DE3220032A1

DE3220032A1 - Schwingquarz

Info

Publication number: DE3220032A1
Application number: DE19823220032
Authority: DE
Inventors: Akihito Tokyo Kudo
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1982-12-16
Also published as: DE3220032C2; GB2102199B; US4443728A; JPS643368B2; GB2102199A; JPS57197906A; CH651720GA3

Description

Anmelderin: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, Tokyo,Japan

Schwingquarz

Die Erfindung betrifft einen Schwingquarz mit einem GT-Schnitt, der auf einem Träger angeordnet ist.

Bei der Herstellung von Uhren mit hoher Ganggenauigkeit finden vorzugsweise zusammengesetzte Resonatoren Verwendung, die aus zwei stimmgabelförmigen Schwingquarzen bestehen. Bei derartigen Resonatoren ist die Frequenz nahezu unabhängig von der Temperatur, wenn eine geeignete Kombination der Frequenz-Temperaturcharaktoristiken entsprechend der Differenz der Schnittwinkel der beiden Schwingquarze verwendet wird. Neben einer möglichst hohen Ganggenauigkeit wird ferner auch eine Miniaturisierung angestrebt, so daß insbesondere extrem flache Armbanduhren hergestellt werden können. Im Hinblick auf eine Miniaturisierung ist es jedoch nicht wünschenswert, zwei Schwingquarze in. einer Armbanduhr vorzusehen. Es wurden ferner Schwingquarze mit einem AT-Schnitt entwickelt, die eine hohe Ganggenauigkeit mit Hilfe eines einzigen Schwingquarzes ermöglichen. Bei Verwendung derartiger Schwingquarze ergeben sich jedoch Schwierigkeiten im Hinblick auf den hohen Stromverbrauch bei hohen Frequenzen, auf die entsprechend kurze Lebensdauer der Batterie, sowie im Hinblick auf eine Miniaturisierung.

Deshalb wäre es wünschenswert, derartige Schwingquarze mit einem GT-Schnitt derartig zu verbessern, daß sie in Massenproduktion

durch Fotoätzverfahren mit einer miniaturisierten Größe hergestellt werden können. Ein derartiger Schwingquarz kann durch eine geeignete' Kombination des Schnittwinkels, der Form und der Elektrodenanordnung derart ausgebildet werden, daß er bei sehr kleiner Größe eine kleine Kristallimpedanz und eine sehr gute Frequenz-Temperaturcharakteristik besitzt. Vorteile eines derartigen Schwingquarzes mit einem GT-Schnitt bestehen insbesondere im Hinblick auf die Temperaturcharakteristik, da die Frequenzabweichungen bei Temperaturen zwischen -80 und 120°C nur einige ppm betragen. Da die Temperaturcharakteristik des Schwingquarzes durch das Abmessungsverhältnis der langen Seite zu der kurzen Seite des Schwingquarzes bestimmt wird, ergibt sich eine Verschlechterung der Temperaturcharakteristik in Abhängigkeit von bei der Herstellung unvermeidbaren Herstellungstoleranzen. Deshalb ist es zweckmäßig, eine Frequenzeinstellung durch Auftragen, von Massen auf die kurzen und langen Seiten durchzuführen, oder eine Frequenzeinstellung durch Entfernung vorher aufgetragener Massen mit Hilfe von Lasereinrichtungen durchzuführen. Im folgenden sollen einige Schwierigkeiten beschrieben werden, die bei der Frequenzeinstellung auftreten.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Schwingquarz R mit einem GT-Schnitt, der einen Schwingteil 1, Brückenteile 2,.sowie Dämpfungsteile enthält, welche eine Schwingungsübertragung zu Stützteilen 4 verhindern sollen. Der schraffierte Bereich zeigt die Ausbildung einer Elektrode. Die Temperaturcharakteristik des Resonators wird'durch Kopplung von zwei Schwingungsformen des einzigen Schwingquarzes erhalten, weil die Temperaturcharakteristik durch die Frequenzdifferenz der beiden Schwingungsformen erhalten wird. Insbesondere wird die Temperaturcharakteristik eines Schwingquarzes mit einem GT-Schnitt durch die Differenz zwischen der kürzeren und der längeren Seitenabmessung bestimmt/ Die höhere

Frequenz f_TT wird durch die Länge H der kurzen Seite und die geil

ringere Frequenz f ■ wird durch die Länge L.der langen Seite bestimmt. Die Frequenz-Temperaturcharakteristik dieses Schwingquarzes wird bestimmt durch f - f = &f.

H JU

Fig. 2 zeigt die Anordnung desSchwingquarzes R in Fig. 1 auf einem Träger 5 zum Zwecke der Einstellung von Af. Fig. 2 zeigt zu verdampfendes Material E, das zum Zwecke der Vereinfachung

von der Oberseite her aufgedampft wird. Mit Hilfe bekannter Verfahren ist es jedoch verhältnismäßig schwierig, eine geeignete Frequenzeinsteilung zu erzielen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der auf dem Träger 5 angeordnete Schwingquarz R mit einer Zuleitung 7 durch ein Lötmittel

6 verlötet. Der Träger stützt die beiden Stützteile 4 des Schwingquarzes in Fig. 1 ab, um eine stoßsichere Lagerung zu ermöglichen, da die Brückenteile 2, die zur Schwingungsdämpfung dienen, sehr dünn,ausgebildet sind.

Fig. 3 dient zur Erläuterung eines Verfahrens zur Frequenzeinstellung, das für eine Massenproduktion geeignet ist. Bei diesem bekannten Aufdampfungsverfuhren ist das zu verdampfende Material im Gegensatz zu Fig. 2 unter dem Schwingquarz angeordnet. Der an dem Träger 5 angeordnete Schwingquarz R wicd über eine Zuleitung

7 mit einer Oszillatorschaltung verbunden, so daß dessen FreT quenz bei der Frequenzeinstellung gemessen werden kann. Ein den Schwingquarz ,tragender Stift 8 wird mit Hilfe eines unter Federvorspannung stehenden Zapfens 9 gegen die Halterung angedrückt. . An das zu verdampfende Material E wird eine Spannung angäLegt, so daß eine Aufdampfung durch öffnungen in einer Maske M erfolgen kann. Bei diesem Verfahren wird das zu verdampfende Material ortsfest angeordnet und der Schwingquarz R zusammen mit der Maske bewegt, so daß nur der betreffende Schwingquarz, dessen Frequenz eingestellt werden soll, unmittelbar über dem zu verdampfenden Material angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht in Richtung des' Pfeils X in Fig. 3. Der Schwingquarz R ist auf der Unterseite des Trägers 5 angeordnet. Wenn ein Träger, wie beispielsweise der Träger 5B, und damit der betreffende Schwingquarz unter einem Winkel versetzt angeordnet ist, erfolgt eine versetzte Auftragung des verdampften Materials gegenüber der Lage der öffnung der Maske M, so daß die Massen nicht an den gewünschten Stellen entlang der kurzen und langen Seite des Schwingquarzes aufgetragen werden. Derartige Fehler treten in der Praxis verhältnismäßig oft auf. Da die Massen bei einer oszillierenden Bewegung des Schwingquarzes aufgetragen werden, muß ferner ein gewisser Abstand zwischen der Maske und dem Schwingquarz vorgesehen werden, so daß die Massen auf Bereichen aufgetragen werden, deren Fläche größer'als die Öffnung der Maske

ist. Ferner werden" die öffnungen in der Maske fortschreitend kleiner, da an deren Umrandung ebenfalls verdampftes Material niedergeschlagen wird. Deshalb ist. eine geeignete Positionierung verhältnismäßig schwierig und langwierig bei bekannten Verfahren zur Frequenzeinstellung, zumal der Schwingquarz in eine geeignete Lage relativ zu der öffnung der Maske gebracht werden muß. Ferner ist der Bereich der Masseauftragung auf dem Schwingquarz größer als die betreffende Öffnung der Maske, da ein ausreichender Abstand zwischen dem Schwingquarz und der Maske eingehalten werden muß.' Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die Maske wegen der Verkleinerung der öffnungen nach einer gewissen Betriebs zeit durch eine neue Maske ausgewechselt werden muß.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Schwierigkeiten der genannten Art bei der Frequenzeinstellung mit Hilfe von Verfahren zum Aufdampfen oder Aufsprühen von Massen möglichst weitgehend durch eine besondere Geäaltung des Trägers zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs T gelöst.

Anhand der' Eeichung soll die Erfindung beispielsweise .näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen bekannten Schwingquarz mit einem GT-Schnitt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Schwingquarzes in Fig. 1, der an einem Träger angeordnet ist;

Fig., 3 eine Vorderansicht einer Einrichtung zur Frequenzeinstellung derartiger Schwingquarze mit Hilfe eines bekannten, eine Massenproduktion ermöglichenden Verfahrens; .

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Einrichtung..in Fig. 3; und

Fig. 5 bis 7 perspektivische Ansichten von Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung.

Das erste in Fig. 5' dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Schwingquarz 10 mit einem GT-Schnitt vor der Anordnung auf einem Träger 11, der mit einer Anzahl von Öffnungen A1, A2 und B1,B2 versehen ist. Der Träger 11 besitzt nahezu eine konkave Form und der Schwingungsteil, die Dämpfungsteile und die Brückenteile des Schwingquarzes 10 .werden auf dem konkaven Teil des Trägers angeordnet. Die öffnungen in dem Träger sind in der Nähe der Mitte der beiden' längeren Seiten und der beiden kürzeren Seiten des

Schwingungsteils des Schwingquarzes angeordnet.

Die öffnungen können jedoch auch in den Ecken des Schwingungsteils oder in Zwischenlagen zwischen den Ecken und den Mittelteilen der längeren und kürzeren Seiten des Schwingungsteils vorgesehen werden. Dann ist es jedoch schwieriger, die Frequenz der. langen Seiten und der kurzen Seiten unabhängig voneinander zu ändern,' da die zur Frequenzänderung auf die langen Seiten aufgetragenen Massen auch eine beträchtliche Änderung der Frequenz der kurzen Seiten verursachen, so daß eine geeignete Einstellung von /\f verhältnismäßig schwierig ist.

Im folgenden soll ein Verfahren zur Frequeasteinstellung bei Verwendung eines Schwingquarzes mit GT-Schnitt mit einem derartigen Träger erläutert werden. Der auf dem Träger angeordnete und damit verlötete Schwingquarz (Fig. 2) wird beispielsweise in eine bekannte Einrichtung der in Fig. 3 dargestellten Art zur Durchführung einer Aufdampfung eingesetzt. Die Form der auf den Schwingquarz aufgetragenen Massen wird durch die öffnungen in dem Träger 11 bestimmt, so daß eine mit öffnungen versehene Maske der· in Fig. 3 dargestellten Art nicht erforderlich ist. Ferner ist es deshalb nicht erforderlich, eine Ausrichtung des Schwingquarzes zu den betreffenden Öffnungen der sonst erforderlichen Maske durchzuführen.

Während einer Halterung des Schwingquarzes in seiner Lage wird die Frequenzdifferenz tSß eingestellt. Fig. 6a zeigt eine Rückansicht des Trägers 11 in Fig. 5 bei der Einstellung der höheren Frequenz f . Die Öffnungen B1 und B2 werden dann durch ein Abdeckglied 12 abgedeckt. Das Abdeckglied 12 dient als Verschluß zum öffnen und Schließen der Aufdampfungsbereiche und kann durch Anordnung an der Aufdampfungseinrichtung in einfacher Weise betätigt werden. Das Abdeckglied 12 kann in Berührung mit dem Träger stehen, so daß die öffnuöungen B1 und B2 gut abgedichtet werden. Deshalb ist es nicht erforderlich, wie bei· bekannten Verfahren, eine mit Öffnungen versehene Maske zu verwenden und eine Relativbewegung zwischen Maske und Schwingquarz durchzuführen. In der dargestellten Lage wird deshalb die höhere Frequenz f eingestellt, während die Öffnungen B1 und B2 abgedeckt sind.

Fig. 6b betrifft die Einstellung der niedrigeren Frequenz f . Dabei werden zunächst mit Hilfe eines weiteren Abdeckglieds 13 die

Öffnungen Af und A2 abgedeckt. Dann kann die niedrigere Frequenz £_ eingestellt werden und damit die Frequenzdifferenz ^f wesentlich einfacher als bei bekannten Verfahren einjustiert werden.

Ein weiterer Vorteil bei Verwendung eines derartigen Trägers, bei dem der Schwingquarz über der konkaven Ausnehmung des Trägers angeordnet wird, ergibt sich dadurch, daß ein zweckmäßiger Abstand zwischen den Öffnungen und dem Schwingteil des Schwingquarzes vorhanden ist. Ein Abstand von größenordnungsmäßig 10 Mikrometer'reicht aus, um eine Berührung des Schwingungsteils des Schwingquarzes mit dem Träger bei normalen Stoßbelastungen zu vermeiden. Wenn die konkave Ausnehmung des Trägers .11- eine Tiefe von. eta 30 Mikrometer aufweist, reicht eine Plattenstärke des Trägers von-100 Mikrometer aus, welche zur Hälfte ausgeätzt wird, so daß der Träger mit einer sehr gleichförmigen Dicke hergestellt werden kann. Da die Öffnungen in dem Träger in einem sehr kleinen Abstand von dem Schwingungsteil des Schwingquarzes angeordnet werden können, ist der Aufdampfungsbereich auf den Schwingquarz praktisch gleich der Größe und Auabildung der Öffnungen in dem Träger. Da der Schwingquarz durch Klebstoffe zuverlässig an dem Träger befestigt werden kann, kann eine genaue Relativlage der Öffnungen sichergestellt werden. Deshalb werden die Massen auf dem Schwingungsteil entsprechend der Form der Öffnungen selbst dann aufgetragen, wenn die Lage der Öffnungen mehr oder weniger von dem Träger beim Einsetzen in die Aufdampfungseinrichtung versetzt sind. Deshalb ist eine in einfacher Weise durchführbare Ausrichtung des Schwingquarzes auf dem Trä-· ger relativ zu der Aufdampfungseinrichtung möglich, da in diesem Zusammenhang eine besonders präzise Anordnung Anordnung nicht erforderlich ist.

Im Gegensatz zu der Verwendung einer Maske bei bekannten Verfahren, deren Öffnungen bei wiederholter Benutzung einen sich.fortschreitend verringernden Querschnitt aufweisen, tritt bei der beschriebenen Ausbildung des mit Öffnungen versehenen Trägers diese Schwierigkeit nicht auf, weil jeder Schwingquarz an einem derartigen Träger angeordnet ist und die Frequenzeinstellung durch die vorgesehenen Öffnungen jeweils nur einmal erfolgt.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Träger 11 nur mit einer einzigen Öffnung C versehen ist. Die einzige

Öffnung wird verwendet, um die Dicke der erregenden .Elektroden für die Frequenzeinstellung hinzuzufügen, falls die Einstellung der Frequenz-Temperaturcharakteristik nahezu beendet ist und auf die Schwingungsfrequenz (Exponenten von 2) einjustiert ist. Obwohl die beschriebenen Ausführungsbeispiele besonders gut auf Schwingquarze mit einem AT-Schnitt und mit einem GT-Schnitt anwendbar sind, ist die Erfindung auch auf Schwingquarze mit anderen Schwingungsformen anwendbar.

Claims

DIP L.-PHY S. F. ENDLICH

PATENTANWALT

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH, OSTFACH, D-8034 GERMERING

3220U32

27. Mai 1982 E/m

TELEFON: PHONE:

TELEGRAMMADRESSE: CABLE ADDRESS:

TELEX:

MÖNCHEN 84 38 38

PATENDLICH MÖNCHEN

62-1730 pate d

Meine Akte: D-4955

Anmelderin: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, Tokyo, Japan.

Patentansprüche

1/ Schwingquarz mit einem GT-Schnitt, der auf einem Träger angeordnet ist, dadurch gekenn ζ ei chnet, daß der Träger (11) eine oder mehrere Öffnungen (Al,A2,B1,B2) aufweist.

Schwingquarz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen derart ausgebildet sind, daß auf den Schwingquarz zum Zwecke der Frequenzeinstellung Massen aufdampfbar oder aufsprühbar sind.