DE2847944C2

DE2847944C2 -

Info

Publication number: DE2847944C2
Application number: DE19782847944
Authority: DE
Inventors: Erhard 1000 Berlin De Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-11-04
Filing date: 1978-11-04
Publication date: 1988-11-10
Also published as: DE2847944A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Resonator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a resonator according to the preamble of claim 1.

Resonatoren, zum Beispiel vom Dickenscherungstyp mit AT- oder BT-Schnitt, haben neben der im wesentlichen durch die Dicke der Kristallscheibe bestimmten Hauptresonanz unerwünschte, zum Teil mit der Hauptresonanz verkoppelte Nebenresonanzen, die zum Beispiel durch Harmonische der Flächenscherungsschwingung, durch Biegeschwingungen und durch verschiedene Schwingungsmoden der Dickenscherungsschwingung entstehen. Während bei unendlich großen Kristallscheiben (_Dicke ^Durchmesser 100) die unerwünschten Schwingungen vernachlässigbar sind, müssen bei den vorzugsweise in der Hochfrequenztechnik verwendeten kleinen Kristall scheiben besondere Maßnahmen ergriffen werden, um Nebenresonanzen zu unterdrücken.In addition to the main resonance, which is essentially determined by the thickness of the crystal wafer, resonators, for example of the thickness-shear type with AT or BT cut , have undesirable secondary resonances, some of which are coupled to the main resonance, for example through harmonics of the surface shear vibration, through bending vibrations and through different vibration modes the thickness shear vibration. While the undesired vibrations are negligible in infinitely large crystal wafers _(thickness 100 ^diameter), have in the preferably used in high-frequency technology small crystal slices special measures are taken to suppress spurious resonances.

State of the art

Es ist ein Kristallschwinger bekannt (DE-AS 12 44 250), der die Form einer konvexen, vorzugsweise bikonvexen Linse hat und der mittels ringförmiger Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen des Kristalls zu Dicken-Scher-Randschwingungen zweiter oder dritter Ordnung angeregt wird. Dabei müssen Innen- und Außendurchmesser der Elektroden in bestimmter Weise bemessen sein. Weiterhin ist ein Kristallschwinger bekannt (DE-AS 23 51 665), bei dem unerwünschte Schwingungsmoden vermieden werden, indem der Kristall die Form einer rechteckigen Platte bestimmter Abmessung hat. Hierbei liegt jedoch die X-Achse des Kristallschwingers parallel zu einer der Längskanten, und über die Befestigung der rechteckigen Kristallplatte in einem Gehäuse wird nichts ausgesagt. Ferner ist aus der einen Dickenscher schwinger betreffenden DE-OS 27 03 335 bekannt, daß eine ungünstige Gestaltung oder Konstruktion des Lagerabschnitts eines Dickenscher schwingers zu einer Unterschwingung führen kann. Über die Ausbildung des Halters für den Schwinger geht jedoch aus der DE-OS 27 03 335 nichts hervor.A crystal vibrator is known (DE-AS 12 44 250) which has the shape of a convex, preferably biconvex, lens and which is excited by means of annular electrodes on opposite surfaces of the crystal to give second-order or third-order thickness-shear edge vibrations. The inner and outer diameter of the electrodes must be dimensioned in a certain way. Furthermore, a crystal vibrator is known (DE-AS 23 51 665), in which undesired vibration modes are avoided by the crystal having the shape of a rectangular plate of certain dimensions. Here, however, the X axis of the crystal vibrator lies parallel to one of the longitudinal edges, and nothing is said about the fastening of the rectangular crystal plate in a housing. Furthermore, it is known from DE-OS 27 03 335 relating to a Dickenscher oscillator that an unfavorable design or construction of the bearing section of a Dickenscher oscillator can lead to undershoot. However, DE-OS 27 03 335 does not reveal anything about the design of the holder for the vibrator.

task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Resonator der gattungs gemäßen Art derart weiterzubilden, daß unerwünschte Nebenresonanzen stärker als bisher unterdrückt werden.The invention has for its object a resonator of the genus in accordance with the art in such a way that undesirable secondary resonances be suppressed more than before.

Solution and achievable advantages

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Resonator durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß unerwünschte Nebenresonanzen stärker als bisher unterdrückt werden, ohne daß es dazu besonderer kostspieliger Maßnahmen bedarf. This task is in a generic resonator by the kenn Drawing features of claim 1 solved. The one with the invention Achievable advantages are in particular that undesirable Side resonances are suppressed more than before without it this requires special costly measures.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Haupt anspruch angegebenen Resonators möglich. Besonders vorteil haft ist es, wenn die X-Achse der Kristallscheibe um einen derartigen Winkel von der zweiten Diagonale abweicht, daß für eine bestimmte Resonanzfrequenz des Resonators ein Neben resonanzminimum auftritt. Durch diese Maßnahme läßt sich das Unterdrücken von Nebenresonanzen noch weiter verbessern.The measures listed in the subclaims enable advantageous further developments and improvements of the resonator specified in the main claim. It is particularly advantageous if the X axis of the crystal disc deviates from the second diagonal by such an angle that an additional resonance minimum occurs for a specific resonance frequency of the resonator. The suppression of secondary resonances can be further improved by this measure.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Embodiments of the invention are in the drawing Hand shown several figures and in the following Description explained in more detail. The drawing shows in

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungs gemäßen Resonators in vergrößertem Maßstab, Fig. 1 is a schematic view of a fiction, modern resonator on an enlarged scale,

Fig. 2 eine quadratische Kristallscheibe mit gebrochenen Eckbereichen, Fig. 2, a square crystal wafer with broken corners,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Kristallscheibe mit beidseitiger Fase, Fig. 3 is a side view of a crystal wafer with bilateral chamfer,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Kristallscheibe mit abgerundeten Rändern, Fig. 4 is a side view of a crystal wafer with rounded edges,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Kristallscheibe in konvexer Form und Fig. 5 is a side view of a crystal disk in a convex shape and

Fig. 6 eine Ansicht einer Kristallscheibe, die zu ihren Rändern hin verschieden geformt sein kann; vgl. Seitenansichten a, b und c. Fig. 6 is a view of a crystal wafer that can be formed through different from their edges; see. Side views a, b and c .

Description of the embodiments

Ein erfindungsgemäßer Resonator 10 nach Fig. 1 hat einen piezo elektrischen Kristall in Form einer quadratischen dünnen Scheibe 11, die auf beiden Seiten je eine kreisförmige Elek trode 12 trägt. Die Elektroden gehen in Anschlüsse 13, 14 über, die an zwei auf einer ersten Diagonale der Kristall scheibe liegenden Eckbereichen enden. Mit den Anschlüssen 13, 14 sind Halteelemente 15, 16 mechanisch und elektrisch verbunden, die in einem Bodenteil 17 isoliert befestigt sind. Die freien Enden der Halteelemente 15, 16 bilden stiftförmige Steck elemente 18, 19.An inventive resonator 10 of FIG. 1 has a piezoelectric crystal in the form of a square thin disk 11 , each of which carries a circular electrode 12 on both sides. The electrodes pass into connections 13, 14 , which end at two corner regions lying on a first diagonal of the crystal pane. With the connections 13, 14 holding elements 15, 16 are mechanically and electrically connected, which are fastened in an insulated manner in a base part 17 . The free ends of the holding elements 15, 16 form pin-shaped plug elements 18, 19 .

Bei dem Resonator nach Fig. 1 ist die X-Achse der Kristall scheibe 11 derart gelegt, daß sie parallel zu der zweiten Diagonale der Scheibe verläuft, das heißt also nicht durch die jenige Diagonale, auf der die Anschlüsse 13 und 14 liegen. In the resonator according to FIG. 1, the X axis of the crystal disk 11 is placed in such a way that it runs parallel to the second diagonal of the disk, that is to say not through the diagonal on which the connections 13 and 14 lie.

In Fig. 1 ist bereits angedeutet, daß die X-Achse um einen gewissen Winkel ψ von der zweiten Diagonale der Kristall scheibe 11 abweichen kann. Der Winkel c wird dabei so be messen, daß für eine bestimmte Resonanzfrequenz des Resona tors ein Nebenresonanzminimum auftritt. In Fig. 1 ist die von der zweiten Diagonale abweichende X-Achse mit X′-Achse bezeichnet.In Fig. 1 it has already been indicated that the X axis can deviate by a certain angle agon from the second diagonal of the crystal disc 11 . The angle c will be so measured that a secondary resonance minimum occurs for a certain resonance frequency of the resonator. In Fig. 1, the X- axis deviating from the second diagonal is designated X ' axis.

Die in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele von Kristallscheiben werden in Kombination mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendet, um eine weitere Verbes serung der Nebenresonanzunterdrückung zu erhalten.The embodiments of crystal wafers shown in FIGS . 2 to 5 are used in combination with the embodiment shown in FIG. 1 in order to obtain a further improvement in the secondary resonance suppression.

Nach Fig. 2 sind bei einer Kristallscheibe 25 die Eck bereiche abgeschnitten, während die Scheibe sonst die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie die Kristallscheibe nach Fig. 1 hat.According to FIG. 2, the corner areas are cut off in a crystal disk 25 , while the disk otherwise has the same shape and the same dimensions as the crystal disk according to FIG. 1.

Nach Fig. 3 ist eine vorzugsweise quadratische Kristall scheibe 26 an ihren Rändern mit einer doppelseitigen Fase 27 versehen. Es reicht gegebenenfalls auch aus, den Rand der Kristallscheibe 26 abzuschrägen, das heißt nur eine Fase vor zusehen.According to FIG. 3, a preferably square crystal is disk provided at their edges with a double-sided chamfer 27 26. It may also be sufficient to chamfer the edge of the crystal disk 26 , that is to say only to see one chamfer.

Nach Fig. 4 haben die Ränder einer Kristallscheibe 28 eine halbkreisförmige Abrundung 29.According to FIG. 4, the edges of a crystal wafer 28 have a semi-circular rounding 29th

Eine weitere Variante besteht nach Fig. 5 darin, daß eine Kristallscheibe 30 eine ebene Seite 31 und eine konvexe Seite 32 hat. In Abwandlung von Fig. 5 kann eine Kristall scheibe gegebenenfalls auch bikonvex geformt sein.Another variant according to FIG. 5 is that a crystal disk 30 has a flat side 31 and a convex side 32 . In a modification of FIG. 5, a crystal disk can optionally also be biconvex in shape.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen in den Fig. 2 bis 5 beschränkt, der Fachmann kann vielmehr auch andere bekannte Facettenformen anwenden, die zum Beispiel durch Ätzen herstellbar sind. The invention is not limited to the embodiments in FIGS. 2 to 5, rather the person skilled in the art can also use other known facet shapes which can be produced, for example, by etching.

In Fig. 6 beziehungsweise 6a ist eine weitere bevorzugte Facettenform gezeigt, die dadurch entsteht, daß ein mitt lerer konzentrischer Bereich 33 einer Kristallscheibe 34 unbearbeitet, das heißt planparallel bleibt, während die Scheibe zu den Rändern hin linsenförmig bearbeitet ist. In einer anderen Variante (Fig. 6b) wird die Kristall scheibe von dem mittleren konzentrischen Bereich aus zu den Rändern hin kegelförmig bearbeitet. Schließlich kann es auch vorteilhaft sein, die Kristallscheibe von dem mittleren Bereich aus zu den Rändern hin konvex zu ver jüngen (Fig. 6c). Die Facettenformen gemäß den Fig. 6a bis 6c lassen sich vorzugsweise durch Ätzen oder auch durch Läppen herstellen.In Fig. 6 and 6a, a further preferred facet shape is shown, which arises that a mitt Lerer concentric portion 33 of a crystal wafer 34 unprocessed, that is, remains coplanar, while the disk is processed through a lenticular to the edges. In another variant ( FIG. 6b), the crystal disc is machined conically from the central concentric region to the edges. Finally, it can also be advantageous to taper the crystal disk from the central region to the edges in a convex manner ( FIG. 6c). The facet shapes according to FIGS. 6a to 6c can preferably be produced by etching or also by lapping.

Beim Ätzen würde die Kristallscheibe 34 um eine durch den Schnittpunkt der Diagonalen und senkrecht zu der Zeich nungsebene verlaufende Achse rotieren und der Randbereich mit einer Ätzflüssigkeit benetzt werden. Beim Läppen könn ten entweder nur die Kristallscheibe oder nur die Läpp scheibe oder auch die Kristallscheibe und Läppscheibe rotieren.When etching the crystal wafer 34 would rotate about by the intersection of the diagonal and vertical-voltage level to the sign extending axis and the edge region are wetted with an etching liquid. When lapping, either only the crystal disc or only the lapping disc or the crystal disc and lapping disc could rotate.

Claims

1. resonator made of a piezoelectric crystal disk in a rectangular or square shape which carries connections for the electrodes at two corner areas lying on a first diagonal of the crystal disk, characterized in that the X- axis of the transducer as a thickness shear with AT or BT cut trained crystal disc ( 11 ) extends substantially parallel to the second diagonal of the disc.

2. Resonator according to claim 1, characterized in that the X axis of the crystal disc ( 11 ) deviates from the second diagonal by such an angle ( c ) that an additional resonance minimum occurs for a specific resonance frequency of the resonator.

3. Resonator according to claim 1 or 2, characterized in that the edges of the crystal disc ( 26 ) with a one-sided or bilateral bevel ( 27 ) are provided.

4. Resonator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the corner regions of the crystal disc ( 25 ) are cut off.

5. Resonator according to claim 3, characterized in that the edges of the crystal disc ( 28 ) are provided with an approximately semi-circular rounding ( 29 ).

6. Resonator according to claim 3 or 5, characterized in that the crystal disc ( 30 ) is flat on one side and convex on the other side.

7. Resonator according to claim 3 or 5, characterized records that the crystal disc is biconvex shaped is.

8. Resonator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the crystal disc ( 34 ) in a central, concentric region ( 33 ) is plane-parallel and towards the edges by rotationally symmetrical processing lens, cone or concave shape.