最具有先進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計制造的低加速度高靈敏諧振器

眾所周知,低加速度值通過利用對稱性可以實現(xiàn)靈敏度安裝結(jié)構(gòu)與聲學(xué)良好對齊模式中心,機(jī)械共振和引線框架修改結(jié)構(gòu)以很好地推動石英晶體諧振器機(jī)械共振高于2kHz,蒂爾斯滕和周的觀念理論著作表明對于平凸諧振器具有完美的性能對齊聲學(xué)模式和對稱支持中心,由于輪廓的內(nèi)在不對稱的影響是少數(shù)用于面內(nèi)加速度靈敏度的1012/g的零件,他們還表明了正常的加速度靈敏度隨著中心的偏移線性增加.

實際上,退火引起的殘余應(yīng)力粘合劑的夾子,收縮或膨脹,以及制造缺陷將改變分布和應(yīng)力場的對稱性,因為應(yīng)用了壓力可能不再與聲學(xué)對齊模式,會產(chǎn)生有效的不對稱性加速靈敏度更高,一個新的四點(diǎn)安裝結(jié)構(gòu),內(nèi)置殘留物靜態(tài)應(yīng)力消除和良好的平面內(nèi)對稱性,該結(jié)構(gòu)使殘余靜應(yīng)力的影響最小化這導(dǎo)致石英晶振了可重現(xiàn)的低值觀察值加速度靈敏度(1011中間部分到低部分).

加速靈敏度測量對于此處描述的所有工作,被動測量不使用振蕩器電路,該方法使用HP4396B網(wǎng)絡(luò)/頻譜分析儀結(jié)合頻率源,我們將其稱為網(wǎng)絡(luò)分析儀方法,獲得加速度靈敏度測量值通過沿三個相互垂直的軸測量,對于以前的和新的設(shè)計,加速度靈敏度測量如圖1所示,加速度靈敏度分量由Γx,Γy和Γz表示.

新舊QRM設(shè)計示出了舊QRM諧振器結(jié)構(gòu)的布局在圖2中,它由一個可加工的陶瓷基座組成化學(xué)蝕刻的引線框架和石英坯料,引線框架由0.004“厚的½硬鎳-銀(CTE~16.4 ppm/°C)并且它形成具有支撐架對齊并握住水晶,表單控件的深度石英晶體和引線框架中間平面的對齊,陶瓷底座提供剛性的共面四件套可以安裝引線框架組件的點(diǎn)使用非導(dǎo)電粘合劑,一旦粘合劑固化,引線框的未使用部分被切掉了顯示了QRM支持結(jié)構(gòu),然后是水晶坯料使用導(dǎo)電材料將其置于形成的支撐物上用于支撐和電氣連接的粘合劑,該電氣連接使用0.004黃金完成連接到封裝引腳.

示出了新QRM諧振器結(jié)構(gòu)的布局在圖3中,它由一個低調(diào)的HC40接頭,一個激光器組成用四個對齊平面切割陶瓷環(huán),并進(jìn)行化學(xué)處理蝕刻Kovar(CTE~5.87 ppm /°C)引線框架增加了表面積和內(nèi)置電氣連接,新設(shè)計的特征與舊設(shè)計類似(即形成支撐架,剛性陶瓷支撐件和中板對齊),但新設(shè)計使用了一套Kovar裝配夾具(圖4和5)對齊QRM固化時的組分.

機(jī)械共振范圍為1.5至1.9kHz觀察到舊的QRM進(jìn)口諧振器結(jié)構(gòu)和有限元分析預(yù)測增加引線框架的厚度0.004"到0.006"會將共振從1.9推到½硬鎳-銀引線框架材料為3.8kHz,使用更硬的Kovar引線框架材料,新的QRM設(shè)計采用0.004"和0.006"厚的引線框架并測試高達(dá)2.5kHz的機(jī)械共振(圖6和7),可以看出,機(jī)械共振處于對于0.004英寸可伐合金引線框架為2.3kHz,而對于0.006"引線框架,共振超出了標(biāo)準(zhǔn).

QRM的設(shè)計和制造的改進(jìn)石英晶體諧振器產(chǎn)生了一個堅固的結(jié)構(gòu),可以制造精確,重現(xiàn)性好,一個使用0.320"晶體坯料的實驗也顯示在那里實現(xiàn)低值是對Ψ角度的強(qiáng)烈依賴g敏感性和良好的晶體參數(shù).另外,初步結(jié)果顯示,一個0.390"的版本QRM諧振器的性能與0.320"版本一樣好晶體具有g靈敏度和更好的性能參數(shù),未來的工作將集中在提煉性能上320和390QRM結(jié)構(gòu).