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PATENTANSPRÜCHE
1. Piezoelektrischer Vibrator, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrator (12,26) durchgehende Ausnehmungen (17, 18, 31,32) enthält zum elektrischen Verbinden der Vorderelektroden und Rückelektroden (15, 16) des Vibrators.
2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (17, 18,31,32) auch zum Befestigen des Vibrators vorgesehen sind.
3. Vibrator nach Anspruch 1, wobei er einen Quarzkristall mit einer Dicke von 0,2 mm oder weniger enthält, dadurch gekennzeichnet, dass: - der Vibrator mit zwei Elektroden an den parallel zu seiner Vibrationsebene liegenden Flächen versehen ist und ein elektrisches Feld angelegt ist, dessen Feldlinien im mittleren Bereich zwischen zwei Elektroden parallel zur Vibrationsebene verlaufen; - der Schnittwinkel des Quarzkristalls durch Drehen der X-Schnittplatte im Bereich von 0 bis 100 um die X-Achse und im Bereich von 700 bis 900 um die Y'-Achse definiert ist; - der Träger des Vibrators Ausnehmungen aufweist zur Verbindung der Elektroden auf seiner Vorderseite und Rückseite, wobei diese Ausnehmungen auch zur Befestigung des Vibrators dienen.
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Vibrator.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrator durchgehende Ausnehmungen enthält zum elektrischen Verbinden der Vorderelektroden und Rückelektroden des Vibrators.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Schnittrichtung des Quarzkristall Vibrators;
Fig. 2 die Anordnung der Elektroden einschliesslich die Abstützung des Quarzkristall Vibrators bei einer bekannten Anordnung;
Fig. 3 die Anordnung der Elektroden auf der Rückseite des Quarzkristall Vibrators nach Fig. 2;
Fig. 4 das elektrische Feld innerhalb dieses Quarzkristall Vibrators;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäss ausgebildeten Quarzkristall Vibrators;
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abstützung des Quarzkristall Vibrators;
Fig. 7 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel der Fig. 6;
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 die Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels;
Fig. 10 die Rückansicht des gleichen Ausführungsbeispiels der Fig. 9;
;
Fig. 11 die Schnittdarstellung des in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Die Schnittrichtung der Quarzkristallplatte list dadurch bestimmt, dass man eine X-Schnittplatte um die X-Achse gemäss Winkel a und um die Y'-Achse gemäss Winkel ss gedreht denkt Der Bereich des Winkels a liegt zwischen 0 und 100. Der Bereich des Winkels ss liegt zwischen 700 und 900.
Der Vibrator 2 ist mittels der photochemischen Ätztechnik aus der Platte 1 des Quarzkristalls hergestellt worden.
Die Fig. 2 zeigt die Anordnung der Elektroden einschliesslich die Halterung bzw. Abstützung des Quarzkristall Vibrators. Die Elektroden 3,4 der Vorderseite, welche im folgenden als Vorderelektroden bezeichnet werden, sind auf der Vorderseite des Vibrators 2 angeordnet. Die beiden Vorderelektroden 3,4 laufen in Elektrodenteile 3', 4' aus, welche Elektrodenteile an den leitenden Schichten 7,8 des Trägers 11 mittels Drähten 9, 10 angeschlossen sind.
Die Fig. 3 zeigt die Rückseite des Vibrators 2. Auf dieser Rückseite sind die Elektroden 5,6, welche im folgenden als Rückelektroden bezeichnet werden, angeordnet. Die Teile 5,6' dieser Rückelektroden 5,6 sind mit den leitenden Schichten 8,7 des Trägers 11 verbunden. Hierdurch sind die Vorderelektroden 3,4 und die Rückelektroden 5,6 des Vibrators 2 gemäss Fig. 2,3 auf dem gleichen Potential gehalten. Bei Anlegen einer Spannung an die Drähte 7,8 stellt sich innerhalb des Vibrators ein elektrisches Feld ein, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist.
In der Fig. 4 ist zur besseren Darstellung der Winkel a 0 und der Winkel (3900 gezeichnet. Das elektrische Feld hat in der Richtung, welche parallel zur Schwingungsebene des Vibrators liegt, eine grosse Komponente. Hierdurch erzielt der Vibrator überlegene dynamische Impedanz- und Temperaturcharakteristika. Allerdings sind gemäss Fig. 2 Verbindungsleitungen notwendig, welche Schwierigkeiten im Betrieb und bei der Herstellung bringen. Ferner können solche Vibratoren nicht genügend miniaturisiert werden.
Die Fig. 5 zeigt die Rückseite eines erfindungsgemäss ausgebildeten Vibrators. Die Löcher bzw. Ausnehmungen 17, 18 sind in den Teilen 13', 14' der Rückelektroden 13, 14 des Vibrators 12 angeordnet. Die Orte dieser Löcher sind an denjenigen Teilen der Vibratorabstützung vorgesehen, an denen die Verbiegung, welche durch die Schwingung bewirkt wird, verschwindet. Theoretisch und experimentell konnte festgestellt werden, dass diese Löcher keine nachteiligen Einflüsse auf den eigentlichen Vibrator ausüben. Die Löcher bzw. Ausnehmungen 17, 18 werden während der Vibratorherstellung gebildet, so dass für diese Ausnehmungen kein besonderes Verfahren notwendig ist
Die Fig. 6 zeigt die Vorderseite des zusammengesetzten Vibrators 12.
Die Vorderelektroden 15, 16 sind mit ihren Enden 15', 16' an den Ausnehmungen 17, 18 mittels elektrisch leitendem Material 19,20 angegossen. Die Leiterstreifen 21,22 führen die Spannungen bzw. Ströme weiter.
Gemäss Fig. 7, welche das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 im Schnitt darstellt, sind die Teile 13', 14' der Rückelektroden 13, 14 mit den leitenden Streifen 21,22 über das leitende Material 24 verbunden. Da diese Verbindung sehr fest und starr sein muss, erfolgt sie durch eine Lötverbindung bzw.
Schweissverbindung. Da die leitenden Teile 19,20 nicht einer besonders grossen Beanspruchung unterworfen werden, ist ihre Lötung nicht erforderlich. Es können Harze mit elektrisch leitendem Zusatz Verwendung finden. Die gesamte Konstruktion sowie das Verbinden der Einzelteile untereinander ist sehr zeitsparend. Ausserdem kann der beschriebene Vibrator in jeder erdenklichen Weise miniaturisiert werden. Ferner werden seine Betriebssicherheit erhöht und sein Herstellpreis erniedrigt.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Vibrator 12 ist direkt auf die beiden leitenden Streifen 21', 22' angeordnet. Diese beiden Streifen 21', 22' sind durch das Abschlussorgan 25 geführt. Die gesamte Konstruktion ist sehr einfach.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Der piezoelektrische Vibrator 26 ist ein Schwinger, dessen beide Enden frei schwingen können. In den Fig. 9 und 10 werden die Vorderseite und die Rückseite des Vibrators 26 dargestellt. Die Ausnehmungen bzw. Löcher 31,32 dienen für die elektrische Leitung. Die Fig. 11 zeigt eine Schnittdarstellung des gleichen Ausführungsbeispiels. Die Stifte 27,28 der Fig. 11 halten den Vibrator und dienen als Elektrodenenden. Die Elektroden auf der Vorderseite und auf der Rückseite besitzen die gleiche Polarität und sind über die
Löcher 31,32 miteinander verbunden. Diese Verbindung erfolgt über die elektrisch leitenden Materialien 29,30. Der Vibrator 26 ist mit den Stiften 27,28 ebenfalls über die leitenden Materialien 29,30 verbunden.
Abschliessend kann festgestellt werden, dass die Erfindung sehr wirkungsvoll ist für einen besonderen Quarzkristall Vibrator. Der Erfindungsgedanke ist nicht durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf sämtliche piezoelektrischen Materialien. Zum Beispiel liegt der Stimmgabel Vibrator mit einem Lithium Tantal Einkristall, der mechanisch geschnitten wird, im Sinne der Erfindung.
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PATENT CLAIMS
1. Piezoelectric vibrator, characterized in that the vibrator (12, 26) contains through recesses (17, 18, 31, 32) for electrically connecting the front electrodes and rear electrodes (15, 16) of the vibrator.
2. Vibrator according to claim 1, characterized in that the recesses (17, 18,31,32) are also provided for fastening the vibrator.
3. Vibrator according to claim 1, wherein it contains a quartz crystal with a thickness of 0.2 mm or less, characterized in that: the vibrator is provided with two electrodes on the surfaces lying parallel to its vibration plane and an electric field is applied whose field lines in the middle area between two electrodes run parallel to the vibration plane; the cutting angle of the quartz crystal is defined by rotating the X-cutting plate in the range from 0 to 100 around the X axis and in the range from 700 to 900 around the Y 'axis; the carrier of the vibrator has recesses for connecting the electrodes on its front side and rear side, these recesses also serving to fasten the vibrator.
The invention relates to a piezoelectric vibrator.
The invention is characterized in that the vibrator contains through recesses for the electrical connection of the front electrodes and rear electrodes of the vibrator.
The invention is explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
1 shows the cutting direction of the quartz crystal vibrator;
2 shows the arrangement of the electrodes including the support of the quartz crystal vibrator in a known arrangement;
3 shows the arrangement of the electrodes on the rear side of the quartz crystal vibrator according to FIG. 2;
4 shows the electric field within this quartz crystal vibrator;
5 shows a schematic representation of a quartz crystal vibrator designed according to the invention;
6 shows a further embodiment of the support of the quartz crystal vibrator;
FIG. 7 shows a section through the exemplary embodiment of FIG. 6;
8 shows a further embodiment;
9 shows the front view of a further embodiment;
Fig. 10 shows the rear view of the same embodiment of Fig. 9;
;
FIG. 11 shows the sectional illustration of the exemplary embodiment shown in FIG. 9.
The cutting direction of the quartz crystal plate is determined by thinking of an X-cutting plate rotated around the X-axis according to angle a and around the Y'-axis according to angle ss. The range of the angle a is between 0 and 100. The range of the angle ss is between 700 and 900.
The vibrator 2 has been produced from the plate 1 of the quartz crystal by means of the photochemical etching technique.
2 shows the arrangement of the electrodes including the holder or support of the quartz crystal vibrator. The electrodes 3, 4 of the front side, which are referred to below as front electrodes, are arranged on the front side of the vibrator 2. The two front electrodes 3, 4 terminate in electrode parts 3 ′, 4 ′, which electrode parts are connected to the conductive layers 7, 8 of the carrier 11 by means of wires 9, 10.
3 shows the rear side of the vibrator 2. The electrodes 5, 6, which are referred to below as rear electrodes, are arranged on this rear side. The parts 5, 6 ′ of these back electrodes 5, 6 are connected to the conductive layers 8, 7 of the carrier 11. As a result, the front electrodes 3, 4 and the back electrodes 5, 6 of the vibrator 2 according to FIG. 2, 3 are kept at the same potential. When a voltage is applied to the wires 7, 8, an electrical field is established within the vibrator, as shown in FIG.
4 shows the angle α 0 and the angle 3900 for better illustration. The electric field has a large component in the direction which is parallel to the vibration plane of the vibrator. As a result, the vibrator achieves superior dynamic impedance and temperature characteristics However, according to Fig. 2, connecting lines are necessary, which cause difficulties in operation and manufacture, and such vibrators cannot be sufficiently miniaturized.
FIG. 5 shows the rear side of a vibrator designed according to the invention. The holes or recesses 17, 18 are arranged in the parts 13 ′, 14 ′ of the rear electrodes 13, 14 of the vibrator 12. The locations of these holes are provided on those parts of the vibrator support where the deflection caused by the vibration disappears. Theoretically and experimentally it could be determined that these holes do not have any adverse effects on the actual vibrator. The holes or recesses 17, 18 are formed during the manufacture of the vibrator, so that no special process is necessary for these recesses
6 shows the front of the composite vibrator 12.
The ends 15 ', 16' of the front electrodes 15, 16 'are cast on the recesses 17, 18 by means of electrically conductive material 19, 20. The conductor strips 21, 22 carry on the voltages or currents.
According to FIG. 7, which shows the exemplary embodiment of FIG. 6 in section, the parts 13 ′, 14 ′ of the rear electrodes 13, 14 are connected to the conductive strips 21, 22 via the conductive material 24. Since this connection has to be very strong and rigid, it is made by soldering or soldering.
Welded connection. Since the conductive parts 19, 20 are not subjected to particularly great stress, they do not need to be soldered. Resins with an electrically conductive additive can be used. The entire construction as well as the connection of the individual parts with each other is very time-saving. In addition, the vibrator described can be miniaturized in every conceivable way. Furthermore, its operational reliability is increased and its manufacturing price is reduced.
Fig. 8 shows a further embodiment of the invention.
The vibrator 12 is arranged directly on the two conductive strips 21 ', 22'. These two strips 21 ′, 22 ′ are passed through the closing element 25. The whole construction is very simple.
9 to 11 show further embodiments of the invention. The piezoelectric vibrator 26 is a vibrator whose both ends are free to vibrate. 9 and 10, the front and rear of the vibrator 26 are shown. The recesses or holes 31, 32 serve for the electrical line. 11 shows a sectional illustration of the same exemplary embodiment. The pins 27, 28 of FIG. 11 hold the vibrator and serve as electrode ends. The electrodes on the front and back have the same polarity and are across the
Holes 31,32 connected to one another. This connection is made via the electrically conductive materials 29, 30. The vibrator 26 is also connected to the pins 27, 28 via the conductive materials 29, 30.
In conclusion, it can be stated that the invention is very effective for a special quartz crystal vibrator. The concept of the invention is not restricted by the exemplary embodiments described, but also extends to all piezoelectric materials. For example, the tuning fork vibrator with a lithium tantalum single crystal that is mechanically cut is within the meaning of the invention.