CH625372A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention a pour objet un résonateur piézoélectrique ainsi qu'un procédé pour l'obtention de ce résonateur.
On connaît des résonateurs diapasons à quartz encapsulés dans une enceinte hermétique dont la paroi supérieure ou couvercle est translucide de manière à pouvoir agir sur le quartz à l'aide d'un rayon laser pour en ajuster la fréquence. Le quartz diapason est entouré entièrement par un cadre obtenu dans la même matière. Deux autres cadres métalliques par exemple viennent s'adapter de part et d'autre du cadre du diapason et font office d'entretoises sur lesquelles seront fixées les plaques de base et le couvercle du dispositif résonateur. Ces deux cadres étant conducteurs, ils servent aussi de connexion électrique entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier, soit entre le diapason et le circuit électrique externe.
Il est clair que ce système, bien que simple, est réalisé à l'aide d'un nombre relativement élevé de pièces constitutives, ce 5 qui complique le montage et épaissit le dispositif. Or, il est connu que, pour un composant horloger, l'épaisseur est toujours une dimension qu'il faut réduire au strict nécessaire. Enfin comme les cadres conducteurs servant de connexions électriques entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier présentent une surface io importante, les possibilités de capacités parasites sont augmentées, ce qui a une influence négative sur les qualités électriques intrinsèques du composant.
Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et de proposer un ensemble résonateur particulièrement 15 simple. Ce but est atteint par les moyens revendiqués.
Le dessin annexé montre à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif résonateur selon l'invention.
La figure 1 est une vue en perspective du dispositif.
La figure 2 est une coupe de la figure 1 selon A-A' et la 20 figure 3 montre en détail le quarzt-diapason et son cadre.
La figure 4 est une vue en perspective des divers éléments du résonateur piézo-électrique.
Sur la figure 3, on a représenté en 3 un élément oscillant formé par un quartz-diapason 5 entouré d'un cadre et portant 25 des métallisations qui déterminent des électrodes 8 et 9. Le cadre 2 reçoit deux couches de liaison 10 et 10', métalliques ou non. On remarque que les couches 8,9 et 10 ne se touchent pas et que, par conséquent, il n'y a aucune connexion électrique entre le cadre 2 et le quartz 5. Comme le montrent les figures 1, 30 2 et 4, deux éléments de fermeture 1 et 1 ' viennent se plaquer sur le cadre 2, encapsulant ainsi le quartz 5. Pour éviter tout contact électrique entre le cadre 2 et le système d'électrodes 8 et 9, les connexions entre l'extérieur et l'intérieur du dispositif ont lieu au travers des éléments de fermeture 1 et 1', par exemple 35 par le moyen du passage 4. L'avantage de cette construction est que, lors du fonctionnement du résonateur piézo-électrique, seules, les électrodes 8,9 et non le cadre 2, sont portées à un potentiel électrique, ce qui réduit les capacités parasites à un strict minimum.
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Les éléments de fermeture 1 et l'sont isolante et de préférence translucides. Ils peuvent être en verre, en silice fondue, en quartz, en saphir, en céramique ou en tout autre matériel minéral ou organique présentant la particularité de laisser passer le 45 rayonnement d'un laser.
Le quartz-diapason 5 et son cadre 2 forment un tout monobloc: ils sont fabriqués à partir d'une même lame de quartz par des moyens photolithographiques. Ils peuvent être exécutée en grand nombre sur une même plaque, puis séparés avant ou après so l'assemblage avec les autres éléments du dispositif complet.
Les éléments de fermeture 1 et 1 ' sont aussi obtenus par un procédé photolithographique identique à celui qui a servi à fabriquer les diapasons. Comme représenté figure 4, partant d'une lame ou wafer de quartz, de silice, de verre de saphir ou d'un 55 autre matériel minéral ou organique, on y pratique un passage 4 ainsi qu'une creusure 6 dégageant un cadre 7. Celui-ci reçoit ensuite une couche de liaison 11 et 11 '. Il est évident qu'il est avantageux de fabriquer en même temps sur une même lame une série de pièces et de les séparer à un moment opportun dans 60 la suite des opérations de fabrication. La réalisation pièce par pièce peut aussi être envisagée.
Il est aussi possible d'obtenir par injection des plaques de verre portant déjà les creusures 6 et les passages 4. Il est aussi envisageable de presser à froid des ébauches en poudre de verre 65 qui seront frittées ultérieurement. Finalement, on peut aussi obtenir les creusures sur des pièces massives par un moyen mécanique quelconque tel que l'usinage au diamant ou par ultrasons.
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Pour assurer la fixation du cadre 2 aux cadres 7 et 7' des Les couches 10,10', 11 et 11 ' sont minces et n'augmentent
éléments 1 et 1', les surfaces de contact sont recouvertes, pratiquement pas la hauteur des éléments 1,1' et 3. L'épaisseur comme déjà mentionné, de couches de liaisons 10,10' ; 11 et de ces couches a été largement exagérée sur la figure 2 pour
11'. On peut déposer une couche métallique 10,10' sur chaque faciliter la compréhension du dessin.
côté du cadre 2 et une autre couche métallique 11,11' sur des s Le montage de l'élément oscillant 3 entre les deux éléments cadres 7 et 7', puis recouvrir les cadres 2 et 7 d'un métal à bas de fermeture 1 et 1 ', est effectué de préférence par plaquettes point de fusion tel que l'étain. Le tout est porté ensuite à la entières (wafer) portant un grand nombre d'éléments oscillants température de fusion du métal pour assurer le scellement des 3 et d'élements de fermeture 1,1 '. La séparation de chaque
éléments 1,1 ' et 3. ensemble après assemblage et scellement est effectuée par
Ces couches métalliques peuvent être constituées soit par io sciage ou par cassure après avoir pratiqué préalablement entre des métaux nobles tels que l'or et l'argent, soit par des métaux les éléments 1,1 ' et 3, une fente par un moyen chimique ou réfractaires tels que le tungstène et le molybdène, soit enfin par mécanique. Il est cependant évident qu'un montage pièce par du nickel. pièce peut aussi être envisagé.
La couche de liaison peut aussi être constituée par une subs- Afin de faciliter l'assemblage des divers composants du rétance non métallique, mais capable d'adhérer sur les cadres 2,7 is sonateur et son montage sur cun circuit, il y a lieu de respecter et 7', telle que du verre à bas point de fusion ou une résine certaines règles de symétrie, particulièrement en ce qui con-époxy. Cette couche est alors déposée en 10 ou 10' sur un des cerne les passages électriques 4. Il peut y avoir deux passages sur côtés du cadre 2 et en 11 ' ou 11 respectivement sur un des l'un des éléments de fermeture 1 ou 1 ' ou un passage sur chaque cadres 7' et 7 respectivement, puis éventuellement portée à son élément. Cette dernière disposition permet d'utiliser des élé-point de ramollissement pour assurer le scellement des éléments 20 ments de fermeture 1 et 1 ' parfaitement indentiques ce qui sim-1,1 ' et 3. plifie grandement la fabrication. Dans le cas où les impératifs du
Il existe enfin des couches conductrices formées de billes montage sur un circuit nécessitent deux connexions du même métalliques dans une matrice de verre. De telles couches peu- côté il pourra être prévu deux passages dans chaque élément 1 vent être employées pour réaliser l'une ou l'autre des couches de et 1 ceux d'un côté pouvant être bouchés après coup à l'aide liaison 10,10'ou 11,11'. Le scellement est alors réalisé avec ou 25 d'une matière isolante, verre à bas point de fusion ou résine sans apport supplémentaire d'un métal à bas point de fusion. époxy.
Les couches métalliques peuvent être déposées par évapora- Comme présenté figure 2, les connexions entre les élection sous vide, sérigraphie, brossage ou dépôt sans courant. trodes du quartz 5 et l'extérieur, à travers les passages 4, sont Les couches non métalliques (verre ou résin époxy) peuvent assurées par des éléments conducteurs 12 obtenus par dépôt être sérigraphiées, brossées ou projetées. Normalement, le verre30 sous vide, sérigraphie, brossage ou projection.
est sous forme pulvérulente, enrobé ou non dans une pâte por- Dans une exécution préférée, les éléments de fermeture 1 et teuse. 1 ' sont en verre. Les creusures 6 et les passages 4 sont effectués
Les couches déposées par sérigraphie, brossage ou projec- par un procédé photolithographique. Les couches métalliques tion sont des produits commercialement disponibles tels que les 10,10' 11 et 11 ' sont de l'or déposé sous vide. Le métal à bas pâtes Dupont (Dupont Electronic Product Division, Wilming- 35 point de fusion est de l'étain déposé électrolytiquement. Toutes ton, Del) ou EMCA (Emca Mamaroneck, Long Island). ces opérations se font, à partir de plaques de quartz ou de verre,
Dans certains cas, il est avantageux de déposer sur la couche sur un grand nombre d'éléments oscillants 3 ou un grand nom-
sérigraphiée une couche galvanique, par exemple du nickel, à bre d'éléments de fermeture 1 et 1 ', les éléments n'étant pas l'aide d'un bain de Watt. séparés. Le scellement des éléments de fermeture est effectué
Enfin, on peut déposer soit sur la couche sérigraphiée soit 40 par chauffage sous atmosphère réductrice. La séparation des sur la couche déposée sous vide, soit sur les cadres 2,7, 7' nus, résonateurs a lieu après le scellement.
une métallisation sous la forme d'une couche de nickel chimique II va de soi que l'invention décrite s'applique non seulement
à l'aide d'un bain du commerce (Enplate Ni 415 de Pernix En- aux quartz en forme de diapason mais aussi à toute autre forme thone, 8108 Dällikon). de quartz.
2 feuilles dessins
Claims (12)
1. Dispositif résonateur piézo-électrique encapsulé comportant un élément oscillant enfermé dans un boîtier comprenant deux éléments de fermeture disposés de part et d'autre de l'élément oscillant, caractérisé en ce que l'élément oscillant est formé d'un quartz muni d'électrodes et entouré par un cadre ne faisant qu'une pièce avec ledit quartz, en ce que les éléments de fermeture, formés chacun d'une seule pièce, sont munis d'une creusure centrale définissant un cadre périphérique, l'un au moins des éléments de fermeture étant réalisé en matériau isolant, et en ce que l'élément oscillant et les deux éléments de fermeture sont liés entre eux par leurs cadres.
2, caractérisé en ce qu'un des éléments de fermeture est translucide.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les métallisations formant les électrodes du quartz ne recouvrent aucune partie du cadre qui entoure le quartz et en ce qu'il comporte des passages conducteurs aménagés à travers l'un au moins desdits éléments de fermeture pour assurer la connexion électrique desdites électrodes avec l'extérieur.
2
REVENDICATIONS
3, caractérisé en ce que ledit élément de fermeture est en verre.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et
4, caractérisé en ce que les deux éléments de fermeture sont sensiblement identiques.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, caractérisé en ce que les cadres sont liés entre eux par deux couches métalliques respectivement déposées sur lesdits cadres et par une couche intermédiaire d'un métal à bas point de fusion.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les cadres sont liés entre eux par une couche de verre.
8. Procédé de fabrication du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément oscillant entouré de son cadre est fabriqué à partir d'une plaque de quartz par photolithographie.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les creusures des éléments de fermeture sont réalisées en photolithographie.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments de fermeture sont obtenus à partir d'une poudre par pressage et frittage.
11. Procédé selon'la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments de fermeture sont obtenus par injection.
12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que plusieurs éléments oscillants sont fabriqués à partir d'une même plaque de quartz, que plusieurs éléments de fermeture sont fabriqués à partir d'une même plaque et que les dispositifs résonateurs sont séparés après qu'on ait réalisé la liaison des cadres desdits éléments oscillants et desdits éléments de fermeture.
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