DE2504552A1

DE2504552A1 - MICRORESONATOR

Info

Publication number: DE2504552A1
Application number: DE19752504552
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Sugama
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1975-01-31
Publication date: 1976-01-22
Also published as: GB1502013A

Description

I₀ Juli 1974, Japan, PatoAnm.Nro 75 127/1974I ₀ July 1974, Japan, PatoAnm. No 75 127/1974

25o November 1974, Jaüan, PatoAnmoliro 135 394/1974November 25th 1974, Jaüan, PatoAnmoliro 135 394/1974

Anmelder:Applicant:

Citizen Watch Oo« LtdoCitizen Watch Oo «Ltdo

9-18, 1-chome, Nishishinjuku, ütiinjuku-ku,. , Japan9-18, 1-chome, Nishishinjuku, ütiinjuku-ku ,. , Japan

xäikroresonatorxäikroresonator

Die Erfindung bezieilt sich auf Mkro resonatoren in Form piezoelektrischer Biegeschwinger, die für kleine Uhrwerke, vorzugsweise z_oJ3_o für Armbanduhren, verwendbar sindo Solche Mikroresonatoren weisen ein dünnes blättchenförMiges ülement auf, das aus einem «^uarz, Lithiumtantalat oder einem anderen geeigneten Kristall durch Photoätzung, Ionenätzung oder einem entsprechenden Verfahren geschnittenThe invention bezieilt located resonators in the form of a piezoelectric flexural resonator which face for small movements, preferably z _o J3 _o Watch, suitable Sindo Such micro-resonators, a thin flake-shaped ülement to that of a "^ uarz, lithium tantalate or other suitable crystal by on MKRO Photo etching, ion etching or a corresponding process cut

509884/0750509884/0750

worden ist und auf wenigstens einer Oberfläche des — Plättchens mit wenigstens einem Paar piezoelektrischer Dünnschicht- oder Diinnfilm-^lektroden versehen ist, die auf der Fläche durch ein gleiches Verfahren, wie eben erwähnt, aufgebracht worden sind und bei Verwendung mit entgegengesetzten Polaritäten erregt werden,,and on at least one surface of the - plate with at least one pair of piezoelectric Thin-film or thin-film electrodes are provided which have been applied to the surface by the same method as just mentioned and when in use be excited with opposite polarities,

Die Technik hat sich durch ausführliche Untersuchungen und Versucne mit ivlikroresonatoren beschäftigt und dadurch die praktische Verwendung dieser Resonatoren geförderte Insbesondere in den letzten Jahrzehnten sind iiikroresonatoren in großem Umfange als Standard-Osziläatoren und elektronische Filter für Uhren, meß- und nachrichtentechnische Instrumente verwendet worden_o Dabei werden besonders hohe Anforderungen an die Präzision der Arbeitsweise, die Möglichkeit der Integrierung in baulicher Hinsicht und an die lainiaturisierung gestellteThe technique has been employed by extensive research and Versucne with ivlikroresonatoren and thus the practical use of these resonators are funded, especially in recent decades iiikroresonatoren on a large scale as a standard Osziläatoren and electronic filters for watches, measuring and communication engineering instruments been used _o Here are Particularly high demands are placed on the precision of the working method, the possibility of integration in structural terms and on the lainiaturization

Allgemein gesprochen, sind moderne Mikroresonatoren als Di c ken-Sehe rung s typ ausgeführt, um mit Radiofreq.uenzen betrieben zu werden, während für einige 100 kHz Resonatoren als Kontur- oder Querschwinger ausgelegt sind_o Für Arbeitsfrequenzen unter 100 kHz werden andererseits Mikroresonatoren allgemein als Biegeschwinger Η konstruiert» Mikroresonatoren, die in Armbanduhren verwendet und mit niederen Frequenzen in der Größenordnung von einigen zehn kHz betrieben werden, werden fast alle als Biegeschwinger eingerichtete Diese Mikroresonatoren vom BiegeschwingungstypGenerally speaking, modern micro-resonators are designed as Di c ken-See tion s type, to be operated with Radiofreq.uenzen are as adapted for a few 100 kHz resonators as a contour or cross-Schwinger _o For operating frequencies below 100 kHz, on the other hand, micro-resonators generally as Flexural vibrators Η constructed »Microresonators used in wristwatches and operated at low frequencies in the order of several tens of kHz are almost all designed as flexural vibrations. These microresonators of the flexural vibration type

509884/Q750 . - 3 -509884 / Q750. - 3 -

sind-deshalb auch inzwischen weiter verbessert und miniaturisiert worden» Z₀B₀ ist bereits ein Quarzkristalliiikroresonator vom Stimmgabel typ mit den folgenden Maßen vorgeschlagen worden: Länge 4,5 - 10 mm, Breite 0,6 - 1,2 mm und Dicke 25 - 100 n_o Diese Quarzkristall-Resonatoren vom Stimmgabeltyp werden aus dünnen ^uarzblättchen gemacht, die aus den Kristallen durch Photoätzverfahren geschnitten werden, und werden jeweils auf einer Halterung oder einem Träger angeordnet, der in einem evakuierten Behälter in einer einfachen Weise ausgebildet ist_o Daher sind derartige Hikroresonatoren vom Stimmgabelΐ,/ρ äußerst geeignet zur Massenhersteilungοare-therefore also been further improved and been miniaturized »Z ₀ B ₀ is already Quarzkristalliiikroresonator type tuning fork has been proposed with the following dimensions: length 4.5 - 10 mm, width 0.6 to 1.2 mm and thickness of 25 - 100 n _o These tuning fork-type quartz crystal resonators are made of thin sheets of resin cut from the crystals by photo-etching methods, and are each placed on a holder or a support which is formed in an evacuated container in a simple manner _o Therefore Such micro-resonators from tuning forkΐ, / ρ extremely suitable for mass productionο

Zur Vorbereitung der Erfindung angestellte Versuche haben aber gezeigt, daß übliche Quarzmikroresonatoren vom Stimmgabel typ in verschiedener Hinsicht erhebliche Nachteile haben_o So hat ein üblicher Resonator eine ziemlich hohe Kristallimpedanz, die zu einem entsprechend hohen Ausmaß des Energieverbrauches führte Andererseits weist ein solcher Resonator in atmosphärischer Umgebung mit Temperaturen über 24°0 keinen niedrigen Temperaturkoeffizienten aufο Weiter müssen die Elektroden am Resonator und die Anschlüsse an der Umhüllung des Resonators elektrisch miteinander durch Verwendung von Leitungen verbunden werden, wobei das Verbindungsverfahren auch innerhalb der evakuierten Umhüllung zuverlässig ausgeführt werden mußo Die Herstellung solcher Verbindungen ist äußerst schwierig und zeitraubend» Diese Nachteile bekannter Resonatoren sindExperiments made in preparation for the invention have shown that conventional quartz microresonators of the tuning fork type have considerable disadvantages in various respects _o For example, a conventional resonator has a fairly high crystal impedance, which leads to a correspondingly high level of energy consumption with temperatures above 24 ° 0 no low temperature coefficient o Furthermore, the electrodes on the resonator and the connections on the envelope of the resonator must be electrically connected to one another by using cables, whereby the connection process must also be carried out reliably within the evacuated envelope o The production of such connections is extremely difficult and time consuming »These disadvantages of known resonators are

£03834/0750 ' - 4 -£ 03834/0750 '- 4 -

der Tatsache zuzuschreiben, daß sie aus Kristallplatten mit ITT-Schnitt hergestellt sind_o attributed to the fact that they are made from ITT cut crystal plates, _etc.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hier erwähnten bekannten Nachteile im wesentlichen zu beseitigen, indem eine neuartige Anordnung der Elektroden an dem Plättchen benutzt wirdoThe invention is based on the object of essentially eliminating the known disadvantages mentioned here, by using a novel arrangement of the electrodes on the wafer o

Die Erfindung betrifft Mikroresonatoren, die aus dünnem, piezoelektrischem Plättchenmaterial geschnitten sindo Auf wenigstens einer der Ober- und Unterfläche des piezoelektrischen Mikroresonators sind Elektroden in Form dünner Filme fest angeordnete Diese Elektroden sind voneinander durch Schlitze getrennt, die sich in Längsrichtung des eigentlichen Mikroresonators oder des Plättchens erstrecken. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den durch die Schlitze getrennten Elektroden wird im Bereich dieser Schlitze, und zwar in Richtung der Breite und im wesentlichen parallel zua? der Oberfläche des Plättchens ein elektrisches Feld erzeugt und aufrechterhaltene The invention relates to microresonators cut from thin piezoelectric sheet material On at least one of the top and bottom surfaces of the piezoelectric Microresonators are electrodes in the form of thin films fixedly arranged. These electrodes are apart from each other separated by slits that extend in the longitudinal direction of the actual microresonator or plate extend. By applying a voltage between the electrodes separated by the slits, the area these slots, in the direction of the width and essentially parallel to a? the surface of the Plate creates and sustains an electric field

Falls die Richtung des derart erzeugten elektrischen Feldes mit der der Polarisation des piezoelektrischen Materials des Plättchens zusammenfällt, wird der Teil des Plättchens, an den das elektrische Feld angelegt ist, Zug- oder Druckbeanspruchungen unterworfen, je nach der' AusführungsformοIf the direction of the electric field generated in this way corresponds to the polarization of the piezoelectric Material of the plate collapses, the part of the plate to which the electric field is applied, Subject to tensile or compressive loads, depending on the ' Embodiment ο

S0988A/075Ö ⁵ "S0988A / 075Ö ⁵ "

Falls daher der Schlitz nicht auf der Mitte der Resonatorbremte liegt, wird dieser verbogen,, üenn dann die an den Elektroden anliegende Spannung eine V/ech sei spannung ist, führt der Resonator eine Biegungsschwingung aus_ö Therefore, if the slot does not lie on the center of the Resonatorbremte, this is bent üenn ,, then the voltage applied to the electrode voltage V a / ech is voltage, the resonator performs a bending vibration from _ö

Ss ist an sich möglich, einen Resonator zu schaffen, in welchem die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes mit der Polarisierungsrichtung des Plättchenmaterials zusammenfällt ο In der Praxis braucht die Richtung des elektrischen Feldes jedoch nicht immer genau mit der Polarisierungsrichtung des Plättchenmaterials zusammenzufallen_o Es reicht aus, wenn das elektrische Feld eine überwiegende Yektorkomponente in der Polarisierungsrichtung hat, doho in Richtung der Breite des Plättchenso Die Elektroden entgegengesetzter Polarität können daher so angeordnet werden, daß sie quer zur Ober- und/oder Uhterfläciie des Resonators liegen, der aus einem seitlich polarisierten piezoelektrischen Material hergestellt ist, wodurch eine Biegeschwingung des Resonators ermöglicht wird_o It is actually possible to create a resonator in which the direction of oscillation of the electric field coincides with the direction of polarization of the plate material ο In practice, however, the direction of the electric field does not always have to coincide exactly with the direction of polarization of the plate material _o It is sufficient if the electric field has a predominant yector component in the direction of polarization, doho in the direction of the width of the plate so the electrodes of opposite polarity can therefore be arranged so that they are transverse to the surface and / or Uhterfläche of the resonator, which is made of a laterally polarized piezoelectric material is, whereby a flexural oscillation of the resonator is made possible _o

Bei der hier angegebenen Ausführungsform des Mikroresonators ist es verhältnismäßig einfach, einen mit zwei Anschlüssen versehenen Oszillator herzustellen Außerdem können verhältnismäßig einfach in Massenfertigung sogenannte leitungslose ,.likroresonatoren hergestellt werden«,In the embodiment of the microresonator specified here, it is relatively easy to have one with two connections provided oscillator can also be relatively so-called cordless, .likroresonators can easily be manufactured in mass production «,

Vergleichbare übliche Mikroresonatoren in Form dünner Kristallplättchen, deren Schnittwinkel dem sogenanntenComparable conventional microresonators in the form of thinner ones Crystal platelets, the cutting angle of which corresponds to the so-called

- 6 -SQ98S4/Q758- 6 -SQ98S4 / Q758

ΪΓΤ-dchnitt entspricht, leiden darunter, daß sie mit Bezug auf die Betriebsfreauenz einen verhältnismäßig schlechten Temperaturkoeffizienten und eine ziemlich hohe Kristall— impedanz haben» Dagegen kann ein erfindungsgemäßer Mikro— resonator ein Quarzkristallplättchen mit Z-Schnitt, gedreht in einem v/inkel von O - 15 um die X-Achse des Kristalls, sein, wodurch die Eigenschaften des S Temperaturkoeffizienten und der Kristallimpedanz in einem wesentlichen Ausmaß verbessert werden, indem auch für das angelegte elektrische Feld eine besondere Ausbildungsform gewählt wird? wie noch weiter unten erläutert wird_o ΪΓΤ-average, suffer from the fact that they have a comparatively poor temperature coefficient and a fairly high crystal impedance with regard to operational freeness - 15 around the X-axis of the crystal, whereby the properties of the S temperature coefficient and the crystal impedance are improved to a significant extent by also choosing a special form for the applied electric field? as will be explained further below _o

v7eitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen die Erfindung ausführlich erläutert und dargestellt ist«. Es zeigen:Further advantages and features of the invention emerge from the claims and from the following description and the drawings in which the invention is fully explained and illustrated ". Show it:

Figo 1 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung1 shows a simplified diagrammatic representation

einer ersten Ausführungsform eines erfindungs— gemäßen Mikroresonators in Stimmgabelform,a first embodiment of a microresonator according to the invention in the form of a tuning fork,

Figo 2 einen Längsschnitt durch den in Figo 1 gezeigten Mikroresonator, und zwar im wesentlichen entlang der Schnittlinie II-II' der Figo 1, wobei der eigentliche Resonator in einem versiegelten und evakuierten Gehäuse untergebracht ist und mit diesem eine Mikroresonatorahordnung bildet,FIG. 2 shows a longitudinal section through the microresonator shown in FIG. 1, essentially along it the section line II-II 'of Figo 1, wherein the actual resonator is housed in a sealed and evacuated housing and forms a microresonator arrangement with this,

Figo 3A, 3B und 3G vereinfacht drei verschiedene Arbeitsweisen eines erfindungsgemäßen Mikroresonators,3A, 3B and 3G simplify three different modes of operation of a microresonator according to the invention,

SÖ9884/075Q-SÖ9884 / 075Q-

eine der Figo 1 ähnliche Ansicht einer etwas abgewandelten Ausführungsform, eine der Fig» 3 entsprechende vereinfachte Darstellung der Arbeitsweise einer Ausführungsform nach Figo 4> ■ - ■ a view similar to FIG. 1 of something modified embodiment, a simplified one corresponding to FIG. 3 Representation of the mode of operation of an embodiment according to FIG. 4> ■ - ■

eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer weiteren Abwandlungsform eines erfindungsgemäßen Mikroresonators,a view corresponding to FIG. 1 of a further modification of one according to the invention Microresonators,

Uo 8 Teildarstellungen von Schnitten zur Erläuterung der Anbringung des eigentlichenUo 8 partial representations of sections for explanation the attachment of the actual

Mikroresonators,
Figo 9 eine der Fig« I entsprechende Darstellung eines erfindungsgemäßen Mikroresonators als in der Mitte gehalterter,frei schwingender Biege—Microresonators,
9 shows a representation of a microresonator according to the invention corresponding to FIG.

schwinger,
Figo 10 Uo 11 vereinfacht zwei verschiedene ArbeitsweisenSchwinger,
Figo 10 Uo 11 simplifies two different ways of working

der Ausführungsform nach Figo 9_S Figo 12 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsformthe embodiment shown in Figo 9 _S Figo 12 is a plan view of a third embodiment

eines erfindungsgemäßen Mikroresonators, Figo 13 vereinfacht die Arbeitsweise des Mikroresonatorsa microresonator according to the invention, 13 simplifies the operation of the microresonator

nach Fig. 12, .
Figo 14 eine vereinfachte schaubildliche Ansicht, die den Unterschied im Plättchen-Schnittwinkel zwischen dem Stand der Technik und der Erfindungaccording to Fig. 12,.
14 is a simplified perspective view showing the difference in wafer cut angle between the prior art and the invention

zeigt,
Fig. 15 ein Diagramm, das die Arbeitseigenschaften eines in üblicher Weise im NT-Schnitt ausgeführten Mikroresonators vom Stimmgabeltyp zeigt,shows,
15 is a diagram showing the working properties of a microresonator of the tuning fork type made in a conventional manner in the NT section;

50988Λ/075050988Λ / 0750

Jig. 16 ein der Figo 15 entsprechendes Diagramm der Arbeitseigenschaften eines erfindungsgemäßen i/iikroresonators undJig. 16 is a diagram corresponding to FIG. 15 in FIG Working properties of an i / iikroresonator according to the invention and

Figo 17 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Mikroresonatorso Fig. 17 is a circuit diagram of a microresonator according to the invention

Ein erfindungsgemäßer Oszillator 1, siehe I¹Ig₀ 1, ist als Stimmgabeltyp-Oszillator ausgeführt und aus einem piezoelektrischen dünnen Plättchenmaterial hergestellte Dieser Oszillator 1 weist zwei schwingfähige Arme 2 und awei 2a auf, die eine dazwischen liegende Lücke 100 begrenzen,.An oscillator 1 according to the invention, see I ¹ Ig ₀ 1, is designed as a tuning fork type oscillator and is made from a thin piezoelectric plate material.

Auf dem Arm 2 ist der Hauptarbeitsteil 3b¹ einer aus dünnem Film bestehenden Elektrode 3b angeordnete Dieser Teil 3b' ist als längliches Rechteck geformt,, Die Elektrode 3b insgesamt ist als abgeplattete und mit ausgeprägten Winkeln versehene Ziffer 6 geformte Die entgegengesetzte Filmelektrode 3a, die als abgeplattete und winklig verzerrte S-Form ausgebildet ist, weist einen Hauptarbeitsteil 3a¹ ebenfalls in Gestalt eines länglichen Rechtecks auf, das auf dem Arm 2a liegte Diese Elektroden 3a und 3b sitzen fest auf der Oberseite der Oszillatorunterlage l_o Das Anhaften kann durch Aufdampfen erreicht werden_o Die genaue Form der Elektroden kann durch Verwenden von Masken oder durch Ätzung hergestellt werden,, Falls erforderlich, kann auch ein Laser-Strahl zur Formung der Elektroden benutzt werden, wie an sich bekannt ist«On the arm 2 is the main working part 3b ^{1 of} an electrode 3b made of thin film flattened and angularly distorted S-shape is formed, has a main working part 3a ¹ is also in the shape of an elongated rectangle, which in the arm 2a liegte These electrodes 3a and 3b are stuck on top of the oscillator base l _o the adhesion can be achieved by vapor deposition _o The exact shape of the electrodes can be made by using masks or by etching. If necessary, a laser beam can also be used to shape the electrodes, as is known per se. "

Die Enden der Anschlußteile dieser Elektroden 3a und 3bThe ends of the terminal parts of these electrodes 3a and 3b

509884/0750 - 9 -509884/0750 - 9 -

sind als etwas verbreiterte Anschlußabsätze 4a, 4b ausgebildet, die eine einfache elektrische Verbindung ermöglichen, wie noch erläutert wird»are designed as somewhat widened connection shoulders 4a, 4b, which enable a simple electrical connection, as will be explained »

Diese Absätze 4a, 4b können auch verdickt sein, um die Haftfestigkeit zu erhöhen,, Gewöhnlich haben sie jedoch die gleiche Dicke wie die anderen Teile der entsprechenden Elektroden, da ein Leitungsverbindungsverfahren nicht benötigt wirdο In diesem Fall kann die Absatzdieke einbis mehrere tausend Angström betragen.These paragraphs 4a, 4b can also be thickened in order to increase the adhesive strength, but they usually have the same thickness as the other parts of the respective electrodes because a wire connecting process is not required will o In this case, the sales department can use a bis several thousand angstroms.

Obwohl die dargestellte erste Ausführungsform des Oszillators nur ein Paar Elektroden aufweist, die auf der Oberfläche der Platte oder Unterlage 1 kleben, kann auch ein gleiches Paar Elektroden auf die Unterseite geklebt werden, wodurch die Kristallimpedanz beträchtlich verringert wird«Although the illustrated first embodiment of the oscillator has only a pair of electrodes that are adhered to the surface of the plate or base 1, one can also be the same pair of electrodes can be glued to the underside, which considerably reduces the crystal impedance «

Verhältnismäßig dicke Plattenelemente 5a und 5b sind auf die Endabschnitte der schwingfähigen Arme 2a, 2b aufgeklebt und dienen zur Roheinstellung der Arbeitsfreq.uenz des Oszillators» Falls die Arbeitsfrequenz geringer als die Frequenz ist, die sich durch die Herstellung ergibt, kann ein Teil dieser dicken Plättchenelemente durch Anwendung von Laser-Strahlen getrimmt werden, wodurch die Schwingungsfrequenz des Oszillators in erster Annäherung auf die vorbestimmte Arbeitsfrequenz vermindert wird*Relatively thick plate elements 5a and 5b are on the end sections of the swingable arms 2a, 2b are glued on and are used for raw setting of the working frequency of the oscillator »If the working frequency is lower than the frequency resulting from the manufacture, Some of these thick platelet elements can be trimmed by the application of laser beams, thereby reducing the The oscillation frequency of the oscillator is reduced to the predetermined operating frequency as a first approximation *

Eng/benachbart und neben diesen dicken JIechelementen sindAre closely / adjacent to and next to these thick JIechelemente

- 10 509884/0750 - 10 509884/0750

verhältnismäßig dünne Lie tall öle oiielemente 6a und 6b vorgesehen, die fest auf der Oberseite der Sohwingarme 2, 2a haften» Diese dünneren ülenente dienen zur genauen Einstellung der Arbeitsfrequenz des Oszillators, wobei sie in gleicher '.'/eise, wie oben erwähnt, getrimmt werden können, um die vorbestimmte Arbeitsfrequenz praktisch herzustellen,,relatively thin Lie tall oil oil elements 6a and 6b are provided, which adhere firmly to the top of the swing arm 2, 2a »These thinner sleeves are used for precise adjustment the working frequency of the oscillator, whereby they are trimmed in the same '.' / eise, as mentioned above able to practically establish the predetermined working frequency,

Ein nur vereinfacht und teilweise dargestellter Grundkörper 7 trägt den J?ußendabschnitt des Oszillators 1 und ist seinerseits fest innerhalb eines Umhüllungsgehäuses 10, siehe Jigο 2, angeordnetοA base body 7, which is only shown in a simplified and partially illustrated manner, carries the outer end section of the oscillator 1 and is in turn fixed within an enclosure housing 10, see Jigο 2, arrangedο

Der Grundköder 7 besteht aus Isoliermaterial, wie Z₀B₀ Keramik, und ist mit einer leitenden Schicht 8 versehen, die durch ein Metallisierungsverfahren oder derglo ausgebildet worden ist_o The ground bait 7 is made of insulating material such as Z ₀ B ₀ ceramics, and is provided with a conductive layer 8 that has been formed by a plating method or derglo _o

TJm den- Oszillator 1 fest in seiner Lage anzuordnen, wird er mit seinem Fußendabschnitt einschl_o der Absätze 4a und 4b unter Druck auf die leitende Schicht 8 gesetzt, die vorbereitend mit einem leitenden Klebemittel oder einer Lötpaste beschichtet worden ist«.TJM nevertheless oscillator 1 fixedly arrange in position, it is included with its base end portion _o of paragraphs 4a and 4b under pressure to the conductive layer 8 is set that has been preliminarily coated with a conductive adhesive or a solder paste. "

In Mgο 2 ist eine abgeschlossene Mikroresonator—Baugruppe dargestellt, die mit dem eigentlichen Resonator nach Mg₀ ausgerüstet ist«, In dieser Ausführungsform ist jedoch eine gleiche Anordnung von aus dünnem Mim bestehenden EHäctrodenIn Mgο 2 is a completed micro-cavity assembly is illustrated that is equipped with the actual resonator according Mg ₀ "In this embodiment, however, a similar arrangement of existing thin Mim EHäctroden

- 11 ~ 609884/0750 - 11 ~ 609884/0750

auch auf der Unterseite der Platte 1 vorgesehene Diese Elektroden und anderen Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie die Teile auf der Oberseitenanordnung ■versehen, die in Figo 1 gezeigt ist_o Die Endabsätzie sind auch wieder mit 4a, 4"b bezeichnet, in gleicher Weise wie die in Figo Io Jeder dieser Absätze hat eine Dicke von etwa 1-2 u_o and on the underside of the plate 1 provided these electrodes and other components as the components are identified by the same reference numerals on the top assembly ■ shown in Figo 1 _o The Endabsätzie are again designated by 4a, 4 "b, in the same way like the one in Figo Io each of these paragraphs is about 1-2 u _{o thick}

Die Platte 1 ist in der in Figo 2 gezeigten Ausführungsform an ihrem freien Endabschnitt auch an der Unterseite mit einem dicken Filmelement 5 zur Roheinstellung der Arbeitsfrequenz des Resonators und einem dünnen Filmelement 6 versehen, das für die Feineinstellung der Frequenz dient, wobei die Elemente 5 und 6 durch Laser-Strahlen, falls erforderlich, getrimmt werden können₀ Nötigenfalls können jedoch diese zur Einstellung dienenden Elemente 5 und 6 nur auf der Oberseite des Resonators angebracht werden, wie in Figo 1 gezeigteIn the embodiment shown in FIG. 2, the plate 1 is provided at its free end section also on the underside with a thick film element 5 for the rough adjustment of the operating frequency of the resonator and a thin film element 6 which is used for the fine adjustment of the frequency, the elements 5 and 6 by laser beams, if necessary, can be trimmed ₀ If necessary, however, these serving for the setting items 5 and 6 are mounted only on the top of the resonator, as shown in Figo 1

Ein Baugruppengehäuse 10 besteht aus keramischem Material und weist ein länglich rechtwinkliges, offenes Kastenelement 10a und eine Deckplatte 10b auf, die mittels Zement oder klebendem Material bei 10c dicht versiegelt wird. Die Basis 7 ist einteilig mit dem Bodenahschnitt des Kastens ausgebildete Der metallisierte Bereich 8 liegt auf der Oberseite der Basis 7 und erstreckt sich vom Inneren der Baugruppe her bis zur freiliegenden äußeren Endfläche des Kastenelementes und ist dort elektrischAn assembly housing 10 is made of ceramic material and has an elongated, rectangular, open box element 10a and a cover plate 10b, which is tightly sealed by means of cement or adhesive material at 10c will. The base 7 is in one piece with the floor cut The metallized area 8 is formed on top of the base 7 and extends from the box Inside the assembly down to the exposed outer end surface of the box element and is electrical there

S0988A/0750- -12-S0988A / 0750- -12-

mit einem Anschluß 11 verbundeneconnected to a terminal 11

Der Resonator 1 ist mit seinem Fußende fest auf der Grundplatte 7 angeordnete Hierzu wird leitende KLebepaste 9 verwendet, die nicht nur zur festen Anordnung des Resonators, sondern auch zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den oberen und unteren Elektroden 3a, 3b des Resonators und den metallisierten Bereichen 8 diente Der Innenraum des Gehäuses 10 ist soweit wie möglich evakuiert oder mit einem unter geringem Druck stehenden inerten Gas gefüllt, wie Z₀B₀ Stickstoff₀ The resonator 1 is firmly arranged with its foot end on the base plate 7. For this purpose, conductive adhesive paste 9 is used, which not only for the fixed arrangement of the resonator, but also for establishing an electrical connection between the upper and lower electrodes 3a, 3b of the resonator and the metallized The interior of the housing 10 is evacuated as far as possible or filled with an inert gas under low pressure, such as Z ₀ B ₀ nitrogen ₀

Fig» 3A zeigt vereinfacht die Arbeitsweise der Ausführungs— form nach Figo 2₀ Die Schwingfähigen Arme des Stimmgabel— resonators sind in dieser Figo vereinfacht bei 2 und 2a dargestellteFigure "3A schematically shows the operation of the execution form according to Figo 2 ₀ The vibratable tuning fork arms of the resonators are simplified in this Figo at 2 and 2a shown

Wenn das elektrische Potential an den ersten Eelektroden 3a über das der zweiten Elektroden 3a erhöht wird, werden in dem Plättchenmaterial des Resonators 1 die elektrischen Felder 13a und 13b induzierte Falls das piezoelektrische Material Quarz ist und die waagerechte und seitliche Richtung des Armes 2 im wesentlichen mit der X-Achse des Quarzkristalles zusammenfällt und die senkrecht zur -Zeichenebene der Figo 3a gehende Richtung im wesentlichen der Y-Achse des Kristalls entspricht, verursachen die elektrischen Felder 13a elastische Spannungen, welche im wesentlichen in die Y—Richtung in den Teilen des PlättchensWhen the electrical potential at the first electrodes 3a is increased by the second electrodes 3a, in the plate material of the resonator 1, the electrical Fields 13a and 13b induced If the piezoelectric material is quartz and the horizontal and lateral ones Direction of the arm 2 essentially coincides with the X-axis of the quartz crystal and perpendicular to the -Plane of the drawing of Figo 3a going direction corresponds essentially to the Y-axis of the crystal, cause the electric fields 13a elastic stresses, which are essentially in the Y direction in the parts of the plate

- 13 ~ $09884/0760 - 13 ~ $ 09884/0760

gerichtet sind, die mit den elektrischen Feldern "beaufschlagt sind«. In gleicher Weise werden durch Anlegen der elektrischen Felder 13b Kontraktions- oder Kompressions- .;-..-spannungen in Richtung Y der Teile des Plättchenmaterials , in denen die elektrischen Felder anliegen., Aufgrund dieser 7/irkung werden die Schwingarme 2 und 2a veranlaßt, sich nach innen und einander annähernd zu biegen,. In gleicher Weise werden die Arme 2, 2a, wenn das Potential bei 3a niedriger als das bei 3b ist, zu entsprechender Biegung mit Bezug aufeinander veranlaßto Daher wird durch Anlegen einer Wechselspannung an diese Elektroden 3a, 3b die Ausführung einer Biegeschwingung erzwungen©are directed, which are acted upon by the electric fields " are". In the same way, by applying the electric fields 13b, contraction or compression.; -..- voltages in direction Y of the parts of the platelet material in which the electric fields are applied., Because of this effect, the swing arms 2 and 2a are made to move inward and approximate to each other to bend,. In the same way, the arms 2, 2a, if the potential at 3a is lower than that at 3b corresponding bending with respect to each other is therefore caused by applying an alternating voltage to them Electrodes 3a, 3b the execution of a flexural vibration forced ©

In dieser ersten Art der Erregung des Stimmgabel—MikroResonators nach Figo 1 und 3A wird die Schwingung dadurch ausgelöst, daß elektrische Felder angelegt werden, und zwar auf beiden Seiten der Längsachse oder der Mittelebene des eigentlichen Resonators»In this first type of excitation of the tuning fork micro-resonator according to Figo 1 and 3A, the vibration is thereby triggered that electric fields are applied, on both sides of the longitudinal axis or the median plane of the actual resonator »

Bei der in Figo 3B gezeigten zweiten Art der Erregung wird die Schwingung dadurch ausgelöst, daß elektrische Felder nur in einem Bereich allein angelegt werden,'der ■ von der Längsmittelebene des eigentlichen Resonators versetzt liegt» Wenn im einzelnen der Schwingarm 2 betrachtet wird, sind herausgerückte Elektroden 3a und mittig angeordnete Elektroden 3b' vorgesehene In gleioher Weise ist der andere Schwingarm 2a mit mittig liegenden Elektroden 3a^f In the second type of excitation shown in FIG. 3B, the oscillation is triggered by the fact that electric fields are only applied in one area which is offset from the longitudinal center plane of the actual resonator Electrodes 3a and centrally arranged electrodes 3b 'are provided in the same way is the other swing arm 2a with centrally located electrodes 3a ^f

509884/0750 ^: - 14 -509884/0750 ^: - 14 -

und seitlich herausgerückten Elektroden 3b ausgestattete Wenn das Potential bei 3a höher als das bei 3b erscheinende gemacht wird, entwickeln sich elektrische Felder 13 innerhalb des Materials des Plättchens_o Dadurch entstehen Zugspannungen an den Bereichen zwischen den Eelektroden 3a und 3b und entlang dieser Elektroden, so daß die Schwingarme sich aufeinander zu bewegen_o Durch Anlegen einer 7/echselspannung zwisehen diesen Elektroden wird dementsprechend eine Biegeschwingung erregt und aufrechterhalten» and laterally gerückten electrodes 3b equipped When the potential at 3a as this is done at 3b appearing higher electric fields 13 develop _o within the material of the plate This results in tensile stresses at the areas between the Eelektroden 3a and 3b and along these electrodes so that the swing arms move towards each other _o By applying a half-wave voltage between these electrodes, a bending vibration is accordingly excited and maintained »

Bei der dritten Art der Schwingungserzeugung an dem piezoelektrischen Stimmgabel—Resonator, siehe Figo 3G» sind die Elektroden 3a und 3b entgegengesetzt der Polarität nur auf einer Fläche der Arme 2, 2a der Gabel angebracht. Wenn Spannung in der Weise anliegt, daß die Elektroden 3a auf dem gegenüber den Elektroden 3b höheren Potential sind, entwickeln sich die elektrischen Felder 13a, 13b₀ In the third type of oscillation generation on the piezoelectric tuning fork resonator, see FIG. 3G, the electrodes 3a and 3b are attached opposite to the polarity only on one surface of the arms 2, 2a of the fork. When a voltage is applied in such a way that the electrodes 3a are at the higher potential than the electrodes 3b, the electric fields 13a, 13b _{0 develop}

Unter der Einwirkung der elektrischen Felder 13a werden Zugspannungen innerhalb des piezoelektrischen Materials der Stimmgabelplatte erzeugt, während durch die elektrischen Felder 13b entgegengesetzter Polarität Druckspannungen erzeugt werden_e Aufgrund dieser Spannungen biegen sich die Schwingarme 2 und 2a nach innen und zueinander hin_o Durch Anlegen einer Viechs el spannung zwischen den Elektroden 3a und 3b wird so eine Biegeschwingung erzegteUnder the influence of the electric fields 13a tensile stresses are generated within the piezoelectric material of the tuning fork plate, while compressive stresses are generated by the electric fields 13b of opposite polarity _e Due to these stresses, the oscillating arms 2 and 2a bend inward and towards each other _o By applying a creature el voltage between the electrodes 3a and 3b, a bending vibration is generated

Figo 4 zeigt eine gegenüber der ersten Ausführungsform nachFigo 4 shows a compared to the first embodiment

&09884/0750 . - 15 -& 09884/0750. - 15 -

Figo 1 geringfügig abgewandelte Form, mit der noch eine höhere Leistungsfähigkeit erreichbar ist_o Der liikroresona— tor 1 weist ein Paar Stimmgabelarme 2, 2a auf _o Die ötimmgabelförmige Platte 1 ist auf beiden Machen mit Elektroden 3a, 3b entgegengesetzter Polarität versehen, wobei in der Zeichnung nur die auf der Oberseite angebrachten Elektroden zu sehen sindoFigo 1 slightly modified form, with the even higher performance can be achieved _o liikroresona- tor 1 has a pair of tuning fork arms 2, 2a _o ötimmgabelförmige plate 1 is provided on both make with electrodes 3a, 3b of opposite polarity, wherein in the drawing only the electrodes attached to the top can be seen o

Auf jeder der deitenkantenflachen 14 ist in diesem lall eine Elektrode 3c angeordnete Durch Anbringen dieser Seitenkantenelektroden 3c werden,die elektrischen Felder, die in dem Material des iStimmgabelresonators entwickelt ., werden, gegenüber der ersten Ausführungsform .vergrößert, so daß sich die bereits erwähnte verbesserte Wirksamkeit ergibto Die Absätze 4 dieser Ausführungsform entsprechen den Absätzen 4b der Figo 1 und sorgen durch ihre Form und Anordnung für eine Vereinfachung in der Herstellung und beim Zusammenbaue Die Seitenelektroden wirken als eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden, die auf der Ober- bzw_o Unterseite der Platte angebracht sind«In this case, an electrode 3c is arranged on each of the side edge surfaces 14. By attaching these side edge electrodes 3c, the electric fields that develop in the material of the tuning fork resonator are increased compared to the first embodiment, so that the already mentioned improved effectiveness ergibto paragraphs 4 correspond to this embodiment, paragraphs 4b of Figo 1 and due to their shape and arrangement for simplification in the manufacture and Zusammenbaue the side electrodes act as an electrical connection between the electrodes or on the top _o underside of the plate are appropriate "

Bei dieser Ausführungsform genügt auch eine geringere Masse 9 des leitenden KLebemittelSo Dieses wird so eingeführt, daß es zwischen der unteren Fläche gedes Absatzes 4 und der entsprechenden metallisierten Fläche 8 liegt und den eigentlichen Resonator dadurch fest und genau auf der Basis 7 halteIn this embodiment, a smaller one is also sufficient Ground 9 of the conductive adhesive So this is introduced in such a way that that it lies between the lower surface of the paragraph 4 and the corresponding metallized surface 8 and thereby hold the actual resonator firmly and precisely on the base 7

Ohne Verwendung dieser Seitenkantenelektroden, doh« bei derWithout using these side edge electrodes, doh «in the

809884/0750 ·..·., " ^l6 ~809884/0750 · .. ·., " ^L6 ~

Elektrodenanordnung nach Figo 1, sind die Elektroden der Oberseite nicht mit den entsprechenden Elektroden der Unterseite verbunden, sondern elektrisch voneinander isolierte Daher muß reichlich Klebemasse 9 zur Befestigung des Fußendes der Platte verwendet werden, so daß auch auf der Oberseite des eigentlichen Resonators oder der Platte eine solche Menge von ICLebepaste vorhanden ist, daß sie über diese Fläche beträchtlich hinausragteElectrode arrangement according to Figo 1, the electrodes are the Top side not connected to the corresponding electrodes on the bottom side, but electrically isolated from each other Therefore, plenty of adhesive 9 must be used to secure the foot end of the plate, so that too there is such an amount of ICLebepaste on the top of the actual resonator or the plate, that it protruded considerably beyond this surface

5 zeigt ein Schema, das die Arbeitsweise des Resonators nach Figo 4 veranschaulichteFIG. 5 shows a diagram which illustrates the operation of the resonator according to FIG

In diesem Fall ist eine Platte mit zwei parallelen Schwingarmen 2, 2a ausgebildet und auf jeder der beiden Flächen mit vollständig gleichen, dünnen Filmelektroden 3a und3b entgegengesetzter Polarität verseheneIn this case, a plate is formed with two parallel swing arms 2, 2a and on each of the two surfaces provided with completely identical thin film electrodes 3a and 3b of opposite polarity

Ferner sind an den Seiten verbindende dünne Filmelektroden entsprechend den Elektroden 3c vorgesehene. Zur Vereinfachung der Zeichnung und der Übersichtlichkeit halber sind diese Seitenkantenelektroden jedoch nur so dargestellt, daß sie die entsprechenden Elektroden 3a, 3b verbinden,,Further, connecting thin film electrodes corresponding to the electrodes 3c are provided on the sides. For simplification For the sake of the drawing and for the sake of clarity, however, these side-edge electrodes are only shown as that they connect the corresponding electrodes 3a, 3b ,,

Yienn 3a auf einem höheren elektrischen Potential als 3b ist, entstehen elektrische Felder 13a, 13a¹, 13b und 13b Ό Die mit 13a¹ und 13b¹ gezeichneten Teile der Felder sind durch das elektrische Zusammenwirken der mittig liegenden Elektroden und der Seitenkantenelektroden erzeugt worden, Yienn 3a is at a higher electrical potential than 3b, electric fields 13a, 13a ¹ , 13b and 13b are created Ό The ^{parts of the fields marked 13a 1} and 13b ¹ are generated by the electrical interaction of the centrally located electrodes and the side edge electrodes,

- 17 50988Λ/0750 - 17 50988Λ / 0750

die in Figo 4 mit 3c bezeichnet sind»which are designated in Figo 4 with 3c »

Wie ein Vergleich der Figo 5 mit den Figo 3A, 3B und 30 zeigt, wird die gesamte Feldwirkung erhöht und verstärkt daduroh, daß die mit 13a' und 13b' bezeichneten Feldteile auftreten«. Das zeigt deutlich, daß die abgewandelte Ausführungsform mit den Seitenkantenelektroden mit Bezug auf die Leistungsfähigkeit und die Kristallimpedanz der allgemein verbesserten ersten Ausführungsform noch überlegen istoLike a comparison of FIG. 5 with FIGS. 3A, 3B and 30 shows, the total field effect is increased and amplified because the field parts denoted by 13a 'and 13b' appear". This clearly shows that the modified embodiment with the side edge electrodes with respect to the performance and the crystal impedance is still superior to the generally improved first embodiment

Bine weiter abgewandelte Form ist in Figo 6 dargestellte ; Der eigentliche Stimmgabelresonator 1 ist mit einem Paar durchgehender öffnungen 15 versehen, die jeweils in der i.Iitte eines Absatzes 4 ausgebildet sindoA further modified form is shown in FIG. 6; The actual tuning fork resonator 1 is provided with a pair of through openings 15, each in the i.Iitte of a paragraph 4 are formed o

Beim Zusammenbau des Resonators mit den anderen Teilen der Baugruppe wird in jede der Öffnungen 15 eine kugelförmige Masse Lotmaterial gesetzt, nachdem das Fußende des eigentlichen Resonators 1 auf die Stufe oder Basis 7 gesetzt worden ist, die völlig derjenigen in Fig. 1 und 2 gleichtο Bei dieser Anordnung werden wiederum die metallisierten Bereiche 8 teilweise vom Fußende des Resonators 1 überlappteWhen assembling the resonator with the other parts of the assembly, a spherical mass of solder material is placed in each of the openings 15 after the foot end of the actual resonator 1 has been placed on the stage or base 7, which is completely the same as in FIGS. 1 and 2 same o With this arrangement, the metallized Areas 8 partially overlapped from the foot end of the resonator 1

Wenn die Resonatorbaugruppe soweit zusammengesetzt worden ist, wird auf die Durchgangsöffnungen ein Laser-Strahl oder ein Heißluftstrom gerichtet, um die Lotkugeln zu schmelzen und dadurch den eigentlichen Resonator fest mitWhen the resonator assembly has been assembled, a laser beam is applied to the through openings or a stream of hot air is directed to melt the solder balls and thereby firmly join the actual resonator

509884/0750 - 18 ~509884/0750 - 18 ~

den Bereichen 8 der Stufe 7 zu vereinigen„ Gleichzeitig wird dadurch die erforderliche innige elektrische Verbindung zwischen den oberen und unteren Elektroden der Platte und den metallisierten Bereichen auf der Basis 7 hergestellt,.to unite the areas 8 of level 7 “Simultaneously this creates the necessary intimate electrical connection between the upper and lower electrodes of the Plate and the metallized areas made on the base 7 ,.

Es ist zu beachten, daß die hier verwendeten Stimmgabelförmigen Platten aus dünnem, plattenförmigen! piezoelektrischem Material mit Hilfe eines Ätzverfahrens hergestellt werden» Die durchgehenden Öffnungen können dabei sehr einfach gleichzeitig mit ausgebildet werden_o D_oh_o, daß die Ausbildung dieser Öffnungen nicht eine Massenherstellung der Mikroresonatoren beeinträchtigteIt should be noted that the tuning fork-shaped plates used here are made of thin, plate-shaped! Piezoelectric material can be produced with the help of an etching process »The through openings can very easily be formed at the same time _o D _o h _o that the formation of these openings did not impair the mass production of the microresonators

Figo 7 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil der Figo 6, und zwar nachdem der oben erwähnte Lötvorgang . ausgeführt worden ist_o Die Absätze 4 sind durch Aufdampfen eines geeigneten Metallmaterials, vorzugsweise Gold, hergestellt,, Jig» 7 zeigt deutlich die beschriebene elektrische Lötverbindung, bei der die Öffnung 15 durch das verfestigte Lötmaterial 9 in der dargestellten tfeise ausgefüllt wirdoFIG. 7 shows a longitudinal section through part of FIG. 6, namely after the above-mentioned soldering process. _o The paragraphs 4 are produced by vapor deposition of a suitable metal material, preferably gold. Jig »7 clearly shows the electrical solder connection described, in which the opening 15 is partially filled by the solidified solder material 9 in the depicted o

Zum Zusammenbau köusen zwei Stifte auf der Basis 7 hochstehend angeordnet werden und zum leichteren Aufsetzen des eigentlichen Sesonators durch die Öffnungen 15 hindurch« greifen«, Anstelle dieser durchgehenden Öffnungen können auch an den entsprechenden, einander gegenüberliegenden Seitenkantenflächen Ausschnitte vorgesehen sein, die inFor assembly, two pins stand upright on the base 7 are arranged and for easier placement of the actual Sesonator through the openings 15 through « grab «, instead of these continuous openings cutouts can also be provided on the corresponding, mutually opposite side edge surfaces, which are shown in FIG

S09884/0750 ¹⁹~S09884 / 0750 ¹⁹ ~

gleicher "/eise zur Befestigung und zum Anschließen der Absätze 4 auf den Flächen 8 mit Lotmaterial ausgefüllt werden»same "/ iron for attaching and connecting the Paragraphs 4 on the areas 8 are filled in with solder material »

Figo 8 zeigt eine weitere Möglichkeit der Befestigung eines Resonators 1 auf einer festen Grundplatte 16, die aus isolierendem Material, vorzugsweise Keramik, hergestellt ist, und die ihrerseits fest auf der bodenplatte eines Baugruppengehäuses, wie etwa dem Gehäuse 10 in Figo 2 angeordnet oder einteilig mit dieser nicht näher dargestellten Bodenplatte ausgebildet ist_o Zwei Metall— stifte 17» die vorzugsweise einen Durchmesser von 100 400 Mikron haben, und von denen nur einer dargestellt ist, gehen abgedichtet und fest durch die Grundplatte 16 hindurch, um den eigentlichen Resonator 1 der Ausführungsform nach Figo 6 in der in Figo 8 gezeigten Weise anzuordnen₀ Der eigentliche Resonator wird fest in seiner Lage dadurch gehalten, daß die oberen Enden der Stifte durch die öffnungen 15 hindurchgehen, auf die eine leitende Paste oder Lot 9 aufgebracht worden ist, um die entsprechenden Zwischenräume auszufüllen_e Durch diese Art der Halterung und Befestigung kann eine nicht beabsichtigte Ableitung von ochwingungsenergie des Resonators nach außen im wesentlichen verhindert werden_o Falls die Stifte 17 mit einem gewissen Maß an Elastizität ausgebildet sind, kann der Resonator im wesentlichen stoßsicher arbeiten_P Figo 8 shows a further possibility of fastening a resonator 1 on a solid base plate 16, which is made of insulating material, preferably ceramic, and which in turn is fixed on the base plate of a module housing, such as the housing 10 in FIG This base plate, not shown in detail, is formed _o Two metal pins 17 », which preferably have a diameter of 100,400 microns, and of which only one is shown, go through the base plate 16 in a sealed and fixed manner to the actual resonator 1 of the embodiment to be placed in the position shown in Figo 8 way Figo 6 ₀ the actual resonator is held in position by the fact that to pass through the upper ends of the pins through the openings 15 to which a conductive paste or solder is applied 9 for the respective gaps to be filled in _e This type of mounting and fastening can result in an unintended A The transmission of oscillation energy of the resonator to the outside can essentially be prevented. _o If the pins 17 are designed with a certain degree of elasticity, the resonator can work essentially shockproof _P

Figo 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindunge9 shows a further embodiment of the invention

- 20 — S0988A/0750 .- 20 - S0988A / 0750.

Der Resonator ist liier als frei schwingender Biege— schwinger ausgebildete Der Resonator 1 in Form eines in der Mitte gehalterten schwingenden Stabes ist mit einem Paar piezoelektrischer dünner Filmelektroden 3a, 3b versehen, die mi L Spannungen entgegengesetzter Polarität wie in den vorhergehenden Beispielen erregt werden»The resonator is liier as a freely oscillating bend— The resonator 1 in the form of a vibrating rod held in the middle is with a pair of piezoelectric thin film electrodes 3a, 3b, the mi L voltages of opposite polarity are excited as in the previous examples »

Obwohl die Elektroden 3a, 3b entgegengesetzter Polarität nur an der Oberseite, siehe auch Figo 9 und 11, angeordnet zu werden brauchen, ist es sehr vorteilhaft, die Elektroden an der Ober- und der Unterseite der Stange anzubringen, um eine noch weiter verbesserte Leistungsfähigkeit zu erzielenοAlthough the electrodes 3a, 3b of opposite polarity are only arranged on the upper side, see also FIGS. 9 and 11 need to be, it is very beneficial to have the electrodes on the top and bottom of the rod to be attached in order to achieve an even further improved performance ο

Bei diesem Beispiel sind kleine durchgehende öffnungen durch das Material des Stabes 1 an dessen Knotenpunkten gebohrt. Dünne Metalldrähte 17 sind durch diese feinen Öffnungen hindurchgeführt, und der Stab 1 wird dadurch befestigt, daß ein leitendes Klebe— oder Lötmaterial wie im vorhergehenden Beispiel verwendet wird, um die Zwischenräume auszufüllen, so daß der Stab dadurch elastisch gehalten wird_o Eine Metallschicht 19 kann auf einer oder beiden Flächen des Stabes angebracht werden, um den Resonator zu trimmen und seine Arbeitsfrequenz in der oben erwähnten Weise genau einzustellen«,In this example, small through openings are drilled through the material of the rod 1 at its nodes. Thin metal wires 17 are passed through these fine openings, and the rod 1 is thereby fixed so that a conductive adhesive or solder is used as in the previous example, the gaps filled in, so that the rod is kept elastically _o A metal layer 19 may be placed on one or both surfaces of the rod in order to trim the resonator and precisely adjust its working frequency in the manner mentioned above «,

Die Trimmschicht bzw_o -schichten 19 ist bzw„ sind von der Elektrode 3b in dieser Anordnung getrennte Falls er~The trimming _{layer or} layers 19 is or are separate from the electrode 3b in this arrangement

- 21 ~ 509884/0750- 21 ~ 509884/0750

forderlich, können jedoch diese Teile miteinander vereinigt sein, ohne daß dadurch irgendwelche Schwierigkeiten entsteheno Die Elektroden auf den beiden Flächen des Resonatorstabes sind nämlich auf gleichem elektrischem Potential, so daß die statische Kapazität zwischen ihnen durch Ausführung von Trimmarbeiten nicht verändert wird₀ required, but these parts can be combined without causing any difficulties o The electrodes on the two surfaces of the resonator rod are at the same electrical potential, so that the static capacitance between them is not changed by performing trimming work ₀

den . tesonatorstab nach Figo 9 ist zur Erläuterung ein Betriebsschema in Ju¹Ig₀ 10 dargestelltethe . tesonatorstab according to Figo 9 is an operating diagram shown ^{in Ju 1} Ig _{0 10 for explanation}

Wenn das elektrische Potential an den Elektroden 3a höher als das an den Elektroden 5b entgegengesetzter Polarität ist, werden in dem Material des Stabes 1 die elektrischen Felder 15a und 13b entwickelteWhen the electrical potential at the electrodes 3a is higher than that at the electrodes 5b of opposite polarity is, the electric fields 15a and 13b are developed in the material of the rod 1

Durch das Anliegen dieser elektrischen leider entstehen ZoBo innerhalb des Abschnittes des Resonatorstabes, der in Beziehung zu den Elektroden 13a steht, Zugspannungen in einer Richtung, die rechtwinklig zur Ebene des Zeichen· papiers der Figo 10 stehto In diesem Fall werden gleichzeitig Druckspannungen in derselben Richtung erzeugt, und zwar eng benachbart zu den Elektroden 13b_o Insgesamt wird dadurch der Resonatorstab nach rechts gebogen₀ Durch Anlegen einer Wechselspannung wird der Resonator zu Biegeschwingungen erregteUnfortunately, due to the application of this electrical tension, tensile stresses arise within the section of the resonator rod which is related to the electrodes 13a in a direction which is perpendicular to the plane of the drawing paper in FIG. 10. In this case, compressive stresses are simultaneously generated in the same direction , namely closely adjacent to the electrodes 13b and _o total, thereby the resonator rod bent to the right ₀ by applying an AC voltage, the resonator is excited to bending vibrations

Eine Ausführungsform des Stabresonators, bei welcher die Elektroden auf einer Stabfläche angeordnet sind, ist ver-An embodiment of the rod resonator, in which the electrodes are arranged on a rod surface, is

- 22 ~ 609884/0750 - 22 ~ 609884/0750

einfacht in J¹Ig₀ 11 gezeigte In diesem Jail brauchen keine durchgehenden Öffnungen an den Knotenpunkten des .Resonators vorgesehen zu werden_o shown simply in J ¹ Ig ₀ 11 In this jail no through openings need to be provided at the nodes of the .Resonator _{or similar}

Wenn Brregerspannungen entgegengesetzter Polarität an die Elektroden 3a und 3b angelegt werden, werden elektrische .Felder 13a und 13b erzeugt, die entgegengesetzt zueinander gerichtet sind und in Richtung der Stabbreite gehen,, Diese Felder verursachen in dem Material des ötabes elastische Spannungen, so daß der Stabresonator sich biegt«.If the excitation voltages are of opposite polarity electrodes 3a and 3b are applied become electrical .Fields 13a and 13b generated, which are opposite to each other are directed and go in the direction of the bar width, These fields cause elastic stresses in the material of the ötabes, so that the rod resonator bends.

Bei der Ausführungsform nach Figo 12 sind Elektroden auf einer Plattenunterlage in Stimmgabelform derart angeordnet, daß innerhalb des Materials der Platte 1 quer gerichtete elektrische Felder erzeugt werden_o In the embodiment according to FIG. 12, electrodes are arranged on a plate support in the form of a tuning fork in such a way that transversely directed electrical fields are generated within the material of the plate 1 _{or the like}

Die Stimmgabel weist zwei parallele Schenkel oder Schwingarme 2a, 2b aufo Auf der Oberseite des Resonators 1 ist eine dünne Filni-elektrode 3a durch Aufdampfen, Aufsprühen oder ein galvanisches Verfahren angeordnet«, Die Elektrode 3a hat eine eckige, längliche S-IOrm_o In gleicher Weise ist eine dünne Filmelektrode 3b auf der Unterseite der Stimmgabelplatte 1 angeordnet und weist eine eckige, längliche 8—Form auf₀ Diese Elektroden 3a und 3b, sind, bei Draufsicht auf die Stimmgabelplatte im wesentlichen entgegengesetzt zueinander angeordnet, sind jedoch in seitlicher Richtung der Platte geringfügig gegeneinander versetzt _o Die Elektroden sind wie in den anderen Beispielen mit Ab->The tuning fork has two parallel legs or vibrating arms 2a, 2b aufo On the upper surface of the resonator 1 is' arranged a thin Filni electrode 3a by vapor deposition, spraying or a galvanic method, the electrode 3a has a rectangular, elongated S-IORM _o Similarly example is a thin film electrode 3b on the bottom of the tuning fork plate 1 and has an angular, elongated 8 shape on ₀ These electrodes 3a and 3b are, in plan view of the tuning fork plate substantially opposite one another, but are in the lateral direction of the plate slightly offset from one another _o As in the other examples, the electrodes are marked with Ab->

- 23 $09884/0 7 SO- $ 23 09884/07 SUN

- 23 - 250M552- 23 - 250 M 552

sätzen 4 versehenesentences 4 provided

Bin wesentlicher Teil der ersten Elektrode 3a liegt entlang der Seitenkanten des ersten Armes 2a₀ Ein weiterer Teil derselben Elektrode 3a liegt auf der Mittellinie des zweiten Armes 2b _o Bin substantial portion of the first electrode 3a is located along the side edges of the first arm 2a ₀ Another part of the same electrode 3 is located on the center line of the second arm 2b _o

Andererseits ist ein wesentlicher Teil der anderen Elektrode 3b entgegengesetzter Polarität auf der Mittellinie des ersten Armes 2a und weitere Teile derselben Elektrode auf dem zweiten Arm 2b entlang der längskanten dieses Armes angeordnet«. Auf diese '«Veise werden mehrere verhältnismäßig schmale und zueinander parallele, blanke Streifen zwischen den Blektrodenpaaren ausgebildet, gesehen in Draufsicht auf die Stimmgabelplatte, siehe auch I¹Ig₀. 12,_o Das gleiche gilt übrigens auch für die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformenο Diese blanken Streifen oder Bänder ermöglichen die besonders gewählten Arten von elektrischen Feldern, die in dem Material der Platte sich ausbilden,.On the other hand, a substantial part of the other electrode 3b of opposite polarity is arranged on the center line of the first arm 2a and further parts of the same electrode on the second arm 2b along the longitudinal edges of this arm. In this way, several relatively narrow and parallel, blank strips are formed between the metal electrode pairs, seen in plan view of the tuning fork plate, see also I ¹ Ig ₀ . 12, _o Incidentally, the same also applies to the embodiments described above.

In Figo 13 ist schematisch die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Figo 12 dargestellt» In Figo 13 the mode of operation of the embodiment according to Figo 12 is shown schematically »

Wenn die Resonatorplatte in üblicher Weise aus Quarz hergestellt wird, empfiehlt es sich, die Richtung der Plattenbreite im wesentlichen entsprechend der X—Achse des Quarzes und die Längsachse der Platte im wesentlichen entsprechendWhen the resonator plate is made of quartz in the usual way it is recommended that the direction of the plate width essentially correspond to the X axis of the quartz and the longitudinal axis of the plate substantially corresponding

- 24 509884/0750 . - 24 509884/0750.

der Y-Achse des Quarzes zu legen,,to lay the Y-axis of the quartz,

Die Elektrodenanordnung wird durch Betrachtung der Figo 13 verdeutlichte Wenn die Oberseitenelektrode 3a auf ein gegenüber der Unterseitenelektrode 3b positives Potential gebracht wird, entwickeln sich in dem Material der Platte quer gerichtete elektrische Felder 13a, 13b, wie durch die Pfeile angedeuteteThe electrode arrangement is illustrated by considering FIG Illustrated when the top-side electrode 3a is at a positive potential with respect to the bottom-side electrode 3b is brought, transversely directed electric fields 13a, 13b develop in the material of the plate, as through the Arrows indicated

Die vorherrschenden Vektorkomponenten dieser elektrischen Felder 13a, 13b zeigen ineinander entgegengesetzte Richtungen,, Auf diese Weise werden Zugspannungen in der Y-Richtung und eng benachbart zum Feld 13a verursachte Druckspannungen werden wiederum in !-Richtung eng benachbart zu dem Feld 13b verursachte Daher schwingen die zwei Arme der Stimmgabel aufeinander zu_o The predominant vector components of these electric fields 13a, 13b point in opposite directions. In this way tensile stresses in the Y-direction and compressive stresses caused closely adjacent to the field 13a are in turn caused in the! -Direction closely adjacent to the field 13b. Therefore, the two oscillate Arms of the tuning fork towards each other _o

Bei Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden 3a, 3b werden daher die Arme der Stimmgabel zu Biegeschwingungen veranlaßt_o When an alternating voltage is applied to the electrodes 3a, 3b, the arms of the tuning fork are therefore caused to flexural vibrations _{or the like}

In Fig. 14 ist veranschaulicht, wie eine zur Verwendung als erfindungsgemäßer Resonator geeignete Platte aus einem Quarzkristall geschnitten werden soll«, X,Y und Z bilden die entsprechenden Kristallachsen. In der Fig„ ist eine übliche Resonatorplatte 20 zum Vergleich mit einer erfindungsgemäßen Resonatorplat/fcß 21 dargestellte Wenn das Koordinatensystem um die X-achse um einen Winkel θ gedreht wird, gehen die14 illustrates how a plate suitable for use as a resonator according to the invention consists of a Quartz crystal is to be cut «, X, Y and Z form the corresponding crystal axes. In the figure “is a common one Resonator plate 20 for comparison with a resonator plate 21 according to the invention shown when the coordinate system is rotated around the X-axis by an angle θ, the

Y- und die Z-Achse über in Y¹ b.:w_o Z'_o Durch Drehung der Z-Achse um die Y'-Achse mit einem Winkel ψ ergibt sich die Z"-Ach.seο Sin aus dem Quarz-Kristall im NT-Schnitt geschnittener Stimmgabel-Resonator 20 hat eine Längsachse parallel zur Y'-Achse, während die Breite parallel zur Z»-Achse liegt. 80 98 84/0 750 " ²⁵ "Y- and the Z-axis over in Y ¹ b.:w _o Z ' _o By rotating the Z-axis around the Y'-axis with an angle ψ , the Z "-axis.seο Sin results from the quartz crystal Tuning fork resonator 20 cut in the NT section has a longitudinal axis parallel to the Y 'axis, while the width is parallel to the Z »axis. 80 98 84/0 750" ²⁵ "

Bei einem aus einer Quarz-Kristallplatte geschnittenen Resonator nach der Erfindung liegt die Längsachse parallel zur Y'-Achse, während die seitliche Achse parallel zur X-Achse isto Die Gesamtlänge kann etwa 4-10 mm, die Breite 0,5 - 1,5 mm und die Dicke 20 Ai bis lOOyi betragene Auf diese Weise kann ein Mikro- oder miniaturisierter Z-Schnitt—Resonator, abgekürzt "MZ-Resonator", hergestellt werdenoIn the case of a resonator according to the invention cut from a quartz crystal plate, the longitudinal axis is parallel to the Y'-axis, while the lateral axis is parallel to the X-axis. The total length can be about 4-10 mm, the width 0.5-1.5 mm and the thickness is 20 Ai to 100yi. In this way, a micro- or miniaturized Z-section resonator, abbreviated to "MZ resonator", can be produced

Die Schwingungsfrequenz nicht nur eines miniaturisierten NT-Schnitt—Resonators, sondern auch eines MZ-Resonators hängt von einer ]?unktion zweiten Grades der Temperatur ab_o The oscillation frequency not only of a miniaturized NT-cut resonator, but also of an MZ resonator depends on a function of the second degree of temperature _o

Bei ansteigender Temperatur vergrößert sich auch die !Frequenz entsprechende Palis jedoch die Temperatur noch weiter über einen bestimmten kritiscnen Wert hinaus erhöht wird, nimmt die Frequenz mit weiterer Erhöhung ab« Diese kritische Temperatur wird als "Y/endepunkt" bezeichneteAs the temperature rises, the frequency corresponding to the Palis also rises, but the temperature still increases further increased beyond a certain critical value the frequency decreases with further increase «This critical temperature is referred to as the" Y / end point "

Bei NT-Schnitt-Resonatoren können die Schnittwinkel θ undIn the case of NT cut resonators, the cut angles θ and

' verschieden kombiniert werden,. Bei Änderung der Gesamt— abmessungen des Resonators ändert sich auch der Wendepunkte'can be combined in different ways. When changing the total dimensions of the resonator also changes the turning points

Figo 15 zeigt ein Diagramm der Änderung des Wendepunktes und der Kristallimpedanz mit dem Winkel Jbei einem konstanten Winkel θ von 5°o Bei Änderung des Winkels γ von etwa 60° auf etwa 80° ändert sich der Wendepunkt von weniger als O⁰O auf etwa 25°<> Gleichzeitig ändert sich jedoch die Kristallimpedanz von etwa 250 kgohm auf 2 megaohmj das15 shows a diagram of the change in the point of inflection and the crystal impedance with the angle J at a constant angle θ of 5 °. When the angle γ changes from about 60 ° to about 80 °, the point of inflection changes from less than O ⁰ O to about 25 ° <> At the same time, however, the crystal impedance changes from about 250 kgohm to 2 megaohmj das

- 246-- 246-

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ist in einem unerwünschten Ausmaß größer als die brauchbaren Werte. Bei der Herstellung von Armbanduhren ist es allgemein üblich, den Wendepunkt auf etwa 24°C einzustellen is to an undesirable extent greater than the useful values. In the manufacture of wristwatches it is It is common practice to set the inflection point to around 24 ° C

Im Fall des Resonators, dessen Eigenschaften im Diagramm veranschaulicht sind, beträgt die Kristallimpedanz 500 kgohm und mehr bei einem Wendepunkt im Bereich über 20⁰Oo Von einem solchen Resonator kann nicht gesagt werden, daß er etwa überlegene Eigenschaften hätte_o Der Grund dafür besteht darin, daß die Richtung für die angelegten elektrischen Felder merklich abweicht von der Richtung der elektrischen Polarisation der Kristallplatte₀ Dadurch wird die piezoelektrische Konstante sehr klein<>In the case of the resonator, the properties of which are illustrated in the diagram, the crystal impedance is 500 kgohm and more at an inflection point in the range above 20 ⁰ Oo. Such a resonator cannot be said to have any superior properties _o The reason for this is that that the direction for the applied electric fields deviates markedly from the direction of the electric polarization of the crystal _plate. As a result, the piezoelectric constant becomes very small <>

16 zeigt ein Diagramm, in welchem der Wendepunkt und die Kristallimpedanz gegen den Schneidewinkel θ abgetragen worden sind, der bei einem MZ-Resonator mit einer Elektrodenanordnung wie in S¹Ig₀ 1 oder 12 vorliegto Wie dieses Diagramm zeigt, kann der Wendepunkt des Resonators sogar in einer Höhe von etwa § 4-0⁰O liegen,. Daher kann in diesem Pail der Bereich frei aus dem Ge samt int ervall gewählt werden, das hier von φ40°0 bis etwa. -100⁰O reichte Die Kristallimpedanz hat dabei keinerlei enge Beaiehung zu dem Aus— schnittwinkel, falls der Wendepunkt auf etwa Raumtemperatur eingestellt wird_o Der Quarzkristall-Resonator kann in dieser Verwendung mit etwa 100 kgohm arbeiten,. Daraus ist .klar ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Resonator über-16 shows a diagram in which the point of inflection and the crystal impedance have been plotted against the cutting angle θ which is present in an MZ resonator with an electrode arrangement as in S ¹ Ig ₀ 1 or 12 be at a height of about § 4-0 ⁰ O ,. Therefore, in this Pail, the range can be freely selected from the total interval, here from φ40 ° 0 to approximately. -100 ⁰ O handed The crystal impedance is thereby no close Beaiehung to the initial cutting angle, if the turning point is set at about room temperature _o The quartz crystal resonator can operate kgohm in this use, with about 100 ,. It is clear from this that the resonator according to the invention

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legene Eigenschaften hat, die gegenüber üblichen NT-Resonatoren eine merkliche Verbesserung bringen» Das liegt daran, daß das am Resonator angelegte elektrische Feld etwa mit der Richtung der Kristallplatte zusammenfällt, welche die höchste piezoelektrische Konstante zeigte In Figo 17 ist ein öchaltschema für einen erfindungsge— mäßen Resonator dargestellte Die Bezugszeichen entsprechen den vorstehend verwendeten Bezugszeichen sowie den für eleketrische Schaltungen üblichen Symbolen₀ has superimposed properties which bring about a noticeable improvement over conventional NT resonators. This is due to the fact that the electric field applied to the resonator roughly coincides with the direction of the crystal plate which showed the highest piezoelectric constant. The reference symbols shown correspond to the reference symbols used above and to the symbols _{0 customary for electrical circuits}

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß ein erfindungs— gemäßer piezoelektrischer Resonator mit neuartiger !Elektrodenanordnung die Erzeugung eines elektrischen Feldes in dem Resonatormaterial parallel zu oder quer zu wenigstens einer der Hauptflächen der Resonatorplatte gestattet, wodurch sich wesentliche Vorteile ergebeneThe above statements show that an inventive Appropriate piezoelectric resonator with a new type of electrode arrangement the generation of an electric field in the resonator material parallel to or across at least one of the main surfaces of the resonator plate, which has significant advantages

Einer dieser Vorteile besteht aufgrund der besonderen Elektrodenanordnung darin, daß es nicht erforderlich ist, bei der Herstellung einer Resonatoranordnung vom Stimmgabel typ besondere Leitungsverbindungen herzustellen« Obwohl der übliche ITT-Schnitt-Stimmgab el -Resonator drei Anschlüsse aufweisen muß, kann die Zahl der Anschlüsse hier auf zwei verringert werden«, Bei einem erfindungsgemäßen Resonator, der mit einer Quarzkristallplatte ausgestattet ist, kann der Ausschnittwinkel leicht bestimmt und eingestellt werden, wodurch die Massenherstellung des verbesserten Resonators erheblich erleichtert wirdoOne of these advantages, due to the special electrode arrangement, is that it is not necessary to to make special line connections in the production of a resonator arrangement of the tuning fork type « Although the usual ITT cut tuning fork el resonator three Must have connections, the number of connections can be reduced to two here Resonator, which is equipped with a quartz crystal plate, can easily determine and set the cut-out angle thereby greatly facilitating the mass production of the improved resonator

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Weiter können_der Wendepunkt und die Kristallimpedanz frei und in einem wesentlichen Bereich unabhängig voneinander eingestellt werden₀ Bin breiterer Bereich zur Wahl des
Wendepunktes bildet natürlich einen erheblichen Vorteile Schließlich ist die Kristallimpedanz niedrig, so daß die Schwingungen am Resonator mit einem niedrigeren Energieverbrauch erregt werden können₀ Next können_der turning point and the crystal impedance can be freely and independently in a substantial portion of one another ₀ Bin set wider range for selection of the
Inflection point is of course a considerable advantages Finally, the crystal impedance is low, so that the oscillations can be excited in the resonator having a lower energy consumption ₀

- ANSPRÜCHE -- EXPECTATIONS -

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Claims

EXPECTATIONS

(1ο / Mkroresonator of the flexural oscillator type with a piezoelectric thin platelets and electrodes attached to at least one surface of the platelet, characterized by an electrode arrangement (3a, 3b) for generating of an electric field (13a »13 * 0 ^ i" b prevailing Field components parallel to the surface of the plate (1).

Mkroresonator according to claim 1, characterized by an electrode arrangement (3a, 3b) for generating an electric field (13a, 13b) with a substantial component in the transverse direction of the essentially elongated surface of the plate (1) _{or the like}

3ο microresonator according to claim 1 - 2, in the form of a component, characterized in that the resonator (1) is fixedly arranged within a component housing (10) by means of a conductive, hardenable fastening paste or solder (9), which or _o the Electrodes (4) firmly connected to the connecting means (8, 11) which are fixedly arranged on the housing

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Microresonator. Claims 1-3 »with a quartz crystal element as a plate, characterized in that the longitudinal direction of the resonator coincides with a direction which corresponds to a rotation of the Y-axis of the quartz crystal by 0 - 15 ° around the X-axis of the crystal O

Microresonator according to Claim 4, characterized in that the direction of the transverse extension of the resonator essentially coincides with the X-axis of the crystal _o

Microresonator according to claims 1-5 »characterized in that that the plate (1) has a tuning fork shape and connecting thin film electrodes (3c) on and along the side edge surfaces the legs or swing arms (2.2a) are arranged ο

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