座1的下腔体3内。四个方石英晶片其外形尺寸、频率、其切型和切角的设计均相同，且电极使用的材料均为Au材料。

将陶瓷基座1内的四个晶片安装位4记为第一晶片安装位4a、第二晶片安装位4b、第三晶片安装位4c和第四晶片安装位4d；四个晶片安装位4内设置的点胶平台8共8个记为第一点胶平台8a、第二点胶平台8b、第三点胶平台8c、第四点胶平台8d、第五点胶平台8e、第六点胶平台8f、第七点胶平台8g和第八点胶平台8h；四个晶片安装位4内设置的支撑平台9共4个记为第一支撑平台9a、第二支撑平台9b、第三支撑平台9c和第四支撑平台9d。

如图3所示，第一方石英晶片5a安装在上腔体2内部的第一晶片安装位4a上，第一方石英晶片5a有电极引出端的一边通过导电胶粘接在第一晶片安装位4a的第一点胶平台8a和第二点胶平台8b上，第一方石英晶片5a没有电极引出端的一边放置在第一支撑平台9a上。

如图3所示，由于安装在陶瓷基座1上腔体的两个镀有电极的方石英晶片中，其中一个方石英晶片的安装方向由方石英晶片沿X轴方向旋转180°获得，因此，在第二晶片安装位4b上，所述第三点胶平台8c和第四点胶平台8d的位置与第一支撑平台9a处于同一直线上，第二支撑平台9b与第一点胶平台8a和第二点胶平台8b处于同一直线上。第二方石英晶片5b有电极引出端的一边通过导电胶粘接在第二晶片安装位4b的第三点胶平台8c和第四点胶平台8d上，第二方石英晶片5b没有电极引出端的一边放置在第二支撑平台9b上。

同理，下腔体3内的第三方石英晶片5c和第四方石英晶片5d按照安装方向在Z轴与上腔体内的方石英晶片互为对称的方式进行安装。

如图3所示，陶瓷基座1的第一晶片安装位4a的第一点胶平台8a和第二晶片安装位4b的第三点胶平台8c通过基座内部走线连接；陶瓷基座1第一晶片安装位4a的第二点胶平台8b和第二晶片安装位4b的第四点胶平台8d，通过基座内部走线连接。

如图4所示，陶瓷基座1的第三晶片安装位4c的第五点胶平台8e和第四晶片安装位4d的第七点胶平台8g通过基座内部走线连接；陶瓷基座1第三晶片安装位4c的第六点胶平台8f和第四晶片安装位4d的第八点胶平台8h，通过基座内部走线连接。

结合图3和图4所示, 陶瓷基座1上腔体内部的第一晶片安装位4a的第一点胶平台8a和第三晶片安装位4c的第五点胶平台8e通过基座内部走线连接;陶瓷基座1的第二晶片安装位4b的第四点胶平台8d和第四晶片安装位4d的第八点胶平台8h通过基座内部走线连接。

如图3所示，在本实施例中，上金属盖板6通过平行封焊工艺焊接在陶瓷基座1的上密封环12上，下金属盖板7通过平行封焊工艺焊接在陶瓷基座的下密封环13上。

在本发明中，所述谐振器还包括设置于所述陶瓷基座1底面两端的谐振器左引出端10和谐振器右引出端11；所述谐振器左引出端通过陶瓷基座1内部走线与靠近谐振器左引出端一侧的上腔体或下腔体内的点胶平台相连；所述谐振器右引出端通过陶瓷基座内部走线与靠近谐振器右引出端一侧的下腔体或上腔体内的点胶平台相连。即当谐振器左引出端10与靠近谐振器左引出端一侧的上腔体的点胶平台相连时，所述谐振器右引出端通过陶瓷基座内部走线与靠近谐振器右引出端一侧的下腔体的点胶平台相连。当谐振器左引出端10与靠近谐振器左引出端一侧的下腔体的点胶平台相连时，所述谐振器右引出端通过陶瓷基座内部走线与靠近谐振器右引出端一侧的上腔体的点胶平台相连。如图5所示的谐振器（底面）3D示意图中，所述谐振器左引出端10和第一点胶平台8a、谐振器右引出端11和第八点胶平台8h分别通过陶瓷基座1内部的导线连接。

通过上述设计，本发明的石英晶体谐振器，可实现在X、Y、Z轴三个方向环境振动条件下的振动电路的振动相位噪声的优化。同时将四个镀有电极的方石英晶片安装在一个陶瓷基座内，进一步减小了石英晶体谐振器体积，降低了成本。因此，具有很高的使用价值和推广价值。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。