利用3D打印声学反射器提高MEMS谐振器的Q因子

《Journal of Microelectromechanical Systems》：MEMS Resonator Q-Factor Improvement Using 3-D-Printed Acoustic Reflectors

MEMS谐振器通过低成本声反射结构提升空气环境下的品质因数，发现最佳反射间隙接近λ/4和3λ/4，并利用3D打印凹面球帽重构声场，使47kHz谐振器Q值从50增至117，在10 Torr低气压下仍保持与裸器件相同的Q值，为替代真空封装提供新路径。

　　

摘要：

在空气中工作的平面外MEMS谐振器会受到显著的粘性和声辐射损耗的影响，这些损耗限制了其品质因数（Q）。我们提出了一种低成本的声反射器方案，可以将以声波形式辐射的能量重新引导回器件内部，从而减少空气中的阻尼效应，即使在低真空环境下也是如此。这种可调节间隙的平面反射器首先绘制了干涉条件与间隙之间的关系，证实了在间隙约为λ/4和3λ/4时品质因数达到最大值，并揭示了在这些间隙值附近谐振器会出现频率移动和双共振现象。基于这一发现，我们制造了一个3D打印的凹球形盖子（半径约为λ/4），用于重新聚焦谐振器的球形声场。在47 kHz的PiezoMUMPs平面外谐振器上，该盖子使空气中的品质因数从50提升至117（增加了约2.3倍）；在745 Torr到10 mTorr的压力范围内，该盖子仍能保持这一优势，即使压力降低到约10 Torr时也是如此。这些结果表明，打印出的声反射器可以在一定程度上替代真空封装，为平面外MEMS谐振器提供更高的灵敏度和更低的驱动功率。[2025-0178]