專利名稱：至少一階和二階溫度補(bǔ)償諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造時(shí)基或頻率基的游絲、MEMS或音叉類型的溫度補(bǔ)償諧振器，該諧振器的至少ー階和ニ階溫度系數(shù)基本上為零。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)EP I 422 436公開了ー種由硅形成且涂覆有ニ氧化硅的游絲，以便使溫度 系數(shù)在COSC (瑞士官方天文臺表測試機(jī)構(gòu))認(rèn)證過程溫度一即，在+8°C和+38°C之間——附近基本上為零。類似地，文獻(xiàn)W02008-043727公開了ー種MEMS諧振器，該諧振器在相同的溫度范圍內(nèi)具有其楊氏模量漂移低的類似性能。然而，在上述文獻(xiàn)中僅ニ階頻率漂移根據(jù)應(yīng)用需要復(fù)雜的校正。例如，對于能夠得到COSC認(rèn)證的電子表，必須根據(jù)溫度測量實(shí)施電子校正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，通過提供ー種至少ー階和ニ階溫度補(bǔ)償諧振器來克服上述全部或部分缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明涉及ー種溫度補(bǔ)償諧振器，該諧振器包括使用時(shí)變形的本體，本體的芯部包括第一材料，其特征在干，所述本體包括分別由第二材料和第三材料制成的至少第一涂層和第二涂層，每種材料的楊氏模量隨溫度的變化是不同的，所述至少第一涂層和第ニ涂層的各自厚度調(diào)整成允許所述諧振器具有隨溫度基本上為零的ー階和ニ階頻率變化。有利地，根據(jù)本發(fā)明，使用時(shí)變形的諧振器本體具有與待補(bǔ)償?shù)臏囟认禂?shù)的階數(shù)一祥多的涂層。因此，根據(jù)芯部和各涂層的材料的各階的大小和表征(signes)，計(jì)算出每層厚度，以便相互補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明的其它有利特征-本體包括由第四材料制成的第三涂層，該第四材料的楊氏模量隨溫度的變化與芯部以及其它涂層的材料的不同，所述三個(gè)涂層的各自厚度調(diào)整成允許所述諧振器具有隨溫度基本上為零的ー階、ニ階和三階頻率變化；-芯部本體具有隨溫度的一階和ニ階楊氏模量變化，該變化是負(fù)的，像單晶硅一樣；-本體包括基本上四邊形形狀的截面，該本體的面是成對相同的或全部涂覆有涂層；-第一涂層具有隨溫度的正一階和負(fù)ニ階楊氏模量變化，例如ニ氧化硅；-第二涂層具有隨溫度的正ニ階和正一階楊氏模量變化，例如ニ氧化鍺，或具有隨溫度的負(fù)ー階楊氏模量變化；-第一涂層與第二涂層順序顛倒；-所述涂層優(yōu)先沉積在與本體的中性面平行的表面上，以便以盡可能大的強(qiáng)度改善所述諧振器的頻率；
-本體是圍繞其自身卷繞的桿以形成游絲，并聯(lián)接到慣性飛輪上，或包括至少兩個(gè)對稱安裝的桿以形成音叉，或者它是MEMS諧振器。最后，本發(fā)明還涉及一種時(shí)基或頻率基，例如鐘表，其特征在于，它包括至少一個(gè)根據(jù)前述變型的任何一個(gè)的諧振器。


從下列參考附圖通過非限制性示例給出的描述中，可以清楚發(fā)現(xiàn)其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中-圖I是游絲的總體透視圖；-圖2是圖I的游絲的代表性截面；-圖3是根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例的視圖；-圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的各種材料的彈性模量的曲線圖；-圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的各種材料的彈性模量的曲線圖；-圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的諧振器沒有頻率變化的曲線圖；-圖7是示出涂覆有二氧化硅的硅游絲的一階和二階溫度系數(shù)變化的曲線圖；-圖8是示出涂覆有二氧化鍺的硅游絲的一階和二階溫度系數(shù)變化的曲線圖；-圖9是示出涂覆有二氧化硅和二氧化鍺的硅游絲的一階和二階溫度系數(shù)變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式如上所述，本發(fā)明涉及一種諧振器，該諧振器可以是游絲、音叉或更一般地MEMS(“微機(jī)電系統(tǒng)”)諧振器。為了簡化本發(fā)明的解釋，下面展示的應(yīng)用僅涉及游絲。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)下文給出的啟示無過多困難地完成像上述諧振器一樣的其它諧振器應(yīng)用。類似地，下面的解釋涉及本體的芯部，在我們的示例中為由單晶硅形成的游絲。然而，芯部的材料不限于單晶硅，而是可擴(kuò)展到不同類型的材料，例如多晶硅、玻璃、氮化物、鉆石、單晶石英或金屬。圖6的曲線圖示出作為溫度的函數(shù)的當(dāng)前諧振器的頻率漂移特征。標(biāo)為“z切石英”的第一條實(shí)線曲線示出通過輕微轉(zhuǎn)動z切制成的32kHz單晶石英音叉的頻率漂移。標(biāo)為“Si-Si02”的第二條虛線曲線示出涂覆有二氧化硅的硅MEMS諧振器的頻率漂移。對于這兩條曲線，可以看出，在寬的溫度范圍上，尤其是在_20°C和+80°C之間，漂移是非零的。該頻率漂移主要與楊氏模量隨溫度的變化相關(guān)。然而，兩個(gè)當(dāng)前制造示例的在+10°C和+40°C之間的低頻率漂移也可能需要諧振器的外在校正。例如，對于包含石英音叉的電子表，就是如此，該石英音叉在表的溫度測量的基礎(chǔ)上進(jìn)行電子校正，以獲得COSC認(rèn)證。因此，有利地，本發(fā)明的目的是，提出一種諧振器，其中，隨著溫度的頻率漂移進(jìn)一步降低，如標(biāo)為“復(fù)合物”的點(diǎn)劃線曲線所示，該曲線的比例與另兩條曲線的比例刻意保持相同，以便示出漂移的顯著不同。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的諧振器本體包括與待補(bǔ)償?shù)臏囟认禂?shù)一樣多的涂層。
因此，優(yōu)選地，該諧振器本體包括至少兩層涂層，如果二階補(bǔ)償仍然導(dǎo)致不可接受的頻率漂移的話，可包括第三涂層。然而，在三階補(bǔ)償后，對于任何諧振器來說，頻率漂移變成可忽略不計(jì)。因此，根據(jù)芯部和各涂層的材料的各階的大小和表征，計(jì)算出各層厚度，以便相互補(bǔ)償。通過定義，諧振器的相對頻率變化遵循下列關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種溫度補(bǔ)償諧振器(1)，該諧振器(I)包括使用時(shí)變形的本體，所述本體的芯部(3)包括第一材料，其特征在于，所述本體具有分別由第二材料和第三材料制成的至少第一涂層和第二涂層(4，5)，各材料的楊氏模量隨溫度的變化是不同的，所述至少第一涂層和第二涂層的各自厚度調(diào)整成允許所述諧振器具有隨溫度基本上為零的一階和二階(a，P)頻率變化。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的諧振器(1)，其特征在于，所述本體包括由第四材料制成的第三涂層，該第四材料的楊氏模量隨溫度的變化與所述芯部(3)和所述其它涂層(4，5)的材料的不同，所述三個(gè)涂層的各自厚度調(diào)整成允許所述諧振器具有隨溫度基本上為零的一階、二階和三階(a，P，Y )頻率變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的諧振器(1)，其特征在于，所述本體的所述芯部(3)具有隨溫度的負(fù)一階和負(fù)二階楊氏模量變化。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的諧振器(I)，其特征在于，所述本體的所述芯部(3)包括單晶娃。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的諧振器(I)，其特征在于，所述本體具有基本上四邊形形狀的截面，所述本體具有成對的相同面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項(xiàng)所述的諧振器(1)，其特征在于，所述本體包括基本上四邊形形狀的截面，所述本體的面全部涂覆有涂層。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的諧振器(1)，其特征在于，第一涂層(4)具有隨溫度的正一階和負(fù)二階楊氏模量變化。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的諧振器(1)，其特征在于，所述第一涂層(4)包括二氧化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的諧振器(1)，其特征在于，所述第二涂層(5)具有隨溫度的正二階楊氏模量變化。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的諧振器(1)，其特征在于，所述第二涂層(5)具有隨溫度的正一階楊氏模量變化。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的諧振器(1)，其特征在于，所述第二涂層(5)包括二氧化鍺。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的諧振器(1)，其特征在于，所述第二涂層(5)具有隨溫度的負(fù)一階楊氏模量變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中的任一項(xiàng)所述的諧振器(1)，其特征在于，所述第一涂層(4)與所述第二涂層(5)的順序顛倒。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的諧振器(I)，其特征在于，所述涂層優(yōu)先沉積在與所述本體的中性面(F)平行的表面上，以便以盡可能大的強(qiáng)度改善所述諧振器的頻率。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的諧振器(I)，其特征在于，所述本體是圍繞其自身卷繞的桿以形成游絲，并聯(lián)接到慣性飛輪上。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至14中的任一項(xiàng)所述的諧振器(I)，其特征在于，所述本體包括至少兩個(gè)對稱安裝的桿以形成音叉。
17.根據(jù)權(quán)利要求I至14中的任一項(xiàng)所述的諧振器(1)，其特征在于，所述本體是MEMS諧振器。
18.—種鐘表，其特征在于，它包括至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的諧振器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溫度補(bǔ)償諧振器(1)，該諧振器(1)包括使用時(shí)變形的本體，本體的芯部(3)包括第一材料。根據(jù)本發(fā)明，本體包括至少第一涂層和第二涂層(4，5)，所述涂層(4，5)使得所述諧振器具有基本上為零的一階和二階(α,β)溫度系數(shù)。本發(fā)明涉及時(shí)基和頻率基領(lǐng)域。
文檔編號H03H9/02GK102687394SQ201080056806
公開日2012年9月19日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者K·特倫皮, T·科奴斯, T·黑塞勒 申請人:斯沃奇集團(tuán)研究和開發(fā)有限公司