CH633921A5 - PIEZOELECTRIC DIAPASON RESONATOR. - Google Patents

Description

L'invention est relative aux résonateurs piézoélectriques à diapason de petites dimensions. Dans ces résonateurs, l'élément résonant est un diapason en matériau piézoélectrique et dont le pied, qui est une zone de vibration minimale, est fixé à un support au moyen d'une brasure ou d'une colle. Le tout est ensuite monté dans un boîtier qui se présente le plus souvent sous la forme d'une capsule ou ampoule de verre équipée de traversées métalliques ou d'une capsule de métal équipée elle aussi de traversées métalliques mais celles-ci étant isolées du reste de la capsule par des perles de verre ou des liaisons céramique-métal. The invention relates to piezoelectric resonators with tuning fork of small dimensions. In these resonators, the resonant element is a tuning fork made of piezoelectric material and the base of which, which is a zone of minimum vibration, is fixed to a support by means of a solder or an adhesive. The whole is then mounted in a box which is most often in the form of a glass capsule or bulb fitted with metal bushings or a metal capsule also fitted with metal bushings but these being isolated from the rest of the capsule by glass beads or ceramic-metal bonds.

Pour garantir de bonnes performances, les résonateurs de bonne qualité sont enfermés de façon hermétique dans leur capsule et en général sous vide, pour les mettre à l'abri de toute contamination et éliminer les pertes d'énergie dues à la présence de l'air. Dans ce cas, les traversées électriques doivent nécessairement être étanches, ce qui est à l'origine de nombreux problèmes. To guarantee good performance, good quality resonators are hermetically sealed in their capsule and generally under vacuum, to protect them from any contamination and eliminate energy losses due to the presence of air. . In this case, the electrical bushings must necessarily be sealed, which is the source of many problems.

Lorsque pour certaines applications il devient de la plus haute importance de réduire au maximum l'encombrement total du résonateur, les problèmes posés par la fixation du diapason à son support et par les traversées étanches deviennent prépondérants et des obstacles infranchissables apparaissent vite du fait des limites de la technique connue. En particulier pour les résonateurs devant fonctionner sous vide, le très petit volume intérieur n'impose pas seulement une étanchéité presque absolue pour le maintien des performances pendant plusieurs années, mais rend aussi nécessaire un étuvage des composants avant la fermeture pour éviter tout dégazage ultérieur des surfaces se trouvant à l'intérieur de l'enceinte évacuée. Cet étuvage doit être exécuté sous vide et à température assez élevée, et ce, pendant un temps d'autant moins long que la température est plus élevée. Or on se trouve évidemment très vite limité par la température maximale que peuvent supporter sans dommage les brasures et les colles utilisées pour l'assemblage. When, for certain applications, it becomes of the utmost importance to reduce the total overall dimensions of the resonator as much as possible, the problems posed by the fixing of the tuning fork to its support and by the tight crossings become preponderant and insurmountable obstacles quickly appear due to the limits. of the known technique. In particular for resonators having to operate under vacuum, the very small internal volume not only imposes an almost absolute tightness to maintain performance for several years, but also makes it necessary to steam the components before closing to avoid any subsequent degassing of the surfaces inside the evacuated enclosure. This steaming must be carried out under vacuum and at a fairly high temperature, and this for a time that is shorter the higher the temperature. Now we are obviously very quickly limited by the maximum temperature that can withstand without damage the solder and the adhesives used for assembly.

La présente invention a pour objet de s'affranchir de tous ces inconvénients en proposant un résonateur piézoélectrique à diapason ne comportant qu'un minimum de composants distincts, pouvant être réalisé dans des dimensions très faibles et 5 dont l'usinage comme le montage sont nettement plus simples que ceux que proposent les méthodes connues. The object of the present invention is to overcome all of these drawbacks by proposing a piezoelectric tuning fork resonator comprising only a minimum of distinct components, which can be produced in very small dimensions and whose machining and mounting are clearly simpler than those offered by known methods.

L'invention est exposée dans la description qui suit et pour l'intelligence de laquelle on se référera aux dessins parmi lesquels: The invention is set out in the description which follows and for the intelligence of which reference will be made to the drawings among which:

io la figure 1 montre un diapason et son support réalisés conformément à l'invention, FIG. 1 shows a tuning fork and its support produced in accordance with the invention,

la figure 2 représente un stade ultérieur de réalisation des mêmes éléments, FIG. 2 represents a later stage in the production of the same elements,

la figure 3 représente en coupe l'élément résonant encapsulé 15 selon un exemple de réalisation de l'invention, FIG. 3 represents in section the encapsulated resonant element 15 according to an exemplary embodiment of the invention,

la figure 4 montre le résonateur en tant que produit terminé, la figure 5 est une vue éclatée illustrant un second exemple de réalisation de l'invention. Figure 4 shows the resonator as a finished product, Figure 5 is an exploded view illustrating a second embodiment of the invention.

On voit sur la figure 1 un élément résonant selon l'invention. 20 II est réalisé par simple découpage dans une plaquette de matériau piézoélectrique. De forme généralement rectangulaire, il est formé de deux parties distinctes tout en ne constituant qu'une pièce unique et plane: une partie centrale en configuration de diapason 1 et qui est l'élément résonant proprement dit 25 et une partie périphérique 2 formant un cadre entourant complètement le diapason 1 et séparé de ce dernier par une découpure 3. La découpure 3 est telle que le diapason 1 reste relié sans aucune discontinuité physique ou mécanique au cadre 2 servant de support par son pied ou base 4 qui est une zone 30 neutre et qui ne sera donc pas affectée par les vibrations du diapason 1. FIG. 1 shows a resonant element according to the invention. It is produced by simple cutting from a plate of piezoelectric material. Generally rectangular in shape, it is formed of two distinct parts while constituting only a single and flat part: a central part in tuning fork configuration 1 and which is the resonant element proper 25 and a peripheral part 2 forming a frame completely surrounding the tuning fork 1 and separated from the latter by a cutout 3. The cutout 3 is such that the tuning fork 1 remains connected without any physical or mechanical discontinuity to the frame 2 serving as support by its foot or base 4 which is a neutral zone and which will therefore not be affected by the vibrations of tuning fork 1.

A un stade ultérieur représenté à la figure 2, un système d'électrodes bipolaires 5 est métallisé en couche mince sur les branches du diapason 1, les connexions étant organisées de fa-35 çon que chaque électrode ou pôle aboutisse à une piste de contact 6 déposée respectivement sur chacune des deux faces opposées de la plaquette piézoélectrique au niveau de la base 4 du diapason 1. Le cadre-support 2 est alors revêtu sur ses deux faces opposées d'une couche métallisée 7 parfaitement adhé-40 rente et qui se trouve reliée électriquement à la piste de contact 6 du pôle correspondant. At a later stage shown in FIG. 2, a system of bipolar electrodes 5 is metallized in a thin layer on the branches of the tuning fork 1, the connections being organized in such a way that each electrode or pole ends in a contact track 6 deposited respectively on each of the two opposite faces of the piezoelectric plate at the level of the base 4 of the tuning fork 1. The support frame 2 is then coated on its two opposite faces with a metallized layer 7 perfectly adhered-40 and which is electrically connected to contact track 6 of the corresponding pole.

Des couvercles 8, constitués par exemple de feuilles métalliques embouties en forme de couvettes très plates, comme dans 45 l'exemple de la figure 3, de manière à présenter une lèvre périphérique 9, viennent s'appliquer sur chaque couche métallisée 7 du cadre-support 2 et sur toute la périphérie de celui-ci sans pouvoir entrer en contact avec le diapason 1. La fixation des couvercles 8 sur le cadre-support 2 dans le cas où ceux-ci sont 50 métalliques, comme dans le présent exemple, peut se faire par une brasure ou au moyen d'une colle conductrice ou d'un ciment conducteur. Lorsque la fixation se fait par brasage, la couche métallisée 7 peut au préalable être revêtue de l'alliage approprié par procédé galvanique ou sérigraphique. L'étuvage de l'ensem-55 ble pourra allors être fait sous vide à une température pouvant dépasser le point de fusion de l'alliage et l'assemblage des couvercles 8 au cadre 2 se fera sous vide ou atmosphère neutre par refonte de l'alliage et de façon parfaitement hermétique. Lids 8, consisting for example of stamped metal sheets in the form of very flat covers, as in the example of FIG. 3, so as to have a peripheral lip 9, are applied to each metallized layer 7 of the frame. support 2 and on the entire periphery thereof without being able to come into contact with the tuning fork 1. The fixing of the covers 8 on the support frame 2 in the case where these are metallic, as in the present example, can be done by soldering or by means of a conductive adhesive or a conductive cement. When the fixing is done by brazing, the metallized layer 7 can first be coated with the appropriate alloy by galvanic or screen printing process. The steaming of the ensem-55 ble can then be done under vacuum at a temperature which may exceed the melting point of the alloy and the assembly of the covers 8 to the frame 2 will be done under vacuum or neutral atmosphere by recasting the alloy and perfectly sealed.

Les couvercles 8, toujours dans le cas où ils sont métalliques, 60 servent avantageusement de connexions hermétiques ou bornes de raccordement électrique au résonateur. Ainsi, comme le montre la figure 4 qui représente le produit fini que constitue le résonateur, les couvercles 8 peuvent être pourvus de pattes de connexion 10 selon toute disposition adéquate, comme par 65 exemple celle qui est représentée en pointillés. Le reste de l'encapsulage peut être protégé et isolé par une laque ou un vernis. The covers 8, still in the case where they are metallic, 60 advantageously serve as hermetic connections or electrical connection terminals to the resonator. Thus, as shown in FIG. 4 which represents the finished product which constitutes the resonator, the covers 8 can be provided with connection tabs 10 according to any suitable arrangement, such as for example that shown in dotted lines. The rest of the encapsulation can be protected and isolated with a lacquer or varnish.

Un autre exemple de réalisation de l'invention est illustré par la figure 5. Dans ce cas, on donne à la couche métallique 7 Another embodiment of the invention is illustrated in FIG. 5. In this case, the metal layer 7 is given

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portée par le cadre-support 2 une bien plus grande épaisseur de façon qu'il soit possible d'utiliser des couvercles 8 parfaitement plans sans qu'ils puissent pour autant entrer en contact avec le diapason 1. Ces couvercles 8 peuvent alors être soit métalliques soit en matériau isolant tel que du verre, de la céramique ou même du quartz. Dans cette hypothèse, chaque couvercle 8 est revêtu sur une de ses faces d'une couche métallique 11 adhérente formant cadre. Cette couche «épaisse» 11 sera, comme précédemment, porteuse de pattes de connexion 10 et l'assem-5 blage se fera comme dans le cas de couvercles métalliques. carried by the support frame 2 a much greater thickness so that it is possible to use covers 8 perfectly flat without that they can come into contact with the tuning fork 1. These covers 8 can then be either metallic either in insulating material such as glass, ceramic or even quartz. In this case, each cover 8 is coated on one of its faces with an adherent metal layer 11 forming a frame. This “thick” layer 11 will, as before, carry connection lugs 10 and the assembly will be done as in the case of metal covers.

C VS

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims (6)

633 921 633,921 2 2 REVENDICATIONS 1. Résonateur piézoélectrique à diapason, caractérisé par le fait que l'élément résonant et son support sont découpés pour constituer une seule pièce plane dans une plaquette dont la partie centrale forme le diapason et la partie périphérique forme un cadre-support, ces deux parties restant reliées entre elles par la base du diapason et que les faces supérieure et inférieure du cadre-support servent de zones de fixation à deux couvercles plans ou en forme de cuvettes très plates. 1. Piezoelectric tuning fork resonator, characterized in that the resonant element and its support are cut to form a single flat part in a plate, the central part of which forms the tuning fork and the peripheral part forms a support frame, these two parts remaining connected to each other by the base of the tuning fork and that the upper and lower faces of the support frame serve as fixing zones for two flat or bowl-shaped lids. 2. Résonateur piézoélectrique à diapason selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les couvercles sont métalliques et sont soudés sur une couche métallisée déposée sur les faces supérieure et inférieure du cadre-support et servent de bornes de raccordement électrique au résonateur. 2. Piezoelectric tuning fork resonator according to claim 1, characterized in that the covers are metallic and are welded on a metallized layer deposited on the upper and lower faces of the support frame and serve as terminals for electrical connection to the resonator. 3. Résonateur piézoélectrique à diapason selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la couche métallique est mince et que les couvercles sont en forme de cuvettes très plates. 3. Piezoelectric tuning fork resonator according to claim 2, characterized in that the metal layer is thin and that the covers are in the form of very flat bowls. 4. Résonateur piézoélectrique à diapason selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la couche métallique est épaisse et que les couvercles sont plans. 4. Piezoelectric tuning fork resonator according to claim 2, characterized in that the metal layer is thick and that the covers are planar. 5. Résonateur piézoélectrique à diapason selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les couvercles sont isolants et que le cadre-support porte sur ses faces supérieure et inférieure un revêtement métallique épais sur lequel les couvercles prennent appui, le revêtement présentant vers l'extérieur des oreilles servant de bornes de raccordement électrique au résonateur. 5. Piezoelectric tuning fork resonator according to claim 1, characterized in that the covers are insulating and that the support frame carries on its upper and lower faces a thick metallic coating on which the covers are supported, the coating having towards the outside of the ears serving as terminals for electrical connection to the resonator. 6. Résonateur piézoélectrique à diapason selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les couvercles sont plans et exécutés en matériau tel que le verre, la céramique ou le quartz et revêtus sur une des faces d'une couche métallique adhérente formant cadre. 6. Piezoelectric tuning fork resonator according to claim 5, characterized in that the covers are flat and made of material such as glass, ceramic or quartz and coated on one side with an adherent metallic layer forming a frame.