Page 167 - 机械设计制造与自动化技术研究

第五章 机电一体化系统设计

即其输出频率—温度特性为线性，热敏特性好。
本文设计的热敏谐振器结构和激励电极的创新点如下：Lamé 模谐振器频率
和频温特性曲线与其厚度尺寸无关，主要取决于其主工作区轮廓的尺寸，故取其

晶片厚度为 0.08mm，以便提高响应速度。基波工作时，常规方案是 M=N=1。根
据式（1）可知，在石英片的几何中心 x=L/2，z=W/2 处是 Lamé 模振动的极值点，
即其几何中心是基波谐振的节点。
本文没有采用正方晶片或数枚正方晶片的几何叠加形式的传统 Lamé 谐振器

结构，也不采取把晶片几何中心为支撑与引线焊点的常规结构，设计了图 5-3 所
示的单端支撑式的新结构。

图 5-3 Lamé 模热敏谐振器及其激励电极的结构示意

激励电极辅助激励电极连接电极汇流条电极引线 Lamé 模石英晶片，为了获
得热敏和载波频率相干匹配振荡信号，抑制寄生振动，降低对工艺苛刻要求，基

波工作时，选取主工作区的 M=0.76N，以便略微牺牲线性度、灵敏度，却能够大
幅度提升稳定性。经过实验测试最终选定主工作区为1.68mm×1.58mm×0.08mm，
并与单端支撑区紧密衔接。其工作频率为 1.8MHz。利用溅射设备在主工作区和
支撑区的晶片表面制备激励电极和汇流条，并与载波谐振器的汇流条、电极引线
连接成一体后，装入体积为 8mm×7.5mm×2.5mm 的 UM1 型管壳内并与管座上

的管脚焊接成一体后，在氦气氛下利用激光焊气密封帽。敏感晶片和载波晶片
皆为单端支撑结构，其热应力小，可靠性高。实测表明，Lamé 模谐振器的 Q 值
高达 6.5 万，工作频率为 1.8MHz。在－ 50~100℃温度范围内，其灵敏度可达－

50×10 － 6/℃，频温特性为线性。实测结果表明，基波 Lamé 模谐振器的动态电
阻值比 BT 切厚度切变模谐振器高 2 个数量级左右，工作频率相差 18 倍。为了
使两者匹配，Lamé 模热敏谐振器采用图 2 所示的激励电极，并在其侧面添加“辅
助激励电极”的创新方式，提高横向场强，降低寄生振动模式。

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