DE2640450A1

DE2640450A1 - Verfahren zum einstellen der frequenz-temperaturcharakteristik eines quarzoszillators

Info

Publication number: DE2640450A1
Application number: DE19762640450
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Ikeno; Mitsuyuki Sugita; Hirobumi Yanagi
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1975-09-10
Filing date: 1976-09-08
Publication date: 1977-03-17
Also published as: CH596672A5; HK43681A; GB1524265A; JPS6051283B2; FR2324160B1; JPS5233492A; FR2324160A1; US4050126A

Description

Anmelder; Kabushiki Kaisha Seikosha, Tokyo, Japan

Verfahren zum Einstellen der Frequenz-Temperaturcharakteristik eines Quarzoszillators

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Freguenz-Temperaturcharakteristik eines Quarzoszillators mit einem einen GT-Schnitt aufweisenden Schwingquarz.

Die temperaturabhängigen Einflüsse auf die Frequenz eines Schwingquarzes mit einem GT-Schnitt werden durch die Kopplung zwischen der Schwingung der kürzeren Seite und <äer längeren Seite verursacht. Die Kopplung wird durch Polieren der kürzeren oder der längeren Seite geändert und die beste Temperaturcharakteristik wird bei einem bestimmten Verhältnis der kürzeren zu der längeren Seite erzielt. Bei einem Schwingquarz mit einem GT-Schnitt wird die Schwingung der kürzeren Seite als Hauptschwingung verwandt. Das wichtigste Merkmal ist darin zu sehen, daß sich die Frequenz selbst dann nicht wesentlich ändert, wenn die Richtung der längeren Seite eingestellt wird, und daß das Einstellen der Frequenz und das Einstellen des Temperaturkoeffizienten unabhängig durchgeführt werden kann. Im folgenden soll die Beziehung zwischen dem Seitenverhältnis und dem Temperaturkoeffizienten erläutert werden. Die graphische

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Darsteilung in Fig. 2 zeigt die Temperatircharakteristik eines Schwingquarzes mit einem GT-Schnitt. Auf de.r Ordinate ist der Temperaturkoeffizient und auf der Abszisse das Seitenverhältnis von kürzerer Seite zu längerer Seite w/1 (vergl. Fig. 1) aufgetragen. Normalerweise wird der Temperaturkoeffizient bei einem Seitenverhältnis von etwa 0,85 gleich Null.,Aus der Figur ist ersichtlich, daß innerhalb eines gewissen Abmessungsbereichs alle Schwingquarze mit einem Seitenverhältnis von- a einen Temperaturkoeffizienten b besitzen. Fig. 3 zeigt Beispiele von Schwingquarzen, deren Temperaturkoeffizienten gleich Null sind und deren Seitenverhältnisse a betragen. Die Schwingquarze 1-3 besitzen drei ähnliche Umrisse, ein identisches Seitenverhältnis und denselben Temperaturkoeffizienten. Die geeigneten Frequenzen der betreffenden Schwingquarze unterscheiden sich jedoch und werden durch die Länge w, w. und w„ der kürzeren Seite bestimmt. Die Eigenfrequenz des"Schwingquarzes 1 ist größer als diejenige des Schwingquarzes 2 und die Eigenfrequenz des Schwingquarzes 3 ist größer als diejenige des Schwingquarzes 1.

Im folgenden soll ein bekanntes Verfahren zum Einstellen der Frequenz und des Temperaturkoeffizienten beschrieben werden, in Fig. 4 ist ein Schwingquarz 1 mit ausgezogenen Linien dargestellt, welcher mit den dargestellten Abmessungen hergestellt werden soll. Es handelt sich um einen Schwingquarz, der gemäß Fig. 2 den Temperaturkoeffizienten Null (Seitenverhältnis a = w,/l,) und dessen Sollfrequenz f. ist.

Ein durch gestrichelte Linien in Fig. 4 dargestellter Schwingquarz 4 ist ähnlich wie ein ebenfalls in gestrichelten Linien dargestellter Schwingquarz'5 ausgebildet. Die Sollfrequenz des Schwingquarzes 5 ist größer als diejenige des Schwingquarzes 4 (f_>f.) . Ein Schwingquarz 6, der in gestrichelten Linien dargestellt ist, hat eine Breite w_, die gleich derjenigen des Schwingquarzes 4 ist, aber eine etwas größere Länge_r (!'2^I₃)* ^Unter dieser Voraussetzung ist der Temperaturkoeffizient des Schwingquarzes 6 "negativ" im Vergleich zu derjenigen des Schwingquarzes 4 und die Sollfrequenzen f., f_ß der beiden

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Schwingquarze sind im wesentlichen gleich.

Anhand der Fig. 4 soll ferner ein bekanntes Verfahren 'zum Einstellen eines Schwingquarzes mit einem GT-Schnitt beschrieben werden:

(1) Ein Schwingquarz 6, der eine etwas kleinere Sollfrequenz als der Schwingquarz 1 besitzt, sowie einaiim Vergleich dazu negativen Temperaturkoeffizienten, wird zunächst hergestellt. Deshalb ist f..>f,.

Ib . .

(2) Im Hinblick auf die Tempe ratur char akter is.t ikwird die längere Seite 1' zu der.Länge 1„ poliert. Dadurch wird der Schwingquarz 4 mit einem Temperaturkoeffizienten O hergestellt. Es gilt dann noch, daß f. > f. ist.

(3) Der Schwingquarz 4 wird auf den Umriß des Schwingquarzes 1 verkleinert, dessen Sollfrequenz f- und dessen Temperaturkoeffizient O ist."

Bei diesem Verfahren ist es deshalb erforderlich, daß bei der Frequenzeinstellung nach der Einstellung des Temperaturkoeffizienten, das Seitenverhältnis und der Temperaturkoeffizient durch Polieren der Breite w_ zu der Breite w, bzw. der Länge I₂ zu der Länge 1. geändert werden. Die Feineinstellung ist deshalb sehr aufwendig und es ist sehr schwierig, eine zufriedenstellende Einstellung sowohl des Temperaturkoeffizienten als auch der Frequenz durchzuführen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren dieser Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß die Soll— frequenz des Schwingquarzes ohne Änderung des Seitenverhältnisses des Schwingquarzes selbst eingestellt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs gelöst.

Bei diesem Verfahren erfolgt die Einstellung des Temperaturkoeffizienten in der-Form des Schwingquarzes 4 in Fig. 4, wonach zum Einstellen der Sollfrequenz ein beispielsweise aufgedampfter Elektrodenfilm im Bereich der kürzeren Seitenrichtung des Schwingquarzes 4 beispielsweise durch einen Laser-

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strähl oder einen Luftstrahl entfernt wird. Auf diese Weise kann die SoLIfrequenz ohne Änderung des Seitenverhältnisses eingestellt werden, welches den Temperaturkoeffizfenten bestimmt, so daß eine wesentlich einfachere Frequenzeinstellung erfolgen kann.

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

Fig. 1-4 graphische Darstellungen zur Erläuterung des bekannten Stands der Technik; und

Fig. 5-9 Ansichten eines Schwingquarzes in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen, die zur Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung dienen.

Fig. 5 zeigt die Anordnung eines Schwingquarz-Rohlings 7, der mit einem Elektrodenfilm 8 versehen und mit Hilfe einer Stützfeder 9 auf einer Stützstruktur angeordnet ist, die ein Trägersubstrat 10, eine Basis 11 fü'r eine Kaltverschweißung und Stifte 12 enthält. Der in Fig. 6 dargestellte Schwingquarz-Rohling 7 besitzt die Abmessungen 1 = 9,350, w = 8,03 und t = 0,65 mm. Fig. 7 zeigt die Ausbildung eines Elektrodenfilms 8a. Die Elektrode bedeckt die gesamte Oberfläche.. Fig. 8 zeigt den Zustand nach Entfernung von Randstreifen· 8b von etwa 1,0 mm Breite -auf der Vorderseite und auf der Rückseite des Schwingquarzes.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Elektrodenfilm aus Gold und hat eine Dicke von etwa lOOO 8. Da bei einem Schwingquarz mit einem GT-Schnitt die Schwingung der kürzeren Seite genutzt wird, wird die Sollfrequenz derart geändert, daß der aufgedampfte Elektrodenfilm 8a mit Hilfe eines Laserstrahls, Luftstrahls oder dergleichen in Richtung der kürzeren Seite entlang Randstreifen 8b oder Stellen 8c (Fig. 9) entfernt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel betrug die Frequenzänderung etwa Af/f = +500 P.P.M.

Bei einer derartigen Bearbeitung wurden keine bemerkenswerten Änderungen der Temperaturcharakteristik und der Kristallimpedanz festgestellt, die von der Bearbeitung des Elektrodenfilms herrühren. Derartige Einflüsse können auf ein ver-

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nachlässigbares Ausmaß verringert werden, wenn eine punktförmige Durchlöcherung 8c mit Hilfe eines Laserstrahls entsprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig. 9 erfolgt.

Im folgenden soll das eigentliche Verfahren zur Einstellung des Schwingquarzes mit einem GT-Schnitt näher erläutert werden. Der Schwingquarz wird entsprechend der Darstellung in Fig. 5 montiert, wonach die Temperaturcharakteristik gemessen wird. Eine Seite in der Richtung einer längeren Seite wird in diesem zusammengebauten Zustand poliert, um den Temperatur- koeffizienten auf Null einzustellen. Zum Einstellen der Sollfrequenz wird der Elektrodenfilm 8a teilweise entlang äußeren Randteilen in Richtung der kürzeren Seite durch Verwendung eines Laserstrahls oder dergleichen entfernt, so daß die Elektrode die in Fig. 8 oder 9 dargestellte Ausbildung aufweist. In Fig.' 8 und 9 sind mit 8b und. 8c diejenigen Bereiche bezeichnet, in denen der Elektrodenfilm entfernt wurde. Bei der Einstellung einer derartigen Sollfrequenz wird das die Temperaturcharakteristik bestimmende Seitenverhältnis nicht geändert. Deshalb wird dadurch der Temperaturkoeffizient praktisch nicht geändert und durch ein derartiges Verfahren wird die Frequenzeinstellung des Schwingquarzes wesentlich vereinfacht.

Bei der Einstellung der Frequenz kann wahlweise auch ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem auf den Elektrodenfilm 8a Gettermaterial aufgetragen wird.

Nach der Einstellung des Frequenz-Temperaturkoeffizienten auf Null wird deshalb beispielsweise mit Hilfe eines Laserstrahls der Elektrodenfilm modifiziert, so daß dann der Einstell Vorgang beendet werden kann. Dadurch können die Nachteile bekannter Verfahren vermieden werden, bei denen erhebliche Schwierigkeiten bei der Einstellung bestehen, die eine Erhöhung des Ausschusses und höhere Herstellungskosten verursachen.

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zur Einstellung der Frequenz-Temperaturcharakteristik eines einen GT-Schnitt aufweisenden Schwingquarzes, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenverhältnis zwischen einer längeren Seite und einer kürzeren Seite des Schwingquarzes zur Erzielung des Temperaturkoeffizienten Null eingestellt wird, und daß dann ohne Änderung des Seitenverhältnisses ein Elektrodenfilm zur Einstellung einer gewünschten Frequenz modifiziert wird.

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