DE2828048C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung
des Temperaturkoeffizienten der ersten Ordnung
der Frequenz sowie der Frequenz eines plattenförmigen,
parallel zur Plattenebene Längsschwingungen ausführenden
Quarzkristall-Resonators.
Die thermischen Eigenschaften eines Quarzkristall-Resonators
gehören zu den wichtigsten Einflußgrößen, die den genauen
Gang einer Uhr, insbesondere einer Armbanduhr, beeinflussen.
In der Umgebung einer gegebenen Temperatur T₀ können
die thermischen Eigenschaften eines Quarzkristall-Resonators
durch die Temperaturkoeffizienten erster, zweiter
und dritter Ordnung gekennzeichnet werden, welche
in dem die Abhängigkeit der Frequenz f des Resonators
von der Temperatur T beschreibenden Ausdruck auftreten:
f(T) = f₀ (T₀) [1 + α (T-T₀) + β (T-T₀)² + γ (T-T₀)³ + . . .]
Für Dicken-Scherungsschwingungen ausführende Resonatoren
vom AT-Typ, wie sie in elektrischen Quarzarmbanduhren verwendet
werden, können α und β durch eine geeignete Wahl
des Schnittwinkels des Kristalls auf Null gebracht werden.
Der Koeffizient γ hat unter diesen Bedingungen einen Wert
von 112 · 10-12/°C³.
Es hat sich herausgestellt, daß für einen Quarzkristall-
Resonator vom GT-Schnitt in Form einer rechteckigen Platte
die Temperaturkoeffizienten α und β bei geeigneter Wahl
des Breiten/Längenverhältnisses zwischen 0,8 und 0,9 z. B.
0,875 auf Null gebracht werden können. Dabei wurde festgestellt,
daß unter diesen Bedingungen der Temperaturkoeffizient
dritter Ordnung γ bedeutend kleiner als der entsprechende
Koeffizient eines AT-Resonators wird und zwar kleiner
als 50 · 10-12/°C³.
Ein mögliches Verfahren zur Einstellung des Temperatur
koeffizienten erster Ordnung α besteht darin, daß Breiten/
Längenverhältnis zu verändern; dies kann jedoch nur bei Quarzkristall-
Resonatoren verhältnismäßig großer Abmessungen angewendet
werden, da bei einer Quarzplatte mit in der Uhrentechnik
üblichen Abmessungen, d. h. mit Seitenlängen von
etwa 4 mm, die Änderung einer Abmessung in Schritten von
etwa 1 Micron vor sich gehen müßte, um den Temperatur
koeffizienten erster Ordnung α, der am stärksten von dem
Abmessungsverhältnis abhängt, richtig auf Null zu bringen.
Eine solche Änderung ist nicht in wiederholbarer Weise
durchführbar und ein solches Verfahren kommt daher nicht
für eine Serienfabrikation eines Quarzkristall-Resonators
in Frage, wie er in Armbanduhren Verwendung findet.
Es wurden auch bereits Versuche durchgeführt zur Masse
änderung eines Resonators z. B. durch Niederschlag von ver
dampftem Material oder durch chemische Ablagerung oder
mechanischen Abrieb oder durch Verdampfung mit Hilfe eines
Laserstrahls oder auch durch chemische Ätzverfahren. Damit
wurde eine Frequenzabstimmung des Quarzkristall-Resonators
angestrebt oder auch eine Winkelkorrektur bei Kristallrohlingen
zur Einhaltung eines engen mechanischen Toleranzbereiches,
der einem gewünschten engen Bereich des Temperaturkoeffizienten
entspricht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten der
ersten Ordnung der Frequenz sowie der Frequenz eines platten
förmigen, parallel zur Plattenebene Längsschwingungen
ausführenden Quarzkristall-Resonators anzugeben, das für
Armbanduhren kleiner Abmessungen geeignet ist und zwar im
Hinblick auf eine Serienfabrikation.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in den kennzeichnenden
Teilen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Verfahrensschritten.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt erstmalig eine
weitgehend automatisierte Herstellung von plattenförmigen
Quarzkristall-Resonatoren für Armbanduhren, die also besonders
kleine Abmessungen aufweisen und wobei der Temperatur
koeffizient der ersten Ordnung α und/oder die Frequenz
f verändert werden können durch Vergleiche mit geeigneten
Bezugskurven, die mittels eines bereits eingestellten
Bezugsresonators erhalten werden. Die kontinuierliche
Messung der Frequenz während des Einstellens bedeutet eine
automatische Überwachung dieser Frequenz.
Die Quarzplatte hat vorzugsweise eine rechteckige Form.
Ferner ist der Quarzkristall vorzugsweise vom GT-Schnitt mit
einem Breiten/Längenverhältnis zwischen 0,8 und 0,9.
Bei einer rechteckigen oder quadratischen Quarzplatte ist es
besonders vorteilhaft, die Masseänderung in einem Bereich vor
zunehmen, der in mindestens einer Ecke des Resonators liegt.
Diese Masseänderung kann entweder durch Hinzufügen oder
durch Entfernen von Material erfolgen. Die Masseänderung des
Resonators kann allgemein durch Niederschlag von verdampftem
Material oder durch chemische Ablagerung erzielt werden
(beispielsweise unter Verwendung des in der folgenden Veröffent
lichung beschriebenen Verfahrens: V. E. Bottom, "A novel method
for adjusting the frequency of aluminum plated quartz crystal
resonators", in Proc. of the 30th Annual Symposium of
Frequency Control, 1976).
Ferner kann die Masseänderung des Resonators durch Entfernung
von Material erzielt werden, beispielsweise durch Abrieb (zum
Beispiel bei der Methode entsprechend dem Artikel von J. Engdahl,
"32 kHz Quartz crystal unit for high precision wrist-watch", in
Proc. of the 29th Annual Symposium of Frequency Control, 1975),
durch Verdampfung mit Hilfe eines Laserstrahls (vgl. die
folgenden Artikel: J. M. Staudte, "Subminiature quartz tuning
fork resonator", in Proc. of the 27th Annual Symposium of
Frequency Control, 1973 und J. H. Hokanson, "Laser machining thin
film electrode arrays on quartz crystal substrates", in Proc.
of the 23rd Annual Symposium of Frequency Control, 1969),
oder durch chemische Ätzungsverfahren (beispielsweise das
Verfahren beschrieben von D. Hugsen, "A method of angle correction",
in Proc. of the 30th Annual Symposium of Frequency
Control, 1976).
Die Masseänderung des Resonators kann insbesondere in zwei
punktförmigen Bereichen erfolgen, die zueinander symmetrisch
in bezug auf mindestens ein Zentrum, eine Achse oder eine
Hauptebene der Platte liegen.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Aus
führungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichungen zeigt
Fig. 1 eine Quarzplatte vom GT-Schnitt;
Fig. 2 eine Draufsicht eines Resonators mit einem Koordinaten-
System zur Definition des Bereiches der Masseänderung;
Fig. 3A und 3B die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten
erster Ordnung der Resonanzfrequenz des Resonators
und der relativen Frequenzänderung von der Stelle der
Masseänderung auf dem Resonator;
Fig. 3C und 3D die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten
erster Ordnung von der Stelle der Masseänderung
auf dem Resonator normalisiert auf eine Frequenzänderung
der GT-Schwingung von 1‰;
Fig. 4 einen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
eingestellten Quarzkristall-Resonators vom GT-Schnitt auf
seinem Trägerteil;
Fig. 5A eine perspektivische Ansicht eines Resonators nach
Entfernung von Material in einem seiner Eckbereiche zur
Einstellung der thermischen Eigenschaften;
Fig. 5B eine perspektivische Ansicht eines Resonators nach
gleichzeitiger Einstellung des Temperaturkoeffizienten
und der Resonanzfrequenz;
Fig. 5C eine perspektivische Ansicht eines Resonators nach
aufeinanderfolgender Einstellung des Temperaturkoeffizienten
und der Frequenz;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf das Werk einer Arm
banduhr mit einem Quarzkristall-Resonator entsprechend
Fig. 4; und
Fig. 7 die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten erster
Ordnung der Resonanzfrequenz von der relativen Frequenz
änderung.
In Fig. 1 zeigen X, Y und Z jeweils die elektrische, mechanische
und optische Achse eines Quarzkristalls. Eine erste Drehung
des Achssystems um die X-Achse über einen Winkel R von etwa
51° ergibt ein Achssystem X, Y′, Z₁. Eine zweite Drehung des
Achssystems X, Y′, Z₁ um die Y′-Achse über einen Winkel von
45° ergibt ein orthogonales Bezugssystem X′, Y′, Z′. Die
Quarzplatte 1 ist so aus einem Kristall mit den Achsen X, Y und
Z herausgeschnitten, daß seine Länge parallel zur Achse Z′,
seine Breite parallel zur Achse X′, und seine Dicke parallel
zur Achse Y′ liegen, wobei diese wie oben definiert sind.
Die Wahl der Schnittwinkel und eines Verhältnisses der Haupt
abmessungen Breite/Länge zwischen 0,8 und 0,9 erlaubt es,
ausgehend von der Platte 1, einen GT-Resonator herzustellen,
der Längsschwingungen in seinen Hauptrichtungen ausführt und
dessen Temperaturkoeffizienten erster und zweiter Ordnung der
Resonanzfrequenz nahezu gleich Null sind.
Der Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung β, der im wesentlichen
von der Wahl des Winkels R abhängt, ist bei gegebenem Breiten/
Längenverhältnis der Platte relativ leicht auf Null zu bringen.
Dagegen ist der Temperaturkoeffizient erster Ordnung der Frequenz
α enger mit diesem Abmessungsverhältnis verbunden und sehr
empfindlich gegen jede Änderung desselben.
Durch eine kleine örtliche Masseänderung des Resonators durch
Hinzufügen oder Entfernen von Material, bewirkt man eine
Änderung der Verteilung der kinetischen und der potentiellen
Energie des Resonators und dadurch seiner Schwingungsfrequenz
und seiner thermischen Eigenschaften.
Fig. 2 zeigt einen Resonator in Form einer rechteckigen
Platte, deren große Seite mit a und a′ bezeichnet sind und
die Länge a haben und deren kleine Seiten mit b und b′
bezeichnet sind und die Länge b haben. R bezeichnet die Achse
entlang der Seite a und S die Achse entlang der Seite b.
Um die Darstellung zu vereinfachen und nachdem die Platte nahezu
quadratisch ist, wird die Lage eines Massepunktes durch
die normalisierten Koordinaten 2x/a entlang der R-Achse und
2x/b entlang der S-Achse angegeben.
Wenn die Masse des Resonators von Fig. 2 entlang der R-Achse
verändert wird, so ändert sich einerseits der Temperatur
koeffizient erster Ordnung α und die Resonanzfrequenz gemäß
den beiden in Fig. 3A dargestellten Kurven. Dabei stellen
Δα die Änderungen des Temperaturkoeffizienten erster Ordnung
und -Δ f/f die relativen Frequenzänderungen des Resonators
dar. In analoger Weise ist in Fig. 3B der Verlauf der ent
sprechenden Änderungen bei einer Masseänderung entlang der
S-Achse dargestellt.
Eine punktförmige Masse, die in den Mitten A und A′ der Seiten
a und a′ der in Fig. 2 dargestellten Platte hinzugefügt wird,
bringt eine negative Änderung von α und eine negative Änderung
von f mit sich. Wird beispielsweise eine Masse von 15 Mikrogramm,
welche ungefähr 3‰ der Gesamtmasse einer Platte von
0,15 × 3,4 × 3,9 mm³ entspricht, auf die beiden Punkte A und A′
verteilt, so ergibt sich eine α-Änderung von ungefähr
-2 · 10-6/°C und eine Frequenzänderung von ungefähr
-2,5 · 10-3.
Eine punktförmige Masse, welche in den Mitten B und B′ der
Seiten b und b′ der Platte von Fig. 2 hinzugefügt wird,
bringt eine Änderung des Temperaturkoeffizienten erster
Ordnung im negativen Sinn und praktisch keine Veränderung der
Frequenz des Resonators mit sich. Beispielsweise stellt man
im obigen Beispiel bei einer gleichen Masse von 15 Mikrogramm,
die auf die beiden Punkte B und B′ verteilt wird,
eine Änderung von α gleich -1 · 10-6/°C fest, während die
Frequenzänderung praktisch Null ist.
Eine punktförmige Masse, welche in den vier Ecken einer Platte
hinzugefügt wird, bringt eine positive Änderung des Temperatur
koeffizienten erster Ordnung und eine negative Änderung der
Resonanzfrequenz mit sich. Beispielsweise stellt man beim
Hinzufügen wieder einer gleichen Masse von 15 Mikrogramm
entsprechend obigem Beispiel, aber verteilt auf die vier Ecken
der Platte, eine Änderung des Temperaturkoeffizienten erster
Ordnung von 4 · 10-6/°C und eine Frequenzänderung von
-1,5 · 10-3 fest.
Es hat sich herausgestellt, daß die Änderungen des Temperatur
koeffizienten erster Ordnung a besonders groß sind, wenn man
die Masse des Resonators in seinen Ecken ändert. Daher läßt
sich die Einstellung der thermischen Eigenschaften und insbe
sondere das Auf-Null-Bringen des Temperaturkoeffizienten
erster Ordnung äußerst wirksam durch eine punktförmige Masse
änderung in den Winkeln der Platte bewerkstelligen. Diese
Bereiche sind zudem dafür besonders gut geeignet, da sie die
einzigen sind, die keine potentielle Energie aufweisen und
daher die Änderung der Masseverteilung den Gütefaktor und
die Alterungseigenschaften des Resonators nicht beeinflußt.
Die Änderungen des Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung β,
welche durch die Masseänderungen des Resonators hervorgerufen
werden, sind verhältnismäßig gering und zwar in der Größen
ordnung von 10-9/°C².
Andererseits hat man festgestellt, daß man ähnliche Ergebnisse
mit umgekehrtem Vorzeichen erhält, wenn man statt Material
hinzuzufügen, solches entfernt, beispielsweise auf den Seiten
oder in den Winkeln der Platte.
Das punktförmige Hinzufügen oder Entfernen von kleinen Massemengen
verändert, außer den Temperaturkoeffizienten, auch die
Resonanzfrequenz des Resonators. Die Einstellung der thermischen
Eigenschaften kann daher gleichzeitig zu einer Korrektur der
Frequenz verwendet werden oder es kann die Einstellung in
aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten erfolgen. Im
letzteren Fall wird zunächst durch geeignete Wahl der punkt
förmigen Bereiche und der Materialmenge, die hinzugefügt oder
weggenommen wird, eine Einstellung der Temperaturkoeffizienten
vorgenommen und in einem zweiten Schritt die Frequenz eingestellt,
ohne die thermischen Eigenschaften zu beeinflussen.
Die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten erster Ordnung,
die in den Fig. 3A und 3B dargestellt ist, zeigt, daß auf
jeder Seite der Platte ein Punkt besteht, für den der Temperatur
koeffizient erster Ordnung unveränderlich ist, wodurch eine
entsprechende punktförmige Masseänderung lediglich die
Frequenz des Resonators beeinflußt.
Andererseits ermöglicht die Kenntnis der Änderungen des Temperatur
koeffizienten erster Ordnung und der Frequenz, welche zu
einem völligen Abgleich des Resonators führen, die örtlichen
Bereiche zu bestimmen, in denen das Verhältnis der Änderungen
dieser beiden Größen dem Verhältnis der vorzunehmenden Änderungen
entspricht. Eine geeignete Änderung der Masse in diesem
Bereich erlaubt dann, die Einstellung des Resonators in einem
einzigen Verfahrensschritt vorzunehmen.
Die Fig. 3C und 3D zeigen die Änderung von α normalisiert auf
eine Frequenzänderung der GT-Schwingung von 1‰.
Wenn beispielsweise die vollständige Einstellung eines Resonators
eine Verringerung seiner Frequenz um 3‰ zusammen mit einer
Erhöhung von α um 1,5 · 10-6/°C erfordert, so bestimmt man
die Stelle, an der Material hinzugefügt werden muß, durch
Eintragung in den Fig. 3C und 3D von horizontalen Linien
entsprechend Δα = 0,5 · 10-6/°C (d. h. 1,5 · 10-6/3). Es
ergeben sich somit zwei mögliche Stellen, nämlich bei
62% der Länge entlang der R-Achse und bei 37% der Breite
entlang der S-Achse. Die erstere Lösung ist vorteilhafter, da
genauer und mit geringerer Masseänderung durchführbar.
Fig. 4 zeigt einen Quarzkristall-Resonator vom GT-Typ, welcher
nach dem beschriebenen Verfahren eingestellt ist. Er weist eine
rechteckige Platte 41 auf, welche senkrecht in bezug auf einen
Trägerteil 42 angeordnet ist. Aufhängedrähte 43 sind senkrecht
zur Platte 41 im Schwerpunkt derselben angeschweißt und werden
ihrerseits durch Leiterdrähte, welche den Trägerteil 42 in
Durchführungen 45 durchqueren, getragen. Im praktischen Einsatz
wird der Resonator in einem Gehäuse untergebracht, wie in
Fig. 6 gezeigt.
Zur weiteren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
sei der Fall eines GT-Resonators mit einer Resonanzfrequenz
von 1 MHz und den Abmessungen 3,3 mm × 3,8 mm × 0,2 mm
betrachtet. Wenn sein Temperaturkoeffizient erster Ordnung
beispielsweise +5 · 10-7/°C beträgt, so kann dieser durch
Entfernung von Material in einem oder mehreren Eckbereichen
erfolgen. Die Frequenzänderung der GT-Schwingung, welche einer
solchen Materialentfernung entspricht, beträgt:
( Δ f/f) GT = +2,5 · 10-4
entsprechend einer entfernten Gesamtmasse Δ m;
Δ m/ Δ M Quarz = 9,5 · 10-5 oder Δ m = 0,63 µg
(Quarz von 2,4 · 10-4 mm³). Diese Masseentfernung kann in
einem einzigen Eckbereich erfolgen oder auf mehrere Eckenbereiche
verteilt werden. Es ist zu bemerken, daß solange die
Abweichung des Temperaturkoeffizienten erster Ordnung nicht zu
groß ist, d. h. praktisch kleiner als 3 bis 4 · 10-6/°C, eine
gute lineare Abhängigkeit zwischen Δα und dem gesamten Δ m
besteht. Wenn die Entfernung oder das Hinzufügen von Material
auf mehrere Ecken verteilt werden, so ist die Differenz der
Gesamtmasse in Betracht zu ziehen.
Fig. 5A zeigt eine GT-Platte 61 mit Trägerdrähten 62, wobei
eine Ecke 63 zur Einstellung der thermischen Eigenschaften
einer Masseverringerung unterworfen wurde.
Fig. 5B zeigt eine GT-Platte 64 mit Aufhängedrähten 65,
wobei die Frequenz und die thermischen Eigenschaften gleichzeitig
durch Hinzufügen von Material an der Stelle 66 eingestellt
wurden, wobei diese Stelle gemäß den Fig. 3C und 3D
bestimmt wurde.
Fig. 5C zeigt eine GT-Platte 67 mit Aufhängedrähten 68, bei
der die thermischen Eigenschaften und die Frequenz nacheinander
eingestellt wurden. Die thermischen Eigenschaften wurden durch
Hinzufügen einer Masse 69 in einer der Ecken eingestellt und
die Einstellung der Frequenz daraufhin durch Hinzufügen einer
weiteren Masse 70 vorgenommen, und zwar in einer der Stellen,
wo die Empfindlichkeit des Temperaturkoeffizienten gegenüber
einer solchen Masseänderung Null ist, das heißt auf einer
Abszisse x/2a = 0,47, woraus sich eine Entfernung von der
nächstgelegenen Ecke von
ergibt.
Fig. 6 zeigt schematisch das Werk einer Armbanduhr, die mit
einem Quarzkristall-Resonator, wie dem in Fig. 4 gezeigten,
bestückt ist. Es weist eine isolierende Platte 51, vorzugsweise
aus Keramik auf, die als Träger für die wichtigsten Bauelemente
der Uhr dient. Sie trägt insbesondere einen Quarz-Resonator
in seinem Gehäuse 52, einen Frequenzabstimmungs-Kondensator 53,
ein Gehäuse 54 mit den integrierten Schaltungen, insbesondere
der Oszillatorschaltung des Resonators, einer Frequenzteilerkette
und einem Steuerkreis für einen Schrittmotor, eine
Batterie 55, die durch eine Brücke 56 festgehalten wird, wobei
diese ihrerseits durch Schrauben 57 am nicht dargestellten
Uhrengehäuse befestigt ist und diese Schrauben gleichzeitig zur
Befestigung der Trägerplatte 51 dienen. Der Steuerkreis für
den Schrittmotor, der zur Anzeige mittels Zeigern notwendig
ist, wird im Fall einer Anzeige durch Flüssigkristall-Elemente
oder Lumineszenzdioden durch einen entsprechenden Dekodierungs-
und Steuerkreis ersetzt. Die keramische Trägerplatte 51,
die zwei weitere Befestigungsschrauben 58 aufweist, trägt
Anschlußteile 59, die direkt auf dem keramischen Material
durch Metallisierung aufgebracht werden können, und zur
Befestigung einzelner Komponenten, wie dem Quarzkristall-
Resonator 52, dem Kondensator 53 und einer der Anschlußklemmen
der Batterie 55, dienen. Metallisierte Bohrungen 60 stellen
den Kontakt mit metallisierten Verbindungsstellen auf der
anderen Seite der Trägerplatte her.
Fig. 7 zeigt die lineare Abhängigkeit der Änderung des
Temperaturkoeffizienten α von der relativen Änderung der
Frequenz. Die in punktförmigen Bereichen des Resonators vor
genommenen Masseänderungen sind praktisch nicht direkt meßbar.
Diese Masseänderungen bewirken jedoch eine meßbare
Änderung der Frequenz, aus der die entsprechende Änderung
des Temperaturkoeffizienten erster Ordnung α abgeleitet werden
kann. Man setzt die Masseänderung solange fort, bis eine
genügend große Änderung des Temperaturkoeffizienten erster
Ordnung erreicht ist, um diesen Koeffizienten auf Null zu
bringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Serienherstellung
eines Quarzkristall-Resonators vom GT-Schnitt, der für seine
guten thermischen Eigenschaften bekannt ist und der genügend
kleine Abmessungen aufweist, um in einer Armbanduhr Verwendung
zu finden. Das Verfahren kann jedoch selbstverständlich auch
für andere Resonator-Typen in Plattenform verwendet werden,
deren thermische Eigenschaften durch örtlich begrenzte Masse
änderungen verändert werden können.
Claims (13)
1. Verfahren zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten
der ersten Ordnung der Frequenz sowie der Frequenz
eines plattenförmigen, parallel zur Plattenebene Längs
schwingungen ausführenden Quarzkristall-Resonators,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) der Temperaturkoeffizient der ersten Ordnung der Frequenz des einzustellenden Resonators durch Frequenzmessungen bei wenigstens zwei verschiedenen Temperaturen gemessen wird,
- b) der für den gegebenen Typ des Quarzkristall-Resonators bestehende Zusammenhang zwischen relativer Frequenzänderung und Änderung des Temperaturkoeffizienten erster Ordnung bei einem Standard-Resonator ermittelt wird,
- c) die Masse des Resonators in wenigstens einem punkt förmigen in einer Ecke oder in der Nähe einer Ecke der Platte liegenden Bereich in an sich bekannter Weise durch Einfügen oder Wegnehmen von Material verändert wird, bis der Wert der dadurch bewirkten relativen Frequenz änderung, welche gemessen wird, gleich dem Wert ist, der der erforderlichen Änderung des Temperatur koeffizienten der ersten Ordnung entspricht,
- d) die Abhängigkeit der Änderung des Temperaturkoeffizienten der ersten Ordnung der Frequenz eines Standard- Resonators mit dem gleichen Schnittwinkel und den annähernd gleichen Abmessungen und dem gleichen Breiten/ Längenverhältnis der Quarzplatte, wie diejenigen des einzustellenden Resonators, die aus einer Massenänderung in einem punktförmigen Bereich am Rande der Platte resultiert und eine relative Frequenzänderung entsprechend einem Standardwert bewirkt, vom Ort des genannten punktförmigen Bereiches entlang des Randes der Platte ermittelt wird,
- e) aus der genannten Abhängigkeit der Ort des punkt förmigen Bereiches einer Masseänderung bestimmt wird, an dem keine Änderung des Temperaturkoeffizienten der ersten Ordnung der Frequenz auftritt und
- f) die Masse des Resonators an diesem Ort in an sich bekannter Weise durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Material verändert wird, bis die erforderliche Frequenz änderung erzielt ist.
2. Verfahren zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten
der ersten Ordnung der Frequenz sowie der Frequenz
eines plattenförmigen, parallel zur Plattenebene Längs
schwingungen ausführenden Quarzkristall-Resonators,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) der Temperaturkoeffizient der ersten Ordnung der Frequenz des einzustellenden Resonators durch Frequenz messungen bei wenigstens zwei verschiedenen Temperaturen gemessen wird,
- b) die Abhängigkeit der Änderung des Temperatur koeffizienten der ersten Ordnung der Frequenz eines Standard- Resonators mit gleichem Schnittwinkel und annähernd gleichen Abmessungen und gleichem Breiten/Längenverhältnis der Quarzplatte, wie diejenigen des einzustellenden Resonators, die aus einer Masseänderung in einem punktförmigen Bereich am Rand der Platte resultiert und eine relative Frequenzänderung entsprechend einem Standardwert bewirkt, vom Ort des genannten punktförmigen Bereiches entlang des Randes der Platte ermittelt wird,
- c) mit Hilfe der so ermittelten Abhängigkeit aufgrund des gemessenen Temperaturkoeffizienten und der Frequenz abweichung vom Sollwert der Ort des punktförmigen Bereiches für die Masseänderung beim einzustellenden Resonator bestimmt wird und
- d) die Masse des Resonators in an sich bekannter Weise durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Material verändert wird, bis der Wert der dadurch bewirkten relativen Frequenz änderung, welche gemessen wird, gleich dem Wert ist, der der erforderlichen Änderung des Temperatur koeffizienten der ersten Ordnung entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
genannte Platte eine rechteckige Form aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Resonator einen Quarzkristall vom GT-Schnitt aufweist, dessen
Breiten/Längenverhältnis zwischen 0,8 und 0,9 liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Masseänderung in mindestens einem der Eckbereiche des
Resonators erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Masseänderung durch Materialzugabe erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Masseänderung durch Entfernung von Material erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Masseänderung des Resonators durch Materialablagerung aus
der gasförmigen Phase desselben bewirkt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Masseänderung des Resonators durch Materialablagerung auf
chemischem Weg erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Materialentfernung durch Abrieb erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Materialentfernung durch Verdampfung mit Hilfe eines
Laserstrahls erzielt.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Materialentfernung durch chemischen Angriff erzielt.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Masseänderung des Resonators in mindestens zwei punktförmigen
Bereichen vornimmt, die zueinander symmetrisch in bezug auf
mindestens ein Zentrum, eine Achse oder eine Hauptebene der
Platte liegen.
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- 1978-06-27 JP JP7793678A patent/JPS5444857A/ja active Granted
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DE2828048A1 (de) | 1979-01-11 |
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