DE1113477B - In seiner XY-Ebene schwingender piezoelektrischer Bieger und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

In seiner XY-Ebene schwingender piezoelektrischer Bieger und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE1113477B
DE1113477B DEM40149A DEM0040149A DE1113477B DE 1113477 B DE1113477 B DE 1113477B DE M40149 A DEM40149 A DE M40149A DE M0040149 A DEM0040149 A DE M0040149A DE 1113477 B DE1113477 B DE 1113477B
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Germany
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plane
piezoelectric
rod
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Pending
Application number
DEM40149A
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English (en)
Inventor
Norman John Beane
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BAE Systems Electronics Ltd
Original Assignee
Marconi Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/05Holders; Supports
    • H03H9/0504Holders; Supports for bulk acoustic wave devices
    • H03H9/0533Holders; Supports for bulk acoustic wave devices consisting of wire
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  • In seiner XY-Ebene schwingender piezoelektrischer Bieger und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf einen in seiner XY-Ebene schwingenden piezoelektrischen Bieger in Form eines stabförmigen Körpers von wenigstens nahezu quadratischem Querschnitt mit je einer Elektrodenbelegung auf seinen vier Längsseiten sowie auf ein Verfahren zur Herstellung des genannten Biegungsschwingers.
  • Es ist bereits ein piezoelektrischer Schwinger bekannt, der durch einen stabförmigen Körper von nahezu quadratischem Querschnitt gebildet wird und auf seinen vier Längsseiten Elektrodenbelegungen trägt, welche an den Längskanten ihrer Flächen schmale Streifen der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers frei lassen und im wesentlichen untereinander gleich ausgebildet sind, wobei Mittel zur Stromzuführung für jede der Belegungen vorgesehen sind.
  • In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten, aus einem Kristall bestehenden, in seiner XY-Ebene Biegungsschwingungen ausführenden piezoelektrischen Elementes dargestellt; Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den stabförmigen Biegungsschwinger der Fig. 1 und zeigt die Struktur des elektrischen Feldes in einem gegebenen Augenblick: Fig. 3 ist eine Diagrammdarstellung, welche in der richtigen Lage in bezug auf Fig. 1 die Richtungen der drei Achsen X, Y und Z zeigt, wobei diese Achsen entsprechend der üblichen Bezeichnungsweise benannt sind.
  • Das in Fig. 1 dargestellte, in seiner XY-Ebene Biegungsschwingungen ausführende Kristallelement kann als typischer Vertreter der bekannten Bauelemente dieser Art betrachtet werden, welche durch die Erfindung verbessert werden sollen. Dieses Kristallelement besteht aus einem stabförmigen Kristall 1 mit nahezu quadratischem Querschnitt, der beispielsweise durch einen einheitlichen -L 5°-X-Schnitt gebildet wird. Die einander gegenüberliegenden XY-Flächen sind mit einem durch Plattierung oder auf andere Weise erzeugten Metallüberzug versehen, der durch eine Schraffur angedeutet ist und der zur Herstellung einer leitenden Verbindung zusammenhängend über die Endflächen des Stabes hinwegreicht. Wie man für die in der Zeichnung oben liegende XY-Fläche erkennen kann, ist der dicht vor den Längskanten aufhörende Metallüberzug an einer Stelle der Oberfläche unterbrochen, welche ungefähr ein Viertel der Gesamtlänge des piezoelektrischen Körpers von dem einen Ende des Körpers entfernt liegt. Auf der anderen XY-Fläche, welche in Fig. 1 nicht sichtbar erscheint, ist der Metallüberzug in entsprechender Weise unterbrochen, und zwar an einer Stelle, welche etwa ein Viertel der Gesamtlänge des Körpers von dem anderen Ende entfernt ist. Die in der Zeichnung mit XY bezeichnete Belegung, deren über die Endflächen reichenden Verbindungen mit E benannt sind, bildet die eine Elektrode des piezoelektrischen Körpers. Auch auf den einander gegenüberliegenden XZ-Flächen ist eine leitende Metallbelegung angebracht, welche bis kurz vor die Längskanten des stabförmigen Körpers reicht, wie dies für eine dieser Flächen durch die mit YZ bezeichnete Schraffur angedeutet ist. Die beiden Belegungen auf den YZ-Flächen sind durch brückenartige Belegungsteile miteinander verbunden, welche in Unterbrechungen der Belegungen auf den XY-Flächen angeordnet sind und von denen eine in Fig. 1 mit B bezeichnet ist. Im Falle eines zweipoligen Anschlusses des Elementes bilden die Belegungen auf den YZ-Flächen die zweite Elektrode des Elementes. Wenn jedoch ein dreipoliger Anschluß vorgesehen werden soll, können die Belegungen auf den XY-Flächen getrennt benutzt werden, indem die eine den zweiten Elektrodenanschluß und die andere den dritten bildet. Die Zuführungs- und Haltedrähte sind mit W bezeichnet.
  • Fig.2 stellt einen Querschnitt durch den piezoelektrischen Körper in einer XZ-Ebene dar. Sie zeigt die Struktur des elektrischen Feldes in einem Augenblick, in welchem die XY-Flächen positiv und die YZ-Flächen negativ sind. Auf der rechten Seite der Mittellinie Z-Z in Fig. 2 hat das Feld eine Komponente in einer bestimmten Richtung längs der X-Achse, und auf der linken Seite der genannten Mittellinie hat das Feld eine Komponente in der entgegengesetzten Richtung längs der X-Achse, so daß auf der einen Seite eine Ausdehnung und auf der anderen Seite eine Zusammenziehung des piezoelektrischen Körpers in Richtung der Y-Achse hervorgerufen wird, was eine Biegung des stabförmigen Körpers zur Folge hat. Die neutrale Fläche der Biegung ist diejenige XZ-Ebene, in welcher die Haltedrähte W angebracht sind.
  • Derartige piezoelektrische Biegungsschwinger sind vielfach im praktischen Gebrauch und arbeiten auch im allgemeinen befriedigend, jedoch weisen sie die wesentlichen Nachteile auf, daß ihre Metallbelegungen ziemlich komplizierte Formen aufweisen und infolgedessen nur unter Schwierigkeiten und mit großem Kostenaufwand mit der erforderlichen Genauigkeit aufgebracht werden können. Da ferner die mechanischen Haltedrähte nur in einer Ebene angeordnet sind, ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen verhältnismäßig gering. Das Fertigschleifen eines piezoelektrischen Elementes für eine bestimmte Frequenz ist ebenfalls sehr schwierig und kann kaum ohne Beschädigung der bereits angebrachten Metallelektroden durchgeführt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, piezoelektrische Biegungsschwinger der betrachteten Art zu verbessern und ihre Herstellung leichter und billiger zu gestalten. Gleichzeitig soll der Abgleich auf eine bestimmte Frequenz bzw. die Einstellung auf vorbestimmte elektrische Konstanten - besonders bestimmte Werte der Induktivität und der Nebenschlußkapazität - sowie die Einhaltung dieser Werte mit einem hohen Grad von Gleichmäßigkeit während des Herstellungsprozesses erleichtert werden. Ferner soll der auf diese Weise hergestellte piezoelektrische Biegungsschwinger gegenüber mechanischen Beanspruchungen sehr widerstandsfähig sein und sich für die Verwendung in beliebigen elektrischen Oszillator- und Filteranordnungen eignen.
  • Erfindungsgemäß besitzen die gleichzeitig Halterungselemente des Körpers bildenden Zuführungsdrähte, die mit den einander gegenüberliegenden Belegungen verbunden sind, paarweise gemeinsame Längsachsen, und die Längsachse des einen Paares kreuzt diejenige des anderen Paares in einem in Längsrichtung des Körpers sich erstreckenden Abstand unter einem rechten Winkel, und die Orte der Verbindungen der Zuführungsdrähte mit den Belegungen liegen wenigstens ungefähr auf den Längsmittellinien der zugehörigen Flächen.
  • Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Biegers mit den angegebenen Merkmalen, nach welchen der stabförmige piezoelektrische Körper zunächst mit Ausnahme seiner Endflächen vollständig mit einem leitenden überzug versehen wird, dessen die genannten schmalen Streifen in der Nähe der Längskanten der Belegungen bedeckender Teil darauf wieder entfernt wird, beispielsweise durch Beschleifen dieser Längskanten.
  • Durch die Ausbildung des piezoelektrischen Biegers nach der Erfindung wird die angegebene Aufgabe in befriedigender Weise gelöst. Der entsprechend der Erfindung ausgebildete Schwinger weist eine große Festigkeit der Halterung auf und ist daher gegenüber mechanischen Stoßbeanspruchungen sehr widerstandsfähig. Außerdem wird eine Verbesserung in der Gleichmäßigkeit der elektrischen und mechanischen Eigenschaften erzielt.
  • Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung ausgebildeten piezoelektrischen Biegungsschwingers. Der piezoelektrische Körper selbst ist wieder mit 1 bezeichnet. Die vier untereinander gleichen Elektrodenbelegungen, von denen in der Zeichnung zwei sichtbar und durch eine Schraffur hervorgehoben sind, sind mit PI bis P4 bezeichnet. Die Halte- und Zuführungsdrähte sind entsprechend mit W1 bis W4 bezeichnet. Sie sind an den zueinander parallelen Halterungsstäben R befestigt, welche durch die Halterungsscheiben D aus Glimmer oder einem anderen geeigneten Material hindurchgesteckt sind. Die Halterungsscheiben.D passen in die rohrförmige Umhüllung V hinein, welche am Schluß des Herstellungsprozesses evakuiert und vakuumdicht verschlossen wird. Die Hülle V setzt sich an einem ihrer Enden in einen in der Zeichnung nicht dargestellten Sockel fort, von welchem Anschlußstecker ausgehen, welche mit den Halterungsstäben R durch die Drähte C verbunden sind.
  • Die Ausführungsform eines piezoelektrischen Biegungsschwingers nach Fig. 4 hat nicht nur den Vorzug der Einfachheit und Billigkeit. Die Tatsache, daß die vier voneinander getrennten Elektroden untereinander gleich sind, ergibt auch elektrische Vorteile. Besonders ist dies bei der Anwendung in Filterschaltungen der Fall. Die Konstruktion ist außerdem gegenüber mechanischen Beanspruchungen außerordentlich robust und ermöglicht eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Ergebnisse bei der Herstellung. Außerdem kann bei der Herstellung der Feinabgleich auf eine gewünschte Resonanzfrequenz durch Feinschleifen bzw. Läppen der Endflächen E' des stabförmigen Kristallkörpers vorgenommen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Elektrodenbelegungen beschädigt werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß Fig. 4 nur als eine schematische Darstellung zu bewerten ist, welche das Prinzip der Erfindung erkennen lassen soll, und daß sie nicht dazu bestimmt ist, eine genaue Darstellung von Einzelheiten der Konstruktion zu geben. Beispielsweise sind in Fig. 4 die Durchmesser der Drähte W1 bis W4 und der Stäbe R gleichgewählt, um ihre Anordnung besser erkennen zu lassen. Bei praktischen Ausführungsformen werden im allgemeinen die Drähte W1 bis W4 wesentlich dünner sein als die Stäbe R. Beispielsweise können die Drähte W1 bis W4 einen Durchmesser von 0,1 bis 0,25 mm haben und in der üblichen Weise mittels kuLyelförmiger Löttropfen von hinreichend großer Masse (um Drahtresonanzen zu vermeiden) mit den Stäben R zusammengelötet sein, welche etwa den vierfachen Durchmesser der Drähte W1 bis W4 besitzen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. In seiner XY-Ebene schwingender piezoelektrischer Bieger in Form eines stabförrnigen Körpers von wenigstens nahezu quadratischem Querschnitt mit je einer Elektrodenbelegung auf seinen vier Längsseiten, welche an den Längskanten ihrer Flächen schmale Streifen der Oberfläche des Körpers frei lassen und untereinander im wesentlichen gleich ausgebildet sind, mit Mitteln zur Stromzuführung für jede der Belegungen, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitig Halterungselemente des Körpers (1) bildenden Zuführungsdrähte (WI bis W4), die mit den einander gegenüberliegenden Belegungen (P1, P3 bzw. P., P4) verbunden sind, paarweise (W1, Wi bzw. W2, W4) gemeinsame Längsachsen besitzen und die Längsachse des einen Paares (W1, W3) diejenige des anderen Paares (W2, W4) in einem in Längsrichtung des Körpers (1) sich erstreckenden Abstand unter einem rechten Winkel kreuzt und daß die Orte der Verbindungen der Zuführungsdrähte mit den Belegungen wenigstens ungefähr auf den Längsmittellinien der zugehörigen Flächen liegen.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Biegers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Körper (1) zunächst mit Ausnahme seiner Endflächen (E') vollständig mit einem leitenden Überzug versehen wird, dessen die genannten schmalen Streifen in der Nähe der Längskanten der Belegungen (PI bis P4) bedeckender Teil darauf wieder entfernt wird, beispielsweise durch Beschleifen dieser Längskanten. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 990215.
DEM40149A 1958-02-03 1959-01-09 In seiner XY-Ebene schwingender piezoelektrischer Bieger und Verfahren zu seiner Herstellung Pending DE1113477B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1247415B (de) * 1962-01-12 1967-08-17 Philips Nv Piezoelektrischer Quarzkristall mit NT- oder MT-Schnitt
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR990215A (fr) * 1944-03-18 1951-09-19 Perfectionnements à des dispositifs à cristal piézo-électrique

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