DE2258510A1

DE2258510A1 - HOLDING DEVICE FOR PIEZOELECTRIC CRYSTALS

Info

Publication number: DE2258510A1
Application number: DE19722258510
Authority: DE
Inventors: John Joseph Carpenter; Charles Claus Spreckels
Original assignee: Bulova Watch Co Inc
Current assignee: Bulova Watch Co Inc
Priority date: 1971-12-02
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1973-06-07
Also published as: CH552847A; US3754153A; CA968069A; CH1748972A4; GB1415337A; JPS52131972U; FR2170415A5; HK56576A; DE2258510B2; IT971402B; JPS5336062Y2

Description

Patentanwalt PatentanwältePatent attorney patent attorneys

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

D-757 Baden-Baden Balg D i ρ I. - I Π g. R a I f M. K e Γ ηD-757 Baden-Baden Bellow D i ρ I. - I Π g. R a I f M. K e Γ η

XJSXJS ^Dr· ^rer· ^nat· Lothar Feiler ^Dr · ^r · ^nat · Lothar Feiler

Talagr.-Adr.: Hllptold BadwveadMi D-8 München 90Talagr.-Adr .: Hllptold BadwveadMi D-8 Munich 90

Eduwd-Sdunld-Str. 2 . . -η " Tel.: (0811) 663197Eduwd-Sdunld-Str. 2 . . -η "Tel .: (0811) 663197

Bulova Watch Company, Inc. ».ümo,«. ΛΜBulova Watch Company, Inc. ".ümo,". ΛΜ

New York, N.Y., V.St.A.

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Halterungsvorrichtung für piezoelektrische Kristalle Mounting device for piezoelectric crystals

Die Erfindung betrifft allgemein piezoelektrische Kristalleinheiten und bezieht sich insbesondere auf eine Halterungsvorrichtung zur geschützten Aufnahme eines Kristalls. Unter "piezoelektrischer Kristalleinheit" ist hier ein Resonator von hohem Q-Wert zu verstehen, der als stabiles Frequenznormal dient.The invention relates generally to piezoelectric crystal units and relates in particular to a mounting device for receiving a crystal in a protected manner. Under "Piezoelectric crystal unit" is to be understood here as a resonator with a high Q-value, which acts as a stable frequency standard serves.

Seit einigen Jahren werden derartige Normale als Zeitbasis in elektronischen Uhren verwendet, wobei die Frequenz des Kristalls elektronisch heruntergeteilt wird, um niederfrequente Impulse zur Betätigung einer Zeitanzeige zu erhalten.Such standards have been used as a time base in electronic clocks for a number of years, with the frequency of the Crystal is electronically divided down to low frequency To receive impulses to operate a time display.

Um stabile Schwingungen auf einer vorbestimmten Frequenz zu gewährleisten, ist nicht nur eine genau bemessene Kristallein-In order to ensure stable vibrations at a predetermined frequency, not only a precisely measured crystal

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heit wesentlich, vielmehr muß der Kristall auch so gehaltert sein, daß er gegenüber den seine Frequenz bzw. seinen Q-Wert beeinträchtigenden Umgebungsbedingungen geschützt oder isoliert ist. Aus diesem Grund ist es vor allem wünschenswert, daß die Kristallhalterung niedrige mechanische Impedanz und dennoch ausreichende Steifheit besitzt, damit der Kristall seine Eigenschaften als Schwinger bzw. Oszillator nicht verändert, wenn er mechanischen Stoßen ausgesetzt ist. Ebenso ist es wünschenswert, daß der Kristall in einen evakuierten, luftdicht gekapselten Behälter eingebaut ist. Durch einen evakuierten Behälter werden nicht nur die durch Ultraschallabstrah« lung zur Luft hervorgerufenen Verluste beseitigt, sondern wird auch verhindert, daß der Kristall durch Luftdruckbelastung, Verunreinigung, Feuchtigkeit oder andere schädliche Einflüsse beeinträchtigt wird. Der Q-Wert eines Kristalls ist im Vakuum höher als in Luft.is called essential, rather the crystal must also be held in this way be that it is protected from the environmental conditions that impair its frequency or its Q value or is isolated. For this reason, it is especially desirable that the crystal holder have low mechanical impedance and nevertheless has sufficient rigidity so that the crystal does not change its properties as a transducer or oscillator, when subjected to mechanical shocks. It is also desirable that the crystal be placed in an evacuated, airtight container is installed. An evacuated container not only removes those caused by ultrasound radiation. losses caused by air exposure, but also prevents the crystal from being exposed to atmospheric pressure, Contamination, moisture or other harmful influences is affected. The Q value of a crystal is in a vacuum higher than in air.

Wenn ein Quarz- oder Kristall-Frequenznormal als Zeitbasis in einer Uhr verwendet wird, bedingen die herrschenden Raumeinschränkungen eine miniaturisierte Kristall-Halterungsvorrichtung, wodurch ernstliche MontageProbleme entstehen. Bei der Herstellung von Miniatur-Kristallanordnungen war es bisher üblich, die Kristalleinheit in eine kleine Metallkapsel mit nach außen ragenden Anschlußstiften einzubauen, deren Enden innerhalb der Kapsel mit Zuleitungen zu den Elektroden der Kfistalleinheit verbunden sind und zur Halterung des Kristalls der Kapsel dienen.If a quartz or crystal frequency standard is used as the time base in a clock is used, the prevailing space restrictions require a miniaturized crystal mounting device, causing serious assembly problems. In the Production of miniature crystal arrays has been common practice up to now to install the crystal unit in a small metal capsule with outwardly protruding connecting pins, the ends of which are inside the capsule with leads to the electrodes of the crystal unit are connected and serve to hold the crystal of the capsule.

Nach dem Evakuieren der Kapsel werden deren Trennstellen bzw. "Nähte" durch Löten oder Schweißen verschlossen. Das Löten oder thermische Schweißen hat sich aber als nachteilig' erwiesen, da die dabei erzeugten Dämpfe in der Kapsel eingeschlossen werden und sich von den Lötmaterialien herrührende VerunreinigungeriAfter the capsule has been evacuated, its separation points or "seams" are closed by soldering or welding. Soldering or However, thermal welding has proven to be disadvantageous, since the vapors generated are trapped in the capsule and contaminants resulting from the solder materials

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auf den Kristallflächen niederschlagen. Hierdurch wird der Q-Wert des Kristalls erheblich beeinträchtigt und auch seine Frequenz kann sich leicht verschieben. Bereits eine leichte Frequenzverschiebung reicht aber aus, die Uhr ungenau werden zu lassen.precipitate on the crystal surfaces. This significantly affects the Q value of the crystal and its own Frequency can shift easily. Already an easy one Frequency shift is enough to make the clock inaccurate.

Zur Vermeidung dieser nachteiligen Auswirkungen ist es in jüngster Zeit üblich, Hoehdruck-Kaltsehweißverf ahren zum Verschließen der Trennstellen der Kapsel anzuwenden. Das Kaltschweißen bietet den Vorteil, daß es frei ist von Dämpfen und Verunreinigungen. Die bei diesem Verfahren auftretenden Drücke sind jedoch so hoch, daß sie zu einer Verformung der Kapsel' führen können, wodurch andererseits die Ansehlußstifte aus ihrer ursprünglichen Position in der Kapsel verschoben werden * können.To avoid these adverse effects, it has recently become customary to use high-pressure cold-welding processes for sealing of the separation points of the capsule. Cold welding has the advantage that it is free from vapors and Impurities. However, the pressures occurring in this process are so high that they lead to a deformation of the capsule ' lead, which on the other hand, the connection pins are moved from their original position in the capsule * can.

Die Verschiebung der Stifte wird aber durch die damit verbundenen Zuleitungen auf den durch letzteren gehalterten Kristall übertragen, wodurch eine Spannung entsteht, die den Kristall belastet und eine geringfügige Frequenzänderung verursacht, die die gesamte Kristallanordnung zur Verwendung als Frequenznormal für einen elektronischen Zeitmesser praktisch unbrauchbar macht, da die Genauigkeit ausschließlich davon abhängt, daß der Kristall auf der vorgesehenen Frequenz schwingt.The displacement of the pins is however due to the associated Leads transferred to the crystal held by the latter, creating a tension that affects the crystal and causes a slight change in frequency, which makes the entire crystal arrangement for use as a frequency standard for makes an electronic timepiece practically unusable, since the accuracy depends solely on the crystal oscillates at the intended frequency.

Darüber hinaus wird die Metallkapsel als physikalischer Körper durch Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflußt, was wiederum zu Verschiebungen der Stifte führt, die auf die Zuleitungen übertragen werden und eine Belastung auf den Kristall ausüben. Zur Herstellung von kristallgesteuerten Uhren reicht daher ein genau bemessener Kristall - sofern er nicht einwandfrei montiert ist - allein nicht aus, um die gewünschte genaue Frequenz als Zeitbasis zu erhalten.In addition, the metal capsule as a physical body is influenced by changes in the ambient temperature, which in turn leads to displacements of the pins which are transferred to the leads and a load on the crystal exercise. A precisely measured crystal is therefore sufficient for the production of crystal-controlled watches - if it is not flawless is mounted - alone not enough to get the desired exact frequency as a time base.

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C C. yJ U yj (U C C. yJ U yj (U

Im Hinblick auf die vorgenannten Schwierigkeiten liegt der Erfindung in erster Linie die Aufgabe zugrunde, Kristall-Halterungen, bei welchen der Kristall von einer evakuierten Kapsel mit außen abstehenden Abgriff- und Zuleitungsstiften umschlossen wird, so zu verbessern, daß ein wirksamer Schutz gegenüber allen Umwelteinflüssen, einschließlich der auf die Kapsel wirkenden mechanischen Kräfte gewährleistet ist, welche die Stifte zu verschieben bestrebt sind.In view of the aforementioned difficulties, the invention is primarily based on the object of providing crystal holders, in which the crystal from an evacuated capsule with externally protruding tap and lead pins is enclosed to improve so that an effective protection against all environmental influences, including those on the Mechanical forces acting on the capsule are guaranteed, which the pins strive to move.

Die Aufgabe besteht also insbesondere in der Schaffung einer für elektronische Uhren geeigneten miniaturisierten Kristall-Halterungsanordnung «&, die mit vergleichsweise niedrigen Kosten herstellbar und im Betrieb zuverlässig ist und die eine stabile Betriebsfrequenz gewährleistet, die von den bei einer Uhr, insbesondere Klein- oder Armbanduhr, auftretenden variierenden Umgebungsbedingungen unbeeinflußt bleibt.The task is therefore in particular to create a miniaturized crystal mounting arrangement suitable for electronic watches «& That with comparatively low cost manufacturable and reliable in operation and which ensures a stable operating frequency that of the at a Watch, especially small or wrist watch, the varying environmental conditions that occur remains unaffected.

Diese Kristall-Halterungsanordnung soll dabei unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen sein.This crystal mounting arrangement should be insensitive to be against temperature fluctuations.

Kurz gesagt, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Kristall-Halterungsanordnung mit einer Kapsel gelöst, die einen mit Plansch versehenen Sockelteil und einen mit Plansch versehenen Deckelteil aufweist, welche durch Kaltverschweißen der Plansche miteinander verbunden und luftdicht gekapselt sind. Vom Sockelteil ragen zwei Anschlußstifte weg. In den Sockelteil ist eine aus Keramik bestehende Versteifungsplatte mit einem (relativen) Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten "Null" eingesetzt, auf deren Oberseite Kontakte aufplattiert sind, die mit den Innenenden der Stifte verbunden sind.In short, this object is achieved according to the invention by a crystal holder assembly with a capsule that has a with a plinth and a plinth part Has cover part, which are connected to one another by cold welding the plansche and encapsulated airtight. Two connecting pins protrude from the base part. In the base part is a stiffening plate made of ceramic with a (relative) temperature expansion coefficient "zero" used, on the top of which contacts are plated which are connected to the inner ends of the pins.

über der Platte ist ein Kristall angeordnet, dessen Elektroden an Knotenpunkten mit spannungsfreien Zuleitungen verbunden sind, welche zur Halterung des Kristalls dienen und derenA crystal is arranged above the plate, its electrodes are connected at nodes with voltage-free leads, which are used to hold the crystal and their

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* 2 b ö b 1 U* 2 b ö b 1 U

Enden mit den Kontakten auf der Platte bzw. dem Substrat verbunden sind. Da die Zuleitungen trotz ihrer elektrischen Verbindung mit den Stiften von diesen mechanisch getrennt sind, werden keine zu einer Stiftverschiebung führenden Kräfte auf die Zuleitungen übertragen.Ends connected to the contacts on the plate or the substrate are. Since the supply lines are mechanically separated from the pins despite their electrical connection, there will be no forces leading to pin displacement transfer the leads.

Mit der Erfindung wurde also eine Kristall-Halterungsanordnung der eingangs genannten Gattung geschaffen, bei welcher der Kristall dadurch spannungsfrei gehaltert ist, daß die Zuleitungen mit den Kristallelektroden verbunden und an plattierten bzw. galvanisierten Kontakten an einem starren Substrat in der Kapsel angebracht sind. Die Kontakte sind dabei mit den Anschlußstiften verbunden, so daß die Zuleitungen mechanisch von den Stiften getrennt sind und von Änderungen, der Stiftposition unbeeinflußt bleiben.Thus, with the invention, there was a crystal support assembly of the type mentioned at the outset, in which the crystal is held in a stress-free manner in that the leads connected to the crystal electrodes and to plated or galvanized contacts on a rigid substrate in the capsule are appropriate. The contacts are connected to the connecting pins so that the leads are mechanically separated from the pins are separate and unaffected by changes in the pen position stay.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following a preferred embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

Flg. 1 eine perspektivische Darstellung einer Kristall-Halterung mit Merkmalen nach der Erfindung,Flg. 1 is a perspective view of a crystal holder with features according to the invention,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Deckels der HaI-terungs-Kapse1, 2 shows a perspective illustration of the lid of the holding capsule 1,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Sockels der Kapsel mit eingesetzter Versteifungs-Grundschicht·und Kristalleinheit, Fig. 5 is a perspective view of the base of the capsule with inserted stiffening base layer and crystal unit,

Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung der Anordnung gemäß Fig. 5,FIG. 4 shows an exploded view of the arrangement according to FIG. 5,

Fig. 5 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische Darstellung der Kristalleinheit, in welcher deren normalerweise nicht sichtbare rechte Seiten- und Bodenfläche abgewälzt dargestellt sind,Fig. 5 is a perspective kept on a greatly enlarged scale Representation of the crystal unit, in which its normally invisible right side and Floor surface are shown rolled,

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Fig. 6 eine Aufsicht auf die Kristalleinheit und die sie halternden Zuleitungen,6 shows a plan view of the crystal unit and the supply lines holding it;

Fig. 7 eine Aufsicht auf die Grundschicht,7 shows a plan view of the base layer,

Fig. 8 eine Aufsicht auf die auf der Grundschicht montierte Kristalleinheit und8 shows a plan view of the crystal unit mounted on the base layer and FIG

Fig. 9 eine schematische Darstellung der Elektrodenanschlüsse für den Kristall.9 shows a schematic representation of the electrode connections for the crystal.

Die in Fig. 1 dargestellte Kristall-Halterungsanordnung weist eine evakuierte Metall-Kapsel auf, die vorzugsweise aus einem Nichteisenmetall, etwa aus Aluminium besteht. Die Kapsel wird durch einen elliptischen Deckel 10 gebildet, der durch Schweissen oder auf andere geeignete Weise mit einem ähnlich geformten Sockel 11 verbunden ist.The crystal holder assembly shown in Fig. 1 has an evacuated metal capsule, which preferably consists of a Non-ferrous metal, such as aluminum. The capsule is formed by an elliptical cover 10, which is welded or is connected to a similarly shaped base 11 in some other suitable manner.

Wie am besten Fig. 2 zeigt, ist der Deckel 10 mit einem Umfangsflansch 1OA versehen, der genau einem am Sockel 11 ausgebildeten Umfangsflansch 11A (Fig. J5 und 4) angepaßt ist. Die Flansche beider Teile werden miteinander vereinigt, so daß die durch die vereinigten Teile gebildete Kapsel luftdicht abgeschlossen ist. Die Vereinigung der Flansche geschieht vorzugsweise nach einem Hochdruck-Kaltschweißverfahren, bei welchem Dämpfe und Verunreinigungen vermieden werden.As best shown in Fig. 2, the cover 10 is provided with a peripheral flange 10A provided, which is adapted exactly to a peripheral flange 11A formed on the base 11 (FIGS. J5 and 4). the Flanges of both parts are combined with one another, so that the capsule formed by the combined parts is hermetically sealed is. The union of the flanges is preferably done by a high pressure cold welding process, in which Vapors and impurities are avoided.

Vom Boden des Sockels 11 ragen zwei Anschlußstifte 12 und 13 nach unten, diein Glas/Metall-Dichtungen 14 bzw. 15 verankert sind, welche ihrerseits die Stifte gegenüber der Metall-Kapsel isolieren. In den Sockel 11 ist eine im wesentlichen rechteckige Versteifungsplatte 16 eingesetzt, deren Enden zur Anpassung an die abgerundeten Enden des Sockels 11 ebenfalls abgerundet sind, Die Platte 16, die vorzugsweise aus Keramik, etwa Tonerde oder einem anderen steifen, hochfesten IsoliermaterialTwo connecting pins 12 and 13 protrude from the bottom of the base 11 below, which are anchored in glass / metal seals 14 or 15, which in turn isolate the pins from the metal capsule. In the base 11 is a substantially rectangular Stiffening plate 16 used, the ends of which are also rounded to adapt to the rounded ends of the base 11, The plate 16, which is preferably made of ceramic, such as alumina or other rigid, high-strength insulating material

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besteht, dient als Substrat für eine allgemein bei I7 angedeutete piezoelektrische Kristalleinheit.exists, serves as a substrate for a generally indicated at I7 piezoelectric crystal unit.

Auf die Oberseite der Platte 16 sind durch Elektroplattieren oder anderweitig drei leitfähigen Schichten 18, I9 und 20 aufgebracht, die als elektrische Kontakte dienen. Die Schicht 18 bedeckt vollständig einen Endabschnitt der Oberseite, während die Schichten I9 und 20, die gemeinsam den anderen Endabschnitt bedecken, durch eine Längsnut voneinander getrennt sind, so daß sie getrennte Kontakte bilden.On top of the plate 16 are three conductive layers 18, 19 and 20 by electroplating or otherwise applied, which serve as electrical contacts. The layer 18 completely covers an end portion of the top while layers 19 and 20 that share the other end portion cover, are separated from one another by a longitudinal groove so that they form separate contacts.

Das Innenende 12A des Anschlußstifts 12 durchsetzt eine Bohrung in der Platte 16 und ist mit dem Kontakt 18 verlötet· Das Innenende 1^A des Anschlußstifts 1j5 durchsetzt eine andere Bohrung in der Platte 16 und ist am Kontakt I9' angelötet. Aus noch näher zu erläuternden Gründen ist kein Anschlußstift für die Schicht 20 vorgesehen.The inner end 12A of the connecting pin 12 penetrates a hole in the plate 16 and is soldered to the contact 18 · Das Inner end 1 ^ A of pin 1j5 penetrates another Hole in the plate 16 and is soldered to the contact I9 '. the end For reasons to be explained in more detail, no connection pin is provided for the layer 20.

Die in Pig. 5 getrennt dargestellte Kristalleinheit 17 besteht aus einem stab- oder balkenförmigen piezoelektrischen Kristallelement, dessen Enden ungalvanisiert sind, während seine vier Flächen in einem bestimmten Muster galvanisiert sind, so daß sie Elektroden bilden. . - 'The one in Pig. 5 crystal unit 17 shown separately made of a rod-shaped or bar-shaped piezoelectric crystal element, the ends of which are ungalvanized, while its four Surfaces are galvanized in a certain pattern so that they form electrodes. . - '

Die einfachsten Kristallschnitte sind bekanntlich der X- und der Y~Schnitt_o Ein Kristallkörper mit X-Schnitt schwingt als Dicken-Längsschwinger, wobei sich die großen Flächen der Kristallscheibe auseinander und gegeneinander bewegen. Eine Scheibe mit y-Schnitt schwingt dagegen als Dicken-Scherungsschwinger, wobei sich die Oberseite abwechselnd in die eine und dann in die andere Richtung verschiebt, während sich die Unterseite auf ähnliche Weise in entgegengesetzte Richtung bewegt.The simplest crystal cuts are known to be the X and Y cut _o A crystal body with an X cut oscillates as a thickness longitudinal oscillator, whereby the large surfaces of the crystal disk move apart and against each other. A y-section disk, on the other hand, vibrates as a thickness-shear vibrator, with the top side shifting alternately in one direction and then the other, while the bottom side moves in a similar manner in the opposite direction.

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Das stabförmige Kristallelement 21 mit der für die Einfügung in die Anordnung bevorzugten Form und Schnittart ist ein Kristall mit X-Y-Schnitt, der als Biegeschwinger arbeitet. Das Kristallelement ist über dem Substrat durch mit ihm an Knotenpunkten verbundene Zuleitungen gehaltert, um einen Energieentzug am Kristall zu verhindern.The rod-shaped crystal element 21 with the shape and type of cut preferred for insertion into the arrangement is a Crystal with an X-Y cut that works as a flexural oscillator. The crystal element is above the substrate through with it on Supply lines connected to nodes held in order to prevent energy from being drawn from the crystal.

Der Vorteil eines Kristalls mit X-Y-Schnitt liegt darin, daß es bei relativ kleinen Kristall-Abmessungen möglich wird, diesen mit vergleichsweise niedriger Frequenz in einem für elektronische Zeitmesser geeigneten Bereich zu betreiben. Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung weist ein Kristall mit X-Y-Schnitt, der auf einer Frequenz von 32768 Hz schwingt, folgende Abmessungen auf:The advantage of an X-Y cut crystal is that with relatively small crystal dimensions it becomes possible to use these with a comparatively low frequency in one for electronic Operate timepiece suitable area. In a practical embodiment of the invention, a crystal with an X-Y cut, which oscillates at a frequency of 32768 Hz, the following dimensions on:

Länge etwa 9*6 mm, Breite etwa 1,6 mm und Dicke etwa 0,8 mm. Da die Kapselabmessungen für den Einschluß dieses kleinen Kristallstabs entsprechend gewählt sind, ist die Gesamtgröße der Anordnung ziemlich gering, so daß sie sich zum Einbau in eine kristallgesteuerte Uhr eignet.Length about 9 * 6 mm, width about 1.6 mm and thickness about 0.8 mm. There the capsule dimensions are appropriately chosen to contain this small crystal rod is the overall size of the assembly rather small, making it suitable for incorporation into a crystal-controlled clock.

Ein weiterer wichtiger Vorteil eines Kristalls mit X-Y-Schnitt besteht darin, daß sein Temperatur-Frequenz-Gang über den normalerweise bei Uhren vorkommenden Temperaturbereich hinweg praktisch flach ist, so daß es nicht erforderlich ist, die Kristallfrequenz auf Temperaturschwankungen hin zu kompensieren.Another important benefit of having an X-Y cut crystal is that its temperature-frequency response over the temperature range normally occurring in clocks is practically flat, so that it is not necessary to use the To compensate crystal frequency for temperature fluctuations.

Ein Kristall mit sog. "Null"-Temperaturkoeffizient besitzt über einen sehr weiten Bereich von beispielsweise O⁰C - 100⁰C hinweg einen sehr kleinen Temper at ux-Koefi'izient en. Dies trifft aber nur auf einen Kristall mit GT-Schnitt zu. Alle anderen Kristalle weisen Btrabolische Kennlinie auf, so daß das Gefälle der Frequenz-Temperaturkurve am Umkehrpunkt gleich Null ist. An diesem Punkt treten bei sehr kleinen Temperaturänderungen keinerlei Änderungen auf. Mit anderen Worten: Der Kristall., A crystal having the so-called "zero" -Temperaturkoeffizient has over a very wide range, for example ⁰ ° C - 100 ⁰ C of time at a very small Temper ux-Koefi'izient s. However, this only applies to a crystal with a GT cut. All other crystals have a trabolic characteristic, so that the gradient of the frequency-temperature curve at the reversal point is equal to zero. At this point there will be no changes for very small changes in temperature. In other words: the crystal

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besitzt genau genommen nur bei einer einzigen Temperatur einen Frequenz-Temperaturkoeffizienten "Null".Strictly speaking, it only has one at a single temperature Frequency temperature coefficient "zero".

Dieser Null-Temperaturkoeffizient der Frequenz tritt bei einem Kristall mit X-Y-Schnitt bei etwa 5O°C auf, d.h. dieser Wert liegt dicht bei der Körpertemperatur, Wird daher ein solcher Kristall in eine am Handgelenk getragene Uhr eingebaut, so arbeitet er praktisch bei einem Frequenz-Temperaturkoeffizienten von Null. Der Bereich, bei dem bei einem Kristall mit X-Y-Schnitt praktisch keine Frequenzänderung auftritt, liegt bei etwa J>0° t 1O°C, d.h. erstreckt sich von 20 - 40⁰C. Selbst wenn die kristallgesteuerte Uhr nicht getragen, wird, wird also die Frequenz ihres Kristalls mit X-Y-Schnitt durch Änderungen der-Umgebungstemperatur nicht wesentlich beeinflußt.This zero temperature coefficient of frequency occurs in a crystal with an XY cut at around 50 ° C, ie this value is close to body temperature. Therefore, if such a crystal is built into a watch worn on the wrist, it works practically at one frequency -Temperature coefficient of zero. The area where virtually in a crystal with XY cutting any frequency change occurs, is about J> 0 ° t 1O ° C, that extends 20 - 40 ⁰ C. Even if the crystal controlled clock is not supported, will be so the frequency of your crystal with XY cut is not significantly influenced by changes in the ambient temperature.

Zur einwandfreien Erregung eines Kristalls mit X-Y-Schnitt in <änem Oszillatorkreis müssen auf die schematisch in Fig. 9 dargestellte Weise Spannungen zwischen die beiden Flächenpaare' angelegt werden. Gemäß Fig. 9 ist der Kristall 21 mit auf seine Ober- und Unterseite aufplattierten oberen und unteren Elektroden TE bzw. BE sowie linken und rechten Elektroden IE bzw. RE versehen, die auf seine linke bzw. rechte Seite aufplattiert sind. Die Enden bzw. Stirnflächen des Kristallelements sind frei von Elektroden.For proper excitation of a crystal with an X-Y cut in an oscillator circle, reference must be made to the one shown schematically in FIG Way tensions are applied between the two pairs of surfaces'. According to FIG. 9, the crystal 21 is on its Top and bottom plated-on top and bottom electrodes TE and BE as well as left and right electrodes IE or RE provided, which is plated on its left and right side, respectively are. The ends or end faces of the crystal element are free of electrodes.

Zur elektrischen Belastung des X-Y-Schnitt-Kristalls sind die obere und die untere Elektrode TE bzw. BE zusammengeschaltet und zum Anschlußstift 15 geführt, während die linke und die rechte Elektrode IE bzw. RE zusammengeschaltet und zum Anschlußstift 12 geführt sind. Infolgedessen wird ein elektrisches Feld zwischen dem Paar aus oberer und unterer Elektrode sowie dem Paar aus linker und rechter Elektrode erzeugt«For the electrical load on the X-Y cut crystal are the upper and lower electrodes TE and BE interconnected and led to pin 15, while the left and the right electrode IE or RE are interconnected and led to pin 12. As a result, it becomes an electric Field generated between the pair of upper and lower electrodes and the pair of left and right electrodes «

Das auf den Kristallflächen vorgesehene Metallisierungsmuster zur Festlegung der Elektroden und der Verbindungen zwischenThe metallization pattern provided on the crystal faces to define the electrodes and the connections between

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ihnen 1st in Pig. 5 dargestellt. Ersichtlicherweise bildet die Plattierung an Ober- und Unterseite, welche die Elektroden TE und BE bildet, eine rechteckige Schicht, deren Umfangsrand gegenüber den Kanten der Ober- und Unterseite des Kristalls einwärts versetzt ist. Diese beiden rechteckigen Schichten sind durch einen schmalen Verbindungsstreifen CS miteinander verbunden, welcher neben dem einen Ende des Kristallstabs längs der rechten Kristallfläche verläuft.them 1st in Pig. 5 shown. Obviously forms the top and bottom plating, which forms the electrodes TE and BE, a rectangular layer, the peripheral edge of which is offset inward from the edges of the top and bottom of the crystal. These two rectangular layers are connected to one another by a narrow connecting strip CS, which is next to one end of the crystal rod runs along the right crystal face.

Die linke Elektrode IE bildet eine rechteckige Schicht, die sich mit Ausnahme der Ränder der linken Seite über deren Gesamtfläche erstreckt, während die ähnlich ausgebildete rechte Elektrode RE etwas kürzer ist, um Platz für den Verbindungsstreifen CS zu schaffen. Infolgedessen sind die rechte und die linke Elektrode am Kristallstab nicht miteinander verbunden und müssen zur Herstellung des Schaltkreises gemäß Fig. 9 mit einer äußeren Verbindung versehen werden.The left electrode IE forms a rectangular layer which, with the exception of the edges of the left side, extends over its entire surface extends, while the similarly designed right electrode RE is slightly shorter to make room for the connecting strip CS. As a result, the right and the left electrode on the crystal rod are not connected to one another and must be used to produce the circuit according to FIG be provided with an external connection.

Die Verbindungen zwischen den Kristallelektroden und den Stiften werden gemäß den Fig. 4, 6, 7 und 8 durch vier Zuleitungen L* bis L^ hergestellt, die symmetrisch angeordnet und an Knotenpunkten des Kristalls mit den Elektroden verbunden sind, wobei jede Zuleitung fragezeichen- bzw. S-förmige Gestalt besitzt.The connections between the crystal electrodes and the pins are made according to FIGS. 4, 6, 7 and 8 by four leads L * to L ^ made, which are symmetrically arranged and at nodal points of the crystal are connected to the electrodes, each lead having a question mark or S-shaped shape.

Das eine Ende der Zuleitung L₁ ist an einem Knotenpunkt mit dem Verbindungsstreifen CS verbunden und somit elektrisch sowohl an die obere als auch an die untere Elektrode TE bzw. BE angeschlossen. Das andere Ende der Zuleitung L. ist mit dem Kontakt 19 an der Grundschicht und mithin mit dem Stift 12 verbunden. One end of the lead L ₁ is connected at a junction to the connecting strip CS and is thus electrically connected to both the upper and the lower electrode TE or BE. The other end of the lead L. is connected to the contact 19 on the base layer and therefore to the pin 12.

Das eine Ende der Zuleitung L₂ ist an einem Knotenpunkt mit der linken Elektrode LE verbunden, während ihr anderes Ende an den Kontakt 20 auf der Grundschicht angeschlossen ist. Dieser Kontakt ist von den anderen Kontakten elektrisch getrennt und führtOne end of the lead L ₂ is connected at a junction to the left electrode LE, while its other end is connected to the contact 20 on the base layer. This contact is electrically separated from the other contacts and leads

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zu keinem Anschlußstift. Infolgedessen erfüllt die Zuleitung Lp nur eine Stützfunktion und wirkt als einer der vier symmetrisch angeordneten Füße, welche die Kristalleinheit in ihrer richtigen Position über der Grundschicht 16 halten.to no connector pin. As a result, the lead meets Lp just a support function and acts as one of the four symmetrically arranged feet which hold the crystal unit in its correct position over the base layer 16.

Das eine Ende der Zuleitung L, ist an einem Knotenpunkt mit der rechten Elektrode RE verbunden, während das andere Ende mit dem Kontakt 18 verbunden ist. Die Zuleitung Lh ist mit Ihrem einen Ende an einem Knotenpunkt mit der linken Elektrode IE und mit ihrem anderen Ende mit dem gleichen Kontakt 18 verbunden. Der Kontakt 18 dient daher zur Verbindung der linken und der rechten Elektrode RE bzw. lEund zur Verbindung dieser Elektroden mit dem Anschlußstift 12.One end of the lead L is at a junction with the right electrode RE, while the other end is connected to the contact 18. The lead Lh is with Its one end at a junction with the left electrode IE and its other end with the same contact 18 tied together. The contact 18 is therefore used to connect the left and the right electrode RE or LE and for connecting these electrodes to the connecting pin 12.

Die Verbindung der Enden der Zuleitungen mit den Elektroden am Kristall erfolgt vorzugsweise nach einem Wärmepressverfahren und nicht durch Löten. Der Grund.dafür besteht darin, daß beim Wärmepressverfahren der Kopf bzw. die Spitze der Zuleitung am Knotenpunkt mit der Elektrodenfläche verschweißt wird, ohne die Spitze effektiv zu verbreitern, wie dies bei einer Lötverbindung der Fall wäre, bei welcher die Spitze von dLnem Lötmittelwulst umgeben ist, welcher die Anschlußfläche über den Knotenpunkt hinaus verbreitert, so daß dann Energie auf die Zuleitung übertragen wird.The connection of the ends of the leads with the electrodes the crystal is preferably carried out using a heat press process and not by soldering. The reason for this is that in the heat press process the head or the tip of the supply line welded to the electrode surface at the junction without effectively widening the tip, as would be the case with a solder joint in which the tip of which is surrounded by a bead of solder, which the pad Widened beyond the node, so that energy is then transferred to the supply line.

Beim Anlöten des anderen Endes jeder Elektroden-Zuleitung am betreffenden Kontakt auf der Grundschicht ist es wesentlich, daß sich die Zuleitung zunächst frei verschieben kann, bevor sie festgelötet wird, um in der Zuleitung alle mechanischen Spannungen zu vermeiden, die auf den Kristall übertragen werden können. Genauer gesagt, muß die Form oder die Ausrichtung der Zuleitung so gewählt sein, daß kein weiteres Verbiegen nötig ist, um sie an ihren Anschlußpunkt zu bringen, da durch ein solches Verbiegen Spannungskräfte hervorgerufen werden würden.When soldering the other end of each electrode lead to the relevant contact on the base layer, it is essential that the lead can initially move freely before it is soldered on in order to avoid all mechanical stresses in the lead that are transferred to the crystal can. More specifically, it must be the shape or orientation of the Lead be chosen so that no further bending is necessary to bring it to its connection point, as through a such bending would create tension forces.

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Bei der Kristallanordnung dient das starre Substrat, an welchem die Kristalleinheit durch spannungsfreie Zuleitungen montiert ist, die sowohl als Stützfüße als auch als elektrische Anschlüsse dienen, zur Isolierung der Kristalleinheit gegenüber allen mechanischen Kräften, welche die Kapsel verformen und die Stiftpositionen verschieben können. Die montierte Kristalleinheit ist daher in der evakuierten Kapsel spannungsfrei und frei von Verunreinigungen, so daß sie im Vakuum mit hohem Q-Wert auf einer durch ihre Abmessungen genau festgelegten Frequenz schwingt.In the case of the crystal arrangement, the rigid substrate is used, on which the crystal unit is mounted by means of tension-free supply lines that serve both as support feet and as electrical connections to isolate the crystal unit from any mechanical forces that can deform the capsule and shift the pin positions. The assembled Crystal unit is therefore stress-free and free of impurities in the evacuated capsule, so that it is in a vacuum with high Q-value oscillates at a frequency precisely defined by its dimensions.

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Claims

/1. JCrystal holding device, characterized by an evacuated metal capsule with a base (11) and a cover (10) connected to it, two connecting pins (12, 15) which are insulated from the capsule and which penetrate the base (1.1) and protrude from it, a rigid insulating plate (16) inserted into the base (11) and having at least two contacts (18-20) provided on its upper side, the inner ends of the connecting pins penetrating holes provided in the plate and being connected to the contacts, a piezoelectric one provided with electrodes Crystal unit (17) and tension-free leads (L ₁ -L ^,), which hold the crystal unit above the plate (16) and connect the electrodes attached to the vibration nodes of the crystal with the contacts.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the base (11) and the cover (10) with complementary peripheral flanges (11A and 10A) ver « can be seen, which are connected to one another by cold welding.

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that that the connecting pins (12,13) by means of glass / metal seals (1 #, 15) in the bottom of the base (11) are anchored.

H-. Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the insulating plate (16) consists of a ceramic material which has a (relative) thermal expansion coefficient of zero over a wide temperature range.

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5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the crystal unit (17) contains a crystal element (21) with an X-Y cut.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that that on the surfaces of the crystal element (21) electrodes are plated, of which the upper and the lower electrode with each other by a strip plated along a side surface of the crystal element are connected, while the left and right electrodes on the crystal element are separated from each other.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that on the insulating plate (16) on one surface of which three conductive layers (18-20) are applied, the one with the first pin (12) connected to the first contact on one side and form a second and a third contact on the other side, the second connection pin (15) being connected to the second contact, and that four symmetrically arranged leads (L ₁ - L ^,) are provided, of which the first and the second Lead between the left and the right electrode and the first contact, the third lead extends between the connecting strip and the second contact and the fourth lead is connected between the left electrode and the third contact.

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