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Schwingquarz und Verfahren zu seiner
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Herstellung Die Erfindung betrifft einen Schwingquarz für einen Quarzoszillator
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Es sind bereits Schwingquarze bekannt (Fig. 1 und 2), die aus einer
Quarzplatte 1 bestehen, die durch Stützdrähte 2 gehaltert wird. Die Stützdrähte
2 sind senkrecht zu der Oberfläche der Quarzplatte angeordnet und an ihrem anderen
Ende an Stützstiften 3 befestigt. Auf der Oberfläche der Quarzplatte sind Silberflecken
angesintert, auf denen Lotkegel zur Befestigung der Stützdrähte angelötet sind.
An den vorderen Enden der Stützdrähte sind Flanschteile ausgebildet, um eine zuverlässige
Befestigung zu ermöglichen.
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Die Länge der Stützdrähte 2 muß so eingestellt werden, daß der Scheitel
der Lotkegel an der Quarzplatte im Schwingungsbauch des Stützdrahts bei der Schwingungsfrequenz
der Quarzplatte liegt. Deshalb wird nach Befestigung der Stützdrähte 2 an den Stützstifen
3 die Lage eines Lotkügelchens 4 eingestellt, um eine geeignete effektive Länge
11 der Stützdrähte zu erzielen, bei der der Scheitel der Lotkegel im Schwingungsbauch
der
Stützdrähte liegt. Da die Einstellung eines Lotkügelchens 4
an jedem der vier Stützdrähte 2 erfolgen muß, ist ein verhältnismäßig komplizierter
und großer Arbeitsaufwand erforderlich.
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Wenn die effektive Länge 11 der Stützdrähte 2 verhältnismäßig kurz
ist, besteht ferner die Gefahr, daß die Lotkegel bei der Einstellung der Lotkügelchen
4 ebenfalls geschmolzen werden, weshalb eine ausreichend große Länge der Stützdrähte
vorgesehen werden muß, so daß sich ein entsprechend großer Raumbedarf senkrecht
zu den Oberflächen der Quarzplatten ergibt. Bei Quarzplatten mit einem GT-Schnitt
kann eine unabhängige Einstellung von Schwingungsfrequenz und Temperaturcharakteristik
erfolgen. Meist müssen diese Einstellungen im zusammengebauten Zustand durchgeführt
werden. Dabei müssen die Seitenflächen la und lb im elektrisch angeschlossenen Zustand
des Schwingquarzes poliert werden. Zum Polieren der Seitenflächen ohne Verbiegung
der Stützdrähte 2 ist deshalb eine sehr große Sorgfalt erforderlich, weshalb es
üblich ist, die Stützdrähte 2 von den Stützstiften 3 zu entfernen, wenn die Seitenflächen
poliert werden müssen.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Schwingquarz der eingangs
genannten Art sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung unter möglichst weitgehender
Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß
er leichter herstellbar ist und einen geringeren Raumbedarf in Richtung der Dicke
der Quarzplatte besitzt. Insbesondere soll bei der Herstellung die Einstellung der
Frequenz und der Temperaturcharakteristik vereinfacht werden. Diese Aufgabe wird
bei einem Schwingquarz der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Bei einem derartigen Schwingquarz ist deshalb der Raumbedarf in Richtung
der Dicke der Quarzplatte beträchtlich verringert. Da die Stützdrähte parallel zu
der Ebene der Quarzplatte angeordnet werden, können gewöhnliche Drähte verwandt
werden, so daß das Anstauchen von Köpfchen an den Stützdrähten
oder
die Ausbildung von Lotkügelchen (4 in Fig. 1 und 2) nicht erforderlich ist. Bei
den erforderlichen Einstellarbeiten ist die Gefahr der Verursachung von Deformationen
erheblich verringert. Ferner können die Stützdrähte aus bevorzugten Materialien
verwandt werden. Bei der Herstellung ist die Längeneinstellung der Stützdrähte einfacher
und billiger als bei bekannten Verfahren. Die Stützdrähte werden in das Lot eingebettet,
so daß selbst bei Verwendung dünner Stützdrähte eine ausreichende Festigkeit gewährleistet
ist. Nach Entfernung des mit der Quarzplatte verbundenen Trägers von den Anschlüssen
des Basisteils kann die Einstellung der Frequenz und der Temperaturcharakteristik
in einfacher Weise erfolgen. Durch Kopplung des Schwingquarzes mit einem GT-Schnitt
mit den Stützdrähten an mehreren Stellen entlang einer Knotenlinie können Dicke-Biegeschwingungen
unterdrückt werden, ebenso können Schwingungen der längeren Seite verringert werden.
Da die Kopplung der Stützdrähte nach Halterung der Quarzplatte und des Trägers an
einem Stützrahmen erfolgen können, ergibt sich eine erhöhte Genauigkeit der relativen
Anordnung der Quarzplatte, der Stützdrähte und des Trägers sowie eine vereinfachte
Herstellung, weil nur jeweils ein Lötvorgang erforderlich ist.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert
werden. Es zeigen: Fig. 1 und 2 Ansichten eines bekannten Schwingquarzes; Fig. 3
und 4 eine Vorderansicht bzw. Seitenansicht eines Schwingquarzes gemäß der Erfindung;
Fig. 5 unterschiedliche Anordnungen von Silberflecken auf einem Schwingquarz in
Fig. 3 und 4 Fig. 6 und 7 Ausführungsformen eines Trägers bei einem Schwingquarz
gemäß der Erfindung1' Fig. 8 eine Vorderansicht eines Stützrahmens zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung und Fig. 9 eine Schnittansicht zur Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung eines Schwingquarzes gemäß der Erfindung.
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Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf
gegenüberliegenden Oberflächen einer Quarzplatte 5 Elektroden 6 aufgedampft, auf
denen Silberflecken 10 (Fig. 5) in den Haltelagen der Quarzplatte 5 angesintert
sind, auf denen Lotkegel 7 ausgebildet sind.
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Gemäß der Erfindung sind Haltedrähte 8a, 8b parallel zu der Oberfläche
der Quarzplatte 5 angeordnet und in die Lotkegel 7a, 7b auf den Silberflecken eingebettet.
Beispiele für die Anordnung der Silberflecken 10 sind in Fig. 5 dargestellt.
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Bei Verwendung eines Schwingquarzes mit einem GT-Schnitt sind die
Beispiele in Fig. 5B-5E dazu geeignet, eine Erniedrigung der Schwingung der kürzeren
Seite zu verhindern, eine mechanische Festigkeit der Halterung zu gewåhrleisten,
Schwingungen der längeren Seite zu unterdrücken und Dicke-Biegeschwingungen als
unerwünschte Schwingungsformen zu unterdrücken. Silberflecken 10, gegebenenfalls
in Kombination mit einer Silberlinie 11, sind entlang einer Knotenlinie 9 der Schwingungen
der längeren Seite der Quarzplatte 5 angeordnet. Die Linie 11 dient zur Unterdrückung
der Dicke-Biegeschwingungen und kann auch bei den Beispielen in Fig. 5A und Fig.
5D vorgesehen werden.
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Die Lotkegel 7 sind auf denjenigen Silberflecken 10 ausgebildet,
die zur Halterung erforderlich sind. Die Stützdrähte 8a und 8b sind gerade ausgebildete
Drähte. Deshalb kann neben Phosphorbronze, aus welchem Material gewöhnlich mit einem
Kopf versehene Stützdrähte bekannter Schwingquarze bestehen, Materialien mit einem
konstanten Elastizitätsmodul Verwendung finden, die einen niedrigen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten besitzen, wie beispielsweise Elinvar-Legierungen oder Coelinvar-Legierungen.
Zweckmäßigerweise werden die Haltedrähte vorher beispielsweise mit Gold platiert,
um die Affinität zu dem Lot zu erhöhen.
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An einem Träger 12 für die Quarzplatte, der aus einer Platte aus
Keramik, Epoxyglas oder dergleichen Material bestehen kann, ist auf dessen beiden
Oberflächen ein L-förmiger Leiter 13a bzw. 13b angeordnet. Durch eine geeignete
Auswahl der Dicke des Trägers 12 wird eine parallele Anordnung der Stützdrähte
8a
und 8b zu den Oberflächen der Quarzplatte 5 begünstigt.
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Die unteren Enden der Stützdrähte 8a und 8b sind mit Lötstellen 14
abgestützt, durch die eine Halterung an den oberen Endteilen der Leiter 13a und
13b an dem Träger 12 erfolgt. Die Einstellung der Länge der Stützdrähte erfolgt
durch Einstellung der Abstände 11 zwischen den Lotkegeln 7b und den Lötstellen 14.
Es besteht keine Gefahr, daß die Lotkegel 7b schmelzen, wenn der Abstand 11 durch
Löten der Lötstellen 14 eingestellt wird, da diese senkrecht zur Dickenrichtung
der Quarzplatte verlaufende Abstände hinreichend groß gewählt werden können. Bei
Verwendung einer Quarzplatte mit einem GT-Schnitt erfolgt die Frequenzeinstellung
und die Einstellung der Temperaturcharakteristik unter Verwendung der in Fig. 4
dargestellten Anordnung. Das Polieren der längeren und kürzeren Seitenflächen zur
Durchführung der Einstellung kann dann in einfacher Weise durchgeführt werden, weil
dann keine zu starken Biegekräfte auf die Stützdrähte 8a und 8b ausgeübt werden.
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Fig. 3 zeigt zusätzlich die Anordnung eines Basisteils 15, durch
den Anschlüsse 16a und 16b vorragen. Die beiden Anschlüsse 16a und 16b und die unteren
Enden der beiden Leiter 13a und 13b sind durch Zuleitungen 17a, 17b verbunden, die
Drähte aus Phosphorbronze oder Klavierdrähte sein können. Die den Abständen 11 entsprechenden
Längen der Stützdrähte 8a, 8b sind zur Absorption von Stößen geeignet, so daß üblicherweise
auftretende Stöße keine Schwierigkeiten verursachen. Um eine weiter verbesserte
Stoßabsorption zu ermöglichen, können die Zuleitungen 17a und 17b stärker absorbierend
ausgeformt werden.
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Abgewandelte Ausführungsformen des Trägers 12 sind in Fig. 6 und
7 dargestellt, wo ein L-förmiger Träger 12a bzw.
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ein rechteckförmiger Träger 12b vorgesehen ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
in Fig. 7 muß die Quarzplatte 5 bei der Duchführung der Einstellungsarbeiten aus
dem rahmenförmigen Träger entfernt werden.
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Im folgenden soll ein Verfahren zur Herstellung eines Schwingquarzes
gemäß der Erfindung näher erläutert werden.
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Zunächst werden die Elektroden 6 auf die gegenüberliegende Oberfläche
der Quarzplatte 5 aufgedampft und die Silberflecken 10 und gegebenenfalls eine Linie
11 (Fig. 5) angesintert. An dem Träger 12 werden die Leiter 13a und 13b angeordnet.
Danach werden Lötscheiben 19 (Fig. 9) aus in einem in einer bestimmten Dicke ausgewalzten
Lot mit einem vorherbestimmten Durchmesser ausgestanzt und mit Hilfe einer Paste
an den Silberflecken lOa der Silberflecken 10 in der Haltelage befestigt sowie an
den vorherbestimmten Stellen Zuleitungen 13a und 13b.
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Fig. 8 zeigt einen Stützrahmen 20 zum Abstützen der Quarzplatte 5,
der Stützdrähte 8a und 8b und des Trägers 12 in vorherbestimmten Abständen. Der
Stützrahmen 20 besitzt U-förmige Nuten 21 und 22 zum Abstützen der Quarzplatte 5
und des Trägers 12 in dem vorherbestimmten Abstand. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist,
werden die Quarzplatte 5 und der Träger 12 in die Nuten 21 bzw. 22 eingesetzt, und
die geradlinigen Stützdrähte 8a und 8b werden in den vorherbestimmten Lagen an dem
Stützrahmen 20 angeordnet. Die Verbindungsarbeit wird dabei dadurch begünstigt,
daß vorher die Stützdrähte 8a und 8b an den Lötscheiben mit Hilfe einer Paste angeklebt
werden. Auf der Innenseite gegenüberliegend angeordneter Reflektoren 23 sind Infrarotlampen
24 angeordnet, so daß die davon eingeschlossene Struktur mit Infrarotlicht bestrahlt
werden kann.
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Durch die Bestrahlung werden die Lotscheiben 19 geschmolzen und verbinden
die Stützdrähte 8a und 8b mit der Quarzplatte 5 und dem Träger 12. Danach wird der
Stützrahmen 20 in einer Richtung abgezogen, so daß die in Fig. 4 dargestellte Anordnung
erhalten wird.
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Zweckmäßigerweise werden die Stützdrähte 8a und 8b beispielsweise
durch Platierung mit Aluminium an den Teilen vorbehandelt, die nicht verlötet werden
sollen, um eine Ausbreitung von Lot zu vermeiden. Ferner kann nur auf einer Seite
ein Reflektor 23 mit einer Infrarotlampe 24 angeordnet werden,
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den einen der Stützdrähte zu verbinden, wonach der Stützrahmen 20 utngedreht und
der andere Stützdraht verbunden wird.
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Zweckmäßigerreise wird der Stützrahmen 20 mit flachen Nuten zur Anordnung
der Stützdrähte 8a und 8b versehen.
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Die Seitenfläche in Richtung der kürzeren Seite und diejenigen in
Richtung der längeren Seite der Quarzplatte 5 mit der in Fig 4 dargestellten Anordnung
werden poliert, um die Eigenfrequenz und die Temperaturcharakteristik des Schwingquarzes
einzustellen. Danach werden die Zuleitungen 17a und 17b mit den Verbindungsleitungen
13a und 13b an dem Träger und den Anschlüssen 16a und 16b verbunden. Diese Struktur
wird dann in üblicher Weise mit einer abdichtenden metallischen Umhüllung umgeben.