DE2656613C2 - Elongated piezoelectric resonator - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen länglichen piezoelektrischen Resonator mit Elektroden auf zwei einander gegenüberliegenden Längsflächen, der in den Schwingungsknoten gehaltert ist.The invention relates to an elongated piezoelectric resonator with electrodes on two opposing longitudinal surfaces, which is held in the vibration node.
Längliche piezoelektrische Resonatoren, die insbesondere für Frequenzen über 1 MHz bestimmt sind, bekommen immer größere Bedeutung als Frequenznormal für tragbare elektrische Uhren, insbesondere Armbanduhren. Solche Resonatoren werden in der Weise angeregt, daß sie Dickenscherungsschwingungen ausführen. Sie können beispielsweise aus AT- oder BT-geschnitterieri Qüarzkristallen bestehen, auf die Elektroden in Form von metallisierten Schichten aufgebracht sind.Elongated piezoelectric resonators, especially intended for frequencies above 1 MHz, are becoming increasingly important as a frequency standard for portable electrical clocks, in particular Wristwatches. Such resonators are excited in such a way that they have thickness shear vibrations carry out. For example, they can consist of AT or BT cut quartz crystals the electrodes are applied in the form of metallized layers.
Resonatoren für die Mikroelektronik oder die Uh^ rentechnik müssen besonders kleine Abmessungen haben. Besonders vorteilhaft ist es, solche Resonatoren als Streifen auszubilden, die aus einem plattenförmigen Dickenscherungsschwinger geschnitten werden. In vielen Fällen werden diese länglichen oder 1J streifenförmigen Resonatoren noch an den Enden abgeschrägt bzw. mit gewölbten Flächen versehen.Resonators for microelectronics or clock technology must have particularly small dimensions. It is particularly advantageous to design such resonators as strips which are cut from a plate-shaped thickness shear oscillator. In many instances, these elongated or 1 J strip-shaped resonators are chamfered even at the ends and provided with curved surfaces.
Längliche Resonatoren in Form von Dickenscherungsschwingern sind bereits bekannt aus der DE-AS 2327176, der DE-OS 2351665 und der DE-OS in 2461054.Elongated resonators in the form of thickness shear oscillators are already known from DE-AS 2327176, DE-OS 2351665 and DE-OS in 2461054.
Bei solchen Resonatoren, die insbesondere als Frequenznormal zur Zeitmessung eingesetzt werden, ist es wesentlich, daß andere Schwingungsmoden unterdrückt werden. So ist es beispielsweise aus der DE-OS 2351665 bekannt, daß Flächenscherungsschwingungcn bei solchen Resonatoren unterdrückt werden müssen.In such resonators, which are used in particular as a frequency standard for time measurement, is it is essential that other modes of vibration are suppressed. This is how it is, for example, from the DE-OS 2351665 known that surface shear vibrations are suppressed in such resonators have to.
Zur Unterdrückung von unerwünschten Schwingungsmoden wurden die Abmessungen des Resonators und dessen Form in geeigneter Weise gewählt.To suppress unwanted vibration modes, the dimensions of the resonator and its shape appropriately selected.
Die bekannten länglichen Resonatoren wurden bisher an ihren schmalen Kanten gehaltert. Ein solcher Dickenscherungsschwinger isi aus der DE-AS 2327176 bekannt.The known elongated resonators have hitherto been supported by their narrow edges. Such a Thickness shear vibrator is known from DE-AS 2327176.
Diese Art der Halterung ist insofern ungünstig, weil bei so kleinen Resonatoren die Oberfläche in der unmittelbaren Nähe des Randes noch Schwingungen ausführt, so daß durch die Halterung die beabsichtigte Dickenscherungsschwingung des Resonators unerso wünscht gedämpft wird.This type of mounting is unfavorable because with such small resonators the surface is in the immediate vicinity Near the edge still carries out vibrations, so that the intended Thickness shear vibration of the resonator is damped unerso desirably.
Es ist an sich auch bekannt, stabförmige Schwinger an gegenüberliegenden Längsflächen in den Knotenstellen zu haltern. It is also known per se to hold rod-shaped oscillators on opposite longitudinal surfaces in the nodes.
So ist es aus der DE-AS 2148904 bekannt, einen r> Quarzstab an gegenüberliegenden, mit Elektroden bedeckten Längsflächen an je zwei Knotenstellen mittels der elektrischen Zuleitungen in einer Halterung aufzuhängen.So it is known from DE-AS 2148904, a r> Quartz rod on opposite longitudinal surfaces covered with electrodes at two nodes each using to hang up the electrical supply lines in a holder.
Aus der DE-OS 2258510 ist es weiter bekannt, einen stabförmigen Biegeschwinger, der an allen Längsflächen mit Elektroden ,ersehu-n ist, an gegenüberliegenden Längsflächen in den Knotenstellen zu haltern. Bei dieser bekannten Ausführungsform sind zwei auf gegenüberliegenden Längsflächen angeord-•Γ) nete Elektroden durch einen schmalen Streifen, der über die dazwischen liegende Längsfläche verläuft, miteinander elektrisch verbunden und auf dieser Fläche mit einem als Halterung dienenden Anschluß versehen. From DE-OS 2258510 it is also known, a rod-shaped flexural oscillator, which at all Longitudinal surfaces with electrodes, ersehu-n is, on opposite sides To hold longitudinal surfaces in the nodes. In this known embodiment are two arranged on opposite longitudinal surfaces • Γ) nete electrodes through a narrow strip that runs across the longitudinal surface in between, electrically connected to one another and provided on this surface with a connection serving as a holder.
")0 Aufgabe der Erfindung ist es, bei piezoelektrischen Resonatoren der eingangs genannten Art, die als Dikkenscherungsschwinger ausgebildet sind, eine einfache Halterung anzugeben, durch die eine Dämpfung der Dickenscherungsschwingung vermieden wird und τ, andere Schwingungsmoden nicht angeregt werden.") 0 The object of the invention is, in piezoelectric Resonators of the type mentioned at the beginning, which are called Dikkenscherungsschwinger are designed to provide a simple holder by means of which damping of the thickness shear vibration is avoided and τ, other oscillation modes are not excited.
Es können sogar durch die vorgesehene Art der Aufhängung unerwünschte Schwingungen, z. B. Bie geschwingungen, gedämpft werden.There can even be unwanted vibrations due to the intended type of suspension, e.g. B. Bie vibrations, to be dampened.
Diese Aufgabe wird bei einem piezoelektrischen ho Resonator der eingangs genannten Art dadurch ge löst, daß bei dem als Dickenscherungsschwinger ausgebildeten Schwinger die Halterung an mindestens ei ner nicht mit Elektroden bedeckten Längsfläche in der neutralen Zone angreift,In a piezoelectric resonator of the type mentioned at the outset, this task is thereby achieved solves that in the trained as a thickness shear oscillator Transducer attach the bracket to at least one attacks a longitudinal surface not covered with electrodes in the neutral zone,
Bei länglichen Dickenscherungsschwingern sind bekanntlich die Elektroden an den beiden gegenüberliegenden Längsflächen angeordnet, Der Resonator führt bekanntlich auf diesen beiden Flächen entge-In the case of elongated thickness shear transducers, it is known that the electrodes are on the two opposite one another Arranged longitudinal surfaces, the resonator leads, as is well known, on these two surfaces
gengesetzte, in Längsrichtung oder Querrichtung verlaufende Bewegungen aus, während die in der Mitte der Djcke zwischen diesen beiden Flächen liegende Zone in Ruhe bleibt. Diese Zone wird daher auch als neutrale Zone bezeichnet. Wenn nun die Halterung des Resonators so vorgenommen ist, daß sie an den nicht mit Elektroden bedeckten Längsflächen in der neutralen Zone angreift, so wird durch die Halterung keinerlei Dämpfung auf die Dickenscherungsschwingung ausgeübt, und andere unerwünschte Schwingungen werden nicht angeregt. Es kann im Gegenteil die Halterung, gemäß der Weiterbildung der Erfindung, so angeordnet sein, daß zusätzlich noch Störschwingungen gedämpft werden, wenn nämlich die Halterung dort angreift, wo die Störschwingungen ihre maximale Amplitude haben. So ist es z. B. besonders vorteilhaft, die Halterung da am Resonator anzubringen, wo der Schwingungsbauch von Biegeschwingungen auftritt. Diese werden dann durch die Halterung erheblich gedämpft.opposite, longitudinal or transverse movements, while those in the middle the area between these two surfaces remains at rest. This zone is therefore also referred to as the neutral zone. If now the mounting of the resonator is made so that it is on attacks the longitudinal surfaces not covered with electrodes in the neutral zone, the holder no damping applied to the thickness shear vibration, and other undesirable ones Vibrations are not excited. On the contrary, it can be the bracket, according to the development of the Invention, be arranged so that interference vibrations are additionally damped, namely, if the bracket attacks where the parasitic vibrations have their maximum amplitude. So it is B. especially advantageous to attach the bracket to the resonator where the antinode of flexural vibrations occurs. These are then significantly dampened by the bracket.
In anderen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Halterung des Resonators im Flächenschwerpunkt der nicht mit Elektroden bedeckten Längsflächen angrei fen zu lassen. Dies ist besonders vorteilhaft b~i Dikkenscherungsschwingern mit quadratischem Querschnitt, wenn es sich um einen AT-Schnitt in Richtung der V-Achse handelt.In other cases it can be advantageous to use the bracket of the resonator in the centroid of the longitudinal surfaces not covered with electrodes to let. This is particularly advantageous for thick shear vibrations with a square cross-section if it is an AT section in the direction of the V-axis.
Die Halterung kann in verschiedener Weise angeordnet sein. So kann z. B. der Resonator an mindestens zwei Stellen auf der gleichen Längsfläche gehaltert sein, z. B. indem an dieser Fläche geeignete Drähte oder andere Aufhängungen befestigt sind.The holder can be arranged in various ways. So z. B. the resonator at least be held two places on the same longitudinal surface, z. B. by appropriate on this surface Wires or other suspensions are attached.
Es ist aber auch möglich, den Resonator an mindestens zwei Stellen auf einander gegenüberliegenden Längsflächen zu haltern.But it is also possible to have the resonator at least two places on opposite sides To hold longitudinal surfaces.
Es ist nicht nur möglich, den Resonator an zwei Stellen zu haltern, sondern es können auch Halterungen an mehreren Stellen angebracht sein. Bedingung ist nur, daß diese Halterungen an den nicht mit Elektroden bedeckten Längsflächen in der neutralen Zone angreifen.It is not only possible to hold the resonator in two places, but brackets can also be used be attached in several places. The only condition is that these brackets are not attached to the electrodes attack the covered longitudinal surfaces in the neutral zone.
Eine weiten, vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Resonator an den elektrischen Zuleitungen gehaltert ist. Dies ist an sich bei piezoelektrischen Resonatoren bekannt. Im vorliegenden Falle müssen jedoch Elektrodenteile beider Elektroden über die Kanten des Resonators geführt sein, da im vorliegenden Falle sich die Elektrooen auf anderen Flächen befinden als die Halterungen. Dies ist für eine Elektrode bei einem Biegesnhwinger an sich bekannt (DE-OS 2258510). Die Zuleitungen, welche gleichzeitig als Halterung diene/i, können die Form von Drähten haben, weiche an den Elektroden angelötet sind. Es ist aoer auch möglich, die Zuleitungen mit einem leitenden oder nichtleitenden Klebemittel direkt auf dem Resonator oder den Elektroden zu befestigen. Im Falle der Verwendung eines nichtleitenden Klebemittels muß dann noch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Zuleitungen und den Elektroden hergestellt sein, beispielsweise durch Aufbringen einer geeigneten leitenden Schicht.A wide, advantageous embodiment of the invention consists in that the resonator is supported on the electrical leads. This is inherent in piezoelectric Known resonators. In the present case, however, electrode parts of both electrodes must Be guided over the edges of the resonator, since in the present case the Elektrooen are on others Faces are located as the mounts. This is known per se for an electrode in a flexural oscillator (DE-OS 2258510). The leads, which also serve as a holder, can take the form of Have wires that are soldered to the electrodes. It is also possible to use the supply lines a conductive or non-conductive adhesive directly on the resonator or electrodes attach. If a non-conductive adhesive is used, then one must be electrically be made conductive connection between the leads and the electrodes, for example by applying a suitable conductive layer.
Vorteilhaft ist eSj in an sich bekannter Weise die Enden des Resonators an den mit Elektroden bedeckten Flächen abzuschrägen oder diese Flächen gewölbt auszubilden.In a manner known per se, eSj is advantageous Bevel ends of the resonator at the surfaces covered with electrodes or these surfaces are arched to train.
Die Erfindung und vorteilhafte Weiterbildung der Erfindungsollen an Hand der Figuren näher beschrieThe invention and advantageous further development of the roles of the invention are described in more detail with reference to the figures
ben werden. Die Figuren zeigen piezoelektrische Resonatoren in perspektivischer Darstellung.be practiced. The figures show piezoelectric resonators in perspective.
Fig. 1 zeigt einen Resonator zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung;1 shows a resonator for explaining the principle of the invention;
Die Fig. 2 bis 7 stellen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dar. Figures 2 through 7 illustrate various embodiments of the invention.
Der Resonator 1 nach Fig. 1 besteht aus einer länglichen planparallelen Platte, beispielsweise aus Quarz, mit einem geeigneten Quarzschnitt, die auf gegenüberliegenden Flächen die Elektroden 2 und 3 trägt. Die Längsrichtung des Resonators ist mit »/« bezeichnet, die Breitenrichtung mit »£>« und die Dikkenrichtung mit »rf«. Bei geeigneter Anregung durch die Elektroden 2 und 3 führt der Resonator 1 Dickenscherungsschwingungen aus, d. h. die beiden Flächen, auf denen sich die Elektroden befinden, machen seitliche Bewegungen in entgegengesetzter Richtung. Die mittlere Zone des Kristalls, die mit 4 bezeichnet ist, bleibt bei dieser Schwingung in Ruhe und wird als neutrale Zone bezeichnet. Der Resonator ist in der Weise gehaltert, daß die Halterung an den durch die Dicke und Länge bestimmten Fläch' . angreift, und zwar in der neutralen Zone 4.The resonator 1 according to FIG. 1 consists of an elongated plane-parallel plate, for example from Quartz, with a suitable quartz cut, with electrodes 2 and 3 on opposite surfaces wearing. The longitudinal direction of the resonator is marked with "/", the width direction with "£>" and the thickness direction with »rf«. With suitable excitation by the electrodes 2 and 3, the resonator 1 performs thickness shear vibrations off, d. H. the two surfaces on which the electrodes are located make lateral ones Movements in the opposite direction. The middle zone of the crystal, which is marked 4, remains at rest with this vibration and is called the neutral zone. The resonator is in the Way held that the holder to the surface determined by the thickness and length '. attacks, and in the neutral zone 4.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der längliche Resonator 1 die Elektroden 2 und 3 auf gegenüberliegenden Flächen trägt, während an der dazu senkrechten Fläche die Halterungen 5 und 6 angreifen. Der Resonator 1 ist beispielsweise an geeigneten Drähten aufgehängt. Die elektrischen Zuleitungen zu den Elektroden 2 und 3 müssen dann so ausgebildet sein, daß sie die Schwingung des Resonators möglichst wenig beeinflussen.FIG. 2 shows an embodiment of the invention in which the elongated resonator 1 has the electrodes 2 and 3 carries on opposite surfaces, while the brackets 5 and on the surface perpendicular thereto 6 attack. The resonator 1 is suspended from suitable wires, for example. The electrical supply lines to the electrodes 2 and 3 must then be designed so that they the oscillation of the resonator influence as little as possible.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der längliche Resonator 1 besitzt wieder Elektroden auf gegenüberliegenden Flächen 2 und 3, während die Halterungen 5 und 6 auf gegenüberliegenden Seiten der hierzu senkrechten Flächen angebracht sind. Auch hier müssen die Elektrodenzuleitungen zu den Elektroden 2 und 3 so ausgebildet sein, daß sie die Schwingung des Resonators Tiögl'~hst wenig beeinflussen.In Fig. 3 is another embodiment of the invention shown. The elongated resonator 1 again has electrodes on opposite surfaces 2 and 3, while the brackets 5 and 6 on opposite sides of the surfaces perpendicular thereto are attached. Here, too, the electrode leads to electrodes 2 and 3 must be designed in this way be that it hears the oscillation of the resonator Tiögl affect little.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindui g. Diese Ausführungsform entspricht der Ausführungsform nach Fig. 2, nur wurde hier darauf geachtet, daß die Halterungen 5 und <j dort in der neutralen Zone angebracht wurden, wo eine unerwünschte Schwingung ihre größte Amplitude hat. Zur Verdeutlichung wurde der Verlauf einer Biegeschwingung eingezeichnet, und es ist aus der Figur ersichtlich, daß die Halterungen 5 und 6 dort angebracht wurden, wo die Biegeschwingung, welche unerwünscht ist, ihren Schwingungsbauch hat.Fig. 4 shows another embodiment of the invention G. This embodiment corresponds to the embodiment according to FIG. 2, only care was taken here to that the brackets 5 and <j were attached there in the neutral zone, where an undesirable Oscillation has its greatest amplitude. The course of a bending oscillation was used to clarify this and it can be seen from the figure that the brackets 5 and 6 are attached there where the bending vibration, which is undesirable, has its antinode.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier haben die auf dem Resonator 1 angeordneten Elektroden 2 und 3 Fortsätze 7 und 8, dit über die Kante des Resonators auf die anliegende Fläche geführt sind. Difv-c Ansätze sind im Bereich der neutralen Zone mit Zuleitungen 9 und 10 versehen, welche gleichzeitig zur Halterung des Resonators I dienen. Die Zuleitungen müssen dabei nicht auf der gleichen Fläche des Resonators angeordnet sein, son dem können auch auf gegenüberliegenden Flächen, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, angebracht sein, Die Ansätze an den Elektroden müssen dafcn entsprechend auf die einander gegenüberliegenden Flächen reichen.Fig. 5 shows a further embodiment of the invention. Here are those arranged on the resonator 1 Electrodes 2 and 3 extensions 7 and 8, dit over the edge of the resonator onto the adjacent surface are led. Difv-c approaches are in the field of neutral zone provided with leads 9 and 10, which at the same time to hold the resonator I. to serve. The supply lines do not have to be arranged on the same surface of the resonator, son can also be attached to opposite surfaces, as shown in Figs. 2 and 3, The approaches to the electrodes must accordingly be on the opposing surfaces are sufficient.
Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in Fig, 6 dargestellt. Hier ist der ResonatorAnother embodiment according to the invention is shown in FIG. Here is the resonator
an den scnmalen Enderi abgescfirägf, wie dies an sich bekannt ist. Die elektrischen Zuleitungen 9 Und 10, die auf gegenüberliegenden Seiten des Resonators in der neutralen Zone befestigt sind, stehen über Elektfödetsatisätze, wie im Falle νση Fig. 5, mit den Elektroden 2 und 3 elektrisch in kontakt.to the narrow Enderi, like this in itself is known. The electrical leads 9 and 10, which are on opposite sides of the resonator in are attached to the neutral zone, as in the case νση Fig. 5, with the electrodes 2 and 3 in electrical contact.
In Fig. 7 ist schließlich eine Ausführungsforrn der Erfindung dargestellt, bei der die beiden Flächen, welche die Elektroden tragen, gewölbt ausgebildet sind. Die Ansätze 7 und 8 der beiden Elektroden 2 und 3 führen in diesem Falle auf die gleiche Fläche des Resonators 1 Und sind hier rnit den elektrischen Zuleitungen 9 und 10 versehen, weiche gleichzeitig zur Halterung des Resonators dienen.In Fig. 7, finally, an embodiment of the invention is shown in which the two surfaces, which carry the electrodes are curved. The lugs 7 and 8 of the two electrodes 2 and 3 lead in this case to the same area of the resonator 1 and are here with the electrical Supply lines 9 and 10 are provided, which simultaneously serve to hold the resonator.
Essoll noch betont werden.daß die Halterung nicht unbedingt aus Drähten bestehen rrtaß, Söiidefft es können irgendwelche anderen Halterungen verwendet werden, die in der neutralen Zone des Kristalls angreifen.It should be emphasized that the bracket is not necessarily consist of wires rrtass, Soiidefft it Any other mounts that are in the neutral zone of the crystal can be used attack.
Verzeichnis der BezugszeichenList of reference signs
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |