DE2701200A1 - Piezoelektrischer schwinger - Google Patents
Piezoelektrischer schwingerInfo
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Description
/M η Q -J O Π Π
Γ4 6755 ' *V*U
Dipl.-lng. G. SchliebS β1 Darmstadt Claudiusweg 1
' /fO -
Postscheckkonto: Frankfurt a. M. 111157-606
Konto-Nr. 461434 Γ Patentanwalt Dipl.-lng. Schliebs. 61 Darmstadt. Claudiusweg 17A ~| Telegramme: inventron
An das
Deutsche Patentamt
Zweibrückenstraße 12
München 2
München 2
L _l
Betrifft: Patent- anmeldung
Anmelder: ETAT FRANQAIS, vertreten durch den Staatsminister
für nationale Verteidigung, Paris (Frankreich)
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Schwinger, insbesondere einen Quarzschwinger, mit nicht am
Kristall anliegenden Elektroden.
Die bekannten Quarzschwinger mit hoher Leistungsfähigkeit
sind fast ausschließlich von der Bauart mit am Kristall angebrachten Elektroden. Bei dieser Schwingerbauart
sind die Quarzkristalle üblicherweise an zwei oder drei dünnen Nickelbändern aufgehängt, die die Verbindung
zwischen den Elektroden und den Kontakten außerhalb des Behälters oder der metallischen Haube bilden,
die die Dose des Schwingers bilden<> Die dünnen metallischen
Bänder, die zugleich eine elektrische und eine mechanische Funktion haben, sind mit dem Quarz durch einen
Kleber, Thermokompression oder Lötung verbunden»
Ein Schwinger der Bauart mit am Kristall angebrachten
Elektroden, mit Dickenschwingungen ist in seiner Funktionstüchtigkeit
im wesentlichen durch die Zustände in
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* AiI.
den unvollkommenen Grenzbereichen beschränkt, d„h. grundsätzlich
durch Fehler der Grenzflächen des piezoelektrischen Körpers und der Kristallaufhängung. Die durch die
Kristallbefestigung verursachten Fehler sind grundsätzlich nur von begrenzter Auswirkung, weil die Befestigung absichtlich
an Stellen jenseits des aktiven Teils des Kristalls verlegt wird, d.h. jenseits der Zone, die dem Kern
des Quarzes entspricht, der zwischen den Elektroden angeordnet ist und in dem die Energie umgesetzt wird; dies
gilt jedoch nicht für die Fehler, die durch den Auftrag einer Metallschicht auf die Kristallfläche zur Bildung
der Elektroden verursacht werden.
Da der Auftrag der Metallschicht auf den Kristall mit einer gewissen Grobheit erfolgt, werden die Kristallschichten
in der Nachbarschaft der Oberfläche beeinträchtigt, und selbst wenn diese Oberfläche sorgfältig vorbereitet
wurde, werden die Kristalleigenschaften in der Nachbarschaft der Oberfläche veränderte Außerdem diffundiert
die Metallschicht von der Oberfläche aus bis zu einer bestimmten Tiefe. Außerdem verändern sich die durch den
Metallauftrag verursachten Fehler im Lauf der Zeit, und es kommt auch zu einer langsamen Wanderung von Atomen,
die von dem Metall aufgenommen werden. Hinzu kommt, daß die Elektroden beachtliche mechanische Spannungen bewirken,
die sich im Lauf der Zeit verändern und somit eine laufende Veränderung der Frequenz hervorrufen.
So behalten die Metallschicht und der Kristallteil nahe der Oberfläche keine konstanten Eigenschaften im Laufe
der Zeit und bewirken Frequenzänderungen im Laufe der Zeit·
Die heutigen Anwendungsfälle stellen sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Stabilität über kurze Zeit und der
Stabilitäten über mittlere und lange Zeiten; die Stabilitäten, die man bisher mit Quarzschwingern mit am Kristall
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Brief vom Blatt jf
öipl.-lng. G. Sdilivbs
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angebrachten Elektroden erreicht, sind zwar sehr beachtlich, sie sind jedoch noch nicht ausreichend dafür, daß
diese ochwingerbauart in zufriedenstellender Weise auf den Gebieten von beispielsweise der Raumfahrt, des Fernsprechweaens
und des Radars verwendet werden können.
Außerdem verursacht der Metallauftrag auf dein Kristall und
die dadurch gestörte Kristallschicht eine Verringerung des Gütegrades des Jchwlngers.
Auf den wichtigsten Anwendungsgebieten der Schwinger ist es erwünscht, einen Schwinger zu verwenden, dessen Frequenz
ausreichend nahe an einem "runden" Wert liegt (beispielsweise 5 MHz, 25 MHz, 100 MHz ...)· Man ist daher bestrebt,
bei der Herstellung des Schwingers eine Frequenzeinstellung vornehmen zu können, um die Frequenz auf einen vorgegebenen
Wert zu bringen«) Dieser Vorgang wird als "Frequenzeinstellung" bezeichnet. Bisher verfährt man ao: Man bringt zunächst
die Elektroden durch Metallauftrag auf dem Quarz auf; dann befestigt man den Kristall und schließlich trägt
man, im allgemeinen durch Aufdampfen im Vakuum, einen zusätzlichen Metallauftrag auf, der eine Frequenzeinstellung
bewirkt; die Frequenz nimmt in gleichem Maße ab wie die
Menge des aufgetragenen Metalls zunimmt. Dieser Vorgang der Frequenzeinstellung ist aus folgenden Gründen mit Schwierigkeiten
verbunden:
Man ist bestrebt, den Schwinger auf eine Frequenz einzustellen, die für seine Inversionstemperatur gegeben ist,
die nicht die Temperatur des Kristalls während der Frequenzeinstellung
ist (diese letztere Temperatur ist ausserdem unzureichend bekannt),
es ist sehr schwierig, den Metallauftrag zu kontrollieren.
Diese Gründe führen dazu, daß es sehr schwierig ist, eine Frequenzeinstellung besser als - 10" durchzuführen,
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Dipl.-Ing. O. Schlichs
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beispielsweise 10 Hz für eine Frequenz von 5 MHz. Es ist
heute aber erwünscht, eine noch genauere Frequenzeinstellung durchführen zu können. Neben dem Verfahren des zusätzlichen
Aufdampfens von Metall im Vakuum ist es möglich, eine Frequenzeinstellung beispielsweise in einem elektrolytischen
Bad oder durch kathodische Pulverisierung zu erreichen, wobei das letztere Verfahren im eingebauten oder
nicht eingebauten Zustand durchgeführt werden kann. Diese Verfahren ermöglichen jedoch keine Frequenzeinstellung
besser als - 10" . Ein anderes Verfahren zur Frequenzeinstellung besteht darin, die Frequenz eines Schwingers dadurch
zu erhöhen, daß man etwas Metall der Elektrode mittels einer Laserstrahlung verdampft, die auf die Elektrode
fokussiert wird. Dieses genaue Verfahren ist jedoch nur bei nicht geglätteten Quarzkristallen anwendbar und kann
nicht bei Schwingern mit Metallgehäusen angewendet werden. Außerdem wird die Langzeitstabilität durch eine derartige
Bearbeitung beeinträchtigt, weil die Atmosphäre des Schwingers die aus der Elektrode herausgerissenen Teilchen enthält
und weil der Quarzkristall örtlich beschädigt werden kann. Man erkennt, daß alle Verfahren zur Frequenzeinstellung
abhängig von dem Aufbau des Schwingers mit am Quarz angebrachten Elektroden entweder im eingebauten Zustand
durchgeführt werden müssen, was zu einer Alterung führt, oder unter Zuständen durchgeführt werden müssen, die
schwierig in Bezug auf die Arbeitsbedingungen des Schwingers auszurichten sind, was die Genauigkeit der Frequenzeinstellung
beeinträchtigt.
Seit der Entwicklung des ersten Quarzschwingers von W. G. CADY im Jahre 1921 wurden Systeme mit nicht anhängenden
Elektroden oft verwendet. Die erhaltenen Eigenschaften waren jedoch viel schlechter als die Eigenschaften von
Schwingern mit anhängenden Elektroden, wie sie heute praktisch ausschließlich verwendet werden.
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Brief vom Blatt 3" Dipl.-Ing. G. Schlicht
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Eine Au3führungsform eines Schwingers mit nicht anhängenden
Elektroden ist in einem Artikel von A. G. SMGIN beschrieben, erschienen in der Zeitschrift "FRIBORY TECKlIICA EKS-PERIMENTA"
Nr. 6, Seiten 143-145 von Nov./Dez. 1974. Dieser Schwinger mit nicht anhängenden Elektroden, der für
Forschungen bei niedrigen Temperaturen verwendet wurde, macht Gebrauch von ungeteilten Kristallen und hat
einen erheblich verbesserten Gütegrad. Dieses Ergebnis dürfte jedoch mit den im allgemeinen verfügbaren Kristallen
nicht zu erreichen sein. Außerdem weist der in der genannten Zeitschrift beschriebene Schwinger eine Quarzlinse
von 1,82 mm Dicke auf, die an vier annähernd sphärischen Berührungsflächen getragen wird und zwischen zwei
im Abstand von 6 mm angeordneten ebenen Elektroden angeordnet ist, die von zwei dielektrischen Platten getragen
werden, die durch eine um diese Platten angeordnete Krone zusammengehalten werdeno Da der Abstand zwischen den Elektroden
verhältnismäßig wichtig ist, ist der Bewegungswiderstand groß; die Kapazität Cg entsprechend dem Spalt zwisehen
dem Kristall und den Elektroden liegt in der Größenordnung von Picofarad, was eine elektrische Frequenz-einstellung
durch Reihenschaltung eines Kondensators sehr schwierig macht. Außerdem besteht bei einem Schwinger
mit nicht am Kristall anhängenden Elektroden der oben beschriebenen
Bauart im Gegensatz zu bekannten Schwingern mit am Kristall anhängenden Elektroden keine Möglichkeit
einer bequemen Frequenzeinstellung.
In der US-PS 3 339 09I wird ein Quarzschwinger mit nicht
am Kristall anhängenden Elektroden beschrieben, der ein Gehäuse aus Quarz aufweist, das aus zwei Platten besteht,
die die Elektroden tragen, wobei im Inneren dieses Gehäuses ein Quarzkristall zwischen den beiden Platten mittels
eines kreisringförmigen Umfangsteils gehalten wird, der
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Brief von Blatt &
Dipl.-Ing. G. Sdiltebs
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mit dem aktiven Mittelteil des Kristalls über vier Brücken
verbunden ist, die jeweils zu aweit diametral entgegengesetzt angeordnet und in zwei konzentrischen kreisförmigen
Nuten vorgesehen sind. Diese Ausführungsform hat diesel- ben Nachteile wie der von A.G. SMAGIN beschriebene Schwinger,
und zwar in dem Maße, wie die Elektroden an den äusseren Flächen der Platten angeordnet 3ind, weil der Abstand
zwischen den Elektroden außerordentlich wichtig ist ο
Der Kristall hat daher eine sehr hohe Impedanz, die seine Verwendung in einem Oszillator schwierig macht; eine Frequenzeinstellung
durch Hinzufügung einer äußeren veränderbaren Kapazität mit niedrigem Wert in Reihe mit dem Schwinger
ist nicht möglich, weil die Kapazität Cg zwischen den Elektroden des Schwingers selbst sehr gering ist. Da der
Abstand zwischen jeder der Elektroden und der aktiven Fläche dea Kristalls von großem Einfluß ist, erweist sich
eine Frequenzeinstellung durch Veränderung der geometrischen Parameter des Schwingers besonders schwierig und
wenig wirksam. Da die Tragplatten aus Quarz, die in dem Zwischenraum zwischen der Elektroden angeordnet sind,
ebenso an den Schwingungen des Schwingers teilnehmen, bewirken sie einen erheblichen Geräuschpegel. Schließlich
ist eine Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, besonders anfällig für Änderungen des Drucks des Mediums,
in dem der Schwinger angebracht ist.
Aufgabe der Erfindung iat es, die genannten Nachteile zu
beseitigen und insbesondere einen piezoelektrischen Schwinger zu schaffen, der verbesserte Stabilitäten bei
mittleren und langen Zeiten aufweist, sowie einen sehr verbesserten Gütegrad, und der eine genaue und leichte
Frequenzeinstellung ermöglicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, einen Quarzschwinger zu schaffen, der gute mechanische
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Brief vom Blatt T Dipl.-Ing. G. Schlicht
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
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Eigenschaften hat und eine externe Beeinflussung der klassischen Eigenschaften eines Schwingers ermöglicht, die bei
bekannten Auaführungsformen nur von dem Kristallkörper abhängen
(Ausrichtung, geometrische Parameter, ..)·
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst bei einem
piezoelektrischen Schwinger der Bauart mit einer dichten Dose, in der ein Vakuum erzeugt oder ein Restgas eingeführt
ist, wobei im Inneren dieser Dose eine erste und eine zweite Scheibe oder Platte aus dielektrischem Material
mit einander gegenüberliegenden Flächen und im Abstand zueinander angeordnet sind, mit einem piezoelektrischen
Kristall, der zwischen der ersten und der zweiten Scheibe angeordnet ist, einer ersten metallischen, nicht
am Kristall anhängenden Elektrode, die durch Metallauftrag auf die dem Kristall zugekehrte Fläche der ersten Scheibe
erzeugt ist, mit einer zweiten metallischen, nicht am Kristall anhaftenden Elektrode, die durch Metallauftrag
auf die dem Kristall zugekehrte Fläche der zweiten Scheibe hergestellt ist, einem ersten Leiter, der mit der ersten
Elektrode verbunden ist und aus der Dose hinausführt, einem zweiten Leiter, der mit der zweiten Elektrode verbunden
ist und aus der Dose hinausführt, Aufhängevorrichtungen für den Kristall, um den aktiven Mittelteil des
Kristalls, der gegenüber der ersten und der zweiten Elektrode
angeordnet ist, in einer vorgegebenen Stellung in.
Bezug auf mindestens eine der ersten oder zweiten Scheibe zu halten, eine Vorrichtung, die die Baugruppe aus der ersten
und der zweiten Scheibe in ihrer Stellung im Inneren der Dose hält, und mit einer Abstandsvorrichtung, die unbeweglich
in Bezug auf die erste und die zweite Scheibe angeordnet ist, um diese im Abstand zueinander zu halten,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abatandsvorrichtung von
einem einzigen Ring gebildet wird aus dielektrischem Material, der den aktiven Mittelteil des Kriatalls im
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Abstand umgibt, der gegenüber der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, und daß die Höhe des Rings so
ist, daß die freien Spalte, die zwischen dem aktiven Mittelteil des Kristalls und der ersten bzw. zweiten Elektrode
gebildet werden, eine Dicke haben, die kleiner ist als einige zehn Mikron.
Durch diesen Aufbau erhält der Schwinger einen verbesserten Gütegrad, insbesondere dadurch, daß die Elektroden
nicht am Kristall angebracht sind; außerdem ist die Stabilität in Abhängigkeit von der Zeit verbessert; der
Schwinger ermöglicht eine sehr genaue Frequenzeinstellung durch Veränderung des Abstands mindestens einer der Elektroden
zu dem aktiven Teil des Kristalls. Dies wird in einfacher Weise durch Schleifen oder chemische Bearbeitung
des dielektrischen Ringes bewirkt, der das Abstandsteil zwischen den beiden dielektrischen Scheiben bildet, an
denen die Elektroden angebracht sind, wodurch eine Frequenzeinstellung
mit einer Genauigkeit vcn besser als
+ 7
- 10 ' möglich ist. Dieses Verfahren zur Frequenzeinstellung, das bei den bekannten Schwingern wegen ihrem
Aufbau nicht möglich ist, und zwar sowohl bei der Anbringung der Elektroden am Kristall oder nicht am Kristall,
hat insbesondere den Vorteil, daß es bei der genau meßbaren Umgebungstemperatur erfolgt. Außerdem gibt die An-Wesenheit
eines Abstandsteils in Form des Ringes, der den Abstand zwischen den beiden Scheiben bestimmt, eine genaue
Möglichkeit zur Änderung der Abmessungen des Schwingeraufbaus ohne Berührung des aktiven Teils des Kristalls.
Da erfindungsgemäß die Höhe des Abstandsringes so ist,
daß die freien Spalte zwischen dem aktiven Teil des Kristalls und der ersten bzw. zweiten Elektrode eine Breite
von weniger als einigen zehn Mikron und vorzugsweise weniger als ein Mikron haben, hat der erfindungsgemäße
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Brief vom Blatt ¥
Dipl.-Ing. G. Sdiliebt
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
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Schwinger einen niedrigen Bewegung3widerstand und eine
große Kapazität Cg (entsprechend dem Spalt zwischen dem Kristall und den Elektroden); eine wirksame Beeinflussung
der Eigenschaften des Schwingers kann mittels des Rings erreicht werden.
Die Flächen der ersten und zweiten Scheibe, auf denen die erste bzw. zweite Elektrode angebracht ist, können
eben oder nichteben sein.
Der Krümmungsradius mindestens einer der Flächen der ersten oder zweiten Scheibe, auf denen die erste bzw. zweite
Elektrode angebracht ist, kann unterschiedlich sein zu dem Krümmungsradius der entsprechenden Fläche des gegenüber
liegenden Kristalls.
Die beiden Scheiben bestehen vorzugsweise aus Siliziumdioxid.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Scheibe, an der der Kristall aufgehängt
ist, von zwei etwas konischen Löchern durchbohrt ist, in denen zwei metallische Hohlkörper derselben Konizität
wie die Locher und mit aufgerauhter Außenfläche versehen angeordnet sind, und daß dünne metallische Bänder, die
an der Umfangsflache des Kristalls befestigt sind, in
den Hohlkörpern aufgenommen und an diesen derart angeschweißt bzw. angelötet sind, daß die Aufhängung des
Kristalls in Bezug auf die Scheibe sichergestellt isto
Die metallischen Hohlkörper bestehen vorzugsweise aus Nickel. Die dünnen Metallbänder, vorzugsweise aus Nikkei,
können an der Umfangsflache des Kristalls durch Thermokompression, mittels eines Klebstoffs, eines elektrolytischen
Auftrags oder durch Lötung befestigt sein. Die konischen Löcher entsprechen vorzugsweise Kegeln
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Brief vom Blatt Vf Dipl.-Ing. G. Schliabt
an das Deutsche !Patentamt, iuMiuihor Patentanwalt
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mit einem Konuswinkel im Bereich von 1°.
Der Abstandsring kann vorzugsweise aus Siliziundioxid bestehen.
Der Ring kann ebenfalls piezoelektrisch sein und mit Elektroden versehen sein, die durch i.Ie tallauft rag auf
seine beiden Frontflächen aufgebracht sind, so daß die Dicke des Hinges leicht veränderbar ist durch Anlegen einer
elektrischen Spannung an die Elektroden. Die Dicke
des Abstandsringeo kann auch durch elastische Verformung
leicht veränderbar sein.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist
mindestens diejenige Scheibe, an der der Quarzkristall aufgehängt ist, aus Quarz, und die Aufhängevorrichtung
des Kristalls in Bezug auf diese Scheibe weist mehrere
örtliche Therrnokompressionen auf, die an den Flächen des
Kristalls und der Tragscheibe atisgeführt sind, die einander zugekehrt sind.
Diese Ausführungsform der Aufhängung des Kristalls in
3ezug auf eine Tragscheibe, anwendbar im Rahmen eines Schwingers mit unabhängigem Abstandsring, ist besonders
einfach und wirksam auszuführen. Man benötigt keinen metallischen Einsatz oder ein Aufhängeband. Wenn die
Scheibe, an der der Quarzkristall aufgehängt ist, aus Quarz besteht, und zwar vorzugsweise derselben Ausrichtung
wie der Kristall, führen die Thermokompressionen nicht zu unzulässigen thermischen Spannungen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird
der Abstandsring, der den aktiven Mittelteil des Kristalls im Abstand umgibt und den Abstand zwischen der ersten und
der zweiten Scheibe bestimmt, durch ein Umfangsteil des Kristalls selbst gebildet, wobei der Zwischenteil des
Kristalls, der zwischen dem aktiven Mittelteil und dem
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Brief vom Blatt X" fipl.-lng. O. Sdiliabs
on das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
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Umfangsteil angeordnet ist und den Ring bildet, mindestens auf einem Teil des Abstands zwischen dem aktiven Mittelteil
und dem Umfangsteil eine gegenüber der Dicke des Mittelteils und des Umfangsteils verringerte Dicke aufweist;
die Aufhängevorrichtung für den Kristall wird durch den Zwischenteil und den Umfangsteil des Kristalls gebildet.
Vorzugsweise sind Ausnehmungen durch Ultraschallbearbeitung in dem eingeschnürten Zwischenteil des Kristalls
derart vorgenommen, daß der Umfangsteil des Kristalls mit dem Mittelteil des Kristalls durch eine begrenzte
Anzahl von Brücken verbunden ist, die durch die nicht weggenommenen Teile des Zwischenteils gebildet werden.
Bei einer derartigen Ausführungsform, bei der der Kristall
selbsttragend ist, kann keine Metalldiffusion in den Kristall erfolgen» Außerdem ist dieser Aufbau besonders
vorteilhaft hinsichtlich des Gütegrades und hinsichtlich des Alterns des Schwingers, weil einerseits
der Kristall durch ein Teil getragen wird, das sehr weit von der Zone der Energieumsetzung entfernt ist, und weil
andererseits die Befestigung des Kristalls ohne Verwendung irgendeines gegenüber dem Kristall fremden Elements
erfolgt, das zwangsläufig eine Alterung bewirken würde (beispielsweise eine Metalldiffusion)o Außerdem
ist es mit einer derartigen Aufhängungsart des Kristalle möglich, sehr kleine Kristalle zu verwenden mit sehr hoher
Frequenz, die beispielsweise durch Ionenbearbeitung geformt werden.
Außerdem macht die selbsttragende Ausführung des Kristalls
Thermokompressionen oder irgendwelche Befestigungen am Kristall, beispielsweise durch KIebung, überflüssig.
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Brief vom Blatt M? fipl.-lng. G. Schliefet
"· das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
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Die Ausführung der Ausnehmungen und Einschnürungen im Zwischenteil
des Kristalls ermöglicht eine mechanische Anpassung zwischen dem unbeweglichen Umfangsteil des Kristalls
und dem aktiven Mittelteil, das schwingen kann. Dieser Aufbau bewirkt auch eine ausgezeichnete Stoßumempfindlichkeit.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung, die die aus der ersten und zweiten
Scheibe gebildete Baugruppe in ihrer Stellung im Inneren der Dose hält, mechanische Klemmorgane aufweist, die auf
diejenigen Flächen in Umfangszonen der ersten und zweiten
Scheibe wirken, die dem Kristall nicht zugekehrt sind, so daß die jeweils auf den Kristall ausgeübte Druckkraft
sich auf diejenigen Zonen des Umfangsteils des Kristalls
auswirkt, die in Verlängerung der Verbindungsbrücken zwischen dem Mittelteil und dem Umfangsteil liegen.
So können die Abstützungen fern von den Aufhängungspunkten
vorgesehen werden, die durch die Kristallbrücken gebildet
werden, die zwischen den Ausnehmungen liegen.
Die aufgebrachten Stützkräfte können auch auf den Scheiben verlagert werden und die Beanspruchungen, denen der
Randteil des Kristalls ausgesetzt ist, können derart verändert werden, daß die Spannungen, denen der aktive
Teil des Kristalls ausgesetzt ist, wesentlich verringert werden.
Die in dem Zwischenteil liegenden Abschnitte des Quarzkristalls können in beliebiger Weise schmaler gestaltet,
mit Ausnehmungen versehen oder eingeschnürt werden, um eine mechanische Anpassung an die Schwingbewegungen des
Kristalls zu erreichen.
In Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß bei mindestens einer der ersten und zweiten Scheibe
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der Plächenabschnitt, der die Elektrode trägt und gegenüber dem Mittelteil und Zwischenteil des Kristalls angeordnet
ist, in Bezug auf den Umfangsteil dieser Fläche zurückgesetzt ist, der in Berührung steht mit dem Umfangsteil
des Kristalls, und eine Vertiefung bildet, deren Tiefe zwischen einigen Zehntel Mikron und einigen zehn
Mikron beträgt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß bei mindestens einer der Flächen des Kristalls der
Plächenabschnitt, der dem Mittelteil und dem Zwischenteil des Kristalls entspricht, in Bezug auf den Abschnitt dieser
Fläche zurückgesetzt ist, der dem Umfangsteil entspricht und mit der ersten und der zweiten Scheibe in
Berührung steht, und eine Vertiefung bildet, deren Tiefe zwischen einigen Zehntel Mikron und einigen zehn Mikron
liegt.
Die vorstehend genannten Merkmale sind von Bedeutung für die Frequenzeinstellung, die vorzugsweise durch Schleifen
mindestens einer der Kristallflächen erfolgt, um den Abstand zwischen dem Kristall und mindestens einer der
Elektroden zu verändern. Die Veränderung der Dicke des Quarzkristalls kann allein an dem Umfangsteil
durch Schleifen erfolgen» Dies ermöglicht eine Feineinstellung mit einer Genauigkeit der Frequenzeinstellung,
die in der Größenordnung von 1 Hz/Mikron liegt. In diesem Fall ist es natürlich erforderlich, daß die geschliffene
Kristallfläche eine Vertiefung in ihrem mittleren Teil und ihrem Zwischenteil aufweist. Die Veränderung
der Dicke des Kristallquarzes kann auch auf einer ganzen Fläche erfolgen, und zwar zugleich am Mittelteil, am
Zwischenteil und am Umfangsteil, beispielsweise durch chemische Bearbeitung oder ebenfalls durch Schleifen.
Dies ermöglicht eine schnelle Grobeinstellung der Frequenz
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an das Deutsche Patentamt, München Potentanwalt
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in der Größenordnung von einigen tausend Hz pro Mikron. Die Frequenzeinstellung kann auch durch Einwirkung auf
mindestens eine der Scheiben erfolgen, insbesondere wenn diese eine Vertiefung in ihrem Mittelteil aufweist. Die
Pre CjU enzeinst ellung erfolgt durch Schleifen des Umfangsteils
der Scheibe, der dem Umfangsteil des Kristalls zugekehrt ist. Man kann auch die Frequenz dadurch einstellen,
daß man eine Scheibe unter einer Gruppe von vorher vorbereiteten kalibrierten Scheiben auswählt, die in ihrem
Mittelteil mit Vertiefungen unterschiedlicher Abmessungen versehen sind.
Wenn der piezoelektrische Schwinger mit nicht am Kristall angebrachten Elektroden einen Quarzkristall aufweist,
wie dies allgemein der Fall ist, kann erfindungsgemäß ebenfalls Quarz als Material gewählt werden für eine oder
beide Platten, die den Kristall tragen, ebenso ggf. auch für den Abstandsring, der das Abstandsteil zwischen den
Scheiben bildet, wenn dieser vom Kristall unabhängig ist. Die weitere Beschreibung bezieht sich systematisch auf
den Fall, wo der piezoelektrische Kristall ein Quarzkristall ist, jedoch erstreckt sich die Erfindung auch auf
Schwinger, bei denen der Quarz durch ein geeignetes äquivalentes piezoelektrisches Material ersetzt ist.
Die die Elektroden tragenden Scheiben oder Platten kön- nen in sehr unterschiedlicher Weise hergestellt werden.
Die Platten bestehen vorzugsweise aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise Siliziumdioxid. Im Rahmen
besonderer Anwendungsfälle können die eine oder die andere Platte ganz oder teilweise aus einem mehr oder wej$0
niger leitenden Material hergestellt sein, um ein Teil zu bilden, das erhitzt werden kann, beispielsweise durch
Induktionsströme·
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Brief vom Blatt 1f*T Npl.-fpg. O. Schlicht
an <3aa Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
In der Mehrzahl der Anwendungsfälle ist es jedoch erwünscht, die thermischen Spannungen in dem Kristall möglichst weitgehend zu νerringernο Biese Spannungen werden verursacht
duroh unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten des Kristalle und der die Elektroden und den Kristall tragenden
Scheiben· Indem man für eine oder beide den Kristall tragenden Scheiben dasselbe Material wie für den Kristall verwendet, verringert man die thermisohen Spannungen in dem
Kristall.
Um die thermischen Spannungen noch weiter herabzusetzen, hat vorzugsweise die Scheibe oder haben die Scheiben aus
Quarz dieselbe kristallograph!βehe Ausrichtung wie der
Quarzkristall, der zwischen der ersten und der zweiten Scheibe angeordnet ist. Mit anderen Worten, es ist vor
teilhaft, um die thermischen Spannungen herabzusetzen
und die Stabilität des Schwingers zu erhöhen, wenn der Winkel^ zwischen den Projektionen der Achsen ZZ1 des
Quarzkristalls und der Tragscheibe aus Quarz Null ist. Dieser Zustand ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Venn der Kristall zugleich an der ersten und der zweiten Scheibe aufgehängt ist, wie es der Fall ist, wenn der
Kristall an seinem Umfangsteil aufgehängt ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn auch nicht zwingend notwendig, wenn die erste und die zweite Scheibe aus demselben
Material bestehen wie der Kristall und vorzugsweise dieselbe Kriatallausrlchtung haben wie der dazwischen liegende Kristall.
Um die Eigenschaften noch zu verbessern, kann man die erste und die zweite Tragscheibe und den dazwiaohen liegenden Kristall aus demselben Ureprungekrietall herstellen.
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an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
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Bei einem Quarzschwinger mit nicht anhängenden Elektroden
der erfindungsgemäßen Bauart ist es vorteilhaft, die Abstände Elektroden-Kristall, die sehr gering sind, beispielsweise
in der Größenordnung von ein Mikron bis mehreren zehn Mikron zu wählen oder sogar zwischen einigen
Zehntel Mikron bis mehreren Mikron. Man verbessert dabei den Überspannungskoeffizient und verringert den Bewegungswiderstand·
Wenn der Kristall zwischen der ersten und zweiten Scheibe an seinem Umfangsteil aufgehängt ist,
sieht man vorzugsweise in dem die Elektroden tragenden mittleren Bereich der Siliziumscheiben eine Vertiefung
in der Größenordnung von einem Mikron bis einigen zehn Mikron vor, so daß die Elektrode, die durch Metallauftrag
in der Vertiefung der Scheibe hergestellt ist, in diesem Abstand zum Kristall angeordnet ist· Dieser Rücksprung
kann entweder so hergestellt werden, daß er parallel zur Scheibenflache verläuft, oder er kann durch Schleifen
der Scheibenfläche mit zwei unterschiedlichen Krümmungsradien
für den Mittelteil und den Umfangsteil hergestellt werden· In diesem Fall ist der Krümmungsradius des Umfangsteils
der Scheibe gleich dem Krümmungsradius der Quarzkristallfläche, die gegenüber liegt, während der
Krümmungsradius des Mittelteils der Scheibe etwas kleiner ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein sehr kleiner Abstand Elektrode-Kristall in einfacher Weise
und mit großer Genauigkeit erreicht werden, ohne daß die Fläche der Scheibe, auf der die Elektrode angebracht
ist, geschliffen werden müßte zur Erzeugung einer Vertiefung. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
die dem Kristall zugekehrte Fläche mindestens einer der Scheiben auf mindestens einem Teil ihres Umfang3, der dem
Umfangsteil des Kristalls zugekehrt ist, eine dünne Metallschicht aufweist mit einer dünnen Nickel3chicht.
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Brief vom Blatt \ff tiol.-lng. G. Schlich·
α« das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
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Die dünne Metallschicht kann durch Aufdampfen auf die entsprechende
Scheibe aufgebracht werden, während die dünne Nickelschicht durch Elektrolyse auf diese dünne Metallschicht
aufgetragen werden kann.
Es ist festzustellen, daß die Anwesenheit einer derartigen Beschichtung des Umfangs der Flächen der einen oder
der beiden Scheiben, die dem Umfangsteil des Kristalls zugekehrt sind, in einfacher und bequemer Weise die Herstellung
eines sehr kleinen Spalts zwischen der Elektrode und dem Kristall ermöglicht, ohne daß eine weitere
mechanische oder chemische Bearbeitung der Fläche des Kristalls oder der Scheiben nötig ist, wobei diese Beschichtung
zugleich eine Rolle als Dämpfer für mögliche Stöße spielt.
In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens können die Restspannungen an den Aufhängungspunkten des Kristalls
beseitigt und der Gütegrad sowie die Stabilität in Abhängigkeit von der Zeit noch erheblich verbessert werden,
wenn der Quarzkristall vor der Montage eine? Wärmebehandlung unterworfen wird, die bei einer Temperatur deutlich
unter dem &-β -Transformationspunkt des Quarzes (573 C)
erfolgt, beispielsweise ungefähr bei 480° C, mit einer anschließenden
sehr leichten Oberflächenbearbeitung mit Bifluorid.
Weitere Details und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer
Ausführungsformen der Erfindung, die nur als Beispiele angeführt werden, mit Bezug auf die Zeichnungen. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Quarzschwinger nach
einer ersten Ausführungsform der Erfindung, in
der Ebene I-I in Fig. 3,
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Fig. 2 einen Teilschnitt des Quarzschwingers nach der Fig. 1 in der Ebene H-II der Fig. 3,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Quarzschwingers nach den Fig. 1 und 2,
und 5 Scheiben, die die Elektroden tragen, wie sie in den Schwinger nach den Fig. 1 bis 3 eingesetzt sind,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Axial-Schnitts einer anderen Ausführungsform eines
Schwingers nach der Erfindung, der gegen Erschütterungen besonders widerstandsfähig ist,
Fig. 7 Axialschnitte eines Teils eines erfindungsge-
und 8 mäßen Schwingers nach zwei verschiedenen Varianten,
Fig· 9 Schnitte eines Teils eines Quarzschwingerβ
und 10 nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, nach den Ebenen IX-IX und X-X in Fig. 11,
Fig. 11 eine Draufsicht auf einen Teil des in den Fig.
9 und 10 dargestellten Schwingers,
Fig. 12 Draufsichten auf zwei Quarzkristalle, die in
und 13 den in den Fig. 9 bis 11 dargestellten Schwinger eingebaut werden können,
Fig. H ein Beispiel der Kurven der Frequenzänderung eines erfindungsgemäßen Schwingers in Abhängig
keit von der Temperatur für Kristalle mit AT-Schnitt,
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Brief vom BIaH W
Ciol.-ln«. O. Sdiltebt
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Fig. 15 eine Ansicht eines Quarzschwingers nach einer
Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Teil
weggebrochen wurde,
Fig. 16 eine Draufsicht auf eines der in Fig. 15 gezeigten Teile,
Fig. 17 einen Axialschnitt eines Quarzschwingers in
Kompaktbauweise,
in einen erfindungsgemäeen Schwinger eingebaut werden kann,
Fig. 19 Abschnitte in einer die Schnittachse enthaltenbis 21 den Ebene verschiedener Ausführungeformen der
Brücken, die die Teile am Umfang und in der Mitte eines Quarzkristalls verbinden, der bei
einem erfindungsgemäßen Schwinger verwendbar
ist, und
Fig. 22 Draufsichten auf zwei Quarzkristalle, die in und 23 einem Quarzschwinger nach der Erfindung eingebaut sein können.
Quarzkristall 1 auf, der in einem Kondensator eingeschlossen ist, der von zwei dielektrischen Scheiben 3 und 4 gebildet wird, die Elektroden tragen und duroh einen dielektrischen Ring 2 getrennt sind. Der Kristall 1 wird
in seiner Stellung in Bezug auf die untere Scheibe 4 mittels Aufhängevorrichtungen 5, 6 festgehalten. Die Scheiben 3 und 4 und der Ring 2 bestehen beispielsweise aus
Siliziumdioxid.
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«j das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
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Die Baugruppe, bestehend aus den dielektrischen Scheiben
3 und 4, dem Ring 2 und dem Kristall 1, ist in einer Dose angeordnet, die durch einen Körper 7 und einen Deckel 8
gebildet wird«. Die Dose 7, 8 besteht aus Metall, beiapielsweiae
vernickeltem vergoldetem Messing, und ist mittels Kaltschweißung verschlossen} die Dose ist vorgesehen,
damit die Entgasung minimal ist und um ein starkes Vakuum oder eine Restatmosphäre (Wasserstoff, Helium,
Stickstoff...) aufrechtzuerhalten. Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 erfolgt der Verschluß mittels Kaltschweißung
an einem Stutzen 9t während der Deckel 8 mit der Dose mittels einer Naht 10 einer Schweißung S verschweißt ist.
Die Dose 7, 8 kann natürlich auch durch eine Kaltschweissung im Bereich des Deckels verschlossen werden, was zur
Folge hätte, daß nicht nur die Schweißung 10 an der Dose verschwindet, sondern auch der Stutzen 9, und daß sich
die Gesamtlänge des Schwingers damit verringert.
Die untere Scheibe 4, die den Ring 2 und die obere Scheibe 3 trägt, ruht auf einer Schulter, die an der Wand der
Dose 7 ausgebildet ist. Ein metallischer Ring 11 ist in die Doae 7 über der oberen Scheibe 3 eingesetzt. Der
Ring 11 stellt mittels einer Schraube 12 und ggf. der Zwischenfügung von (nicht dargestellten) Federn die mechanische
Verblockung des Siliziumdioxidkondensators sieher, der durch die Teile 2, 3 und 4 gebildet wird. Beispielweise
können drei Schrauben 12 um 120° gegeneinander versetzt angeordnet sein, die sich am Umfang der
Scheibe 3 im Bereich des auf dem Ring 2 liegenden Teils abstützen.
Ein Massenanschluß 13 ist an der Dose 7 befestigt. Ausgangsleitungen
14, 15 sind beispielsweise durch Thermokompression T mit vorangegangenem Niederschlag von Gold
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Brief vom Blatt 2*f Dial.-Ing. G. Sdilitb«
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mit den Elektroden verbunden, die jeweils an den Scheiben 3, 4 ausgebildet sind, und führen durch Öffnungen 16 bzw.
17 im Deckel 8 nach außen, die mit Isolationen 18, 19 versehen sind (Fig. 1 und 2).
Der Kristall 1 kann in unterschiedlicher Form ausgeführt sein, abhängig von den vorgesehenen Anwendungsfällen.
Man kann beispielsweise plankonvexe, bikonvexe, biplane Kristalle verwenden. Fig. 1 zeigt beispielsweise einen
kreisförmigen plankonvexen Kristall, der eine ebene Unterflache
21 und eine konvexe Oberfläche 20 aufweist.
Die Fläche des Kristalls 1 soll sorgfältig vorbereitet sein und so wenig Fehler wie möglich aufweisen. Damit
die Eigenschaften der Teile des Kristalls in der Nachbarschaft der Oberfläche so weit wie möglich den Eigenschaften
des Kristallinneren gleichen, verwendet man alternativ Verfahren, die die Oberfläche geometrisch formen
(Schleifen, Polieren), und Verfahren, die die Oberfläche reinigen und chemisch angreifen. In herkömmlicher Weise
führt man die obigen Arbeitsgänge zur Formung der Oberfläche zugleich mit einer Reinigung und einer chemischen
Bearbeitung durch. Schließlich wird der Kristall 1 nach den üblichen Verfahren sorgfältig gespült und in Lösungsmitteln
gereinigt, wie destilliertem Wasser, reinem Aceton und reinem Alkohol.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Aufhängung des
Kristalls 1 in dem Siliziumdioxidkondensator 2, 3, 4 führt man eine Thermokompression von Nieten aus Gold
oder Silber an der Randfläche des Kristalls 1 an mindestens zwei diametral gegenüber liegenden Punkten auf der
Achse ZZ1 durch. Diese Niete werden mit dünnen metallischen
Bändern 22, 23 vernietet, die vorzugsweise aus geglühtem oder getempertem Metall bestehen und an Trägern
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Brief vom Blatt IfZ
üloi.-ln?. Q. ScMMm
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24, 25 befestigt werden, die in der unteren Scheibe 4 angeordnet sind. Die schmalen Bänder 22, 23, beispielsweise
aus Nickel oder aus Messing, können auch an der Umfangefläche des Kristalls angeklebt werden. Die Thermokompression
wird jedoch bevorzugt, um jede Entgasung zu vermeiden, die bei der Verwendung eines Klebers auftritt.
Statt der Thermokompression kann man auch beispielsweise ein Schweißverfahren mit elektrolytischem Nickelauftrag
verwenden (Nickel-Electrobonding).
Zwei diametral gegenüberliegende Löcher 30, 31 werden in der unteren Scheibe 4 vorgesehen (Pig. 1 und 3). Diese
Löcher 30, 31 sind leicht konisch, wobei der entsprechende Konuswinkel vorzugsweise weniger oder gleich 1° ist.
Zwei metallische Hohlkörper 24 und 25, die leicht konisch mit demselben Winkel wie die Löcher 30 und 31 ausgeführt
sind, sind jeweils in den Löchern 30 und 31 angeordnet. Die Hohlkörper 24, 25 bestehen vorzugsweise aus Nickel,
und ihre Außenfläche ist aufgerauht. Eine aufgerauhte Fläche kann beispielsweise durch Sandstrahlen erhalten
werden. Die Hohlkörper 24 und 25, die beispielsweise vor der Montage abgekühlt werden können, sind sicher an der
unteren Scheibe 4 befestigt. Die Hohlkörper 24, 25 können in ihrem oberen Teil einen größeren Durchmesser als
an ihrem unteren Teil aufweisen.
Der an seinen beiden Nickelbändern 22, 23 befestigte Kristall 1 wird so in seine Stellung zwischen den beiden
Scheiben 3 und 4 gebracht, daß ein kleiner Spalt in der Größenordnung von 20 Mikron, bestimmt beispielsweise
durch die Zwischenlage von dünnen Goldblättern, zwischen der oberen Fläche der Scheibe 4 und der unteren Fläche
21 des Kristalls 1 gebildet wird» Die vorher verzinnten
kleinen Nickelbänder 22, 23 werden mit den Trägern 24 b«w, 25 verschweißt, die ebenfalls vorher verzinnt wurden.
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Man wählt vorzugsweise eine Zinnschweißung S, die im Vakuum sehr wenig entgast. Es können auch Schmelzschweißverfahren bei höheren Temperaturen verwendet werden. Die
Aufhängevorrichtungen 5, 6 für den Kristall, die die Hohlkörper 24, 25 und die schmalen Nickelbänder, 22,. 23 auf
weisen, halten den Kristall 1 sicher in seiner Stellung in Bezug auf die Scheibe 4. Man kann selbstverständlich
noch mehr Aufhängevorrichtungen 5» 6 vorsehen, beispielsweise drei oder vier Aufhängevorrichtungen, die an drei
oder vier Punkten am Umfang des Kristalls 1 angreifen·
Wie bereits ausgeführt, wird der Kondensator, in dem der Kristall 1 eingeschlossen ist, von den beiden Siliziumdioxidscheiben 3 und 4 gebildet, die durch den Hing 2
getrennt sind. Die obere Scheibe 3 ist plan geschliffen,
es ist jedoch möglich, ihren Mittelteil mit demselben
Radius zu schleifen wie die obere Fläche 20 des Kristalls 1. Die obere Scheibe 3 wird in einem geringen Abstand
von der oberen Fläche 20 des Kristalls 1 gehalten (der Abstand wird zwischen ungefähr 10 und 100 Mikron gewählt),
und zwar durch den Ring 2, der den Abstand zwischen den beiden Scheiben 3 und 4 bestimmt.
Man erkennt, daß es nicht notwendig ist, daß die Planfläche 21 des Kristalls parallel zu den Flächen der Slliziumdioxidsoheiben 3 und 4 ist. Andererseits hat eine
geringe vertikale Verlagerung des Kristalls 1 (beispielsweise hervorgerufen durch die Dehnung der Aufhängung 5,
6) keine Bedeutung; der Abstand zwischen den beiden Scheiben 3 und 4 wird auch weiterhin nur durch den Ring 2 bestimmt.
Elektroden 26 und 27 des den Kristall 1 umgebenden Kondensators sind in den Fig. 4 und 5 jeweils durch Schraffur dargestellt. Die Elektrode 26 ist an der unteren
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Fläche der oberen Scheibe 3 ausgebildet, während die Elektrode 27 an der oberen Fläche der unteren Scheibe 4
ausgebildet ist. Die Elektroden 26 und 27 sind unter Vakuum aufgedampft und können andere Gestalt haben als
die Darstellung in den Fig. 4 und 5. Der Teil des Kristalls 1, der zwischen den beiden Elektroden 26 und 27
liegt, bildet den aktiven Teil des Kristalls. Die im mittleren Abschnitt der Scheiben 3 und 4 liegenden Elektroden
26 und 27 haben Verlängerungen bis zu Flächen 28 und 29, die auf den oberen Flächen der Scheiben 3 und 4
liegen und an denen die jeweiligen Anschlüsse der Ausgangsdrähte 14 und 15 ausgeführt sind (Fig. 1 und 2).
Der mit der Fläche 29 der Elektrode 27 beispielsweise durch Thermokompression verbundene Ausgangsdraht 15
führt durch eine öffnung 33, die in dem Ring 2 vorgesehen ist, und ein loch 32, das in der oberen Scheibe 3
vorgesehen ist, und führt aus der Dose 9 durch die öffnung 17 hinaus. Um die Störkapazitäten zwischen der Dose
und den Elektroden zu verringern, ist die die Elektrode
26 tragende obere Scheibe 3 in dem Bereich eingeschnürt, der die Verbindungsrinns zwischen der Elektrode
26 und dem Flächenstück 29 trägt.
Der Ring 2 ist das einzige Element, das den Abstand zwischen den Scheiben 3 und 4 bestimmt. Dieser Ring 2 kann
aus Siliziumdioxid bestehen, er kann jedoch ebenso auch
aus einem Material bestehen, das eine veränderbare Dicke infolge elastischer Verformung aufweist.
Der Ring 2 kann auch piezoelektrisch sein und eine Dicke haben, die geringfügig veränderbar ist, wenn man eine
elektrische Spannung an zwei Elektroden legt, die vorher an der oberen Fläche und der unteren Fläche des
Rings aufgetragen wurden. Die Verwendung eines piezoelektrischen Ringes 2 gibt die Möglichkeit, die Frequenz
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des Schwingers zu modulieren, ohne ein zusätzliches Bauteil
außerhalb des Schwingers zu verwenden, wie einen Hilfskondensator, dessen Gütegrad immer verhältnismäßig
gering ist.
So bilden die Dicke und das Material des Rings 2, der den Plattenabstand des Kondensators bestimmt, zusätzliche
Parameter des Schwingers, die eine Modifikation der Eigenschaften des Schwingers ermöglichen, ohne den Aufbau
des aktiven Teils des Quarzkristalls 1 zu verändern,
Die Verwendung eines unbeweglichen und einstückigen Ringes 2 ist außerdem deshalb besonders interessant, weil er
eine genaue und leichte Beeinflussung der Frequenz ermöglichte Die Beeinflussung der Frequenz kann bei der Umgebungstemperatur
Ta (die genau meßbar ist) und unter atmosphärischem
Druck geschehen, wenn der Schwinger in seinem Siliziumdioxidkondensator angeordnet ist. Um die
Frequenz des Schwingers einzustellen, genügt es, den aus den Teilen 2, 3 und 4 gebildeten Kondensator zu demontieren
und den Ring durch Schleifen zu überarbeiten oder durch chemischen Angriff dünner zu machen. Man kann auch
einen Ring aus einer vorbereiteten Gruppe von kalibrierten Ringen auswählen. Eine Verringerung der Ringdicke
um ein Mikron entspricht einer Verringerung der Frequenz von ungefähr ein Hz (für einen Schwinger der Frequenz mit
5 MHz bei der 5· Harmonischen schwingend), was eine sehr genaue Einstellung ermöglicht.
In der Praxis mißt man vorher die Inversionstemperatur TI (und die entsprechende Frequenzdifferenz Δ f) und mittels
eines kleinen Versuchs-Vakuuraabschlusses die mögliche Frequenzänderung,
wenn man von Atmosphärendruck auf Vakuum übergeht. Wenn der Frequenzunterschied zwischen den Regelzuständen
und den tatsächlichen Arbeitszuständen
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bestimmt ist, kann die Einstellung der Schwingerfrequenz mit großer Genauigkeit durch Veränderung der Dicke des
Rings bei einer Umgebungstemperatur Ta und unter Atmosphärendruck erfolgen. Man kann auf diese Weise eine Genauigkeit
erreichen, die besser ist als ± 10"*'.
Es ist festzustellen, daß die Kurven, die die Veränderungen
der Frequenz eines erfindungsgemäßen Schwingers in
Abhängigkeit von der Temperatur darstellen, im wesentlichen identisch sind mit den bekannten Kurven, die man für
einen herkömmlichen Schwinger mit am Kristall angebrachten Elektroden erhält. Ein Beispiel derartiger Kurven bezogen
auf AT-Schnitte ist in Fig. 14 dargestellt.
Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Schwingers
nach den Fig. 1 und 2, die durch ihren Aufbau gegen Stöße besonders umempfindlich ist. Die Bauteile des
Schwingers nach Fig. 6 ähneln den Bauteilen des Schwingers nach den Fig. 1 und 2 und tragen dieselben Bezugszeichen. Eine metallische Dose 7 weist einen Deckel 8
auf, der mit dem Körper der Dose 7 mittels einer Schweißnaht 10 verschweißt ist; die Dose ist durch Kaltschweissung
im Bereich eines Stutzens 9 verschlossen. Die Dose "Z, 8 bildet somit einen dichten Behälter, in dessen Innerem
ein mehr oder weniger starkes Vakuum hergestellt werden kann oder in den ein Restgas eingeführt werden kann.
Die Dose 7 weist eine besonders einfach herzustellende zylindrische Form auf, die der Form der aktiven Elemente
des Schwingers entspricht, sie kann aber auch andere geometrische Formen haben.
Im Inneren des dichten Behälters 7, 8 sind die beiden Scheiben oder Platten 3 und 4- angeordnet, die die Elektroden,
den zwischen die Platten 3 und 4 eingelegten Quarzkristall 1 und den Ring 2 tragen, der ein Abstandsteil
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zwischen den Scheiben 3 und 4 bildet. Die Elemente 1,2, 3 und 4 sind in Fig. 6 schematisch dargestellt und bilden
einen Aufbau, der der vorher beschriebenen Ausführungsform
entsprechen kann. Die Platten 3 und 4 und der Ring 2 können eine kreisförmige Gestalt haben und drehsymmetrisch
um die Längsachse des Schwingers ausgeführt sein. Die Tragplatten 3 und 4 in der Form von Scheiben und der Ring
2 in Form eines Kreisrings sind sehr einfach herzustellen, so daß die Fehlermöglichkeiten begrenzt sind, die bei sehr
asymmetrischen Teilen auftreten können. Auf jeden Fall kann eine gute Arbeitsweise des Schwingers mittels der
Scheiben 3 und 4 und des Ringes 2 erreicht werden, deren Umfangsteile sehr unterschiedliche geometrische Formen
aufweisen können.
Um die Unempfindlichkeit gegenüber Stößen zu verbessern,
wird die mechanische Verblockung des durch die Teile 2,
3 und 4 gebildeten Kondensators nur durch Federn 112 bewirkt. Zwei Teile 11, die miteinander verbunden und zueinander
im Abstand gehalten werden durch Verbindungstei-Ie
12, sind an einem Ansatzteil 8a des Deckels 8 befestigt. Die aus den Teilen 2, 3 und 4 bestehende Baugruppe wird
in ihrer Stellung zwischen den Platten 11 durch die Federn 112 gehalten, die zwischen eine der Scheiben 3» 4
und die entsprechende Platte eingesetzt sind. Die Aufhängevorrichtungen für den Kristall 1 im Inneren des Kondensators
3, 4 sind in Fig. 6 nicht dargestellt.
Zwei Ausgangs-Leitungsdrähte 14 und 15 führen aus dem Deckel 8 durch öffnungen 16 und 17 hinaus, die mit einem
Isoliermaterial 18 bzw. 19 gefüllt sind. Die Drähte 14 und 15 sind mit (nicht dargestellten) Elektroden verbunden,
die auf den Scheiben 3 bzw. 4 angebracht sind.
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Der den Abstand zwischen den Scheiben 3 und 4 bewirkende Ring 2 besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid. Der Ring
2 kann ebenso auch aus Quarz bestehen. Wenn jedoch eine Veränderung der Schwingerfrequenz beabsichtigt ist durch
eine Einwirkung auf den Ring 2, wird vorzugsweise ein Ring 2 aus piezoelektrischem Material verwendet, das eine
feste Verbindung darstellt, beispielsweise ein keramisches piezoelektrisches Material.
Die Scheiben 3 und 4 bestehen vorzugsweise aus dielektrischem
Material, wie beispielsweise Siliziumdioxid. In diesem letzten Pail kommt es jedoch zu bestimmten Wärmespannungen
in dem Kristall 1 infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten des Kristalls 1 und der Tragplatten
3 und 4. Aus diesem Grund hat der in Fig. 6 dargestellte Schwinger bessere Eigenschaften, wenn die Scheiben
3 und 4 aus Quarz bestehen. Da eine ungünstige Ausrichtung möglich ist, d.h. ein bestimmter von Null abweichender
Winkel zwischen der kristallographischen Ausrichtung des Kristalls 1 und der Ausrichtung der Quarzscheiben
3 und 4, ist es bedeutsam, daß beide Quarzscheiben dieselbe Ausrichtung haben wie der Quarzkristall.
Wenn die Scheiben 3 und 4 durch einen Ring 2 unabhängig vom Kristall 1 im Abstand zueinander gehalten werden oder
wenn der Kristall 1 an einer einzigen Scheibe aufgehängt ist, beispielsweise an der Scheibe 4 (Fig. 7 und 8), kann
es ausreichen, nur die Scheibe 4 aus Quarz auszuführen, an der der Kristall aufgehängt ist.
Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei abgewandelte Ausführungsformen der Baugruppe, die einen Kondensator 3, 4, einen
Ring 2 und einen Kristall 1 aufweist und zum Einbau in einen Schwinger bestimmt ist, wie er beispielsweise in
Fig. 6 dargestellt ist. Der Kristall 1 ist zwischen zwei
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Scheiben 3 und 4 angeordnet. Die beiden Scheiben 3 und.
sind im Abstand zueinander durch einen unabhängigen Ring 2 gehaltene Die untere Scheibe 4, die den Kristall 1
trägt, besteht aus Quarz derselben Ausrichtung wie der Kristall 1. Der Kristall 1, der in dem durch den Ring 2
und die Scheiben 3 und 4 gebildeten Hohlraum angeordnet ist, ist an der Scheibe 4 mittels Thermokompression an
mehreren Punkten angebracht, wobei die Thermokompression an den metallischen Niederschlagen 5, 6 von Gold oder
Silber ausgeführt wird, die vorher an dem Kristall 1 und den entsprechenden Abschnitten der unteren Tragscheibe
4 vorgenommen wurden. Die Thermokompressionen sind am Umfang der Fläche 21 des Kristalls 1 ausgeführt, die
der Fläche 44 der Scheibe 4 zugekehrt ist. Die mit der Scheibe 4 verbundene, nicht dargestellte Elektrode ist
an der Fläche 44 im Abstand zu den Thermokompressionen 5 und 6 und gegenüber dem zentralen Teil der Fläche 21
des Kristalls 1 angebracht. Der Abstand e zwischen einerseits der auf der Fläche 44 der Scheibe 4 angebrachten
Elektrode und andererseits der Fläche 21 der Scheibe 1 hängt nur von der Dicke der Thermokompressionen 5, 6
ab und kann zwischen ungefähr 0,5 ya und 50 λι betragen.
Da die Dicke e verhältnismäßig groß ist (10-50 λι), ist es möglich, ein dünnes zusätzliches Goldplättchen zwischen
die beiden im Vakuum aufgebrachten Goldniederschläge vor der Ausführung der Thermokompressionen 5, 6 einzuführen.
Es ist festzustellen, daß die Art der Aufhängung des Kristalls 1, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist,
weder irgendeine Bohrung an der Scheibe 4 noch die Verwendung irgendeines metallischen Einsatzes oder metallischen
Aufhängungsbandes notwendig macht. Da der Kristall
1 und die Scheibe 4 beide aus Quarz derselben Ausrichtung bestehen, treten keine wesentlichen Wärmespannungen im
Kristall im Bereich der Aufhängungsζonen auf.
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Die der oberen Fläche 20 des Kristalls 1 zugekehrte Fläche
43 der Scheibe 3 kann eben sein (Fig. 8) oder einen Krümmungsradius aufweisen, der in der Nähe des Krümmungsradius
der oberen Fläche 20 des Kristalls liegt (Fig. 7).
Außer der Befestigungsart des Kristalls 1 durch direkte
Thermokompression an der Quarzscheibe 4 kann der in den Fig. 7 und 8 dargestellte Aufbau der Teile auch in der
vorher anhand der Figo 3 bis 5 beschriebenen Weise ausgeführt werden.
Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingers ist in den Fig. 9 bis 13 dargestellt. Bei dieser
Ausführungsform ersetzt man in einer Dose 7, 8, die mit
der in den Fig. 1 oder 6 dargestellten identisch ist, die Baugruppe, die aus den die Elektroden tragenden Scheiben
3, 4, dem Ring 2, dem Kristall 1 und den Aufhängevorrichtungen
5 und 6 für den Kristall besteht, durch eine Baugruppe, die zwei Scheiben 3a und 4a aufweist, die die
Elektroden tragen, ähnlich den Scheiben 3 und 4 der Fig. 1 bia 8, und einen Kristall 1a, 2a, der zwischen die beiden
Scheiben 3a und 4a eingesetzt ist und dem Kristall 1 und dem Ring 2 der Fig. 1 bis 8 entspricht. Bei dieser
Ausführungsform wird das den Ring für den Abstand zwischen
Scheiben 3a und 4a bildende Element 2a durch einen Umfangsteil des Kristalls selbst gebildet, wobei dieser Umfangsteil
über Zwischenteile 34, 35 mit einem Kristallmittelteil 1a verbunden ist, der dem Kristall 1 der Fig. 1 bis
8 entspricht. Auf diese Weise trägt sich der Kristall selbst, weil kein zusätzliches Element mit den Tragscheiben
3a und 4a verbunden ist.
Der verwendete Kristall kann wie bei den ersten Ausführungsbeispielen
der Erfindung verschiedene Formen aufweisen. Der in den Fig. 9 bis 13 dargestellte Kristall ist
plankonvex, wobei seine ebene Fläche die Unterfläche ist.
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Der Kristall 1a, 2a ist in der oben für den Kristall 1 be schriebenen Weise bearbeitet. Wie man insbesondere aus
Fig. 9 erkennt, weist der dargestellte Kristall eine Einschnürung 34, 35 in seinem Zwischenteil auf, der zwischen
seinem aktiven zentralen Teil 1a und seinem Umfangsteil 2a angeordnet ist, der den Abstandsring bildet. Die Einschnürung
34, 35, die durch Schleifen erzeugt wird, kann kreisförmig sein, sie kann aber auch andere Gestaltungen
aufweisen, abhängig insbesondere von der Ausführung der Elektroden. Nach einer Grobeinstellung der Frequenz werden
Ausnehmungen 36, 37 (Fig. 1 bis 12) beispielsweise
durch Ultraschallbearbeitung in einem Abschnitt der kreisringförmigen Einschnürung vorgenommen, die den Mittelteil
1a und den Umfangsteil 2a des Kristalls trennt. Der Kristall wird auf diese Weise an zwei Kristallbrücken 34, 35
aufgehängt, die den Teil 1a mit dem Teil 2a verbinden. Der Kristall kann jedoch auch mehr als zwei Brücken 34,35
aufweisen. So ist in Fig. 13 ein Kristall dargestellt, der drei eingeschnürte Teile 36a, 36b und 37und drei aus
Kristall bestehende Brücken 34, 35 und 42 aufweist. Der Zwischenteil zwischen dem Zentralteil 1a und dem Umfangsteil
2a des Kristalls, der mindestens einen schmäleren Abschnitt aufweist, kann eine unterschiedliche Anzahl von
Brücken aufweisen, je nach der gewünschten mechanischen
Eigenschaft.
Der Kristall wird zwischen den beiden Kondensatorplatten 3a und 4a durch seinen Umfangsteil 2a gehalten, der das
Abstandsteil zwischen den Scheiben 3a und 4a bildet. Die Elemente 11, 12 (siehe Fig. 1), die die Scheiben 3a und
4a in ihrer Stellung halten, üben vorzugsweise in den Umfangszonen der Scheibe 3a eine Wirkung aus, die den verlängerten
Zonen der aus Kristall bestehenden Brücken 34, 35 des Teils 2a des Kristalls entsprechen.
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' Vf.
Die geometrischen Formen der aus Siliziumdioxid bestehenden Scheiben 3a und 4a erhält man durch Schleifen und chemische
Bearbeitung des Siliziumdioxids. Die Flächen der Scheiben 3a und 4a können eben sein. Jedoch haben die
Flächen 43» 44 der Scheiben 3a und 4a vorzugsweise ein Profil, das den gegenüberliegenden Flächen 40 und 41 des
Kristalls entspricht. Vertiefungen 38 und 39, deren Tiefe größer ist als die Breite des freien Spalts zwischen
dem Mittelteil 1a und jeder der jeweils auf die Fläche 43 bzw. 44 aufgetragenen Elektroden, sind vorzugsweise in den
Flächenteilen 43 bzw. 44 der Scheiben 3a und 4a gegenüber dem Zwischenteil 34, 35, 36, 37 des Kristalls ausgebildet.
Die Flächen 43 und 44 der Scheiben 3a und 4a, die in ihrem Umfangsbereich an die Form der Umfangsteile 2a des Kristalls
angepaßt sind, sind in ihrem die Elektrode tragenden Mittelteil gegenüber der entsprechenden Fläche 40
bzw· 41 des Kristalls derart zurückgesetzt, daß der Spalt zwischen dem Kristall und jeder der Elektroden sehr gering
ist (einige Zehntel Mikron bis einige zehn Mikron).
Die genaue Frequenzeinstellung des Schwingers wird durch Peinschleifen der ebenen Fläche des Kristalls 1a, 2a und
eine anschließende chemische Bearbeitung erreicht, beispielsweise mit einer stark verdünnten Lösung von Bifluorat.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Mittelteil 1a der Unterfläche 41 des Kristalls
gegenüber dem Umfangsteil 2a derselben Unterfläche 41 des Kristalls zurückgesetzt. Die Tiefe dieser Zurücksetzung
soll gering bleiben, in der Größenordnung von 10 bis 20 Mikron. Diese Ausführungsform ermöglicht es, bei
der Einstellung der Frequenz nur den Teil 2a der Fläche 41 zu schleifen, analog wie das Schleifen des Ringes 2
der Fig. 1 bis 3c Man erhält so eine sehr große Genauigkeit
bei der Frequenzeinstellung. Statt dessen kann die
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χ Ι υ \ιυ U
Frequenzeinstellung auch durch eine Bearbeitung einer der Scheiben 3a und 4a erfolgen. Die Scheibe 3a kann beispielsweise
auf ihrer Fläche 44 einen Rücksprung geringer Tiefe in ihrem mittleren Teil aufweisen (siehe Pig.
9 und 10) und am Umfangsteil dieser Fläche 44 abgeschliffen werden, die dem Umfangsteil 2a des Kristalls zugekehrt
ist, um die genaue Einstellung der Frequenz durch eine Veränderung des Abstands zwischen der Elektrode 27,
die auf der Fläche 44 der Scheibe 3a getragen wird, und der Fläche 41 des Kristalls 1a zu erreichen. Um die Frequenzeinstellung
durchzuführen, ist es ebenso möglich, eine Scheibe 3a aus einer Gruppe von im voraus vorbereiteten
kalibrierten Scheiben zu wählen, die jeweils im mittleren Teil ihrer Fläche 44 mit einem Rücksprung oder
einer Vertiefung genau vorgegebener Abmessung versehen sind.
Die Elektroden werden durch einen im Vakuum auf die Scheiben 3a und 4a aufgedampften Goldfilm gebildet, ebenso
wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die Elektroden sind mit Ausgangsleitungen verbunden, beispielsweise mittels Thermokompressionen T. Jedoch
kann nach einer Variante der Erfindung die untere Elektrode mit einem hohlen Anschlußstück 45 aus Nickel in
Berührung stehen, dessen unteres konisches Ende in einem konischen Loch der unteren Scheibe 4a kalt justiert
ist, ähnlich wie die Befestigung der Teile 24, 25 in Fig. 1. Dieses Anschlußstück 45 aus Nickel ist durch
Punktschweißung mit der entsprechenden Auagangsleitung 15a verbunden.
Fig. 14 zeigt als Beispiel drei Kurven, die den Frequenzverlau.f Af des ijchwlngers in Abhängigkeit von seiner
Betriebstemperatur in Abhängigkeit von einer Bezugstemperatur
zeigen, die der Umgebungstemperatur entspricht.
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Die drei Kurven entsprechen Quarzkristallen in AT-Schnitt, die verschiedene Schnittwinkel haben.
Fig. 15 zeigt eine aus den Teilen 1a, 2a, 3a und 4a "bestehende
Baugruppe, die der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Baugruppe ähnelt, bei der jedoch der Abstandsring
2a durch einen Randteil des Kristalls selbst gebildet wird, der durch einen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Zwischenteil 34, 35 mit einem aktiven Mittelteil 1a des Kristalls verbunden ist. Der Abstand
zwischen der auf eine der Scheiben aufgetragenen Elektrode und der entsprechenden Fläche des Kristalls 1 kann
sehr gering sein und vorzugsweise zwischen einem Mikron oder mehreren Zehntel Mikron und einigen zehn Mikron betragen.
Der Gütegrad des Schwingers wird verbessert und der Bewegungswiderstand verringert, wenn der Abstand
Elektrode-Kristall verringert wird, ohne daß die Elektrode jedoch den Kristall berührt. Es ist möglich, im
Mittelteil der Scheiben 3 und 4, die beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Quarz bestehen, einen Rücksprung von
geringer Tiefe vorzusehen, der es ermöglicht, daß die Elektrode um diesen Abstand vom Kristall zurückgesetzt
ist. Eine derartige Zurückversetzung kann parallel zur
Quarzkristallfläche ausgeführt sein oder dadurch, daß für die Fläche der einen Scheibe 3 oder 4 und die entsprechende
Fläche des Kristalls 1 zwei Schleifvorgänge mit unterschiedlichen Krümmungsradien ausgeführt werden.
Eine andere Lösung, um auf bequeme Weise einen geringen Abstand Elektrode-Kristall zu erhalten, besteht -
wie in Fig. 15 dargestellt - darin, auf der Scheibe 3a und der Scheibe 4a eine dünne Nickelschicht 46, 47 bzw.
48, 49 mittels Elektrolyse aufzutragen, und zwar auf eine dünne metallische Schicht, die vorher auf den
Rand der Flächen 43 und 44 der Scheiben 3a und 4a auf einer oder mehreren Teilen dieses Umfangs aufgedampft
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wurde, die dem Randteil 2a des Kristalls zugekehrt sind. Die auf die Fläche 43 der Scheibe 3a aufgetragene
Nickelschicht 46, 47 und die auf die Fläche 44 der Scheibe 3a aufgetragene Nickelschicht 48, 49 bestimmen die
Spalte e zwischen der auf die Fläche 43 der Scheibe 3a aufgetragenen Elektrode und der Fläche 40 des Kristalls
oder zwischen der Elektrode, die auf der Fläche 44 der Scheibe 4a aufgetragen ist, und der Fläche 41 des Kristalls,
wobei die Spalte e sehr klein sein können, beispielsweise in der Gr ö 13 en Ordnung von 0,5 bis 50 ax·
Die Elektroden sind in den Figo 15 und 16 nicht dargestellt.
Die Nickelschicht 46, 47, 48, 49 spielt eine Rolle als Dämpfer für mögliche Stöße und macht jede zusätzliche
Schleifbearbeitung oder chemische Bearbeitung der Flächen 43 und 44 der Scheiben 3a und 4a unnötig. Die Nickelschicht
kann - wie in Fig. 16 bei der Scheibe 4a zu erkennen - so ausgeführt sein, daß sie nur eine oder mehrere
Teile 48 oder 49 des Umfangs der Fläche der entsprechenden
Scheibe bedeckt.
Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform in Kompaktbauweise eines Quarzschwingers mit nicht mit dem Kristall verbundenen
Elektroden. Bei einer derartigen Ausführungsform wird die dichte Dose durch den Kondensator 3a, 4a selbst
gebildet und der Teil 2a des Kristalls bildet den Abstandsring.
Der selbsttragende Kristall 1a, 2a und die Scheiben 3a, 4a sind in der Weise ausgeführt, wie sie
für den Fall eines Quarzschwingers mit getrennter Dose beschrieben wurden. Die Scheiben 3a, 4a sind vorzugaweise
aus Quarz derselben Ausrichtung wie der Kristall ausgeführt. Außerdem sind die Nickelschiohten 46, 47
und 48, 49 vorzugsweise auf die Flächen 43 und 44 der
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Scheiben 3a bzw. 4a so aufgetragen, wie es mit Bezug auf die Pigβ 15 und 16 beschrieben wurde. Die dichte Dose ist
beim Beispiel nach Fig. 17 durch die Außenflächen 51 und 52 der Scheiben 3a und 4a, die Seitenflächen 53 und 54
derselben Scheiben 3a und 4a und die Umfangsfläche 55 des Randteils 2a des Kristalls gebildet. Die aus den
Teilen 1a, 2a, 3a, 4a gebildete kompakte Baugruppe ist mit einer Kunstharzumhüllung 50 umgeben, die zur Stoßabsorption
vorgesehen ist. Zwei Ausgangsleitungen 14a, 15a, die mit den auf den inneren Flächen 43 und 44 der
Scheiben 3a und 4a aufgetragenen Elektroden 26 bzw. 27 verbunden sind, führen durch die Umhüllung 50 nach außen.
Die den Kristall 1a umgebenden Scheiben 3a und 4a sind mit dem Randteil 2a des Kristalls im Vakuum bei erhöhter
Temperatur von ungefähr 480° C versiegelt, so daß eine ringförmige Thermokompression in den Umfangsbereichen
53» 54 bzw. 55 der Scheiben 3a und 4a und des Umfängst
eils 2a gebildet wird, die nahe bei dem Zusammenschluß 56 zwischen dem Randteil 2a und der Scheibe 3a
und dem Zusammenschluß 57 zwischen dem Umfangsteil 2a und der Scheibe 4a liegen. Die Thermokompression wird
vorzugsweise auf einer dünnen Gold- oder Silberschicht ausgeführt, die vorher aufgetragen wurde. Die Elektroden
26 und 27 sind mit Metall verbunden, das die Thermokompression an dem Zusammenschluß 56 bzw· an dem Zusammenschluß
57 bildet. Die Ausgangsleitungen 14a und 15a sind selbst wieder mit dem Metall der Zusammenschlüsse 56 bzw.
57 verbunden. Es ist festzustellen, daß in Pig. 15 und in Pigβ 17 die Nickelschichten der deutlicheren Darstellung
halber mit stark vergrößerter Dicke dargestellt sind.
Ein Schwinger, wie er in Pig. 17 dargestellt ist, kann
eine sehr geringe Masse und sehr geringe Abmessungen
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aufweisen (beispielsweise wurde ein Schwinger von 50 MHz in Form einer Scheibe von 24 mm Durchmesser und 8 mm
Höhe ausgeführt). Außerdem tritt bei sehr niedrigen Temperaturen und sogar bei der Temperatur flüssigen Heliums
keine wesentliche Spannung im Kristall 1a, 2a auf, wenn die Scheiben 3a und 4a selbst ebenfalls aus
Quarz derselben Ausrichtung wie der Kristall 1a, 2a ausgeführt
sind ο
Der Quarzkristall 1a, 2a, der bei einem Quarzschwinger verwendet werden kann, wie er beispielsweise in Fig.
dargestellt ist, unterscheidet sich nicht von den selbsttragenden Quarzkristallen, die bei den Schwingern verwendet
werden können, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt sind. So kann der Zwischenteil 34, der zwisehen
dem den Ring bildenden Randteil 2a und dem aktiven Mittelteil 1a angeordnet ist, eingeschnürt sein
und kann Ausnehmungen aufweisen, so daß die nicht mit Ausnehmungen versehenen Bereiche 34, 35 des Zwischenteils
mehrere schmale Brücken zwisehen dem Randteil 2a des
Kristalls und dem Mittelteil 1a bilden. Die kompakte Ausführung eines Quarzschwingera mit nicht am Kristall
angebrachten Elektroden ist ebenfalls in dem Fall möglich, wo ein Kristall in der Ausführungsform nach den Fig.
und 8 aufgehängt ist. In diesem Fall spielt der Ring die Rolle des Randteils 2a nach Fig. 17, und eine
kompakte Baugruppe 1, 2, 3, 4 kann in einer Weise ähnlich wie die kompakte Baugruppe 1a, 2a, 3a, 4a nach Figo
17 gebildet werden.
Um die Restspannungen an den Aufhängungspunkten des Kristalls
an seinen Umfangsteilen und Zwischenteilen zu verringern, ist es allgemein möglich, den Kristall 1a,
2a einer Vorbehandlung vor seiner Montage zu unterwerfen. Es ist beispielsweise vorteilhaft, den Kristall
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einer Wärmebehandlung bei ungefähr 480° C zu unterwerfen und anschließend eine sehr leichte Bearbeitung mit Bifluorid
durchzuführen.
Wenn keine Ausnehmung im eingeschnürten Zwischenteil ausgeführt wird, und daher eine einzige dünne Brücke 34 sich
über einen Winkel von 360° um den gesamten aktiven Teil 1a erstreckt, was die einfachste Gestalt ergibt (siehe
Pig. 18), ist die Bearbeitung des Kristalls außerordentlich einfach. Eine Drehbearbeitung ohne zusätzliche Ultraschallbearbeitung
kann ausreichend sein, und die Ringnut 58, die in dem Zwischenteil des Kristalls gebildet
ist, um einen dünneren Teil 34 zu bilden, kann mit einer Schleifbearbeitung auf nur einer Seite hergestellt werden
(beispielsweise auf der Seite der Fläche 14 des Kristalls in Fig. 18). Selbstverständlich kann - wie schon
früher ausgeführt - die Anordnung und Höhe der Brücken 34, 35, die Höhe dieser Brücken in Bezug auf die Umfangsflache
des Kristalls, die Breite dieser Brücken ebenso wie di· azimutale Anordnung dieser Brücken je nach den
vorgesehenen Anwendungsfällen verändert werden.
Wenn man den Fall eines AT-Schnitts betrachtet (zeB. einen
in der 5· Harmonischen schwingenden 5-MHz-Kristall),
weist der Zwischenteil des Kristalls vorzugsweise zwei dünne Brücken 34, 35 auf, die entsprechend der Achse ZZ'
(Projektion der Achse 2) des Kristalls in Bezug auf den aktiven Mittelteil 1a angeordnet sind. Bei einer Herstellung
durch Ultraschallbearbeitung ist es möglich, die Brücken 34, 35, deren Achse mit der Achse ZZ1 zusammenfällt,
mit einer Winkelspanne von mindestens 30 Winkelminuten auszuführen. Auch eine größere Anzahl von
Brücken kann ausgeführt werden. So kann der Zwischenteil des Kristalls außer den beiden Brücken in der Achse
ZZ1 auch noch mindesten« eine Brücke 42 in der Achse
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X aufweisen (Pig. 13). Man kann die Aufhängungsbrücken vorzugsweise symmetrisch anordnen, und zwar sowohl hinsichtlich
ihrer Form als auch hinsichtlich ihrer Azimutstellung. So erhält man beispielsweise gute Eigenschaften,
wenn man vier Brücken vorsieht, beispielsweise zwei Brücken in der Achse ZZ1 und zwei Brücken in der Achse X.
Eine andere mögliche azimutale Verteilung der Brücken unter Berücksichtigung der Symmetrie eines Quarzkristalle
in AT-Schnitt besteht darin, zwei Brücken in der Achse ZZ1 und eine Brücke in einer Richtung anzuordnen, die
einen Winkel von 60° mit der Achse ZZ1 hat.
Die Anordnung der Brücken wie beispielsweise der Brücken 34, 35, 42 in Bezug auf die Umfangsflache des Kristalls
kann je nach den vorgesehenen Anwendungsfällen verändert
werden. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn die Mitte der Brücken mit der Knotenebene des Bezugspunktes
F des piezoelektrischen Körpers 1a» 2a zusammenfällt,
die in halber Höhe des Kristallkörpers 1a, 2a angeordnet ist, d.h. in der Mitte der Dicke des Kristalls, wie es
in den Fig. 19 bis 21 dargestellt ist, die Teilschnitte eines Kristalls 1a, 2a in Ebenen sind, die die Schnittachse
des Kristalls enthalten; die Figuren zeigen verschiedene mögliche Formen der Brücken 60, 63, 66, die
den Umfangsteil 2a des Kristalls mit dem aktiven Mittelteil 1a verbinden. Wenn man die Fig. 19 betrachtet,
sieht man beispielsweise eine Brücke 60 mit einer oberen Fläche 71 und einer unteren Fläche 72, die zueinander
parallel und senkrecht zum oberen Abschnitt 61 und unteren Abschnitt 62 der Umfangsfläche des aktiven Teile
1a des Kristalls verlaufen und jeweils mit den Teilen 61 und 62 der Umfangsfläche des Kristalls durch einen
kleinen konkav abgerundeten Abschnitt 70 mit dem Krümmungsradius R verbunden sind· Die Brücke 60 kann auch
mit der inneren Umfangsflache des Randteile 2a des
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Kristalls über kleine, konkav abgerundete Abschnitte entsprechend den Abschnitten 70 verbunden sein. Der Radius
R der abgerundeten Abschnitte 70 kann kleiner als 1 mm sein.
In Pig. 20 erkennt man beispielsweise eine Brücke 63, die eine obere Fläche 74 und eine untere Fläche 75 aufweist,
die zum aktiven Mittelteil 1a hin konvergieren, vorzugsweise in der Höhe der Hauptknotenebene mit -dem Bezugspunkt
P des Kristalls 1a, 2a; sie sind in einem Winkel ^C
von ungefähr 80° zu der Umfangsfläche 64, 65 des aktiven Teils 1a des Kristalls geneigt, wobei diese Umfangsfläche
64, 65 selbst senkrecht zur Ebene 8 verläuft. Die Flächen 74 und 75 der Brücke 63 sind jeweils mit dem oberen
Teil 64 und dem unteren Teil 65 der Umfangsfläche des aktiven Teils 1a des Kristalls über einen kleinen, konkav
gerundeten Abschnitt 73 verbunden.
Fig. 21 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Brücke 66, die dazu bestimmt ist, eine leichte Elastizität
in der Ebene P des Kristallschnitts zu ergeben, indem
die Brücke verlängert wird, ohne die Breite der Nut zu vergrößern, die zwischen dem Mittelteil 1a und dem Umfangsteil
2a eingeschnitten ist. Die Brücke 66 weist eine obere Fläche 77 und eine untere Fläche 78 auf, die im
wesentlichen parallel sind und in der Schnittebene der
Fig. 21 (diese Ebene enthält die Schnittachse des Kristalls) ungefähr ein Sinusprofil haben.
Allgemein bestimmen die seitlichen Wände 59 (Fig. 18),
61, 62 (Fig. 19), 64, 65 (Fig. 20), 67, 68 (Fig. 21) der Nuten 81, 82, 84, 85, 87 bzw. 88 den eingeschnürten Zwischenabschnitt;
außerdem sind die die Umfangsfläche des aktiven Teils 1a bildenden Wände senkrecht zur Hauptebene
des Bezugspunktes P des Kristalls und haben eine Konizität nach unten von ungefähr 30 Winkelminuten.
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270 12Üö
In Pig. 22 erkennt man, daß die Brücken 34, 35, die zwischen den Ausnehmungen 36 und 37 belassen wurden und den
aktiven Mittelteil 1a mit dem festen Umfangsteil 2a des Kristalls verbinden, radial verlaufen. Pig. 23 zeigt aber
eine Ausführungsform, bei der das Ende 34b bzw. 35b der
Brücke 34 bzw. 35, das dem Umfangsteil 2a zugekehrt ist, um einen bestimmten Y/inkel β um die Schnittachse in Bezug
auf das Ende 34a bzw. 35a versetzt ist, das dem aktiven Mittelteil 1a zugekehrt ist, wobei die Seitenflächen 34c
und 34 d bzw. 35c und 35d jeder der Brücken 34 und 35 gekrümmt sind und dieselbe Krümmungsrichtung aufweisen.
Bei den Ausführungsformen des Schwingers nach der Erfindung
und insbesondere bei den Ausführungsformen nach den Figo 9 bis 13, 15 und 17 bis 23 ist es wichtig, daß die
Umfangsflache des aktiven Mittelteils -1a des Kristalls
nicht nur senkrecht zur Bezugsebene des Kristalls 1a verläuft und nur eine möglichst geringe Konizität hat, sondern
vorteilhafterweise ist auch die für die Endbearbeitung verwendete Schleifkorngröße, die den Endzustand der
Umfangsflache des Kristalls 1a bestimmt, sehr fein^und
zwar in der Größenordnung von einigen Mikron«. Die Brükken
34, 35» 42, 60, 63, 66 können selbst eine geringe Dicke von weniger als einigen hundert Mikron aufweisen
(beispielsweise weniger als 200 Mikron), wodurch es möglieh wird, einen aktiven Mittelteil zu erhalten, der
selbst eine geringe Dicke hat. Durch Ionenbearbeitung ist es möglich, einen aktiven Teil des Kristalls mit einer
Dicke von weniger als 100 Mikron zu erhalten, was die Verwendung von erfindungsgemäßen Schwingern mit nicht
am Kristall angebrachten Elektroden im VHP-Bereich gestattet. Die Breite des eingeschnürten Mittelteils, der
zwischen dem Mittelteil 1a und dem Umfangsteil 2a angeordnet ist, kann unterschiedliche Werte je nach den
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gewünschten Anwendungsbereichen annehmen. Bei Kristallen im AT-Schnitt (in der 5. Harmonischen schwingender 5-MHz-Kristall)
liegen die Brückenbreiten d (Pig. 19, 20) in der Größenordnung von 2 bis 3 mm und es hat sich gezeigt, daß
man dadurch sehr gute Eigenschaften erhält.
Bei der Ausführung nach den Fig. 9 und 10 sind die Nuten
38, 39» die jeweils aus den dem Zwischenteil 34, 35» 36 des Kristalls 1a, 2a zugekehrten Zonen der Flächen 43» 44
der Tragscheiben 3a und 4a herausgearbeitet sind, vorzugsweise mit Schleifkörnern bearbeitet, die jeweils eine Umlaufbahn
beschreiben, die in einer Ebene liegt, die durch die Achse des Kristalls 1a, 2a geht. Damit die auf die
Flächen 43, 44 der Scheiben 3 und 4 aufmetallisierten
Elektroden 26, 27 einen sicheren elektrischen Durchgang haben, soll außerdem die Oberflächengüte der Flächen 43
und 44 in der Größenordnung von 0,2 Mikron liegen.
Erfindungsgemäße piezoelektrische Schwinger, die aus einem natürlichen Quarzkristall hergestellt sind, dessen überepannungskoeffizient
Q in der Größenordnung von 3*10 liegt, die bei einer Frequenz von 5 MHz in der 5. Harmonischen
schwingen, haben eine Eigenstabilität in der Größenordnung von 4*10" * für Zeiten in der Gegend von
einer Sekunde, während Oszillatoren, die mit diesen Schwin-
12 gern aufgebaut werden, eine Stabilität von 10 über eine
Sekunde, 3#10"12 über hundert Sekunden und eine Stabilität
von weniger als 10 über einen Tag haben nach einer Betriebsdauer
von mehreren Wochen.
Durch die Verwendung eines einstückigen dielektrischen Ringes zur Bestimmung des Abstands zwischen zwei Scheiben,
die auf ihren inneren Flächen die Elektroden tragen, und durch die Verwendung von Aufhängevorrichtungen, die den
aktiven Teil des Kristalls in Bezug auf eine der Tragplatten
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Brief vom Blatt &
OlpWng. Q. ScMMM
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oder Tragscheiben oder in Bezug auf den einzigen Abstandsring
tragen, ohne daß größere Spannungen eingeführt werden, ohne daß es zu einer Berührung des Kristalls mit den
Elektroden kommt, wobei sehr kleine freie Spalte zwischen dem aktiven Kristall und der Elektrode aufrechterhalten
werden, haben die Schwinger nach der Erfindung eine wesentlich verbesserte Stabilität in Abhängigkeit von der
Zeit und ermöglichen eine bequeme und genaue Frequenzeinstellung.
Verschiedene Abwandlungen und Ergänzungen der nur als Beispiele beschriebenen und die Erfindung nicht einschränkenden
Ausführungsforraen sind möglich, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.
Es wurde ein Quarzschwinger beschrieben mit Elektroden,
die nicht mit dem Kristall verbunden sinde Der Quarzschwinger
weist eine Stabilität auf, die im Mittel und über längere Zeit verbessert ist und eine leichtere Frequenzeinstellung
ermöglicht. Der Schwinger weist im Inneren einer dichten Dose einen Kondensator auf, der von
zwei Scheiben 3, 4 aus dielektrischem Material gebildet wird, die durch einen unbeweglichen Ring 2 getrennt sind,
der den Abstand zwischen den Scheiben 3 und 4 bestimmt·
Die Elektroden sind durch Metallniederschlag auf den Flächen der Scheiben 3 und 4 gebildet, die einem Quarzkristall
1 zugekehrt sind, der in dem Kondensator eingeschlossen ist. Die Spalte zwischen dem Kristall 1 und
den Scheiben 3 und 4 sind wesentlich geringer als ein Millimeter ο Anwendungsbereiche des erfindungsgemäßen
Sohwingers sind beispielsweise Fernmeldeeinrichtungen
und Radargeräte.
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Claims (38)
- Brief vom Blatt Di?l.-Ing. β. Sdilfeb«ο« das Deutsche Patentamt, MUnohen PatentanwaltPa t ent ana prü oh ePiezoelektrischer Schwinger der Bauart mit einer dichten Dose, in der ein Vakuum erzeugt oder ein Restgas eingeführt ist, wobei im Inneren dieser Dose eine erste und eine zweite Scheibe oder Platte aus dielektrischem Material mit einander gegenüberliegenden Pläohen und im Abstand zueinander angeordnet sind, mit einem piezoelektrischen Kristall, der zwischen der ersten und der zweiten Scheibe angeordnet ist, einer ersten metallischen, nicht am Kristall anhängenden Elektrode, die durch Metallauftrag auf die dem Kristall zugekehrte Fläche der ersten Scheibe erzeugt ist, mit einer zweiten metallischen, nicht am Kristall anhaftenden Elektrode, die durch Metallauftrag auf die dem Kristall zugekehrte Fläche der zwei- ten Scheibe hergestellt ist, einem ersten Leiter, der mit der ersten Elektrode verbunden ist und aus der Dose hinausführt, einem zweiten Leiter, der mit der zweiten Elektrode verbunden ist und aus der Dose hinausführt, Aufhängevorrichtungen für den Kristall, um den aktiven Mittelteil des Kristalls, der gegenüber der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, in einer vorgegebenen Stellung in Bezug auf mindestens eine der ersten oder zweiten Scheibe zu halten, eine Vorrichtung, die die Baugruppe aus der er- sten und der zweiten Scheibe in ihrer Stellung im Inneren der Dose hält, und mit einer Abstandsvorrichtung, die unbeweglich in Bezug auf die erste und die zweite Soheibe angeordnet ist, um diese im Abstand zueinander zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsvorrichtung von einem einzigen Ring gebildet wird aus dielektrischem Material, der den aktiven709829/0767 or'G/nal inspectedBrief vom Blatt ^ff Di?l.-Irg. G. Sdilfebson das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt" Z7UT2WMittelteil des Kristalls im Abstand umgibt, der gegenüber der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, und daß die Höhe des Rings so ist, daß die freien Spalte, die zwischen dem aktiven Mittelteil des Kristalls und der ersten bzw. zweiten Elektrode gebildet werden, eine Dicke haben, die kleiner ist als einige zehn Mikron.
- 2. Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der ernten oder zweiten Scheibe aus Siliziumdioxid besteht.
- 3. Schwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Kristall ein Quarzkristall ist.
- 4. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bi3 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius mindestens einer der Flächen der ersten oder zweiten Scheibe, auf denen die erste bzw. zweite Elektrode aufgetragen ist, sich von dem Krümmungsradius der entsprechenden gegenüberliegenden Fläche des Kristalls unterscheidet.
- 5. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bi3 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe, an der der Kristall aufgehängt ist, von zwei etwas konischen Löchern durchbohrt ist, in denen zwei metallische Hohlkörper derselben Konizität wie die Löcher und mit aufgerauhter Außenfläche versehen angeordnet sind, und daß dünne metallische Bänder, die an der Umfangsfläche des Kristalls befestigt sind, in den Hohlkörpern aufgenommen und an diesen derart angeschweißt bzw. angelötet sind, daß die Aufhängung des Kristalls in Bezug7 09829/0767Brief vom Blatt 41G Dipl.-Ing. G. Schliebsan das Deutsche Patentamt, München PatentanwaltZTOTZTJUauf die Scheibe sichergestellt ist.
- 6. Schwinger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen metallischen Bänder aus Nickel bestehen.
- 7. Schwinger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Hohlkörper aus Nickel bestehen.
- 8e Schwinger nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen metallischen Bänder an der Umfangsflache des Kristalls durch Thermokompression befestigt sind.
- 9· Schwinger nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen metallischen Bänder an der Umfangsflache des Kristalls mittels eines Klebstoffe befestigt sind»
- 10. Schwinger nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Löcher einen Konuswinkel von ungefähr 1° aufweisen.
- 11· Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Scheibe, an der der Kristall aufgehängt ist, aus einem piezoelektrisehen Material besteht, das mit dem den Kristall bildenden Material identisch ist, und daß die Aufhängevorrichtung deB Kristalls in Bezug auf diese Scheibe mehrere örtliche Thermokompressionen aufweist, die auf den Flächen des Kristalls und der Tragscheibe ausgeführt sind, die einander zugekehrt sind.
- 12. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandering aus Siliziumdioxid besteht.709829/0767Brief vom Blatt W Dpl.-Irg. G. Sdiliabson das Deutsche Patentamt, München Potentonwoit270Ί200
- 13. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandsring piezoelektrisch und mit Elektroden versehen ist, die durch Metallauftrag auf jede seiner Frontflachen derart hergestellt sind, daß die Dicke des Rings leicht veränderbar ist durch Anlegen einer elektrischen Spannung an diese Elektrode.
- 14. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandsring eine Dicke hat, die durch elastische Verformung leicht veränderbar ist.
- 15. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandsring, der den aktiven Mittelteil des Kristalls im Abstand umgibt und den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Scheibe bestimmt, von einem Umfangsteil de3 Kristalls selbst gebildet wird, daß der Kristallzwischenteil, der zwischen dem aktiven Mittelteil und dem den Ring bildenden Umfangsteil angeordnet ist, mindestens in einem Teil des Abstands zwischen dem aktiven Mittelteil und dem Umfangsteil eine in Bezug auf die Dicke des Mittelteils und des Umfangsteils verringerte Dicke aufweist, und daß die Aufhängevorrichtung für den Kristall durch den Zwischenteil und den Umfangsteil des Kristalls gebildet ist.
- 16. Schwinger nach Ansprüchen 3 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzkristall vor der Montage einer Wärmebehandlung bei ungefähr 480° C und danach einer sehr leichten Oberflächenbearbeitung mit Bifluorid unterworfen worden ist.709829/0767Brief vom Blatt ytf Dip 1.-InQ. G. Schliebtan das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt- 2 / U Ί 2 0
- 17. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer der ersten und zweiten Scheibe der Fläohenabschnitt, der die Elektrode trägt und gegenüber dem Mittelteil und Zwischenteil des Kristalls angeordnet ist, in Bezug auf den Umfangsteil dieser Fläche zurückgesetzt ist, der in Berührung steht mit dem Umfangsteil des Kristalls, und eine Vertiefung bildet, deren Tiefe zwischen einigen Zehntel Mikron und einigen zehn Mikron beträgt.
- 18. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer der Flächen des Kristalls der Flächenabschnitt, der dem Mittelteil und dem Zwischenteil des Kristalls entspricht, in. Bezug auf den Abschnitt dieser Fläche zurückgesetzt ist, der dem Umfangsteil entspricht und mit der ersten und der zweiten Scheibe in Berührung steht, und eine Vertiefung bildet, deren Tiefe zwischen einigen Zehntel Mikron und einigen zehn Mikron liegt·
- 19. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kristall gegenüberliegenden Flächen der ersten und der zweiten Scheibe in dem dem Zwischenteil des Kristalls zugekehrten Bereich Nuten aufweisen, deren Tiefe größer als die Breite der freien Spalte zwischen dem aktiven Mittelteil des Kristalls und der ersten bzw. zweiten Elektrode ist.
- 20. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kristall zugekehrte Pläehe mindestens einer der Scheiben auf mindestens einem Teil ihres Umfangs, der dem Umfangsteil des709829/0767Brief vom Blatt 4·^"" Dipl.-Ing. 6. Schliefe·an das Deutsche Patentamt, München PatentanwaltKristalls zugekehrt ist, eine dünne Metallschicht auf weist mit einer dünnen Nickelschicht.
- 21. Schwinger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Nickelschicht durch Elektrolyse auf die dünne Metallschicht aufgetragen ist.
- 22. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 "bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschnürte Zwischenteil durch eine Nut gebildet ist, deren Form und Lage in Bezug auf die Umfangsfläche des Kristalls eine mechanische Verbindung zwischen dem unbeweglichen Umfangsteil des Kristalls und dem aktiven Mittelteil derart schafft, daß dieses schwingen kann.
- 23. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß in dem eingeschnürten Zwischenteil des Kristalls Ausnehmungen durch Ultraschallbearbeitung derart geschaffen sind, daß der Umfangsteil des Kristalls mit dem Mittelteil des Kristalls über eine begrenzte Anzahl von Brücken verbunden ist, die durch die nicht weggenommenen eingeschnürten Teile des Zwischenteils gebildet sind.
- 24. Schwinger nach Anspruch 2 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die die aus der ersten und zweiten Scheibe gebildete Baugruppe in ihrer Stellung im Inneren der Dose hält, mechanische Klemmorgane aufweist, die auf diejenigen Flächen in Umfangszonen der ersten und zweiten Scheibe wirken, die dem Kristall nicht zugekehrt sind, so daß die jeweils auf den Kristall ausgeübte Druckkraft 3ich auf diejenigen Zonen des Umfangstells des Kristalls auswirkt, die709829/0767Brief vom Blatt Iff Di?l.-Ing. 6. Sdiliebson das Deutsche Patentamt, München Patentanwaltin Verlängerung der Verbindungsbrücken zwischen dem Mittelteil und dem Umfangsteil liegen.
- 25· Schwinger nach Anspruch 2 3 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Erücken in Bezug auf die Umfangsflächen des Kristalls dertirt angeordnet sind, daß die Mitte der Brücken praktisch mit der Knotenreferenzebene des Kristalls zusammenfallen, die unmittelbar in der Mitte der Kristalldioke liegte
- 26. Schwinger nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei der piezoelektrische Kristall ein Quarzkristall im AT-Schnitt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil des Kristalls zwei Brücken aufweist, die beiderseits des aktiven Mittelteils in der Achse ZZ1 angeordnet sind.
- 27· Schwinger nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil des Kristalls außerdem mindestens eine in der Achse X angeordnete Brücke aufweist.
- 28· Schwinger nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil des Kristalls zwei Brücken aufweist, die beiderseits des aktiven Mittelteils in der Achse X angeordnet sind.
- 29. Schwinger nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil des Kristalls außerdem mindestens eine Brücke aufweist, die in einer um einen Winkel von 60° in Bezug auf die Achse ZZ1 verlaufende Richtung angeordnet ist.
- 30. Schwinger nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken in einer die Schnittachse des Kristalls enthaltenden Schnittebene709829/0767Brief vom Blatt JH Dipl.-Ing. G. Sdiliebsο« das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt27TJT7ÜÜ «*·zueinander parallele obere und untere Begrenzungen aufweisen, die senkrecht zur Umfangsfläche des Kristalls verlaufen und mit dieser über einen konkav gerundeten Abschnitt verbunden sind.
- 31· Schwinger nach einem der Ansprüche 23 bis 29» dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken in einer die Schnittachse des Kristalls enthaltenden Schnittebene obere und untere Begrenzungen aufweisen, die zum aktiven Mittelteil des Kristalls hin konvergieren und in einem Winkel von ungefähr 80° in Bezi fläche des Kristalls geneigt sind.nem Winkel von ungefähr 80° in Bezug auf die Umfangs-
- 32. Schwinger nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken in einer die Schnittachse des Kristalls enthaltenden Schnittebene obere und untere Begrenzungen aufweisen, die parallel zueinander verlaufen und im wesentlichen ein sinusförmiges Profil haben.
- 33. Schwinger nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken, die den Um-.f angsteil des Kristalls mit dem aktiven Mittelteil verbinden, radial gerichtet sind.
- 34. Schwinger nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die den Umfangsteil des Kristalle mit dem aktiven Mittelteil verbindenden Brücken an ihrem auf der Seite des Umfangeteils liegenden Ende um einen bestimmten Winkel in Bezug auf das auf der Seite des aktiven Mittelteils liegende Ende geschwenkt sind und gekrümmte Seitenflächen aufweisen, die dieselbe Krümmungsrichtung haben.709829/0767Brief vom Blatt #2 Cipl.-Ing. G. SchlMwen das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt- 2T0T7W
- 35. Schwinger nach einem der Ansprüche 23» 24, 26 bis 29, 33 und 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine der unteren bzw. oberen Begrenzung der Brücken gegenüber der ihr benachbarten Fläche des Mittelteils zurückgesetzt (vertieft) ist und die andere in der Verlängerung der ihr benachbarten Fläche des Mittelteils des Kristalls liegt.
- 36. Schwinger nach einem der Ansprüche 15 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände des eingeschnürten Zwischenteils, die Jeweils die inneren bzw. äußeren Umfangsflächen des Umfangsteils und des Mittelteils des piezoelektrischen Kristalls bilden, senkrecht zur Hauptbezugsebene des Kristalls verlaufen und eine Konizität von weniger als ungefähr 30 Winkelminuten aufweisen.
- 37. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mindestens eines der ersten und zweiten Leiter, die mit der ersten bzw. zweiten Elektrode verbunden sind, durch eine Thermokompression mit vorhergehendem Goldniederschlag erfolgt.
- 38. Schwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mindestens eines der ersten und zweiten Leiter, die mit der ersten bzw. zweiten Elektrode verbunden sind, mittels eines Nickelkontaktes erfolgt, dessen eines Ende mit dem jeweiligen Leiter verschweißt oder verlötet ist und dessen anderes, konisches Ende in einem konischen Loch der Scheibe ausgerichtet ist, die die Elektrode trägt, die diesem Leiter zugeordnet.709829/0767
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