DE2847944A1 - Piezoelectric crystal resonator - with electrode positions and crystal shapes minimising second mode resonances by use of square crystal disc r mounted above base-plate - Google Patents

Abstract

Crystals for oscillators in the higher frequency ranges produce inconvenient subsidiary resonances. To diminish these, a square crystal disc (11) with electrode strips (13, 14) fastened along one diagonal, has its X-Axis arranged to be at right angles thereto or, optimally, at an assessable angle. Six variations of the square or rectangular resonators are available to illustrate ways and means for further supporting the suppression of unwanted resonance modes, examples being square discs with rounded edges, chamfered edges, discs tapered from a central, flat area towards the edges, and discs spherically rounded on one side but flat on the other. The electrode strips are connected to holding elements (15, 16) which are fixed in an insulating base plate (17) and which are fitted into rod shaped fixing elements (18, 19).

Description

Resonator aus einer piezoelektrischen KristallscheibeResonator made from a piezoelectric crystal disc

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Resonator aus einer piezoelektrischen Kristallscheibe.PRIOR ART The invention is based on a resonator from a piezoelectric crystal disc.

Resonatoren zum Beispiel vom Dickenscherungstyp mit AT- oder BT-Schnitt haben neben der im wesentlichen durch die Dicke der Kristallscheibe bestimmten Hauptresonanz unerwünschte, zum Teil mit der Hauptresonanz verkoppelte Nebenresonanzen, die zum Beispiel durch Harmonische der Flächenscherungsschwingung, durch Biegeschwingungen und durch verschiedene Schwingungsmoden der Dickenscherungsschwingung entstehen. Während bei unendlich großen Kristallscheiben ,Durchmesser > 100) Dicke die unerwünschten Schwingungen vernachlässigbar wären, müssen bei den vorzugsweise in der Hochfrequenztechnik verwendeten kleinen Kristallscheiben besondere Maßnahmen ergriffen werden, um Nebenresonanzen zu unterdrücken.For example, resonators of the thickness shear type with AT or BT cut have in addition to the main resonance, which is essentially determined by the thickness of the crystal disk unwanted secondary resonances, some of which are coupled with the main resonance, which are Example by harmonics of the surface shear vibration, by bending vibrations and due to different vibration modes of the thickness shear vibration. While with infinitely large crystal disks, diameter> 100) thickness the undesirable Vibrations would be negligible, preferably in high-frequency technology Used small crystal disks special measures are taken to avoid spurious resonances to suppress.

Aus der DE-AS 12 44 250 ist es bekannt, einem Kristallschwinger die Form einer konvexen, vorzugsweise bikonvexen, Linse zu geben und mittels ringförmiger Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen des Kristalls Dicken-Scher-Randschwingungen zweiter oder dritter Ordnung anzuregen.From DE-AS 12 44 250 it is known to a crystal vibrator Shape of a convex, preferably biconvex, lens to give and by means of ring-shaped Electrodes on opposite surfaces of the crystal thickness shear vibrations second or third order to stimulate.

Dabei müssen die Elektroden in bestimmter Weise bemessen sein. Weiterhin ist es bekannt, um unerwünschte Schwingungsmoden bei Kristallschwingern zu vermeiden, dem Kristall die Form einer rechteckigen Platte bestimmter Abmessungen zu geben (DE-AS 23 51 665). Hierbei liegt jedoch die X-Achse des Kristallschwingers parallel zu einer der Längskanten.The electrodes must be dimensioned in a certain way. Farther it is known to avoid undesired oscillation modes in crystal oscillators, to give the crystal the shape of a rectangular plate of certain dimensions (DE-AS 23 51 665). Here, however, the X-axis of the crystal oscillator is parallel to one of the long edges.

Außerdem ist in der zuletzt genannten Auslegeschrift nichts über die Befestigung der rechteckigen Platte in einem Gehäuse ausgesagt.In addition, there is nothing in the last-mentioned publication about the Fixing the rectangular plate in a housing is stated.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Resonator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß unerwünschte Nebenresonanzen stärker als bisher unterdrückt werden, ohne daß es dazu besonderer, kostspieliger Maßnahmen bedarf.Advantages of the invention The resonator according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that unwanted secondary resonances are stronger can be suppressed than before, without the need for special, expensive measures requirement.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Resonators möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die X-Achse der Kristallscheibe um einen derartigen Winkel von der zweiten Diagonale abweicht, daß für eine bestimmte Resonanzfrequenz des Resonators ein Nebenresonanzminimum auftritt. Durch diese Maßnahme läßt sich das Unterdrücken von Nebenresonanzen noch weiter verbessern.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the resonator specified in the main claim are possible. It is particularly advantageous if the X-axis of the crystal disk is around such a disk Angle deviates from the second diagonal that for a certain resonance frequency of the resonator a secondary resonance minimum occurs. This measure can improve the suppression of side resonances even further.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemessen Resonators in vergrößertem Maßstab, Fig. 2 eine quadratische KristallsdheiDe mit gebrochenen Eckbereichen, Fig. 3 eine Seitenansicht einer Xristallscheibe mit beidseitiger Fase, Fig. 4 eine Seitenansicht einer Kristallsheibe mit abgerundeten Rändern, Fig. 5 eine Seitenansicht einer Kristallscheibe in konvexer Form und Fig. 6 eine Ansicht einer Kristallscheibe, die zu ihren Rändern hin verschieden geformt sein kann; vgl. Seitenansichten a, b und c.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown on the basis of several figures and in more detail in the following description explained. The drawing shows in Fig. 1 is a schematic view of a resonator according to the invention on an enlarged scale, FIG. 2 a square Crystalline sheeting with broken corner areas, FIG. 3 shows a side view of a crystal disc with a bevel on both sides, FIG. 4 shows a side view of a crystal disk with rounded ones Edges, FIG. 5 shows a side view of a crystal disk in convex shape and FIG. 6 is a view of a crystal disk which is shaped differently towards its edges can be; see side views a, b and c.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Ein erfindungsgemäßer Resonator 10 nach Fig. 1 hat einen piezoelektrischen Kristall in Form einer quadratischen dünnen Scheibe 11, die auf beiden Seiten je eine kreisförmige Elektrode 12 trägt. Die Elektroden gehen in Anschlüsse 13, 14 über, die an zwei auf einer ersten Diagonale der Kristallscheibe liegenden Eckbereichen enden. Mit den Anschlüssen 13, 14 sind Halteelemente 15, 16 mechanisch und elektrisch verbunden, die in einem Bodenteil 17 isoliert befestigt sind. Die freien Enden der Halteelemente 15, 16 bilden stiftförmige Steckelemente 18, 19. Description of the exemplary embodiments A resonator according to the invention 10 of Fig. 1 has a piezoelectric crystal in the shape of a square thin disc 11, which carries a circular electrode 12 on each side. The electrodes merge into connections 13, 14, which are connected to two on a first diagonal the corner areas lying on the crystal disc end. With the connections 13, 14 are Holding elements 15, 16 mechanically and electrically connected in a bottom part 17 are attached isolated. The free ends of the holding elements 15, 16 form pin-shaped Plug-in elements 18, 19.

Bei dem Resonator nach Fig. 1 ist die X-Achse der Kristallscheibe 11 derart gelegt, daß sie parallel zu der zweiten Diagonale der Scheibe verläuft, das heißt also nicht durch diejenige Diagnonale, auf der die Anschlüsse 13 und 14 liegen. In the resonator according to FIG. 1, the X-axis is the crystal disk 11 placed in such a way that it runs parallel to the second diagonal of the disc, that is to say not through the diagnosis on which the connections 13 and 14 lie.

In Fig. 1 ist bereits angedeutet, daß die X-Achse um einen gewissen Winkel 1 von der zweiten Diagonale der Kristallscheibe 11 abweichen kann. Der Winkel w wird dabei so bemessen, daß für eine bestimmte Resonanzfrequenz des Resonators ein Nebenresonanzminimum auftritt. In Fig. 1 ist die von der zweiten Diagonale abweichende X-Achse mit X'-Achse bezeichnet.In Fig. 1 it is already indicated that the X-axis around a certain Angle 1 can deviate from the second diagonal of the crystal disk 11. The angle w is dimensioned so that for a certain resonance frequency of the resonator a secondary resonance minimum occurs. In Fig. 1 is the one deviating from the second diagonal X-axis denoted by X'-axis.

Die in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele von Kristallscheiben werden in Kombination mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendet, um eine weitere Verbesserung der Nebenresonanzunterdrückung zu erhalten.The exemplary embodiments of crystal disks shown in FIGS. 2 to 5 are used in combination with the embodiment shown in Fig. 1 to to get a further improvement of the side resonance suppression.

Nach Fig. 2 sind bei einer Kristallscheibe 25 die Eckbereiche abgeschnitten, während die Scheibe sonst die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie die Kristallscheibe nach Fig. 1 hat.According to Fig. 2, the corner areas are cut off in a crystal disk 25, while the disc is otherwise the same shape and dimensions as that Crystal disk according to Fig. 1 has.

Nach Fig. 3 ist eine vorzugsweise quadratische Kristallscheibe 26 an ihren Rändern mit einer doppelseitigen Fase 27 versehen. Es reicht gegebenenfalls auch aus, den Rand der Kristallscheibe 26 abzuschrägen, das heißt nur eine Fase vorzusehen.According to FIG. 3, there is a preferably square crystal disk 26 provided with a double-sided bevel 27 on their edges. It may be enough also from chamfering the edge of the crystal disk 26, that is to say only a bevel to be provided.

Nach Fig. 4 haben die Ränder einer Kristallscheibe 28 eine halbkreisförmige Abrundung 29.According to Fig. 4, the edges of a crystal disk 28 are semicircular Rounding off 29.

Eine weitere Variante besteht nach Fig. 5 darin, daß eine Kristallscheibe 30 eine ebene Seite 31 und-eine konvexe Seite 32 hat. In Abwandlung von Fig. 5 kann eine Kristallscheibe gegebenenfalls auch bikonvex geformt sein.According to FIG. 5, another variant consists in that a crystal disk 30 has a flat side 31 and a convex side 32. In a modification of FIG. 5, a crystal disk may also be biconvex in shape.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen in den Fig. 2 bis 5 beschränkt, der Fachmann kann vielmehr auch andere bekannte Facettenformen anwenden, die zum Beispiel durch Ätzen herstellbar sind.The invention is not limited to the embodiments in FIGS 5 limited, the person skilled in the art can also use other known facet shapes, which can be produced, for example, by etching.

In Fig. 6 beziehungsweise 6 a ist eine weitere bevorzugte Facettenform gezeigt, die dadurch entsteht, daß ein mittlerer konzentrischer Bereich 33 einer Kristallscheibe 34 unbearbeitet, das heißt planparallel bleibt, während die Scheibe zu den Rändern hin linsenförmig bearbeitet ist.Another preferred facet shape is shown in FIG. 6 or 6 a shown, which results from the fact that a central concentric region 33 of a Crystal disk 34 unprocessed, that is to say remains plane-parallel, while the disk is machined lens-shaped towards the edges.

In einer anderen Variante (Fig. 6 b) wird die Kristallscheibe von dem mittleren konzentrischen Bereich aus zu den Rändern hin kegelförmig bearbeitet. Schließlich kann es auch vorteilhaft sein, die Kristallscheibe von dem mittleren Bereich aus zu den Rändern hin konkav zu verjüngen (Fig. 6 c). Die Facettenformen gemäß den Fig. 6 a bis 6 c lassen sich vorzugsweise durch Ätzen oder auch durch Läppen herstellen.In another variant (Fig. 6 b), the crystal disk of the central concentric area machined conically towards the edges. Finally, it can also be advantageous to separate the crystal disk from the middle Area to be tapered concavely towards the edges (Fig. 6 c). The facet shapes 6 a to 6 c can preferably be etched or through Manufacture lapping.

Beim Ätzen würde die Kristallscheibe 34 um eine durch den Schnittpunkt der Diagonalen und senkrecht zu der Zeichnungsebene verlaufende Achse rotieren und der Randbereich mit einer Ätzflüssigkeit benetzt werden. Beim Läppen könnten entweder nur die Kristallscheibe oder nur die Läppscheibe oder auch die Kristallscheibe und Läppscheibe rotieren.When etching, the crystal disk 34 would be one through the intersection the diagonal and perpendicular to the plane of the drawing axis and rotate the edge area can be wetted with an etching liquid. When lapping you could either only the crystal disk or only the lapping disk or also the crystal disk and Rotate the lapping disc.

Claims (8)

Ansprüche 1. Resonator ans- einer piezoelektrischen Kristallscheibe in Rechteck- oder adratforz, die an zwei auf einer ersten Diagonale der Kristallscheibe liegenden Eckbereichen Anschlüsse nur die Elektroden tra ¢ , dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der als Dickenscherungsschwinger mit AT- oder BT-Schnitt ausgebildeten Kristalischeibe (11) im wesentlichen parallel zu der zweiten Diagonale der Scheibe verläuft.Claims 1. Resonator ans- a piezoelectric crystal disk in rectangular or square shape, attached to two on a first diagonal of the crystal disc lying corner areas connections only the electrodes tra ¢, characterized that the axis of the formed as a thickness shear oscillator with AT or BT cut Crystal disk (11) essentially parallel to the second diagonal of the disk runs. 2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Achse der Kristallscheibe (11) um einen derartigen Winkel (4;) von der zweiten Diagonale abweicht, daß für eine bestimmte Resonanzfrequenz des Resonators ein Nebenresonanzminimum auftritt.2. Resonator according to claim 1, characterized in that the X-axis of the crystal disc (11) by such an angle (4;) from the second diagonal deviates that a secondary resonance minimum for a certain resonance frequency of the resonator occurs. 3. Resonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Kristallscheibe (26) mit einer einseitigen oder beidseitigen Fase (27) versehen sind.3. Resonator according to claim 1 or 2, characterized in that the Edges of the crystal disc (26) with a bevel on one or both sides (27) are provided. 4. Resonator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eckbereiche der Kristallscheibe (25) abgeschnitten sind. 4. Resonator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the corner areas of the crystal disc (25) are cut off. 5. Resonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Kristallscheibe (28) mit einer etwa halbkreisförmigen Abrundung (29) versehen sind. 5. Resonator according to claim 3, characterized in that the edges the crystal disc (28) is provided with an approximately semicircular rounding (29) are. 6. Resonator nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eristallscheibe (30) auf einer Seite eben und auf der anderen Seite konvex geformt ist.6. Resonator according to claim 3 or 5, characterized in that the Eristallscheibe (30) flat on one side and convex on the other side is. 7. Resonator nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallscheibe bikonvex geformt ist.7. Resonator according to claim 3 or 5, characterized in that the Crystal disc is biconvex shaped. 8 Resonator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallscheibe (34) in einem mittleren, konzentrischen Bereich (33) planparallel und zu den Rändern hin durch rotationssymmetrische Bearbeitung linsen-, kegel- oder konkavförmig ausgebildet ist.8 resonator according to claim 1 to 4, characterized in that the Crystal disk (34) in a central, concentric area (33) plane-parallel and towards the edges through rotationally symmetrical machining lens, cone or Is formed concave.