CH617794A5 - Quartz crystal vibrator - Google Patents

Description

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REVENDICATIONS Vibreur en cristal de quartz pour application non horlogère, formé d'une embase fixée par adhérence à un support et de deux branches vibrantes coplanaires revêtues d'électrodes sur au moins une de leurs faces, et d'un circuit connecté aux électrodes 5 pour les exciter et créer entre elles des champs électriques de manière à faire vibrer les dites branches dans une direction parallèle à leur plan, caractérisé en ce que les électrodes sont agencées de manière que la direction des dits champs électriques présente une composante principale parallèle au dit plan et en Ul ce que le support est constitué d'un plot en un matériau isolant revêtu d'une couche conductrice divisée en plusieurs parties, chacune de ces parties étant connectée à une des électrodes.

La fréquence de résonance d'un vibreur en cristal de quartz agissant l'effet des forces piézoélectriques est très stable. Elle est utilisée de plus en plus fréquemment comme étalon de temps dans les montres-bracelet grâce aux rapides progrès que fait la 2» technique des circuits intégrés présentement. L'utilisation d'un vibreur de cristal de quartz est liée aux conditions suivantes:

—faibles dimensions

— fréquence stable

-fréquence exacte 25

— production facile et peu coûteuse.

La première condition est remplie si on utilise un quartz mince dont l'épaisseur est de 200|i ou moins. Un vibreur de ce genere peut être produit en grande série au moyen des techniques de gravure photochimique. La quatrième condition est m réalisée en même temps. En ce qui concerne la condition 2, il est nécessaire de l'étudier sur tous ses aspects en rapport avec l'angle de coupe du cristal, la forme du vibreur, la configuration des électrodes, l'étanchéité de la capsule à l'air. Pour satisfaire la troisième condition, il est nécessaire que l'on puisse faire varier 35 facilement la fréquence d'oscillation et cela dans un large domaine au moyen d'un trimmer qui est branché dans le circuit de l'oscillateur. En ce qui concerne la quatrième condition, la structure de la capsule ou le mode de montage du vibreur a une importance. 4«

La présente invention a pour objet un vibreur en cristal de quartz pour application non horlogère formé d'une embase fixée par adhérence à un support et de deux branches vibrantes coplanaires revêtues d'électrodes sur au moins une de leurs faces, et d'un circuit connecté aux électrodes pour les exciter et 45 créer entre elles des champs électriques de manière à faire vibrer les dites branches dans une direction parallèle à leur plan, et son but est de perfectionner les vibreurs de ce genere déjà connus afin de satisfaire dans une mesure plus grande que jusqu'à maintenant aux quatre conditions rappelées ci-dessus. 50

Dans un vibreur connu selon le brevet US 3 683 213, la disposition des électrodes est une disposition dite «à trois bornes». Le principe de cette disposition est représenté aux fig. 1,2 et 3 du dessin annexé qui seront décrites plus loin. L'une des faces du vibreur est revêtue d'une couche continue qui forme 55 une première électrode connectée à une borne de masse du circuit tandis que l'autre face du vibreur porte deux revêtements distincts connectés chacun à une des trois autres bornes d'alimentation du vibreur.

Pour atteindre le but spécifié ci-dessus, le vibreur, objet de 60 la présente invention, comporte une structure qu'on peut appeler à deux bornes qui procure comme on le verra plus loin, les avantages visés.

Le vibreur selon l'invention, du genere spécifié plus haut, est caractérisé en ce que les électrodes sont agencées de manière m que la direction des dits champs électriques présente une composante principale parallèle au dit plan et en ce que le support est constitué d'un plot en un matériau isolant revêtu d'une couche conductrice divisée en plusieurs parties, chacune de ces parties étant connectée à une des électrodes.

On va décrire ci-après, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution du vibreur selon l'invention en comparant la structure du vibreur à celle d'une disposition à trois bornes déjà connue.

La fig. 1 est une vue en perspective frontale d'un vibreur connu,

la fig. 2 une vue explicative du mode d'entraînement d'un vibreur de la fig. 1,

la fig. 3 montre un vibreur usuel fixé par adhérence,

la fig. 4 est une vue en perspective frontale d'une forme de réalisation de l'invention,

la fig. 5 une vue en perspective arrière de ce vibreur,

la fig. 6 une vue explicative de la méthode d'entraînement du vibreur de la fig. 4,

la fig. 7 une vue en perspective d'une autre forme de réalisation de l'invention,

la fig. 8 une vue en perspective d'une autre forme de réalisation de l'invention, et la fig. 9 une vue en perspective éclatée illustrant la fabrication du vibreur de la fig. 8.

La fig. 1 montre un vibreur usuel du type «à trois bornes». A cette figure X, Y et Z sont les axes électrique mécanique et optique d'un cristal de quartz. Le vibreur 4 est coupé dans une plaque monocristalline de quartz qui est obtenue en faisant tourner une plaque coupée selon X autour de l'axe d'un angle a puis d'un angle y autour de l'axe Y' qui est un nouvel axe Y obtenu par la rotation a. L'angle a est choisi de 0 à 10° et l'angle y de 50 à 70° oude—50à—70° selon la caractéristique de température ou autre. Le vibreur en forme de diapason 4 est équipé d'électrodes 1 et 2 sur sa surface. A la figure. 2, on voit en 3 une électrode de mise à la masse montée sur la surface arrière du vibreur. Quand des conducteurs 5 et 6 sont alimentés par des sources de tension respectivement positive et négative, un champ électrique représenté par les flèches de la fig. 2 s'établit dans le cristal qui est pris en sandwich entre les électrodes d'entraînement et l'électrode de mise à la masse. Ainsi, les contraintes créées dans la côté intérieur et le côté extérieur du diapason sont contraires. En conséquence, une vibration de flexion symétrique est excitée dans le diapason.

A la fig. 3, le vibreur 4 est soudé sur un plot de fixation métallique 7 au moyen d'un film métallique qui est déposé sur la surface arrière de ce vibreur. En conséquence, l'electrode de mise à la masse placée sur la face arrière est connectée à la capsule par le bloc support. Un inconvénient d'un vibreur à trois bornes de ce type est que les champs électriques établis dans le cristal présentent une composante X très faible qui représente l'action qui entraîne le vibreur comme le montre la fig. 2.

A la fig. 4, on voit un vibreur de type «à deux bornes». Il n'est pas désavantageux que l'angle de coupe d'un tel vibreur soit similaire à celui du vibreur à trois bornes et par conséquent dans la description qui suit, on supposera que l'angle de coupe est le même. Aux fig. 4, 5 et 6, on voit un vibreur 8, des électrodes 9.10,11 et 12. Les éléments 13 et 14 sont des prolongements conducteurs que présentent les électrodes 11 et 12. Les fils conducteurs 15 et 16 relient les électrodes antérieure et postérieure. Quand ces fils reçoivent des tensions respectivement positive et négative, les champs électriques à l'intérieur du cristal de quartz sont tels que les montrent les flèches de la fig. 6 et une vibration de flexion symétrique est induite dans le diapason du fait des contraintes contraires que subissent les côtés extérieur et intérieur du diapason. Comme on le voit du dessin, ces champs comprennent une composante dans le sens de l'axe X qui est plus grande que précédemment, et qui contribue mieux à l'excitation du diapason que dans le cas de la fig. 1. Le vibreur est donc excité efficacement et l'impédance

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dynamique peut être plus faible qu'avec un vibreur «à trois bornes» conventionnel.

Dans ce cas, toutefois, la méthode de montage et la fixation usuelle ne peut pas être appliquée, car les conducteurs d'électrodes ayant deux sortes de polarités, ils dovent être conduits hors de la surface postérieure du vibreur.

Selon l'invention, cette difficulté est surmontée d'une façon très simple.

On le voit à la fig. 7. Dans cette figure, on utilise un plot de support 17 ayant la forme d'un pont retourné, fait d'une matière isolante, comme de la céramique. Ce plot est équipé de revêtements conducteurs 18 et 19 qui sont isolés l'un de l'autre. Le vibreur 8 est supporté de telle manière que les portions de fixation 13 et 14 adhèrent et soient fixées aux conducteurs 19 et 18 par une soudure tendre ou un adhésif conducteur. Les fils de liaison 20 et 21 forment les conducteurs d'électrodes. La fixation décrite peut être réalisée par exemple en préparant une plaque céramique mince revêtue d'une pâte d'or, en frittant cette plaque puis en usinant une saignée pour partager le revêtement conducteur. On peut aussi utiliser une plaque de verre mince sur laquelle un film métallique est déposé et que l'on coupe par gravure chimique. Si les conducteurs 18 et 19 peuvent être isolés complètement, le support ne nécessite pas d'échancrure. Il est désirable que le taux de dilatation du matériau de support soit en accord avec celui du cristal de quartz. Cependant, il n'est pas facile de trouver des matériaux appropriés aux cristaux ayant différents angles de coupe. Si on utilise comme support un cristal de quartz ayant le même angle de coupe que le vibreur, il n'y a aucune contrainte entre lé • vibreur et le support, dans une large gamme de températures, de sorte que l'on obtient un vibreur de qualité supérieure ayant des 5 caractéristiques très stables.

La fig. 8 montre une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle le support est constitué sous la forme d'une partie de la capsule. Une capsule 22 comprend un pied 23 pour fixer le vibreur 8. Les bornes d'électrodes sont en 24. La fig. 9 111 montre l'assemblage de la capsule. La plaque 25 est une plaque de base et 26 et 27 sont des éléments de cadres dont chacun est fait d'une céramique semi-calcinée. La pâte d'or 24 est étendue au préalable sur les portions masquées du cadre 26. Les trois pièces sont ensuite empliées et calcinées. L'or se fritte au cours ' ^ de cette opération et devient dur et les plaques de céramique sont fixées l'une à l'autre. Comme on le voit, cette forme de réalisation présente les avantages de l'invention d'une façon encore plus nette que la première forme de réalisation. La première nécessite quelques manipulations pour la fixation et le 2(1 montage du support dans la capsule.

Cette invention est indispensable pour l'utilisation pratique des nouveaux vibreurs en quartz, qui sont bien plus avantageux que les quartz conventionnels. Ces nouveaux quartz et leur :5 montage selon la présente invention permettent de réaliser des oscillateurs de haute qualité ayant une fréquence très stable et aptes à de nombreux usages non horlogers.

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3 feuilles dessins