DE1254199B

DE1254199B - Plate-shaped piezoelectric resonance body

Info

Publication number: DE1254199B
Application number: DEM41108A
Authority: DE
Inventors: Donald Tinkler; Thornton Heath
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1958-06-04
Filing date: 1959-04-08
Publication date: 1967-11-16

Description

Plattenförmiger piezoelektrischer Resonanzkörper Die Erfindung bezieht sich auf einen plattenförmigen piezoelektrischen Resonanzkörper zur Verwendung bei Hochfrequenz, besonders auf einen Körper, der aus kristallisiertem Quarz hergestellt ist.Plate-shaped piezoelectric resonance body The invention relates to based on a plate-shaped piezoelectric resonance body for use in High frequency, especially on a body made of crystallized quartz is.

Man ist seit langem bestrebt, piezoelektrische Kristallschwinger von geringen Ausmaßen für die Verwendung bei hohen Frequenzen herzustellen; hierfür hat man verschiedene Methoden angewandt. Bei der bisher wahrscheinlich besten Ausführungsform eines solchen plattenförmigen Schwingers sind die beiden großen Oberflächen konvex, beispielsweise sphärisch gekrümmt, so daß der Körper in der Mitte eine größere Dicke besitzt als an seinen Kanten. Diese Ausführungsform ergibt auch bei einem kleinen Verhältnis des Durchmessers zur Dicke der Platte bereits eine befriedigende Wirkungsweise.Efforts have long been made to produce piezoelectric crystal oscillators from make small dimensions for use at high frequencies; therefor different methods have been used. Probably the best embodiment yet of such a plate-shaped oscillator the two large surfaces are convex, for example spherically curved, so that the body in the middle has a greater thickness possesses than on its edges. This embodiment also gives a small one The ratio of the diameter to the thickness of the plate already works satisfactorily.

Sowohl bei dieser Ausführungsform als auch bei anderen bekannten Formen von räumlich kleinen Kristallschwingern, welche zur Verwendung bei Frequenzen in der Größenordnung von 5 MHz bestimmt sind, ergeben sich in der Praxis Schwierigkeiten, weil der fertiggestellte Kristall zu Nebenresonanzen bei unerwünschten Frequenzen neigt und große Änderungen seines Serienwirkwiderstandes mit Änderungen der Schwingungsamplitude aufweist. Diese Nebenresonanzen und Änderungen des Serienwiderstandes werden gewöhnlich erst entdeckt, wenn der Kristallschwinger zur Durchführung der Schlußprüfung bereits in seiner Fassung montiert ist. Wenn diese Mängel dann auftauchen, muß der Schwinger gewöhnlich als unbrauchbar ausgeschieden werden. Derartige Störungen traten in der Vergangenheit so häufig auf, daß der Ausschußanteil auf eine beträchtliche Höhe anstieg, im allgemeinen auf 30 % der Produktion, welche zur Schlußprüfung gelangte. In einigen Frequenzgebieten waren die Ausfälle sogar noch größer und haben manchmal nahezu 100 0/0 einer Produktionsserie erreicht, da die hergestellten Kristallschwinger ein bemerkenswertes und anscheinend unkontrollierbares Nachlassen ihres Aktivitätsmaßes mit steigender Schwingungsamplitude aufwiesen.Both in this embodiment and in other known forms of spatially small crystal oscillators, which are intended for use at frequencies in the order of magnitude of 5 MHz, difficulties arise in practice because the finished crystal tends to generate spurious resonances at undesired frequencies and large changes in its Has series effective resistance with changes in the oscillation amplitude. These secondary resonances and changes in the series resistance are usually only discovered when the crystal oscillator has already been mounted in its socket for carrying out the final test. If these deficiencies then emerge, the transducer usually has to be discarded as unusable. Such malfunctions have occurred so frequently in the past that the reject rate has increased to a considerable level, generally to 30% of the production which was finalized. In some frequency ranges the failures were even greater and sometimes almost 100 % of a production series, as the crystal vibrators produced showed a remarkable and apparently uncontrollable decrease in their activity level with increasing vibration amplitude.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. diese Schwierigkeiten zu überwinden.The invention is based on the object. these difficulties too overcome.

Eine sorgfältige Untersuchung der Gründe für die vorerwähnten Störungen hat gezeigt, daß die Ursache zum größten Teil in Reflexionserscheinungen zu suchen ist, welches von der Umgebung der Durchdringungen der X-Achse und der Z-Achse des Kristalles mit dem Plattenrand ausgehen.A careful study of the reasons for the aforementioned disorders has shown that the cause is for the most part to be sought in reflective phenomena is which of the vicinity of the X-axis and Z-axis penetrations of the Go out crystal with the plate edge.

Bei einem plattenförmigen piezoelektrischen Resonanzkörper zur Verwendung bei Hochfrequenz mit zwei einander gegenüberliegenden großen Oberflächen und einer die äußere Begrenzung dieser Flächen bildenden, senkrecht zur Mittelebene (Knotenebene) zwischen den großen Oberflächen orientierten Randfläche mit in Form einzelner Anhäufungen derartig angebrachtem Dämpfungsmaterial, daß unerwünschte Nebenresonanzen gedämpft werden, besteht die Erfindung demgemäß darin, daß Massen des Dämpfungsmaterials nur auf kleinen Teilen der Randfläche im Bereich der Knotenebene und in der Nähe der Durchdringungen der X-Achse und der Z-Achse angebracht sind.For use in a plate-shaped piezoelectric resonance body at high frequency with two opposing large surfaces and one forming the outer boundary of these surfaces, perpendicular to the median plane (nodal plane) Edge surface oriented between the large surfaces with in the form of individual agglomerations dampening material attached in such a way that undesired secondary resonances are damped are, the invention is accordingly that masses of the damping material only on small parts of the edge area in the area of the nodal plane and in the vicinity the penetrations of the X-axis and the Z-axis are attached.

An sich war es bereits bekannt, die die Mehrwelligkeit solcher Schwinger bedingenden Kopplungserscheinungen durch eine Randbehandlung zu beseitigen. Zur Erzielung einer Dämpfung wurden diese Randgebiete mit einer elastischen Schicht überzogen. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, daß damit gleichzeitig die gewünschte Frequenz in unerwünschtem Maße gedämpft würde.In itself it was already known that the multiple waviness of such oscillators to eliminate the coupling phenomena that are caused by an edge treatment. To the In order to achieve damping, these edge areas were covered with an elastic layer overdrawn. The disadvantage of this method, however, is that it simultaneously the desired frequency would be attenuated to an undesirable extent.

Es war auch bereits bekannt, Dämpfungsmaterial in Form von kleinen Anhäufungen auf die Randgebiete der Hauptoberflächen des Schwingers, und zwar in Richtung der X- und der Z-Achse aufzubringen. Damit wird aber noch nicht das Ziel erreicht, ausschließlich Reflexionen der mechanisch-elastischen Wellen, die zu Nebenresonanzen Anlaß geben, zu dämpfen.It was also already known to have damping material in the form of small ones Accumulations on the peripheral areas of the main surfaces of the transducer, namely in Apply in the direction of the X and Z axes. But that doesn't stop there achieved, only reflections of the mechanical-elastic waves, which lead to secondary resonances Give cause to muffle.

Dazu ist es erforderlich, für die Auswahl der Orte, an denen die Dämpfungsmassen angebracht werden sollen, zwei Kriterien einzuhalten, nämlich die Knotenebene als geometrischen Ort für Massen, welche die Hauptschwingung nicht dämpfen sollen, und die Achsrichtungen als geometrische Orte für Massen, welche die Nebenresonanzen optimal dämpfen sollen.For this it is necessary for the selection of the places where the damping masses be attached should comply with two criteria, namely the Nodal plane as a geometric location for masses that do not dampen the main oscillation should, and the axis directions as geometrical locations for masses, which the secondary resonances should dampen optimally.

Als Dämpfungsmaterial wird vorzugsweise eine durch Erwärmung aushärtende Paste verwendet. Als sehr geeignet hat sich die wärmehärtende Kunststoff-Silber-Paste erwiesen, welche in Großbritannien unter der Handelsbezeichnung L.G.R. 472 bekannt ist. Diese Paste härtet bei Temperaturen unter 100° C aus.The damping material used is preferably one that hardens by heating Paste used. The thermosetting plastic-silver paste has proven to be very suitable proven, which in Great Britain under the trade name L.G.R. 472 known is. This paste hardens at temperatures below 100 ° C.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Form der Kristallplatte beschränkt. Die Erfindung kann beispielsweise sowohl bei quadratisch als auch bei kreisförmig begrenzten Platten verwendet werden. Die größten Vorteile ergeben sich aber wahrscheinlich bei ihrer Anwendung auf quadratisch begrenzte Platten, denn bei diesen haben sich die erwähnten Mängel als höchst störend erwiesen.The application of the invention is not to a particular form of the Crystal plate limited. The invention can, for example, be both square as well as for circularly delimited plates. The greatest advantages but probably result from their application to square bounded plates, because with these the defects mentioned have proven to be extremely annoying.

Die großen Oberflächen des plattenförmigen Resonanzkörpers sind vorzugsweise konvex gestaltet, wie dies an sich bekannt ist, so daß der Körper in der Mitte dicker ist als an seinem Rande. Die Flächen können beispielsweise sphärisch sein, so daß jede der beiden Flächen einen Oberflächenteil einer Kugel bildet. Die Erfindung kann aber auch mit Vorteil auf plattenförmige Resonanzkörper mit ebenen Oberflächen angewendet werden.The large surfaces of the plate-shaped resonance body are preferred Convex shaped, as is known per se, so that the body is thicker in the middle is than on its edge. The surfaces can be spherical, for example, so that each of the two surfaces forms a surface part of a sphere. The invention but can also be used with advantage on plate-shaped resonance bodies with flat surfaces be applied.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel in Gestalt eines quadratisch begrenzten plattenförmigen Resonanzkörpers dargestellt ist, von welchem F i g. 1 eine Seitenansicht und F i g. 2 eine Aufsicht darstellt.The invention is explained below with reference to the drawing, in the one embodiment in the form of a square delimited plate-shaped Sound box is shown, from which F i g. 1 is a side view and F i G. Figure 2 represents a top view.

Der plattenförmige, quadratisch begrenzte piezoelektrische Resonanzkörper 1 trägt auf den einander gegenüberliegenden großen Oberflächen die als Belegungen dieser Oberflächen ausgebildeten Elektroden 2. In F i g. 1 sind diese Elektroden nicht dargestellt, und nur eine von ihnen erscheint in F i g. 2. Der Körper kann in irgendeiner an sich bekannten Weise durch Halterungselemente gehalten werden, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Der plattenförmige Resonanzkörper 1 weist sphärische, nach außen konvexe Begrenzungsflächen auf, so daß die größte Dicke der Kristallplatte in der Mitte liegt. Entsprechend der Erfindung ist dämpfendes Material in der Umgebung der Durchdringungen der X-Achse und der Z-Achse durch den Plattenrand und in der Nähe der Knotenebene der Platte angebracht, um die erwähnten Reflexionseffekte zu verhindern, von denen angenommen werden kann, daß sie die Ursache der beobachteten schweren Mängel bilden. Diese Dämpfung wird durch kleine Mengen einer durch .Erwärmung aushärtenden Kunststoff-Silber-Paste bewirkt, welche auf der Randfläche der Kristallplatte nahe den Durchdringungspunkten der beiden genannten Achsen angebracht sind. In der Zeichnung ist das dämpfende Kunststoff-Silber-Material durch die schraffierten Flächen 3 angedeutet.The plate-shaped, square-delimited piezoelectric resonance body 1 carries the as assignments on the opposing large surfaces electrodes 2 formed on these surfaces. 1 are these electrodes not shown, and only one of them appears in FIG. 2. The body can be held in any known manner by holding elements, which are not shown in the drawing. The plate-shaped sound box 1 has spherical, outwardly convex boundary surfaces, so that the greatest thickness the crystal plate is in the middle. According to the invention is cushioning Material in the vicinity of the X-axis and Z-axis penetrations through the Plate edge and attached near the nodal plane of the plate to the mentioned Prevent reflective effects which can be assumed to be the cause of the serious defects observed. This attenuation is due to small amounts a plastic-silver paste that hardens through heating, which on the edge surface of the crystal plate near the intersection points of the two mentioned Axes are attached. In the drawing, the cushioning plastic is silver indicated by the hatched areas 3.

Claims

Claims: I. Plate-shaped piezoelectric resonance body for use at high frequency with two opposing large surfaces and one which forms the outer boundary of these surfaces and is perpendicular to the median plane (Nodal plane) between the large surfaces oriented edge surface with in form individual accumulations so attached damping material that undesirable Secondary resonances are damped, characterized in that masses of the damping material (3) only on small parts of the edge area in the area of the nodal plane and in the Near the penetrations of the X-axis and the Z-axis are attached.

2. body according to claim 1, characterized in that the damping material (3) has a It is warming-hardening paste.

3. Body according to claim 1 or 2, characterized in that that its outline is essentially square.

4. Body according to one of the claims 1 to 3, characterized in that its large surfaces are convex so that it is thicker in the middle than on the edge.

5. Body according to claim 4, characterized in that that the large areas are spherical. Publications considered: German Patent Nos. 728 285, 855 727, 880 324, 945 702; German interpretation document No. 10 946 VIII a / 21a4, 10 (published 16 B. 1956); U.S. Patent No. 2,546,321. Earlier patents considered: German Patent No. 1048 611.