DE2418277C3

DE2418277C3 - Quarzkristallbiegeschwinger und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2418277C3
Application number: DE19742418277
Authority: DE
Inventors: Akio Shimoi
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1973-04-16
Filing date: 1974-04-16
Publication date: 1985-08-01
Also published as: DE2418277A1; DE2418277B2

Description

2. Quarzkristallbiegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des aus der Quarzkristallpiatte hergestellten Schwingers 0,5 mm oder weniger beträgt

3. Quarzkristallbiegesch-vinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ύ 3 wenigstens auf der Vorderseite des Stimmgabelschwingers (111, 114) eine Elektrode (112, 115/117) an den Randbereichen der einen Zinke und im mittleren Bereich der anderen Zinke und eine zweite Elektrode (113, 116/119) im mittleren Bereich der einen Zinke und an den Randbereichen der anderen Zinke angeordnet ist (F ig. 5 bis 8).

4. Quarzkristallbiegeschwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (212) auf der Vorderseite der einen Zinke entlang dem Randbereich der Zinke und eine andere Elektrode (213) auf der Rückseite entlang dem mittleren Bereich derselben Zinke angeordnet ist und daß die Elektroden auf der zweiten Zinke umgekehrt angeordnet sind (F ig. 9,10).

5. Quarzkristallbiegeschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (422,423) des Quarzkristallschwingers (417), der nicht in dessen Schwingung einbezogen ist, zur Halterung des Quarzkristallschwingers (417) direkt an ein<:m Träger (427) haftend befestigt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Quarzkristallbiegeschwingers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mittels einer Photoätztechnik aus einer Quarzkristallpiatte gewonnen wird.

Die Erfindung betrifft einen Quarzkristallbiegeschwinger in Form einer dünnen Quarzkristallpiatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Durch die DE-PS 8 66 806 ist ein scheibenförmiger piezoelektrischer Schwingquarz des Schnittes YP (i9 ist der Neigungswinkel zwischen der optischen Achse und der Plattennormale) bekanntgeworden, bei dem, sofern es sich um eine runde Platte handelt, 9 in der Gegend von etwa 40° liegt, und sofern es sich um eine quadratische Platte handelt, -& bei etwa 25" oder etwa 150° liegt. Durch derartige Schnitte läßt sich der Temperaturkoeffizient der Frequenz wesentlich verringern. Die P'atten werden durch Auflöten im Schwingungsknotenpunkt auf einen Stempel gehaltert.

Die DE-AS 16 16 355 offenbart einen elektromechanischen Wandler in Form eines piezoelektrischen Einkristalls, bei dem die parallelen Oberflächen des Krisiplls im Uhrzeigersinn um einen Winkel von 10—20° um die X-Achse aus der XZ-Ebene herausgedreht sind. Hierdurch wird ein Wandler erhalten, der einen hohen Wirkungsgrad bei der Umsetzung zwischen elastischer Energie und elektromagnetischer Energie gewährleistet, und zwar bei Anregung praktisch ausschließlich einer Scherschwingungsform und vollkommenem Fehlen störender Schwingungsformen.

Durch die DE-OS 21 16 078 ist eine piezoelektrische längsschwingende Quarzkristallplatte bekanntgeworden, die durch einen geeigneten Schnitt den Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz verbessert.

Die DE-AS 17 66 7,00 beschreibt einen dreipoligen piezoelektrischen Resonator mit einem Filterelement aus piezoelektrischer Keramik, das durch eine spezielle Elektrodenanordnung und Halterung nicht nur bei der ersten Harmonischen der Grundfrequenz betrieben werden kann, sondern ein exaktes Schwingen auch bei der Grundfrequenz gestattet.

Durch die DE-AS 11 13 477 ist ein in seiner XY-Ebene schwingender piezoelektrischer Biegungsschwinger in Form eines stabsförmigen Körpers von wenigstens nahezu quadratischem Querschnitt mit je einer Elektrodenbelegung auf seinen vier Längsseiten bekanntgeworden, bei dem gleichzeitig Halterungselement des Körpers bildende Zuführungsdrähte, die mit den einander gegenüberliegenden Belegungen verbunden sind, eine bestimmte Anordnung aufweisen, die es erlaubt, die Herstellung und den Abgleich des piezoelektrischen Biegungsschwingers zu erleichtern.

Durch die FR-PS 20 80 814 ist ein Quarzkristallbiegeschwinger gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden. Der Biegeschwinger ist als Stimmgabelschwinger ausgebildet und weist verhältnismäßig große Abmessungen auf, die zur Herstellung des Pchwingers ein mechanisches Bearbeitungsverfahren voraussetzen. Ferner sind besonde; c Maßnahmen für die Halterung erforderlich, damit bei auf das Gehäuse des Schwingers einwirkenden Stoßen der Schwinger nicht bricht. Die Probleme dieser Art von bekannten Schwingern werden anhand der F i g. I bis 4 noch ausführlicher erläutert.

Dem Bestreben, den Schwinger dünner auszubilden, um eine billige Herstellung mittels einer Photoätztechnik und eine direkte Halterung zu ermöglichen, sieht das Hindernis entgegen, daß die dynamische Impedanz zu hoch und das Temperaturverhalten zu ungünstig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mittels eines Photoätzverfahrens billig herstellbaren dünnen Quarzkristallschwinger für den praktischen Gebrauch, insbesondere für die Verwendung als Zeitnormal in Armbanduhren zu schaffen, der sich durch eine vorteilhafte Temperaturcharakteristik und eine kleine

dynamische Impedanz auszeichnet

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst

Wesentlich für die Erfindung sind eine bestimmte Wahl des Schnittes der Platte und eine bestimmte An-Ordnung und Speisung der Elektroden zur Erregung des Kristalls. Die Anordnung und Speisung der Elektroden soll derart erfolgen, daß das elektrische Feld eine wesentliche Komponente parallel zur X-Achse aufweist, damit eine aus; eichend niedrige dynamische Impedanz gewährleistet ist Wichtig ist hierbei, daß zur Erzielung der betreffenden Komponente parallel zur X-Achse des Kristalls keine Elektroden an den Seitenkanten des Kristalls erforderlich sind, da der Schwinger sonst nicht mehr ausreichend dünn ausgebildet und deshalb nicht mehr so billig gefertigt werden könnte. Die Erregung wird lediglich durch eine Anordnung der Elekroden auf der Vorderseite und/oder auf der Rückseite der Quarzkristallplatte bewirkt, indem diese Elektroden in geeigneter Weise angeordnet und an eine Speisespannungsquelle angeschaltet werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt

Fig. IA eine Ausführungsform eines herkömmlichen + 5° -X-Schnitt-Stimmgabelquarzkristallschwingers,

Fig. IB eine perspektivische Frontansicht eines + 5°-X'-Stimmgabelquarzkristallschwingers, der auf herkömmliche Weise mechanisch bearbeitet und auf bekannte Weise befestigt ist,

Fig.2A die Anordnung der Elektroden des Schwingers von Fig. IA,

Fig.2B die Anordnung der Elektroden des Schwingers von Fig. IB,

F i g. 3A eine Ausführungsform eines herkömmlichen /VT-Schnitt-Stimmgabelquarzkristallschwingers,

F i g. 3B einen Stimmgabelquarzkristallschwinger, der durch Bearbeitung einer herkömmlichen /vT-Schnitt-Quarzkristallplatte mitteis der Photoätztechnik hergestellt wurde und mittels direkter Befestigung bzw. Verklebung gehaltert ist,

Fig.4A die Anordnung der Elektroden des Schwingers von F i g. 3A,

Fig.4B die Ano^rdnung der Elektroden des Schwingers von Fig. 3B.

F i g. 5 eine Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 6 die Anordnung der Elektroden des Schwingers von F i g. 5.

F i g. 7 eine zweite Auslührungsform der Erfindung,

F i g. 8 die Anordnung der Elektroden des Schwingers von F i g. 7.

F i g. 9 eine dritte Ausführungsform eines Quarzkristallschwingers gemäß der Erfindung,

Fig. 10 die Anordnung der Elektroden des Schwingers von F i g. 9,

F i g. 11 eine vierte Ausführungsiorm eines Quarzkristallschwingers gemäß der Erfindung,

F ig. 12 eine fünfte Ausfiihrungsformder Erfindung in bezug auf einen in der Mitte gehalterten Quarzkristallbicgeschwinger.

Fig. 13 die Anordnung der Elektroden des Schwingers von F i g. 12,

l^; i g. !4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, F i g. 15 eine weite, e Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 16A eine perspektivische Frontansicht eines Siimniuabclauarzkristalischwinecrs mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenkonstruktion,

F i g. 16B eine Rückansicht der Ausführungsform von Fig. 16A,

Fig. 17 die Elektrodenanordnung bei einer Zweipolverbindung,

F i g. 18 eine Darstellung der Befestigung des Schwingers,

Fig. 19 eine Elektrodenanordnung bei einer Dreipolverbindung,

ίο Fig.2OA bis 20C eine Darstellung von Verfahrensschritten des Photoätzverfahrens,

F i g. 21A und 21B perspektivische Vorder- und Rückansichten eines Stimmgabelschwingers mit einer weiteren erfindungsgemäßen Elektrodenkonstruktion und

F i g. 22 die Anordnungen der Elektroden des Schwingers von Fig. 21.

Die bekannten Ausführungsformen werden unter Bezug auf einen +5°-X-Schnitt-Stimmgabel-Quarzkristall-Biegeschwinger, der mechanisch hergestellt wurde und mittels Leitungsdrähten befestigt wird, und einen .'VT-Schnitt-Stimmgabel-Quarzkriste ' Biegeschwinger, der chemisch hergestellt wurde und miüels direkter Befestigung oder Verklebung gehaltert ist, beschrieben.
Fig. IA stellt eine Ausführungsform eines mechanisch hergestellten bekannten + 5°-X-Schnitt-Stimmgabel-Q.iarzkristall-Biegeschwingers dar. Fi g. 2A zeigt seine Elektrodenanordnung, wobei ein Winkel oc, der in Fig. IA gezeigt ist, zur Vereinfachung der Zeichnung 0 ist. Eine derartige Elektrodenanordnung ist z. B. bekannt aus dem Artikel »Quartz Crystals As A — F Resonators« von Bechmann und Haie, Electronic Industries & Tele-Tech., Oktober 1956; aus Bulletin annuel de la Societe Suisse de Chronometrie, Vol. V-1965, »Le quartz et ses applications ä la Chronometrie, S. 203 ff.; US-PS 36 97 766; FR-PS 20 80 814; US-PS 31 31 320.

F i g. 1B zeigt eine Ausführung eines mechanisch hergestellten bekannten +5°-X-Schnitt-Stimmgabel-Quarzkristall-Biegeschwingers, der mittels Leitungsdrähten gehaltert ist. F i g. 2B zeigt seine Elcktroccnan-Ordnung, wobei ein Winkel λ, der in F i g. 1B gezeigt ist, zur Vereinfachung der Zeichnung 0 ist. In den F i g. 1A, IB und 2A, 2B ist mit 1 ein +5°-X-Schnitt-Stimmgabelbiegeschwinger bezeichnet. 2 ist die eine Elektrode, 3 die andere. In den Fig. IB und 2B sind mil 44 und 45 Trägerdrähte bezeichnet, die zur Halterung des Schwingers durch Löten oder ähnliches an den Elektroden befestigt sind. X, Y und Z bezeichnen die elektrische, die mechanische bzw. die optische Achse des Quarzkristalls. Der Quarzkristallschwinger ist aus einer Platte hergestellt, die durch Drehung einer Z-Schnittplatte um einen Winkel um die X-Achse erhalten wird; der Winkel a liegt zwischen 0 und 10° und beträgt im allgemeinen 5°. Unter der Annahme, daß an die Elektroden 2 und 3 des Srhwl.igers eine positive bzw. negative Spannung angelegt wird, bilden sich elektrische Felder im Quarzkristall aus, wie in den Fi 5. 2A und 2B durch die gebogenen Pfeile gezeigt. Ihre transversalen Komponenten, d. h. insbesondere die Komponenten in Richtung der elektrischen Achse X, bewirken mechanische Spannungen im Quarzkristall. Hinsichtlich einer Zinke der Stimmgabel sind die X-Achsen-Komponenten der elektrischen Felder rechts und links von der Mitte unterschiedlich gerichtet. Wenn demgemäß auf der einen Seite eine Zugoder Dehnungsspannung herrscht, dann steht die ande-

b-j re Seite unter einer Druck- oder Stauchungsspannung. Daher wird in dem Scnwinger 1 eine symmetrische Biegeschwingung erregt, wenn den Elektroden ein Wechselstrom zugeführt wird. Der Vorteil dieses Schwinger-

typs liegt darin, daß er leicht mit ein.τ Oszillatorschaltung verbunden werden kann, da seine dynamische Impedanz niedrig ist, und da er bei Verwendung in einer Armbanduhr zu einer sehr genauen Zeitanzeige beiträgt, da die Kniepunkttemperatur seiner Resonanzfrequenz/Temperatur-Abhängigkeit nahe der normalen Temperatur liegt. Auf der anderen Seite besitzt dieser Schwingertyp folgende Nachteile. Wie aus den Figuren hervorgeht, benötigt er Seitenelektrodcn, die eine Teilung der Arbeit während des Herstellungsverfahrens crfurdern. Demgemäß ist es unter dem Gesichtspunkt der Herstellbarkeit unmöglich, die Dicke des Schwingers auf 0,5 mm oder weniger festzulegen. Wenn daher eine flache Quarzkristallplatte in eine Stimmgabclform geschnitten werden soll, muß dies mit dem mechanischen Bearbeitungsverfahren ausgeführt werden. Als solches kommen der Diamantradschneider, Ultraschall oder ähnliches in Frage. Eine Bearbeitung mittels des Photoätzverfahrens unter Verwendung von Hydrogcnfliinrid oder ähnlichem ist unmöglich. Die Größenreduzierung dieses Schwingertyps ist daher auf einen gewissen Bereich beschränkt. Außerdem wird das Herstellungsverfahren dadurch kompliziert, daß der Schwinger von tragenden Leitungsdrähten gehalten wird, die an schmale Teile der Elektroden angelötet werden müssen.

Fig. 3A zeigt eine Ausführungsform eines NT-Schnitt-Stimmgabel-Quarzkristall-Biegeschwingers, der mittels des bekannten chemischen Herstellungsverfahrens hergestellt wurde, während F i g. 4A die Anordnung seiner Elektroden darstellt. Eine derartige Elektrodenanordnung ist z. B. gezeigt in den bereits genannten Schriften »Quartz Crystals As A —F Resonators« und Bulletin annuel de la Societe Suisse de Chronometrie, in der US-PS 36 97 766 und in der FR-PS 20 80 814. Fig.3B ist eine Ausführungsform eines /vT-Schnitt-Stimmgabel-Quarzkristall-Biegeschwingers, der mittels des bekannten chemischen Herstellungsverfahrens hergestellt wurde und durch eine di-ekte Befestigung an seinem Träger gehaltert ist, während Fig.4B die Anordnung seiner Elektroden zeigt, die aus der US-PS 36 83 213 bekannt ist. In den Fig.4A und 4B ist die Dicke der Stimmgabel größer dargestellt, als sie es im Vergleich zur Breite tatsächlich ist; der in den Fig.3A und 3B gezeigte Winkel α ist zur Vereinfachung der Beschreibung außerdem als 0° angenommen. In den Fig. 3A und 4A ist 4 ein NT-Schnitt-Stimmgabel-Quarzkristall-Biegeschwinger. 5 ist eine vordere innere und eine hintere äußere Elektrode, während 6 eine vordere äußere und eine hintere innere Elektrode ist. Die Verbindung zwischen den vorderen Elektroden und den hinteren Elektroden ist außerhalb des Schwingers hergestellt, obwohl die hinteren Elektroden in Fig. 3A nicht gezeigt sind. In den Fig.3B und 4B ist 46 ein AT-Schnitt-Stimmgabel-Biegeschwinger , 47 eine vordere innere Elektrode, 48 eine vordere äußere Elektrode und 49 eine einzige hintere Elektrode, die in Fig.3B nicht gezeigt ist. In den F i g. 3A, 3B und 4A, 4B bezeichnen X. Y, Z die elektrische, die mechanische bzw. die optische Achse des Quarzkristalls. Der Schwinger ist aus einer Platte hergestellt, die durch Drehung einer -V-Schnittplatte um einen Winkel λ um die X-Achse und eine weitere Drehung um einen Winkel β um die y'-Achse erhalten wird. K'-Achse und Z'-Achse sind imaginäre Achsen, die durch Drehung um den Winkel λ entstehen. Der Winkel λ liegt bei 0 bis 10° und der Winkel/?bei 50 bis 70° oder -50 bis -70°. Wie aus den Zeichnungen klar zu erkennen, besitzt dieser Schwinger keine Seitenelektroden, so daß er aus einer ziemlich dünnen Quarzkristallphitte hergestellt werden kann. Ii hat demgemäß den Vorteil, daß die Stimmgabelforni und die Elektrodenform mittels eines chemischen Herstellungsverfahrens unter Verwendung der Photoätz-

^e, technik hergestellt werden können. Dies hat einen klci nen extrem dünnen Schwinger zur Folge, der sich für eine Massenherstellung eignet.

Der kleine superdünne Schwinger, der mitiels des ehemischen Verfahrens hergestellt wurde, kann nicht

ίο gemäß F i g. 1 B mit Hilfe von tragenden Leitungsdrähten befestigt weilen. Die andere Haltcrungsmethode ist jedoch möglich: bei ihr wird ein Teil der Rückfläche bzw. der Unterfläche des Schwingers 46, der nicht in die Schwingungen einbezogen ist, direkt an einem leitenden

π Träger 10 befestigt. Der befestigte Teil schließt einen Teil der einzigen Rückelektrodc ein. Die Befestigung geschieht mittels einer Legierung, die einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt, oder mit einem leitenden Klebstoff. Demgemäß k:inn rlii; otr«:imip Größe ÜCS Schwingers reduziert und seine Herstellbarkeit im Vergleich mit der Halterungsmethode, bei der tragende Leitungsdrähte verwendet werden, verbessert werden 413 und 414 sind äußere Leitungsdrähte. 411 und 412 sind Verbindungsdrähte, die die Elektrode 47 und den Leitungsdraht 413 bzw. die Elektrode 48 und den Leitungsdraht 414 entsprechend einer Drahtverbindungstechnik verbinden. Die einzige Rückelektrode 49 ist durch den leitenden Träger 410 elektrisch nach außen verbunden. Der Schwinger gemäß den F i g. 3B und 4B ist daher als Dreipoltyp konstruiert.

Wie oben erwähnt, besitzt der Quarzkristallschwinger gemäß den F i g. 3A, 3B und 4A. 4B den Vorteil, daß er sehr klein gemacht, in Massen hergestellt und leicht bearbeitet werden kann, da er durch chemische Bearbeitung einer dünnen /VT-Schnitt-Quarzkristal.'platte hergestellt und mittels der direkten Befestigungsmethode gehaltert werden kann. Hinsichtlich der Wirksamkeit besitzt er auf der anderen Seite jedoch die folgenden Nachteile. Angenommen, daß die Elektroden 5 und 6 (F i g. 3A. 4A) bzw. die Errcgcrelektrode 48 und die gemeinsame Elektrode 49 (F i g. 3B, 4B) mit einer positiven bzw. negativen Spannung beaufschlagt werden, dann entstehen in dem Quarzkristall elektrische Felder, wie durch 7 und 8 (Fig.4A) bzw. 415 (Fig.4B) gezeigt. Komponenten 9 und 10 (Fig. 4A) bzw. 416 (F i g. 4B) in Richtung der elektrischen Achse X bewirken eine mechanische Spannung im Quarzkristall und erzeugen eine symmetrische Biegeschwingung in der Stimmgabel, wie es bei den F i g. 2A und 2B der Fail war. Da diese effektiven Felder 9 und 10 bzw. 416 im Vergleich zu den Feldern 7 und 8 bzw. 415 zwischen den Elektroden extern klein sind und nur die mit cos/multiplizierten Komponenten des zwischen den Elektroden herrschenden Feldes wirksam sind, wird die dynamische Impedanz des Schwingers groß. Diese dynamische Impedanz wächst umgekehrt proportional mit cos²/?, was aus einer Berechnung und einem Experiment folgt. Wenn/bei einer X-Schnittplatte 70" ist, wächst die dynamische Impedanz um den Faktor 8,5. wenn β 75° ist, um den Faktor M> 15 und wenn/90° ist, wird sie unendlich. Da die Kniepunkttemperatur der Resonanzfrequenz/Temperatur-Abhängigkeit des Schwingers mit dem Winkel/wächst, ist sie auf einen relativ niedrigen Wert begrenzt, da der Winkel / im allgemeinem 70° oder weniger beträgt, damit die dynamische Impedanz nicht die obenerwähnten hohen Werte erreicht. Daher ist der /vT-Schnittschwinger ungeeignet für Uhren, da seine dynamische Impedanz zu hoch und die Kniepunkttemperatur seiner Re-

sonanzfrequenz/Tcmperatur-Abhängigkeit zu niedrig liegt, obwohl er im Hinblick auf die Größenreduzierung und die Massenproduktion vorteilhaft ist.

Wie oben im einzelnen erwähnt, besitzt der herkömmliche + 5"-A'-Schnittschwingcr den Vorteil, daß seine dynamische Impedanz niedrig ist und seine Kniepunkttemperatur (flexion point temperature) seiner Rcsonari'^frequeii//TeinpeiaiurAbhangigkeit hoch ist, und den Nachteil, daß es schwierig ist, seine Größe zu reduzieren, insbesondere, ihn dünn zu machen, und daß das chemische Bearbeitungsverfahren nicht angewendet werden kann. Außerdem ist seine Herstellbarkeit infolge der Verwendung des mechanischen Bearbeitungsverfahrens und der Halterung unter Verwendung von Leitungsdrähten nicht gut. Auf der anderen Seite besitzt der bekannte NT-Schnittschwinger den Vorteil. daß er leicht hergestellt werden kann und daß das chemische Bearbeitungsverfahren verwendet werden kann; außerdem kann die direktverbindende Halterungsmethode angewendet werden. Dem steht der Nachteil gegenüber, daß seine dynamische Impedanz hoch ist und daß die Kniepunkttemperatur niedrig ist. Der bekannte + 5°-X-Schnitt und der bekannte NT-Schnitt wurden als unterschiedliche Schnittmethoden betrachtet, da die An'cgung der elektrischen Felder in beiden Fällen sehr unterschiedlich ist. Im Hinblick auf den Schnittwinkel können beide jedoch fast als gleichwertige Schnittmethoden angesehen werden. Ihr Unterschied im Winkel liegt nur darin, daß die Winkel /?des + 5°-X-Schnittes und des ΝΓ-Schnittes 90 bzw. 50° bis 70° oder —50 bis

— 70° sind. In bezug auf den Schnittwinkel gehören sie identischen Schnittmethoden an, obwohl sie infolge ihrer unterschiedlichen Speisung getrennt betrachtet wurden. Die Er^f,ndung kombiniert beide und nutzt ihre Vorteile durch Anwendung einer neuen Methode zur Anlegung des elektrischen Feldes aus.

F i g. 5 ist eine Ausführungsform dieser Erfindung, deren Eiektrodenkonfiguration in Fig.ö dnrgesteiit ist. in F i g. 6 ist der in F i g. 5 gezeigte Winkel λ zur Vereinfachung der Zeichnung als 0° angenommen. In beiden Figuren sind 111 ein Quarzkristallschwinger gemäß der Erfindung und 112 und 113 Elektroden, die auf einer einzigen Oberfläche des Schwingers angeordnet sind. Auf der anderen Oberfläche ist keine Elektrode, die einen Beitrag zur Schwingung liefert, vorgesehen, obwohl ein Metailfilm zur Befestigung der Stimmgabel oder ähnliches abgelagert werden könnte. Demgemäß kann auf einer Oberfläche die Schwingung angeregt werden, erfaß werden usw. X, Kund Zsind die elektrische, die mechanische bzw. die optische Achse des Quarzkristalls. Der Quarzkristallschwinger ist aus einer Platte hergestellt, die durch Drehung einer X-Schnittplatte um die X-Achse um einen Winkel α und durch weitere Drehung um einen Winkel / um die K'-Achse erhalten wird; die K'-Achse und die Z'-Achse sind eine imaginäre K-Achse bzw. Z-Achse. die durch die Drehung um den Winkel α erzeugt werden. Der Winke! a wird zu 0 bis 10° und der Winkel y zu 70 bis 90° oder

— 70 bis —90° bestimmt; in diesem Bereich ergibt sich eine vorteilhafte Temperaturcharakteristik, und die Vorzüge der Erfindung werden unterstützt, obwohl der Winkel γ genauso groß wie der Winkel des NT-Schnittes sein könnte. Angenommen, daß die Elektroden 112 und 113 mit einer positiven bzw. negativen Spannung beaufschlagt werden, dann entstehen in dem Quarzkristall elektrische Felder, wie durch die gebogenen Pfeiie in F i g. 6 gezeigt Da die erzeugte mechanische Beanspruchung bzw. Spannung an den inneren und äußeren Seiten der Zinken in diesem Fall entgegengesetzt gerichtet ist, wird in der Stimmgabel eine symmetrische Biegeschwingung erzeugt. Da jene elektrischen leider, wie in F i g. b gezeigt, eine größere Komponente in Richtung der X-Achse aufweisen als im Fall von F i g. 4A, kann die dynamische Impedanz im Vergleich zu derjenigen des bekannten /"vT-Schnittcs verringert werden. Da darüber hinaus bei der Erfindung keine Elektroden an den Seiten des Schwingers vorgesehen

ίο sind, kann die Quarzkristallplatte 0,5 mm dünn oder noch dünner gemacht werden. Daher kann das chemische Bearbeitungsverfahren unter Verwendung der Photoätztechnik verwendet werden, wie es nachfolgend zu^r Ausführungsform von F' i g. 9 im einzelnen erläutert wird, wenn die dünne Quarzkristallplatte zur Stimmgabelform geschnitten wird und wenn die Elektroden gebildet werden. Der Schwinger kann dadurch weiter verkleinert werden.

F i g. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 7A ist eine perspektivische Frontansicht, Fig. 7B eine perspektivische Rückansicht. Fig.8 zeigt die Konfiguration der Elektroden des in Fig. 7 dargestellten Schwingers. In beiden Figuren ist mit 114 ein Stimmgabel-Quarzkristallschwinger gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet, der die gleiche Schnittrichtung wie derjenige von F i g. 5 hat. 115 und 116 sind Vorderelektroden. 117,118,119 und 120 sind Rückelektroden. Anders als bei Fig. 5 besitzt der Quarzkristall bei dieser Ausführungsform auf beiden Oberflächen Elektroden, wobei die Rückelektroden aus vier Elektroden, die zwei Elekrodenpaare bilden, geformt sind.

Wenn die Elekroden 115,117 und 120 sowie die Elektroden 116,118 und 119 verbunden sind und eine elektrische Spannung an sie angelegt wird, dann entstehen elektrische Felder in dem Quarzkristall, wie durch die Kurven in F i g. 8 gezeigt; in der Stimmgabel wird dann eine symmetrische Biegespannung erregt. Da jene elektrischen Felder, wie in F i g. 8 gcicigi. eine größere Komponente in Richtung der X-Achse aufweisen als im Fall von F i g. 6, wird der Quarzkristall wirkungsvoll erregt und die dynamische Impedanz gegenüber der Ausführungsform von Fig.5 weiter verringert. In der obigen Atisführungsform sind die Elektroden 117 und 120 bzw. 118 und 119 untereinander und darüber hinaus mit den Vorderelektroden zur Bildung eines zweipoligen Quarzkristallschwingers verbunden. Es könnte jedoch auch ein Filter gebildet werden, das aus einer Erregerelektrode und einem Paar von Detektorelektroden besteht, wobei die erstere aus einem Paar von Vorderelektroden 115 und 116 und die letzteren durch Verbinden der Rückelektroden 117 und 120 bzw. 118 und 119 gebildet werden könnten.

Es könnte auch ein Filter mit zwei Ausgängen gebildet v/erden, das aus den Vorderelektroden als Erregerelektrodenpaar, den Rückelektroden 117 und 118 als einem Detektorelektrodenpaar und den Rückelekiroden 119 und 120 als dem anderen Detektorelektrodenpaar bestehen könnte. Die elektrische Spannung könnte an die Vorderelektroden oder an nur auf einer Seite vorgesehene Elektroden gemäß F i g. 5 angelegt werden.

F i g. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 10 zeigt die Elektrodenkonfiguration. In F i g. 10 ist ein in F i g. 9 gezeigter Winkel λ zur Vereinfachung der Zeichnung als 0° angenommen. In beiden Figuren ist mit 211 ein Quarzkristaiischwinger gemäß der Erfindung bezeichnet X, Y und Z sind die elektrische, die mechanische bzw. die optische Achse des

Quarzkristalls. Der Quarzkristallschwinger ist aus einer Platte hergestellt, die durch Drehung einer X-Schnittplatte um die X-Achse u.ti einen Winkel λ und durch weitere Drehung um einen Winkel ;· um die V"-Achse erhalten wird; die V"-Achse ist eine imaginäre K-Achse. die durch die Drehung um den Winkel λ erzeugt wird. Der Winkel χ liegt bei 0 bis 10°, während der Winkel γ bei 70 bis 90° oi';r —70 bis -90^c liegt; in diesem Bereich erhält man eine vorteilhafte Temperaturcharakteristik, und die Vorzüge der Erfindung werden unterstützt, obwohl der Winkel y genauso groß wie der Winkel des N7~-Schnittes sein könnte. 212 und 213 sind erfindungsgemäße Elektroden. Jede der Elektroden 212 und 213 ist in drei Teilelektroden im Bereich der Zinken des Schwingers geteilt; zwei dieser Elektrodenteile sind entlang beiden Kantenteilen einer Zinke und der dritte entlang dem Mittelteil der anderen Zinke ausgebildet. In diesem Fall sind die Vorder- und Rückelektroden so angeordnet, daß sie sich Eegenseitig nicht überlappen: dies wird dadurch erzielt, daß auf einer Zinke zwei Vor derelektroden und eine Rückelektrode und auf der anderen Zinke umgekehrt, wie in F i g. 10 gezeigt, vorgesehen sind. Es ist ausreichend, daß sich Vorder- und Rückelektroden nicht vollständig überlappen. Angenommen, daß an die Elektroden 212 und 213 eine positive bzw. negative Spannung angelegt wird, dann bilden sich in dem Quarzkristall elektrische Felder aus, wie durch die gebogenen Pfeile in Fig. 10 gezeigt. Da die erzeugte mechanische Spannung an den inneren und äußeren Seiten der Zinken in diesem Fall umgekehrt gerichtet ist, wird in der Stimmgabel eine symmetrische Biegeschwingung erregt. Da jene elektrischen Felder, wie in Fig. 10 gezeigt, eine größere Komponente in Richtung der X-Achse haben als im Fall von Fig.4A, kann die dynamische Impedanz im Vergleich zum bekannten NT-Schnitt verringert werden. Darüber hinaus sieht die Erfindung keine Elektroden an den Seiten des Schwingers vor, so daß die Quarzkristailplatte 5 mm dünn oder noch dünner sein kann. Daher kann das chemische Bcarbeitungsverfahren unter Benutzung der Photoätztechnik verwendet werden, wenn die dünne Quarzkristallplatte zur Stimmgabelform geschnitten wird und wenn die Elektroden gebildet werden. Folglich kann der Schwinger noch weiter verkleinert werden. Bei diesem chemischen Bearbeitungsverfahren wird zuerst Chrom und dann Gold auf der Vorder- und Rückfläche der dünnen Quarzkristailplatte abgelagert. Das Chrom wird dazu verwendet, um die Verbindung zwischen dem Quarzkristall und dem Gold zu verstärken. Dann wird auf beide Oberflächen eine photoempfindliche Abdeckschicht aufgebracht, die durch eine Photomaske Licht ausgesetzt wird, so daß die Photoabdeckschicht in der äußeren Form des Schwingers übrigbleibt. Wenn das Werkstück nacheinander in eine goldätzende Flüssigkeit und eine chromätzende Flüssigkeit eingetaucht wird, dient die Photoabdeckschicht als Ätzmaske, um das Gold und das Chrom in der äußeren Form des Schwingers zurückzubehalten. Das Werkstück wird dann in eine Lösung einer Fluorwasserstoffsäure eingetaucht, um den Quarzkristall in die äußere Form des Schwingers zu bringen, wobei in diesem Fall das Gold und das Chrom als Ätzmaske dienen. Der Schwinger wird durch Bildung der Elektroden in der gleichen Weise fertiggestellt, wobei das Gold und das Chrom, die als Ätzmaske der äußeren Form des Schwingers dienten, in der Form der Elektroden stehenbleiben. Falls dieses chemische Bearbeitungsverfahren unter Verwendung der Photoätztechnik auf den bekannten +5°-X-Schnitt-Quarzkristallbiegeschwinger angewendet werden würde, könnte der Sc..winger praktisch nicht verwendet werden, da es notwendig wäre. Metall an den Seitenflächen des Quarzkristalls abzulagern, nachdem er in die endgültige Form gebracht wurde. Da. wie oben erwähnt, auf der anderen Seite gemäß der Erfindung Elektroden nur auf zwei Oberflächen, der Vorder- und der Rückfläche vorgesehen sind und die Quarzkristailplatte dünn gemacht werden kann, ist es leicht möglich, das

in chemische Bearbeitungsverfahren entsprechend der Photoätztechnik anzuwenden.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1IA ist eine perspektivische Frontansicht. F i g. 11B eine perspektivische Rückansicht, in denen mit 214 ein Stimmgabel-Quarzkristall-Biegeschwinger gemäß der Erfindung bezeichnet ist. 215 und 216 sind Vorder-, 217 Rückelektroden. 218 sind Teile für die Kontrol Ie der Resonanzfrequenz. 219 ist ein Mctallfilm zur Befestigung der Stimmgabel. Die Stimmgabel dieser Ausführungsform wird nach dem gleichen Prinzip erregt, wie die Ausführungsform von F i g. 9. wobei jeweils eine der Vorderelektroden 215 oder 216 als Speiseelektrode und die andere als Detektorelektrode verwendet werden. Außerdem kann die Resonanzfrequenz des Schwingers dadurch kontrolliert bzw. eingestellt werden, daß die Teile zur Kontrolle der Resonanzfrequenz an den Enden der Stimmgabel mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, um Metall von diesen Teilen zu verdampfen. Darüber hinaus ist es möglich, den Schwinger 214 fest an einem Blockhalter oder ähnlichem zu befestigen, wobei der Metallfilm zur Befestigung der Stimmgabel an deren Grundteil auf ihrer Rückfläche vorgesehen ist.

Fig. 12 ist eine Ausführungsform eines in der Mitte gehalterten Quarzkristallbiegeschwingers gemäß dieser

J5 Erfindung. F i g. 12A ist eine perspektivische Vorderansicht und Fig. I2B eine perspektivische Rückansicht. Mit 220 ist ein Schwinger gemäß der Erfindung bezeichnet. 221, 222 und 223 sind Elektroden gemäß der Erfindung. Fig. 13 zeigt die Konfiguration der Elektroden des Schwingers von Fig. 12. Auch bei dieser Ausführungsform werden Schwingungen nach dem gleichen Prinzip erzeugt wie bei der Ausführungsform von Fig. 9.
Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungform dieser Erfindung. Fig. 14A ist eine perspektivische Frontansicht und Fig. 14B eine perspektivische Rückansicht, wobei mit 314 ein Stimmgabel-Quarzkristall-Biegeschwingcr gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet ist. 315 ist die eine und 316 die andere erfindungsgemäße Elektrode. 317 und 318 sind Anschlußbereiche der Elektroden 315 und 316 für Leitungsdrähte. 319 sind Teile für die Einstellung bzw. Steuerung der Resonanzfrequenz. 320 ist ein metallischer Film für die Befestigung der Stimmgabel. Die Stimmgabel dieser Ausführungsform wird nach dem gleichen Prinzip wie die in der Ausführungsform von Fig.5 erregt Darüber hinaus kann die Resonanzfrequenz des Schwingers dadurch kontrolliert bzw. eingestellt werden, daß die Teile zur Einstellung der Resonanzfrequenz an den Enden der Stimmgabel, die Teil der Elektroden sind, mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, um Metall von diesen Teilen zu verdampfen. Zwei Anschlußbereiche für Leitungsdrähte sind für jede Elektrode vorgesehen, um die Möglichkeil zu verringern, daß der Schwinger infolge eines Absr^kneidens der Elektrode während des Photoät/ens unbrauchbar wird; dies könnte durch einen schwachen Kratzer auf der Quarzkristalloberfläche hervorgerufen werden. Es ist außerdem möglich, die Stimmgabel fest

»ιιΓ ei: .cm Blockhaltcr oder ähnlichem zu befestigen, wobei der Metallfilm zur Befestigung der Stimmgabel an deren Basistcil auf der Rückfläche vorgesehen ift. Dieser Bcfesiigungsmetallfilm wird gleichzeitig nut den Klektrodcn durch Photoätzen hergestellt.

Da der Metallfilm zur Befestigung der Stimmgabel an deren Basisteil vorgesehen ist, der in die Schwingung nicht einbezogen ist, hat er keinen Einfluß auf das die Schwingung hervorrufende elektrische Feld, obwohl er die Kapazität zwischen den Elektroden oder ähnliches vergrößert.

In Fig. 15 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Fig. I5A ist eine perspektivische Frontansicht und Fig. 15B eine perspektivische Rückansicht. 32C ir ι ein Stimmgabel-Quarzkristall-Biegeschwinger. 322, 323, 324, 325, 326 und 327 sind erfinliungsgemäße Elektroden, die jeweils mit Anschlußbercichen 328, 329, 330, 331, 332 bzw. 333 verbunden sind. 334 ist ein Teil zur Einstellung bzw. Steuerung der Resonanzfrequenz und 335 ein Metallfilm zur Befestigung der Stimmgabel, ähnlich wie bei der Ausführungsform von Fig. !4. Obwohl die Elektroden des Schwingers bei der Ausfuhrungsform von Fig. 14 als Zweipolelektroden ausgebildet sind, sind die Elektroden so geformt, daß bei dieser Ausführungsform Dreipolelektroden oder Filter mit mehreren Ausgangen konstituiert werden könnten. Mit anderen Worten könnte ein Dreipolquarzkristallschwinger aus dem Masseanschluß und zwei Elektrodenanschlüssen 329 und 332 gebildet werden, wobei der erstere durch Verbinden der Leitungsdrähte von den Anschlußbereicher. 328, 330, 331 und 333 außerhalb des Schwingers gebildet werden könnte. Ein anderer Dreipolquarzkristallschwinger könnte aus einem Masseanschluß, bestehend aus den Bereichen 328, 330 und 332, einem Elektrodenanschluß 329 und dem anderen Elektrodcnanschluß, bestehend aus 331 und 333, gebildet werden. Ebenfalls wäre es möglich, als

LJ Li..n _ι:_ η :_i -***λ t ·\^** _i_ f* :

mu^cüiiaciiiuu uic ocicieiic jzu uiiu JJ£, aia opci^Culischluß den Bereich 328 und als Ausgangsanschlüsse die Bereiche 330, 331 bzw. 333 zu wählen. Andere Kombinationen sind ebenfalls denkbar.

In Fig. 16 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Fig. 16A ist eine perspektivische Frontansicht und Fig. 16B eine perspektivische Rückansicht. Fig. 17 zeigt eine Zweipolelektrodenkonfiguration, Fig. 19 eine Dreipolelektrodenkonfiguration des in Fig. 16 dargestellten Schwingers. Fig. 18 ist eine Ausführungsform der Halterung für den in Fig. 16 dargestellten Schwinger. In Fig. 17 ist ein in Fig. 16A gezeigter Winkel λ zur Vereinfachung der Zeichnung als 0° angenommen. In den Fig. 16A, 16B. 17 und 18 ist mit 417 ein Stimmgabelquarzkristallschwinger gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet. 418, 419, 420 und 421 sind Elektroden, d^;e auf beiden Seiten des Schwingers angeordnet sind. 422 und 423 sind Elektroden zur Befestigung der Stimmgabel, die mit den Elektroden 420 und 421 verbunden sind. 424 und 425 sind Verbindungsdrähte zur Verbindung der Elektroden 418 und 420 und der Elektroden 419 und 421, wodurch der Schwinger zu einem Zweipoltyp verbunden wird. 426 sind metallische Dünnfilmelektroden zur Steuerung bzw. Einstellung der Frequenz, mit denen die Resonanzfrequenz des Schwingers dadurch gesteuert wird, daß der Dünnfilm mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, um Metall dieses Bereiches zu verdampfen. Die Elektroden 426 sind bei dieser Ausführungsforrn von den anderen Elektroden gelrennt; es ist jedoch auch möglich, sie mit den Elektroden 418 oder 419 zu verbinden. X, Y, Z sind die elektrische, die mechanische bzw. die optische Achse des Quarzkristalls. Der Quarzkrislallschwinger ist aus einer Platte hergestellt, die durch Drehung einer X-Schnittplatte um die X-Achse um einen Winkel λ und eine

s weitere Drehung um einen Winkel ;- um die > '-Achse erhalten wird; die V'-Achsc ist eine imaginär. VAchse, di; durch die Drehung um den Winkel <t erzeugt wird. Der Winkel λ liegt im Bereich von 0 bis 10° und der Winkel;-im Bereich von 70 bis 90° oder —70 bis —90°;

ίο in diesem Bereich erhält man vorteilhafte Temperatur/ Resonanzfrequenz-Eigenschaften und gesteigerte Vorzüge der Erfindung. Der Winkel γ könnte aber auch ebenso groß wie der Winkel des NT-Schnittes sein. Angenommen, daß an die Verbindungsdrähte 424 und 425

is tine positive bzw. eine negative Spannung angelegt wird, dann stehen alle Elektroden unter Spannung, so daß elektrische Felder im Quarzkristall erzeugt werden, wie durch die gebogenen Pfeile in Fig 17 gezeigt. Da die erzeugte mechanische Spannung in diesem Fall an den inneren und äußeren Seiten der Zinken entgegengesetzt gerichtet ist, wird in der Stimmgabel eine symmetrische Biegeschwingung erregt. Da jene elektrischen Felder, die in F i g. 17 gezeigt sind, eine größere Komponente in Richtung der X-Achse haben, die zur Schwingung beiträgt, als die bekannten Elektrodenanordnungen von Fig.4B, wird der Schwinger wirkungsvoll zu Schwingungen angeregt, so daß die dynamische Impedanz im Vergleich zum bekannten Λ/Γ-Schnitt verringert werden kann. Da bei der Erfindung darüber hinaus keine Elektroden an den Seiten des Schwingers vorgesehen sind, kann die Quarzkristallplatte 0,5 mm dünn oder noch dünner gemacht werden. Daher kann das chemische Bearbeitungsverfahren unter Verwendung der Photoätztechnik angewendet werden, wenn die dünne Quarzkristallplatte in die Stimmgabelform geschnitten wird und wenn die Elektroden gebildet werden. Folglich kann der Schwinger noch kleiner und noch uünfief gemacht und einfach in mäSScMprüdükiiün hergestellt werden.

Die F i g. 20A bis 2OC zeigen eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens eines Schwingers unter Verwendung des chemischen Bearbeitungsverfahrens. In Fig.20A wird eine dünne Quarzkristallplatte 433, deren Dicke 0,5 mm oder weniger beträgt unc¹ deren Oberfläche spiegelgleich geschliffen ist, zur Bildung von Stimmgabeln einem Photoätzschritt ausgesetzt. In diesem Fall können viele Quarzkristallschwinger gleichzeitig erzeugt werden. Die F i g. 20B und 20C zeigen eine Ausführungsform des chemischen Bearbeitungsverfahrens unter Verwendung der Photoätztechnik, um die Form der Elektroden und der Stimmgabel zu erhalten: die F i g. 2OB und 20C stellen Schnittansichten entlang der Linie AA'in F i g. 2OA dar. In F i g. 20B ist eine photoempfindliche Abdeckschicht 435 in der Form der Elektroden gemäß dem Photoätzen auf den metallischen Dünnfilmen 434 zurückgeblieben; die metallischen Dünnfilme 434 sind auf der Vorder- und Rückfläche der dünnen Quarzkristallplatte 433 abgelagert oder aufgeschichtet Teile 436 der metallischen Dünnfilme, die nicht mit der Photoabdeckung bedeckt sind, werden unter Verwendung einer Säure, etwa einer Salzsäure, entfernt.

Demgemäß werden zuerst die Elektroden auf der dünnen Quarzkristallplatte gebildet. Als nächstes bleibt die Photoabdeckschicht 437, wie in F i g. 2OC gezeigt, in der Form der Stimmgabel entsprechend dem Phoioäizen zurück; der Teil des Quarzkristalls 438, der nicht mit der Photoabdeckschicht bedeckt ist wird unter Ver-

Wendung von Hydrogenfluorid oder ähnlichem entfernt, um die Stimmgabelform zu bilden.

Der mitteis des chemischen Verfahrens hergestellte extrem kleine Schwinger kann durch direktes Verbinden oder Verkleben, wie in F i g. 18 und in F i g. 3B gezeigt ist, sehr wirkungsvoll und einfach gehaltert werden.

Die Ausführungsformen von F i g. 18 und F i g. 3B unterscheiden sich darin, daß diejenige von F i g. 18 so ausgebildet ist, daß ein Zweipol-Stimmgabel-Quarzkristallschwinger, wie er in den F i g. 16 und 17 gezeigt ist, leicht gehaltert und angeschlossen werden kann. 427 ist ein U-förmiger, nichtleitender Träger aus Keramik oder ähnlichem. 428 und 429 sind auf dem Träger 427 vorgesehene Leiter, die voneinander isoliert sind.

Der Schwinger 417 wird dadurch gehaltert, daß er fest mittels ?her niedrig schmelzenden Legierung, eines leitenden Klebstoffes oder ähnlichem an den Leitern befestigt ist, so daß die zur Befestigung des Schwingers vorgesehene Elektrode 422 und der Leiter 428 bzw. die zur Befestigung vorgesehene Elektrode 423 und der Leiter 429 verbunden sind. Daher ist die Vorderelektrode 418 durch den Verbindungsdraht 424 und den Leiter 428 mit der RQckelektrode 420 verbunden, während in ähnlicher Webe die Vorderelektrode 419 durch den Verbindungsdraht 424 und den Leiter 429 mit der Rückelektrode 421 verbunden ist Auf diese Weise wird eine Zweipolanordnung gebildet. 430 und 431 sind Anschlußdräi/te, um die Elektroden nach außen zu verbinden. 424 und 425 brauchen nicht notwendigerweise Drähte zu sein; sie können aus einer niedrig schmelzenden Legierung oder einem leitenden Klebstoff bestehen. Verbindungslektroden könnten auch an den Seitenflächen vorgesehen werden, wie durch die gestrichelte Linie 432 gezeigt ist.

Obwohl die Elektroden bei der obigen Ausführungsform so verbunden sind, daß ein Zweipolschwinger gebildet, wird, könnte auch ein Dreipolschwinger gebildet werden, der die verbundenen Elektroden 419 und 421 als gemeinsame Elektrode, die Elektrode 420 als Speiseoder Eingangselektrode und die Elektrode 418 als Detektor- oder Ausgangselektrode verwenden könnte. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig.21 dargestellt. Fig. 2IA ist eine perspektivische Frontansicht, Fig. 21B eine perspektivische Rückansicht. Fig. 22 zeigt die Konfiguration der Elektroden des Schwingers von Fig. 21. Mit 439 ist ein Stimmgabel-Quarzkristallschwinger bezeichnet, dessen Schnittrichtung mit derjenigen der Ausführungsform von Fig. 16A übereinstimmt.441,442,443 und 444 sind Vorderelektroden, 445 und 446 Rückelektroden. 447 und 448 sind Elektroden zur Befestigung des Schwingers, ähnlich wie die gleichen Elektroden von Fig. 16B; sie tragen dazu bei, daß die Halterung aufgrund der direkten Befestigung, wie in F i g. 18 gezeigt ist, verwendet werden kann. 449 ist eine Elektrode zur Steuerung bzw. Einstellung der Frequenz, ähnlich der gleichen Elektrode von Fig. 16A. Mit dem Schwinger einer solchen Elektrodenanordnung kann ein Filter mit einem Eingang und einem Ausgang gebildet werden, das die verbundenen Vorderelektroden 441 und 444 und die verbundenen Vordereiektroden 442 und 443 als Ausgangselektrodenpaar bzw. Detektorelektrodenpaar und das Rückelektrodenpaar 445 und 446 als Eingangs- bzw. Speiselektrodenpaar verwendet. Es könnte jedoch auch ein Filter mit einem Eingang und zwei Ausgängen gebildet werden, in dem die Rückelektroden 445 und 446 als Speiseclektrodcnpaar, die Vurderclcktrodcn 441 und 442 als ein erstes Detektorelektrodenpaar und <j.e Elek troden 443 und 444 ate ein zweites Detektorelektroden paar verwendet würden.
Soweit sieb die obige Beschreibung auf einen Stimm gabel-Quarzkristall-Biegeschwinger bezieht, ist die Er findung auf einen solchen nicht beschränkt, sonden könnte vielmehr auch auf einen in der Mitte gehaltene! (free-free-bar) Quarzkristallbiegeschwinger oder einer anderen Quarzkristallbiegeschwingertyp angewende werden.

Wie oben erwähnt, vereinigt die vorliegende Erfin dung die Vorteile des bekamen + 5° -X-Schnittes unc des bekannten Λ/7-Schnittes. Die Erfindung lehrt außer dem die Anwendung einer neuen Methode zur AnIe gung des elektrischen Feldes an den Schwinger und is durch eine niedrige dynamische Impedanz und eine ho he Kniepunkttemperatur der Resonanzfrequenz/Tem peratur-Abhängigkeit ausgezeichnet Die Kniepunkt temperatur liegt nahe der normalen Temperatur. Dar über hinaus erfordern die erfindungsgemäßen Schwin ger keine Elektroden an den Seitenflächen, was die Vcr wendung des chemischen Herstellungsverfahrens untei Einschluß der Photoätztechnik ermöglicht Die dünne Quarzkristallplatte, deren Oberfläche spiegelgleich ge schliffen ist, wird gemäß der Photoätztechnik bearbci tet. Der Schwinger kann durch direkte Befestigung gc halten werden. Dies ist für eine Massenproduktion ge eignet und liefert einen kleinen Schwinger mit einei dünnen Form. Im Hinblick auf die Erregung des Schwin gers kann ein zweipoliger oder ein dreipoliger Typ vor gesehen werden. Mit der Erfindung wird daher eii Quarzkristallschwinger geschaffen, der für die prakti sehe Anwendung bei Armbanduhren geeignet ist.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Quarzkristallbiegeschwinger mit einer dünnen Quarzkristallplatte in Form einer .Stimmgabel mit Elektroden zur Erzeugung entgegengesetzt gerichteter elektrischer Felder zwischen den Randbereichen und dem mittleren Bereich der Zinken der Stimmgabel, die zur Verursachung einer Breitenbiegung der Zinken parallel zur Oberseite und Unterseite der Quarzkristallplatte eine wesentliche Komponente parallel zur ΑΓ-Achse des Kristalls aufweisen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

15

(a) Die Schnittebene der Quarzkristallplatte ist gegenüber einem ^-Schnitt um einen Winkel (λ) von 0° bis 10° um die X-Achse und weiter um einen Winkel (»on 70° bis 90° um die Y'-Achse verdreht.

(b) sämtliche Elektroden (112,113; 212,213) für die Erregung des Schwingers (111; 211) sind an der Vorderseite und/oder an der Rückseite der Quarzkristallpiatte angeordnet, und

(c) jede Zinke der Stimmgabel besitzt zwei elektrisch gleichpolige Elektroden an ihren Randbereichen und eine demgegenüber elektrisch gegenpolige Elektrode in ihrem mittleren Bereich.