CA1078954A - Resonateur a quartz a electrodes non adherentes au cristal - Google Patents
Resonateur a quartz a electrodes non adherentes au cristalInfo
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Abstract
Résonateur à quartz à électrodes non adhérentes au cristal. Ce résonateur présente des stabilités à moyen et long terme améliorées et permet une mise à la fréquence facilitée. Il comprend, à l'intérieur d'un boîtier étanche, un condensateur formé par deux disques en matériau diélectrique séparés par une bague amovible déterminant l'écartement entre les disques. Des électrodes sont formées par métallisation sur les faces des disques situées en regard d'un cristal de quartz enfermé dans ledit condensateur. Les espacements entre le cristal et les disques sont très inférieurs au millimètre. Application par exemple aux domaines des télécommunications, radars.
Description
10~789~4 La présente invention a pour objet un resonateur piézoélectrique, notamment un récsonateur à quartz, à électrodes non adhérentes au cristal.
Les résonateurs à quartz de haute perfomance actuelle-ment connus sont en quasi totalit:é du type à ~lectrodes adhéren-tes au cristal. Dans un tel type de résonateur, les cristaux de quartz sont habituellement suspendus par deux ou trois minces bandes de nickel qui constituent d'ailleurs la liaison entre les électrodes et 12s contacts extérieurs à l'ampoule ou au capot métallique constituant le boitier du résonateur. Ces minces bandes métalliques, qui ont un rôle à la fois électrique et mécanique, sont liées au quartz par ciment, thermocompression, soudure.
Un résonateur du type ~ électrodes adhérentes au cristal, ~ ondes de volume, présente une limitation essentielle due aux conditions aux limites imparfaites, c'est-à-dire princi-palement aux défauts de la surface limitant le solide piézo-électrique et à la suspension du cristal. Si les défauts créés par la fixation du cristal sont en principe de conséquences limitées puisque la fixation est volontairement placée en dehors de la partie active du cristal, c'est-à-dire en dehors de la - zone correspondant à la partie de la pastille de quartz comprise entre les électrodes et où l'énergie est piégée, il n'en est pas de même des défauts créés par le dép8t d'une couche métallique à la surface du cristal, pour constitu~r les électrodes.
En effet, compte tenu de la brutalité du procéd~ de dépôt d'une couche métallique sur le cristal, les empilements cristallins voisins de la surface sont bouleversés, et même si celle-ci a été parfaitement préparée, les propriétés cristallines dans son voisinage sont perturbées. D'autre part, la métallisa-tion diffuse à une certaine profondeur à partir de la surface.
Enfin, les défauts causés par la métallisation évoluent au cours 1078~S4 du temps et on assiste aussi à une lente migration des atomes apportés par la métallisation. I)'autre part, les électrodes apportent des contraintes mécaniques non négligeables qui évoluent dans le temps provoquant: ainsi un glissement de fréquence.
Ainsi, la couche de mét:allisation et la partie du cristal proche de la surface ne qardent pas des propriétés cons-tantes dans le temps et introduisent des variations de fr~quence dans le temps. Or, les applications actuelles sont très exigean-tes aussi bien pour les stabilités à court terme que pour les sta~ilités à moyen et long terme et les stabilités obtenues actuellement avec des oscillateurs à quartz à électrodes adhé-rentes au cristal, bien qu'intéressantes, ne sont pas encore suffisantes pour que ce type d'oscillateur soit utilisé de façon satisfaisante dans les domaines par exemple de l'avionique, des télécommunications, du radar.
En outre, le métal déposé sur le cristal, et la couche cristalline perturbée par ce dépôt provoquent une diminution du coefficient de qualité du résonateur.
Par ailleurs, dans les principaux domaines d'applica-tion des résonateurs, il est souhaitable d'utiliser un résona-teur qui a une fréquente suffisamment proche d'une valeur "ronde"
(ex. 5 MHz, 25 MHz, 100 MHz..). Il convient alors, au moment de la fa~rication du résonateur, d'opérer un ajustement de la fréquence afin d'amener cette dernière à une valeur prédéterminée.
Ceci constitue l'opération dite de "mise à la fréquence". Actuel.
lement, on procède comme suit : on métallise d'abord les électro-des sur le quartz, puis on assure la fixation du cristal et enfin on dépose, généralement par évaporation sous vide, un complément de métallisation qui réalise un ajustement de la fréquence, cette dernière diminuant au fur et à mesure que la masse du dépôt métallique augmente. Cette opération de mise à la fréquence est délicate ear :
107~39S4 - on cherche à amener le résonateur à une fréquence donnée pour sa température d'inversion qui n'est pas la tempé-rature du cristal lors de la mise ~ la fréquence (cette dernière température est de plus mal connue), - on a du mal a contrc;ler le dép8t métallique.
Ces raisons font qu'il est trè~ difficile de réaliser une mise à la fréquence ~ mieux que + 10 6, soit au total 10 Hz pour une fréquence de 5 MHz. Or, actuellement, il serait souhai-table de pouvoir effectuer une mise à la fréquence encore plus précise. Outre la méthode par évaporation complémentaire d'un métal sous vide, il est possible de réaliser une ~mise à la fré-quence par exemple au bain électrolytique ou par pulvérisation cathodique, ce~te dernière étant réalisée in situ ou non. Toute-fois, ces procédés ne permettent pas non plus de r~aliser une mise à la fréquence à mieux que ~ 10 . Une autre technique de mise à la fr~quence consi~te ~ faire augmenter la fréquence d'un résonateur en évaporant un peu de métal de l'électrode sous l'impact d'un rayonnement laser focalisé sur l'électrode.
Ce procéd~é précis ne s'applique toutefois qu'à des cristaux de quartz non polis et ne peut pas être employé sur des résonateurs en capots métalliques. D'autre part, la stabilité à long terme est affectée par un tel traitement car l'atmosphère du résonateur contient les produits arrachés à l'électrode et le cristal de quartz peut être détérioré localement. Il appara~t ainsi que tous les procédés de mise ~ la fréquence doivent, du fait de la structure des résonateurs ~ électrodes adhérentes au quartz, soit opérer in situ, ce qui affecte alors le vieillissement, soit opérer dans des conditions difficiles ~ préciser par rapport aux conditions de fonctionnement du résonateur, ce qui affecte la précision de la mise à la fréquence.
Depuis la mise au point par W~G. CADY du premier résonateur à quartz, présenté en 1921, des systèmes ~ électrodes - 1~7~39~4 .
non adhérentes ont été souvent employés. Toute~ois, les perfor-mances obtenues étaient alors très inférieures à celles des réso-nateurs à électrodes adhérentes utilisés pratiquement exclusive-ment actuellement.
Un mode de réalisation de résonateur à électrodes non adhérentes est également décrit dans un article de A.G. SMAGIN
paru dans la Revue "PRIBORY TECKNICA EKSPERIMENTA" n 6, pp 143-145 de nov. déc. 1974. Ce résonateur à électrodes non adhé-rentes, utilisé pour des recherches à basse température, met en oeuvre des cristaux sans dislocations et présente un coefficient de qualité particulièrement élevé. Toutefois, il semble que ce résultat ne puisse pas être obtenu avec les cristaux généralement disponibles. En outre, le résonateur décrit dans la revue précitée comporte une lentille de quartz d'épaisseur 1,82 mm supportée en quatre surfaces de contact approximativement sphériques et placée entre deux électrodes planes distantes de 6 mm et supportées par deux plateaux diélectriques maintenus assemblés par une couronne disposée autour desdits plateaux. Du fait de la valeur relativement importante de la distance entre les électrodes, la résistance motionnelle est très grande, et lacapacité Cg correspondant à l'espace compris entre le cristal et les électrodes est de l'ordre du picofarad, ce qui rend un ajustement électrique de fréquence par mise en série d'un conden-sateur très difficile. En outre, un résonateur à électrodes non adhérentes au cristal du type décrit ci-dessus, contrairement aux résonateurs connus à électrodes adhérentes au cristal, ne présen-te aucun moyen commode de mise a la fréquence.
On a encore proposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 339 091 un résonateur à quartz, à électrodes non adhérentes au cristal, qui comprend une enceinte en quartz composée de deux plateaux portant des électrodes et à l'intérieur de cette enceinte un cristal de quartz maintenu entre les deux * delivre le 29 août 1967 à Hewlett-Packard.
~' - 4 -,~
~89~
plateaux à l'aide d'une partie périphérique annulaire qui est reliée à la partie centrale active du cristal par quatre ponts diamétralement opposés deux à del~ et situés dans deux gorges annulaires concentriques. Un tel mode de réalisation présente les mêmes inconvénients que le r~sonateur décrit par A.G. SMAGIN
dans la mesure où les électrodes sont disposées sur les faces externes des plateaux de sorte que l'espace interélectrodes est extrêmement important. Par suite, le cristal présente une impédance trop forte qui rend dif~icile son utilisation dans un oscillateur, et une mise à la fréquence par adjonction d'une capacité extérieure variable de faible valeur en série avec le résonateur n'est pas envisageable puisque la capacité inter-électrodes Cg du résonateur est elle-même trop faible. En outre, compte tenu de l'importance de la distance entre chacune des électrodes et la surface active du cristal, une mise à la fr~quence par modification des paramètres géométriques du résona-teur s'avère p~rticulièrement difficile et peu efficace. Par ailleurs, les plateaux supports en quartz, qui sont compris dans l'intervalle interélectrodes participent également aux oscilla-tion-q du résonateur et introduisent un niveau de bruit non négligeable. En~in, un dispositif tel que celui décrit ci-dessus est particulièrement sensible aux variations de pression du milieu dans lequel le résonateur est placé.
La présente invention a pour but de remédier aux incon-vénients précités et, en particulier, de réaliser un résonateur piézoélectrique présentant des stabilités à moyen et long termes améliorées, un coefficient de qualité très élevé, et permettant une mise à la fréquence précise et facilitée.
La présente invention a encore pour but de réaliser un résonateur à quartz présentant une bonne tenue mécanique, et autorisant une modification extérieure des propriétés classiques du résonateur, qui dans les réalisations connues ne dépendent ~078954 que la pastille cristalline (orientation, paramètres géométri-ques,...).
Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, grace à un résonateur piézoélectrique du type comprenant un boStier étanche dans lequel on a fait le vide ou introduit un gaz résiduel; ~ l'intérieur de ce boîtier, un premier et un deuxième disques ou plateaux en matériau diélectrique, disposés face à face et à distance l'un de l'autre,, un cristal piézoélec-trique disposé entre lesdits premier et deuxième disques; une première électrode métallique non adhérente au cristal, réalisée par métallisation sur la face du premier disque placée en reyard du cristal; une deuxième électrode métallique, non adhérente au cristal, réalisée par métallisation sur la face du deuxième disque placée en regard du cristal; un premier conducteur connecté
à la première électrode et se prolongeant hors du bo~tier; un deuxième conducteur connecté à la deuxième électrode et se pro-longeant hors du boitier, des moyens de suspension du cristal pour maintenir la partie cen~rale active du cristal située en regard desdites premiere et deuxième électrodes dans une posi-tion prédéterminée par rapport à l'un au moins desdits premier et deuxième disques; des moyens de maintien en position de 1'ensemble desdits premier et deuxième disques à 1'intérieur du boStier; et des moyens d'entretoise amovibles par rapport aux premier et deuxième disques pour maintenir ces derniers écartés l'un de l'autre, résonateur, caractérisé en ce que les moyens d'entretoise sont constitués par une bague unique en matériau diélectrique ~ui entoure à distance la partie centrale active du cristal placéie en regard des première et deuxième électrodes, et présente une hauteur telle que les espacements libres ménagés entre la partie centrale active du cristal et les premi~re et deuxième électrodes respectivement ont une épaisseur inférieure à quelques dizaines de microns.
~C~789~4 Une telle structure conf~re au résonateur un coefficient de qualité élevé, du fait en particulier de la non-adhérence des électrodes au cristal; une grande stabilité dans le temps et permet d'effectuer une mise à la fréquence très précise par varia-tion de la distance de l'une au moins des électrodes par rapport à la partie active du cristal. Ceci est réalisé facilement par rodage ou attaque chimique de la bague diélectrique réalisant l'écartement entre les deux disques diélectriques sur lesquels sont déposées les électrodes, ce qui permet une mise à la fréquen-ce avec une précision meilleure que ~ 10 . Ce proc~dé de mise la fréquence, impossible à mettre en oeuvre, compte tenu de leur structure, avec les résonateurs de l'art antérieur, ~u'ils soient à électrodes adhérent ou non au cristal, présente en particulier l'avantage de pouvoir s'effectuer à la temp~rature ambiante parfaitement mesurable. En outre, la présence d'une entretoise en ~orme de bague, qui détermine l'écartement entre les deux disques, offre un moyen précis de modification dimen-sionnelle de la structure du résonateur sans toucher ~ la partie active du cristal.
Conformément à l'invention, la hauteur de la bague d'écartement étant telle que les espacements libres ménagés entre la partie active du cristal et les première et deuxième ~lectrodes respectivement présentent une épaisseur inférieure ~ quelques dizaines de microns, et de préférence inférieure même à un micron, le résonateur conforme à l'invention présente une faible résistance motionnelle et une capacité Cg (correspondant à
l'espace compris entre le cristal et les électrodes) assez forte, et un réglage efficace des caractéristiques du résonateur peut être effectué au moyen de la bague.
3~ Les faces des premier et deuxième disques sur les-quelles sont déposées respectivement la première et la deuxième ~lectrode peuvent être planes ou non.
1~7~g~4 ,.
Le rayon de courbure de l'une au moins des faces des premier et deuxieme disques sur lesquelle3 sont déposées respectivement les première et deuxième électrodes peut être différent du rayon de courbure de la face correspondante du cristal placé en regard.
Les deux disques sont avantageusement en silice.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le disque auquel est suspendu le cristal est percé de deux trous très légèrement conigues dans lesquels sont placées deux pièces métalliques creuses de même conicité que les trous et présentant des aspérités sur leur surface extérieure, et de minces bandes métalliques fixées sur la tranche du cristal sont engagées dans les pièces creu~es et sont soudées à ces dernières de manière à assurer la suspension à ces dernières par rapport audlt disque.
Les pièces mé~alliques creuses sont de préférence en nickel. Les minces bandes métalliques, préférentiellement en nickel, peuvent être fixées sur la tranche du cristal par thermo-compression, à l'aide d'un ciment, d'un dépôt électrolytique ou d'une soudure. Les trous coniques correspondent avantageusement à des cônes dont l'angle est voisin de 1.
La bague d'écartement peut être avantageusement en silice. La bague peut également être piézo-électrique et être munie d'électrodes réalisées par métallisation sur chacune de ses faces frontales de sorte que l'épaisseur de la bague peut être légèrement modulable par l'application d'une tension électrique sur lesdites électrodes. L'épaisseur de la bague d'écartement peut également 8tre légèrement variable par déforma-tion élastique.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, au moins le disque auquel est suspendu le cristal de quartz est en quartz, et les moyens de suspension du cristal par rapport à
ce disque comprennent plusieurs thermocompressions localis~es 1~789~4 réalisées sur les faces du cristal et du disque-support situées en regard l'une de l'autre.
Ce mode de réalisation de la suspension du cristal par rapport à un disque-support, applicable dans le cadre d'un résonateur avec ba~ue d'écartement indépendante, est particu-lièrement simple à réaliser et e~Eficace. En effet, aucun insert m~tallique ou ruban de suspension n'est nécessaire. Par ailleurs, dans la mesure où le disque auquel est suspendu le cristal est en quartz, préférentiellement de même orientation que le cris-tal, les thermocompressions n'entra~nent pas l'apparition de contraintes thermiques inadmissibles.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la bague d'écartement entourant à distance la partie centrale active du cristal et déterminant l'écartement entre le premier et le deuxième disques est constituée par une partie périphéri-que du cristal lui-même, la partie intermédiaire du cristal située entre ladite partie active centrale et ladite partie périphérique formant bague présente, au moins sur une partie de la distance entre la partie active centrale et la partie péri-phérique, une épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur desdites parties centrale et périphérique, lesdits moyens de suspension du cristal sont constitués par les parties intermédiaires et périphériques dudit cristal.
De fa~con prëférentielle, des évidements sont formés par usina~e ultrasonore dans la partie intermédiaire amincie du cristal de svrte que la partie périphérique du cristal est reliée à la partie centrale du cristal par un nombre limité
de ponts constitués par les parties non évidées de la partie intermédiaire.
Dans un tel mode de r~alisation, où le cristal est autosuspendu, aucune diffusion métallique n'existe dans le cristal. En outre, cette structure est particuli~rement _ g _ ~L0~89~4 avantageuse tant pour le coefficient de qualité que pour le vieillissement du résonateur, car d'une part, le cristal est suspendu par une partie très éloignée de la zone d'énergie piégée, d'autre part, la fixation du cristal ne fait intervenir aucun él~ment étranger au crista:L et susceptible d'apporter un vieillissement notoire (par exemple une dif~usion métallique).
En outre, avec un tel mode de suspension du cristal, il est possible d'utiliser des cristaux tr~s minces, de fréquence tr~s élevée, faconnés par exemple par usinage ionique.
Par ailleurs, l'autosuspension du cristal évite d'effec-tuer des thermocompressions ou des fixations quelconques sur le cristal par exemple par collage.
La réalisation d'évidements et amincissements dans la partie intermédiaire du cris-tal permet une adaptation mécanique entre la partie périphérique du cristal immo~ilisée, et la partie centrale active libre de vibrer. Une telle configuration permet d'autre part une excellente résistance aux chocs.
Par ailleurs, selon une caractéristique particulière de l'inven-tion, lesdits moyens de maintien en position de l'en~
semble desdits permier et deuxième disques à l'intérieur du boitier comprennent des organes mécaniques de serrage agissant sur les faces du premier et du deuxième disques situées en ragard du cristal, en des zones périphériques, de fa~on que la pression correspondante exercée sur le cristal s'effectue en des zones d~ ladite partie périphérique du cristal éloign~es des ponts de liaison entre lesdites parties centrale et périphé-rique.
Ainsi, les appuis peuvent 8tre réalisés loin des points de suspension constitués par les ponts cristallins pré-sents entre les évidements. Les appuis exercés peuvent être également délocalisés sur les disques et les efforts auxquels est soumise la partie périphérique du cristal également réparti~, ~789~4 de sorte que les contraintes auxquelles est soumise la partie active du cristal sont très réduites.
Les portions du crista] de quartz situees dans la partie intermédiaire peuvent être amincies, évidées, taillées à
volonté de manière ~ réaliser une adaptation mécanique pour les vibrations du cristal.
Par ailleurs, pour au moins l'un desdits premier et deuxième disques, la portion de surface portant l'électrode et située en regard des parties centrale et interm~diaire du cristal est en retrait par rapport à la portion périphérique de la m~me surface qui est en contact av~c la partie périphérique du cristal, et constitue un renfoncement dont la profondeur est comprise entre quelques dixi~mes de microns et quelques dizaines de microns.
D'autre part, pour au moins une des face~ du cristal, la portion de surface correspondant aux parties centrale et intermédiaire du cristal est en retrait par rapport à la portion de la même surface correspondant à la partie périphérique en contact avec lesdits premier et deuxième disques, et constitue un renfoncement dont la profondeur est comprise entre quelques dixièmes de microns et quelques dizaines de microns.
Les dispositions énumérées ci-dessus sont intéressantes pour l'opération de mise à la fréquence, qui s'opère de façon avantageuse par rodage de l'une au moins des faces de cristal, afin de faire varier la distance entre le cristal et l'une au moins des électrodes. La modification de l'épaisseur du cristal de quartz peut être effectuée sur la seule partie périphérique, par rodage de cette dernière. Ceci permet un réglage fin avec une précision dans l'ajustement en fréquence qui est de l'ordre de 1 Hz/micron. Dans ce cas, il est naturellement nécessaire que la face du cristal rodée présente un renfoncement dans ses parties centrale et intermédiaire. La modification de l'épaisseur du cristal de quartz peut également être effectuée sur toute une 1t;~7895~
face, à la fois sur les parties centrale, intermédiaire et périphérique, par exemple par attaque chimique, ou également par rodage. Ceci permet un réglage grossier rapide, l'adjustement en fréquence ~tant de l'ordre de quelques milliers de Hz par micron. La mise à la fréquence peut aussi s'opérer par action sur l'un au moins des disques, en particulier lorsque celui-ci présente un renfoncement dans sa partie centrale. L'ajustement de la fréquence est réalisé par rodage de la partie périphérique du disque situ~e en regard de la partie périphérique du cristal.
On peut également ajuster la fréquence en choisissant un disque située en regard de la partie périphérique du cristal. On peut également ajuster la fréquence en choisissant un disque parmi un ensemble de disques calibrés préparés à l'avance et munis dans leur partie centrale de renfoncements de dimensions variées.
Lorsque le résonateur piézo-électrique à électrodes non adhérentes au cristal comprend un cristal en quartz, comme c'est le cas le plus général, le matériau à utiliser pour le ou les plateaux supportant le cristal, ainsi qu'éventuellement pour la bague d'écartement formant entretoise entre les disques lors-que celle-ci est independante du cristal, peut être, conformément à l'invention, également du quartz. Dans la suite de la descrip-tion, on se réfère systématiquement au cas où le cristal piézo-électrique est un cristal de quartz, mais l'invention s'étend également à des résonateurs dans lesquels un matériau piézo-électrique approprié équivalent est substitué au quartz.
Les disques ou plateaux supportant le~ électrodes ~euvent être r~alisés de façon très diverses. Ces plateaux sont de préférence en un matériau diélectrique, tel que par exemple de la silice. Dans le cadre d'applications particulières, tout ou partie de l'un ou l'autre des plateaux peut également être réalisé en un matériau plus ou moins conducteur, de facon à
constituer une partie susceptible d'être chauffante, par exemple sous l'effet de courants induits.
~789S4 Toutefois, dans le plus grand nombre d'applications, il est souhaitable de réduire au maximum les contraintes thermi-ques dans le cristal Ces contraintes sont dues à des coefficients de dilatation différents entre le cristal et les disques suppor-tant les électrodes et le cristal. En utilisant pour le ou les disques supportant le cristal le même matériau que pour le cristal, on réduit les contraintes thermi~ues dans le cristal.
Pour diminuer encore les contraintes thenmiques, il-est avantageux que le ou les disques en quartz présentent la même orientation cristallographique que le cristal de quartz disposé entre lesdits premier et deuxième disques. En d'autre termes, il est avantageux, pour diminuer les contraintes thermi-ques et accrostre la stabilité du résonateur, que l'angle alpha entre les projections des axes ZZ' du cristal de quartz et d'un disque-support en quartz soit nul. Mais cette condition n'est pas impérative.
Particulièrement, lorsque le cristal est suspendu à
la fois au premier et au deuxième disque, comme c'est notamment le cas lorsque le cristal est suspendu par sa partie périphérique, il est avantageux bien que ce ne soit pas obligatoire que le premier et le deuxième disque soient tous deux en un matériau identique à celui constituant le cristal et, de préférence, de même orientation que le cristal interposé entre eux.
Pour aCcroStre encore les performances, on peut préparer les premier et deuxième disques-supportc, et le cristal interposé entre eux, à partir d'un même cristal d'origine.
Dans un r~sonateur à quartz à électrodes non adh~rentes du type conforme à l'invention, il est souhaitable de réaliser des intervalles électrodes-cristal représentant une distance extrêmement réduite, par exemple de l'ordre de 1 micron à quelques ~,a G~.Z~lne~
d~ai~es de microns, ou même de quelques dixièmes de micron à quel ques microns. On augmente en effet ainsi le coefficient de 107~9~
surtension tout en diminuant la résitance motionnelle. Dans le cas d'un cristal suspendu entre les premier et deuxième disques par sa partie périphérique, on veut en particulier r~aliser dans la partie centrale des disques de silice portant les électrodes, un renfoncement de l'ordre d'un micron à quelques dizaines de micron, permettant à l'électrode, déposée par métallisation dans le renfoncement du disque, d'être en retrait ~ cette distance du cristal~ il peut être com~ode de réaliser un tel retrait soit parallèle~ent à la surface du disque, soit par rodage de la surface du disque à l'aide de deux rayons de courbure diffé-rents pour la partie centrale et la partie périphérique. Dans cecas, le rayon de courbure de la partie périphérique du disque est égal à celui de la surface du cristal de quartz située en regard, tandis que le rayon de courbure de la partie centrale du disque est plus petit.
Con~ormément à l'invention, un intervalle électrode-cri~tal très r~duit peut être réalisé facilement et avec une grande précision sans que la surface du disque sur laquelle est déposée l'électrode n'ait besoin d'être rodée pour créer un retrait. Ceci est rendu possible par le fait que, selon une caractéristique de l'invention, la face d'au moins un disque tournée vers le cristal reçoit sur au moins une partie de sa périphérie, située en regard de la partie pér}phérique du cristal, une mince couche métallique suivie d'une mince couche de nickel.
La mince couche métallique peut être déposée par évaporation sur le disque correspondant, tandis que la mince couche de nickel peut être d~pos~e par ~lectrolyse sur ladite mince couche métallique.
Il est à noter que la présence d'un tel revêtement de la périphérie des faces de l'un ou des deux disques situées en regard de la partie périph~rique du cristal permet une réalisa-tion commode d'un intervalle électrode-cristal très réduit sans 107~39~j4 autre traitement mécanique ou chimique de la surface du cristal ou des disques, tout en jouant un rale d'amortisseur pour les chocs éventuels.
Selon encore une autre caractéxis~ique de l'invention, les contraintes résiduelles aux points de suspension du cristal peuvent être supprimées et le coefficient de qualité ainsi que la stabilité dans le temps peuvent être grandement accrus si le cristal de quartz est soumis, avant montage, à un recuit effectué
à une température nettement inférieure au point de transformation alpha-bêta du quartz (573& ), par exemple environ 480C, suivi d'~ne très légère attaque superficielle au bifluorure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalization de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemplè~, en référence aux dessins annex~s, sur lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe d'un résonateur à
quartz, conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, selon le plan I-I de la figure 3 - la figure 2 est une vue en coupe partielle du résona-teur à quartz de la figure 1, selon le plan II-~I de la figure 3, - la figure 3 est une vue de dessus d'une partie du résonateur à quartz représenté sur les figures 1 et 2, - les figures 4 et 5 sont des vues de dessus de deux disques diélectriques porteurs d'électrodes incorporés dans le montage des figures 1 à 3, - la figure 6 est une vue schématique en coupe axiale d'un autre mode de résonateur conforme à l'invention et présen-tant une bonne résistance aux chocs, - les figures 7 et 8 sont des vues en coupe axiale d'une partie du résonateur conforme à l'invention, selon deux variantes différentes, - les figures 9 et 10 sont des vues en coupe d'une 1~789~i~
partie d'un résonateur à quartz, conforme à un autre mode de réa-lisation de l'invention, selon respectivement les plans IX-IX et X-X de la figure 11;
- la figure 11 est une vue de dessus de la partie du r~sonateur représentée sur les figures 9 et 10;
- les figures 12 et 13 sont des vues de dessus de deux cristaux de quartz pouvant êt:re incorporés dans le résonateur quartz représenté sur les figures 9 et 11:
- la figure 14 représente, à titre d'exemple, les courbes de variation de fréquence d'un résonateur conforme ~
l'invention, en fonction de la température, pour des cristaux de coupe AT;
- la figure 15 est une vue en élévation avec éclatement d'une partie d'un résonateur à quartz conforme à une variante de l'invention:
- la figure 16 est une vue de dessus de l'une des pièces représent~es sur la figure lS, - la figure 17 e~t une vue en coupe axiale d'un résona-teur à quartz de forme compacte, - la figure 18 est une vue en coupe axiale d'un cristal de quartz pouvant être incorporé dans un résonateur conforme l'invention, . - les figures 19 à 21 représentent des sections, dans un plan contenant l'axe de la coupe, de divers modes de réalisa-tion de ponts pouvant relier les parties périphérique et centrale d'un cristal de quartz utilisable dans un résonateur selon l'in-vention: et - les Eigures 22 et 23 sont des vues de dessus de deux cristaux de quartz pouvant être incorporés dans un résonateur quartz selon l'invention.
Le résonateur à quartz représenté sur la figure 1 comporte un cristal de quartz 1 enfermé dans un condensateur 10789~
réalisé à l'aide de deux disques diélectriques 3 et 4 portant des électrodes et séparés par une bague diélectrique 2. Le cristal 1 est maintenu en position fixe par rapport au disque inférieur 4 gr~ce à des moyens de suspension 5, 6. Les disques 3 et 4 et la bague 2 sont en silice.
L'ensemble des disques diélectriques 3, 4 de la bague
Les résonateurs à quartz de haute perfomance actuelle-ment connus sont en quasi totalit:é du type à ~lectrodes adhéren-tes au cristal. Dans un tel type de résonateur, les cristaux de quartz sont habituellement suspendus par deux ou trois minces bandes de nickel qui constituent d'ailleurs la liaison entre les électrodes et 12s contacts extérieurs à l'ampoule ou au capot métallique constituant le boitier du résonateur. Ces minces bandes métalliques, qui ont un rôle à la fois électrique et mécanique, sont liées au quartz par ciment, thermocompression, soudure.
Un résonateur du type ~ électrodes adhérentes au cristal, ~ ondes de volume, présente une limitation essentielle due aux conditions aux limites imparfaites, c'est-à-dire princi-palement aux défauts de la surface limitant le solide piézo-électrique et à la suspension du cristal. Si les défauts créés par la fixation du cristal sont en principe de conséquences limitées puisque la fixation est volontairement placée en dehors de la partie active du cristal, c'est-à-dire en dehors de la - zone correspondant à la partie de la pastille de quartz comprise entre les électrodes et où l'énergie est piégée, il n'en est pas de même des défauts créés par le dép8t d'une couche métallique à la surface du cristal, pour constitu~r les électrodes.
En effet, compte tenu de la brutalité du procéd~ de dépôt d'une couche métallique sur le cristal, les empilements cristallins voisins de la surface sont bouleversés, et même si celle-ci a été parfaitement préparée, les propriétés cristallines dans son voisinage sont perturbées. D'autre part, la métallisa-tion diffuse à une certaine profondeur à partir de la surface.
Enfin, les défauts causés par la métallisation évoluent au cours 1078~S4 du temps et on assiste aussi à une lente migration des atomes apportés par la métallisation. I)'autre part, les électrodes apportent des contraintes mécaniques non négligeables qui évoluent dans le temps provoquant: ainsi un glissement de fréquence.
Ainsi, la couche de mét:allisation et la partie du cristal proche de la surface ne qardent pas des propriétés cons-tantes dans le temps et introduisent des variations de fr~quence dans le temps. Or, les applications actuelles sont très exigean-tes aussi bien pour les stabilités à court terme que pour les sta~ilités à moyen et long terme et les stabilités obtenues actuellement avec des oscillateurs à quartz à électrodes adhé-rentes au cristal, bien qu'intéressantes, ne sont pas encore suffisantes pour que ce type d'oscillateur soit utilisé de façon satisfaisante dans les domaines par exemple de l'avionique, des télécommunications, du radar.
En outre, le métal déposé sur le cristal, et la couche cristalline perturbée par ce dépôt provoquent une diminution du coefficient de qualité du résonateur.
Par ailleurs, dans les principaux domaines d'applica-tion des résonateurs, il est souhaitable d'utiliser un résona-teur qui a une fréquente suffisamment proche d'une valeur "ronde"
(ex. 5 MHz, 25 MHz, 100 MHz..). Il convient alors, au moment de la fa~rication du résonateur, d'opérer un ajustement de la fréquence afin d'amener cette dernière à une valeur prédéterminée.
Ceci constitue l'opération dite de "mise à la fréquence". Actuel.
lement, on procède comme suit : on métallise d'abord les électro-des sur le quartz, puis on assure la fixation du cristal et enfin on dépose, généralement par évaporation sous vide, un complément de métallisation qui réalise un ajustement de la fréquence, cette dernière diminuant au fur et à mesure que la masse du dépôt métallique augmente. Cette opération de mise à la fréquence est délicate ear :
107~39S4 - on cherche à amener le résonateur à une fréquence donnée pour sa température d'inversion qui n'est pas la tempé-rature du cristal lors de la mise ~ la fréquence (cette dernière température est de plus mal connue), - on a du mal a contrc;ler le dép8t métallique.
Ces raisons font qu'il est trè~ difficile de réaliser une mise à la fréquence ~ mieux que + 10 6, soit au total 10 Hz pour une fréquence de 5 MHz. Or, actuellement, il serait souhai-table de pouvoir effectuer une mise à la fréquence encore plus précise. Outre la méthode par évaporation complémentaire d'un métal sous vide, il est possible de réaliser une ~mise à la fré-quence par exemple au bain électrolytique ou par pulvérisation cathodique, ce~te dernière étant réalisée in situ ou non. Toute-fois, ces procédés ne permettent pas non plus de r~aliser une mise à la fréquence à mieux que ~ 10 . Une autre technique de mise à la fr~quence consi~te ~ faire augmenter la fréquence d'un résonateur en évaporant un peu de métal de l'électrode sous l'impact d'un rayonnement laser focalisé sur l'électrode.
Ce procéd~é précis ne s'applique toutefois qu'à des cristaux de quartz non polis et ne peut pas être employé sur des résonateurs en capots métalliques. D'autre part, la stabilité à long terme est affectée par un tel traitement car l'atmosphère du résonateur contient les produits arrachés à l'électrode et le cristal de quartz peut être détérioré localement. Il appara~t ainsi que tous les procédés de mise ~ la fréquence doivent, du fait de la structure des résonateurs ~ électrodes adhérentes au quartz, soit opérer in situ, ce qui affecte alors le vieillissement, soit opérer dans des conditions difficiles ~ préciser par rapport aux conditions de fonctionnement du résonateur, ce qui affecte la précision de la mise à la fréquence.
Depuis la mise au point par W~G. CADY du premier résonateur à quartz, présenté en 1921, des systèmes ~ électrodes - 1~7~39~4 .
non adhérentes ont été souvent employés. Toute~ois, les perfor-mances obtenues étaient alors très inférieures à celles des réso-nateurs à électrodes adhérentes utilisés pratiquement exclusive-ment actuellement.
Un mode de réalisation de résonateur à électrodes non adhérentes est également décrit dans un article de A.G. SMAGIN
paru dans la Revue "PRIBORY TECKNICA EKSPERIMENTA" n 6, pp 143-145 de nov. déc. 1974. Ce résonateur à électrodes non adhé-rentes, utilisé pour des recherches à basse température, met en oeuvre des cristaux sans dislocations et présente un coefficient de qualité particulièrement élevé. Toutefois, il semble que ce résultat ne puisse pas être obtenu avec les cristaux généralement disponibles. En outre, le résonateur décrit dans la revue précitée comporte une lentille de quartz d'épaisseur 1,82 mm supportée en quatre surfaces de contact approximativement sphériques et placée entre deux électrodes planes distantes de 6 mm et supportées par deux plateaux diélectriques maintenus assemblés par une couronne disposée autour desdits plateaux. Du fait de la valeur relativement importante de la distance entre les électrodes, la résistance motionnelle est très grande, et lacapacité Cg correspondant à l'espace compris entre le cristal et les électrodes est de l'ordre du picofarad, ce qui rend un ajustement électrique de fréquence par mise en série d'un conden-sateur très difficile. En outre, un résonateur à électrodes non adhérentes au cristal du type décrit ci-dessus, contrairement aux résonateurs connus à électrodes adhérentes au cristal, ne présen-te aucun moyen commode de mise a la fréquence.
On a encore proposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 339 091 un résonateur à quartz, à électrodes non adhérentes au cristal, qui comprend une enceinte en quartz composée de deux plateaux portant des électrodes et à l'intérieur de cette enceinte un cristal de quartz maintenu entre les deux * delivre le 29 août 1967 à Hewlett-Packard.
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plateaux à l'aide d'une partie périphérique annulaire qui est reliée à la partie centrale active du cristal par quatre ponts diamétralement opposés deux à del~ et situés dans deux gorges annulaires concentriques. Un tel mode de réalisation présente les mêmes inconvénients que le r~sonateur décrit par A.G. SMAGIN
dans la mesure où les électrodes sont disposées sur les faces externes des plateaux de sorte que l'espace interélectrodes est extrêmement important. Par suite, le cristal présente une impédance trop forte qui rend dif~icile son utilisation dans un oscillateur, et une mise à la fréquence par adjonction d'une capacité extérieure variable de faible valeur en série avec le résonateur n'est pas envisageable puisque la capacité inter-électrodes Cg du résonateur est elle-même trop faible. En outre, compte tenu de l'importance de la distance entre chacune des électrodes et la surface active du cristal, une mise à la fr~quence par modification des paramètres géométriques du résona-teur s'avère p~rticulièrement difficile et peu efficace. Par ailleurs, les plateaux supports en quartz, qui sont compris dans l'intervalle interélectrodes participent également aux oscilla-tion-q du résonateur et introduisent un niveau de bruit non négligeable. En~in, un dispositif tel que celui décrit ci-dessus est particulièrement sensible aux variations de pression du milieu dans lequel le résonateur est placé.
La présente invention a pour but de remédier aux incon-vénients précités et, en particulier, de réaliser un résonateur piézoélectrique présentant des stabilités à moyen et long termes améliorées, un coefficient de qualité très élevé, et permettant une mise à la fréquence précise et facilitée.
La présente invention a encore pour but de réaliser un résonateur à quartz présentant une bonne tenue mécanique, et autorisant une modification extérieure des propriétés classiques du résonateur, qui dans les réalisations connues ne dépendent ~078954 que la pastille cristalline (orientation, paramètres géométri-ques,...).
Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, grace à un résonateur piézoélectrique du type comprenant un boStier étanche dans lequel on a fait le vide ou introduit un gaz résiduel; ~ l'intérieur de ce boîtier, un premier et un deuxième disques ou plateaux en matériau diélectrique, disposés face à face et à distance l'un de l'autre,, un cristal piézoélec-trique disposé entre lesdits premier et deuxième disques; une première électrode métallique non adhérente au cristal, réalisée par métallisation sur la face du premier disque placée en reyard du cristal; une deuxième électrode métallique, non adhérente au cristal, réalisée par métallisation sur la face du deuxième disque placée en regard du cristal; un premier conducteur connecté
à la première électrode et se prolongeant hors du bo~tier; un deuxième conducteur connecté à la deuxième électrode et se pro-longeant hors du boitier, des moyens de suspension du cristal pour maintenir la partie cen~rale active du cristal située en regard desdites premiere et deuxième électrodes dans une posi-tion prédéterminée par rapport à l'un au moins desdits premier et deuxième disques; des moyens de maintien en position de 1'ensemble desdits premier et deuxième disques à 1'intérieur du boStier; et des moyens d'entretoise amovibles par rapport aux premier et deuxième disques pour maintenir ces derniers écartés l'un de l'autre, résonateur, caractérisé en ce que les moyens d'entretoise sont constitués par une bague unique en matériau diélectrique ~ui entoure à distance la partie centrale active du cristal placéie en regard des première et deuxième électrodes, et présente une hauteur telle que les espacements libres ménagés entre la partie centrale active du cristal et les premi~re et deuxième électrodes respectivement ont une épaisseur inférieure à quelques dizaines de microns.
~C~789~4 Une telle structure conf~re au résonateur un coefficient de qualité élevé, du fait en particulier de la non-adhérence des électrodes au cristal; une grande stabilité dans le temps et permet d'effectuer une mise à la fréquence très précise par varia-tion de la distance de l'une au moins des électrodes par rapport à la partie active du cristal. Ceci est réalisé facilement par rodage ou attaque chimique de la bague diélectrique réalisant l'écartement entre les deux disques diélectriques sur lesquels sont déposées les électrodes, ce qui permet une mise à la fréquen-ce avec une précision meilleure que ~ 10 . Ce proc~dé de mise la fréquence, impossible à mettre en oeuvre, compte tenu de leur structure, avec les résonateurs de l'art antérieur, ~u'ils soient à électrodes adhérent ou non au cristal, présente en particulier l'avantage de pouvoir s'effectuer à la temp~rature ambiante parfaitement mesurable. En outre, la présence d'une entretoise en ~orme de bague, qui détermine l'écartement entre les deux disques, offre un moyen précis de modification dimen-sionnelle de la structure du résonateur sans toucher ~ la partie active du cristal.
Conformément à l'invention, la hauteur de la bague d'écartement étant telle que les espacements libres ménagés entre la partie active du cristal et les première et deuxième ~lectrodes respectivement présentent une épaisseur inférieure ~ quelques dizaines de microns, et de préférence inférieure même à un micron, le résonateur conforme à l'invention présente une faible résistance motionnelle et une capacité Cg (correspondant à
l'espace compris entre le cristal et les électrodes) assez forte, et un réglage efficace des caractéristiques du résonateur peut être effectué au moyen de la bague.
3~ Les faces des premier et deuxième disques sur les-quelles sont déposées respectivement la première et la deuxième ~lectrode peuvent être planes ou non.
1~7~g~4 ,.
Le rayon de courbure de l'une au moins des faces des premier et deuxieme disques sur lesquelle3 sont déposées respectivement les première et deuxième électrodes peut être différent du rayon de courbure de la face correspondante du cristal placé en regard.
Les deux disques sont avantageusement en silice.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le disque auquel est suspendu le cristal est percé de deux trous très légèrement conigues dans lesquels sont placées deux pièces métalliques creuses de même conicité que les trous et présentant des aspérités sur leur surface extérieure, et de minces bandes métalliques fixées sur la tranche du cristal sont engagées dans les pièces creu~es et sont soudées à ces dernières de manière à assurer la suspension à ces dernières par rapport audlt disque.
Les pièces mé~alliques creuses sont de préférence en nickel. Les minces bandes métalliques, préférentiellement en nickel, peuvent être fixées sur la tranche du cristal par thermo-compression, à l'aide d'un ciment, d'un dépôt électrolytique ou d'une soudure. Les trous coniques correspondent avantageusement à des cônes dont l'angle est voisin de 1.
La bague d'écartement peut être avantageusement en silice. La bague peut également être piézo-électrique et être munie d'électrodes réalisées par métallisation sur chacune de ses faces frontales de sorte que l'épaisseur de la bague peut être légèrement modulable par l'application d'une tension électrique sur lesdites électrodes. L'épaisseur de la bague d'écartement peut également 8tre légèrement variable par déforma-tion élastique.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, au moins le disque auquel est suspendu le cristal de quartz est en quartz, et les moyens de suspension du cristal par rapport à
ce disque comprennent plusieurs thermocompressions localis~es 1~789~4 réalisées sur les faces du cristal et du disque-support situées en regard l'une de l'autre.
Ce mode de réalisation de la suspension du cristal par rapport à un disque-support, applicable dans le cadre d'un résonateur avec ba~ue d'écartement indépendante, est particu-lièrement simple à réaliser et e~Eficace. En effet, aucun insert m~tallique ou ruban de suspension n'est nécessaire. Par ailleurs, dans la mesure où le disque auquel est suspendu le cristal est en quartz, préférentiellement de même orientation que le cris-tal, les thermocompressions n'entra~nent pas l'apparition de contraintes thermiques inadmissibles.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la bague d'écartement entourant à distance la partie centrale active du cristal et déterminant l'écartement entre le premier et le deuxième disques est constituée par une partie périphéri-que du cristal lui-même, la partie intermédiaire du cristal située entre ladite partie active centrale et ladite partie périphérique formant bague présente, au moins sur une partie de la distance entre la partie active centrale et la partie péri-phérique, une épaisseur réduite par rapport à l'épaisseur desdites parties centrale et périphérique, lesdits moyens de suspension du cristal sont constitués par les parties intermédiaires et périphériques dudit cristal.
De fa~con prëférentielle, des évidements sont formés par usina~e ultrasonore dans la partie intermédiaire amincie du cristal de svrte que la partie périphérique du cristal est reliée à la partie centrale du cristal par un nombre limité
de ponts constitués par les parties non évidées de la partie intermédiaire.
Dans un tel mode de r~alisation, où le cristal est autosuspendu, aucune diffusion métallique n'existe dans le cristal. En outre, cette structure est particuli~rement _ g _ ~L0~89~4 avantageuse tant pour le coefficient de qualité que pour le vieillissement du résonateur, car d'une part, le cristal est suspendu par une partie très éloignée de la zone d'énergie piégée, d'autre part, la fixation du cristal ne fait intervenir aucun él~ment étranger au crista:L et susceptible d'apporter un vieillissement notoire (par exemple une dif~usion métallique).
En outre, avec un tel mode de suspension du cristal, il est possible d'utiliser des cristaux tr~s minces, de fréquence tr~s élevée, faconnés par exemple par usinage ionique.
Par ailleurs, l'autosuspension du cristal évite d'effec-tuer des thermocompressions ou des fixations quelconques sur le cristal par exemple par collage.
La réalisation d'évidements et amincissements dans la partie intermédiaire du cris-tal permet une adaptation mécanique entre la partie périphérique du cristal immo~ilisée, et la partie centrale active libre de vibrer. Une telle configuration permet d'autre part une excellente résistance aux chocs.
Par ailleurs, selon une caractéristique particulière de l'inven-tion, lesdits moyens de maintien en position de l'en~
semble desdits permier et deuxième disques à l'intérieur du boitier comprennent des organes mécaniques de serrage agissant sur les faces du premier et du deuxième disques situées en ragard du cristal, en des zones périphériques, de fa~on que la pression correspondante exercée sur le cristal s'effectue en des zones d~ ladite partie périphérique du cristal éloign~es des ponts de liaison entre lesdites parties centrale et périphé-rique.
Ainsi, les appuis peuvent 8tre réalisés loin des points de suspension constitués par les ponts cristallins pré-sents entre les évidements. Les appuis exercés peuvent être également délocalisés sur les disques et les efforts auxquels est soumise la partie périphérique du cristal également réparti~, ~789~4 de sorte que les contraintes auxquelles est soumise la partie active du cristal sont très réduites.
Les portions du crista] de quartz situees dans la partie intermédiaire peuvent être amincies, évidées, taillées à
volonté de manière ~ réaliser une adaptation mécanique pour les vibrations du cristal.
Par ailleurs, pour au moins l'un desdits premier et deuxième disques, la portion de surface portant l'électrode et située en regard des parties centrale et interm~diaire du cristal est en retrait par rapport à la portion périphérique de la m~me surface qui est en contact av~c la partie périphérique du cristal, et constitue un renfoncement dont la profondeur est comprise entre quelques dixi~mes de microns et quelques dizaines de microns.
D'autre part, pour au moins une des face~ du cristal, la portion de surface correspondant aux parties centrale et intermédiaire du cristal est en retrait par rapport à la portion de la même surface correspondant à la partie périphérique en contact avec lesdits premier et deuxième disques, et constitue un renfoncement dont la profondeur est comprise entre quelques dixièmes de microns et quelques dizaines de microns.
Les dispositions énumérées ci-dessus sont intéressantes pour l'opération de mise à la fréquence, qui s'opère de façon avantageuse par rodage de l'une au moins des faces de cristal, afin de faire varier la distance entre le cristal et l'une au moins des électrodes. La modification de l'épaisseur du cristal de quartz peut être effectuée sur la seule partie périphérique, par rodage de cette dernière. Ceci permet un réglage fin avec une précision dans l'ajustement en fréquence qui est de l'ordre de 1 Hz/micron. Dans ce cas, il est naturellement nécessaire que la face du cristal rodée présente un renfoncement dans ses parties centrale et intermédiaire. La modification de l'épaisseur du cristal de quartz peut également être effectuée sur toute une 1t;~7895~
face, à la fois sur les parties centrale, intermédiaire et périphérique, par exemple par attaque chimique, ou également par rodage. Ceci permet un réglage grossier rapide, l'adjustement en fréquence ~tant de l'ordre de quelques milliers de Hz par micron. La mise à la fréquence peut aussi s'opérer par action sur l'un au moins des disques, en particulier lorsque celui-ci présente un renfoncement dans sa partie centrale. L'ajustement de la fréquence est réalisé par rodage de la partie périphérique du disque situ~e en regard de la partie périphérique du cristal.
On peut également ajuster la fréquence en choisissant un disque située en regard de la partie périphérique du cristal. On peut également ajuster la fréquence en choisissant un disque parmi un ensemble de disques calibrés préparés à l'avance et munis dans leur partie centrale de renfoncements de dimensions variées.
Lorsque le résonateur piézo-électrique à électrodes non adhérentes au cristal comprend un cristal en quartz, comme c'est le cas le plus général, le matériau à utiliser pour le ou les plateaux supportant le cristal, ainsi qu'éventuellement pour la bague d'écartement formant entretoise entre les disques lors-que celle-ci est independante du cristal, peut être, conformément à l'invention, également du quartz. Dans la suite de la descrip-tion, on se réfère systématiquement au cas où le cristal piézo-électrique est un cristal de quartz, mais l'invention s'étend également à des résonateurs dans lesquels un matériau piézo-électrique approprié équivalent est substitué au quartz.
Les disques ou plateaux supportant le~ électrodes ~euvent être r~alisés de façon très diverses. Ces plateaux sont de préférence en un matériau diélectrique, tel que par exemple de la silice. Dans le cadre d'applications particulières, tout ou partie de l'un ou l'autre des plateaux peut également être réalisé en un matériau plus ou moins conducteur, de facon à
constituer une partie susceptible d'être chauffante, par exemple sous l'effet de courants induits.
~789S4 Toutefois, dans le plus grand nombre d'applications, il est souhaitable de réduire au maximum les contraintes thermi-ques dans le cristal Ces contraintes sont dues à des coefficients de dilatation différents entre le cristal et les disques suppor-tant les électrodes et le cristal. En utilisant pour le ou les disques supportant le cristal le même matériau que pour le cristal, on réduit les contraintes thermi~ues dans le cristal.
Pour diminuer encore les contraintes thenmiques, il-est avantageux que le ou les disques en quartz présentent la même orientation cristallographique que le cristal de quartz disposé entre lesdits premier et deuxième disques. En d'autre termes, il est avantageux, pour diminuer les contraintes thermi-ques et accrostre la stabilité du résonateur, que l'angle alpha entre les projections des axes ZZ' du cristal de quartz et d'un disque-support en quartz soit nul. Mais cette condition n'est pas impérative.
Particulièrement, lorsque le cristal est suspendu à
la fois au premier et au deuxième disque, comme c'est notamment le cas lorsque le cristal est suspendu par sa partie périphérique, il est avantageux bien que ce ne soit pas obligatoire que le premier et le deuxième disque soient tous deux en un matériau identique à celui constituant le cristal et, de préférence, de même orientation que le cristal interposé entre eux.
Pour aCcroStre encore les performances, on peut préparer les premier et deuxième disques-supportc, et le cristal interposé entre eux, à partir d'un même cristal d'origine.
Dans un r~sonateur à quartz à électrodes non adh~rentes du type conforme à l'invention, il est souhaitable de réaliser des intervalles électrodes-cristal représentant une distance extrêmement réduite, par exemple de l'ordre de 1 micron à quelques ~,a G~.Z~lne~
d~ai~es de microns, ou même de quelques dixièmes de micron à quel ques microns. On augmente en effet ainsi le coefficient de 107~9~
surtension tout en diminuant la résitance motionnelle. Dans le cas d'un cristal suspendu entre les premier et deuxième disques par sa partie périphérique, on veut en particulier r~aliser dans la partie centrale des disques de silice portant les électrodes, un renfoncement de l'ordre d'un micron à quelques dizaines de micron, permettant à l'électrode, déposée par métallisation dans le renfoncement du disque, d'être en retrait ~ cette distance du cristal~ il peut être com~ode de réaliser un tel retrait soit parallèle~ent à la surface du disque, soit par rodage de la surface du disque à l'aide de deux rayons de courbure diffé-rents pour la partie centrale et la partie périphérique. Dans cecas, le rayon de courbure de la partie périphérique du disque est égal à celui de la surface du cristal de quartz située en regard, tandis que le rayon de courbure de la partie centrale du disque est plus petit.
Con~ormément à l'invention, un intervalle électrode-cri~tal très r~duit peut être réalisé facilement et avec une grande précision sans que la surface du disque sur laquelle est déposée l'électrode n'ait besoin d'être rodée pour créer un retrait. Ceci est rendu possible par le fait que, selon une caractéristique de l'invention, la face d'au moins un disque tournée vers le cristal reçoit sur au moins une partie de sa périphérie, située en regard de la partie pér}phérique du cristal, une mince couche métallique suivie d'une mince couche de nickel.
La mince couche métallique peut être déposée par évaporation sur le disque correspondant, tandis que la mince couche de nickel peut être d~pos~e par ~lectrolyse sur ladite mince couche métallique.
Il est à noter que la présence d'un tel revêtement de la périphérie des faces de l'un ou des deux disques situées en regard de la partie périph~rique du cristal permet une réalisa-tion commode d'un intervalle électrode-cristal très réduit sans 107~39~j4 autre traitement mécanique ou chimique de la surface du cristal ou des disques, tout en jouant un rale d'amortisseur pour les chocs éventuels.
Selon encore une autre caractéxis~ique de l'invention, les contraintes résiduelles aux points de suspension du cristal peuvent être supprimées et le coefficient de qualité ainsi que la stabilité dans le temps peuvent être grandement accrus si le cristal de quartz est soumis, avant montage, à un recuit effectué
à une température nettement inférieure au point de transformation alpha-bêta du quartz (573& ), par exemple environ 480C, suivi d'~ne très légère attaque superficielle au bifluorure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalization de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemplè~, en référence aux dessins annex~s, sur lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe d'un résonateur à
quartz, conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, selon le plan I-I de la figure 3 - la figure 2 est une vue en coupe partielle du résona-teur à quartz de la figure 1, selon le plan II-~I de la figure 3, - la figure 3 est une vue de dessus d'une partie du résonateur à quartz représenté sur les figures 1 et 2, - les figures 4 et 5 sont des vues de dessus de deux disques diélectriques porteurs d'électrodes incorporés dans le montage des figures 1 à 3, - la figure 6 est une vue schématique en coupe axiale d'un autre mode de résonateur conforme à l'invention et présen-tant une bonne résistance aux chocs, - les figures 7 et 8 sont des vues en coupe axiale d'une partie du résonateur conforme à l'invention, selon deux variantes différentes, - les figures 9 et 10 sont des vues en coupe d'une 1~789~i~
partie d'un résonateur à quartz, conforme à un autre mode de réa-lisation de l'invention, selon respectivement les plans IX-IX et X-X de la figure 11;
- la figure 11 est une vue de dessus de la partie du r~sonateur représentée sur les figures 9 et 10;
- les figures 12 et 13 sont des vues de dessus de deux cristaux de quartz pouvant êt:re incorporés dans le résonateur quartz représenté sur les figures 9 et 11:
- la figure 14 représente, à titre d'exemple, les courbes de variation de fréquence d'un résonateur conforme ~
l'invention, en fonction de la température, pour des cristaux de coupe AT;
- la figure 15 est une vue en élévation avec éclatement d'une partie d'un résonateur à quartz conforme à une variante de l'invention:
- la figure 16 est une vue de dessus de l'une des pièces représent~es sur la figure lS, - la figure 17 e~t une vue en coupe axiale d'un résona-teur à quartz de forme compacte, - la figure 18 est une vue en coupe axiale d'un cristal de quartz pouvant être incorporé dans un résonateur conforme l'invention, . - les figures 19 à 21 représentent des sections, dans un plan contenant l'axe de la coupe, de divers modes de réalisa-tion de ponts pouvant relier les parties périphérique et centrale d'un cristal de quartz utilisable dans un résonateur selon l'in-vention: et - les Eigures 22 et 23 sont des vues de dessus de deux cristaux de quartz pouvant être incorporés dans un résonateur quartz selon l'invention.
Le résonateur à quartz représenté sur la figure 1 comporte un cristal de quartz 1 enfermé dans un condensateur 10789~
réalisé à l'aide de deux disques diélectriques 3 et 4 portant des électrodes et séparés par une bague diélectrique 2. Le cristal 1 est maintenu en position fixe par rapport au disque inférieur 4 gr~ce à des moyens de suspension 5, 6. Les disques 3 et 4 et la bague 2 sont en silice.
L'ensemble des disques diélectriques 3, 4 de la bague
2 et du cristal 1 est monté dans un boftier constitué par un corps 7 et un couvercle ~3. Le boitier 7, 8 métallique, en laiton nickelé doré, et formé par soudure à froid, est prévu pour que le dégazage soit minimal et pour maintenir un vide poussé ou une atmosph~re résiduelle (hydrogène, hélium, azote...). Sur le montage de la figure 1, la fermeture par soudure à froid s'opère au niveau du queusot 9 tandis que le couvercle 8 est soudé au boitier par un cordon 10 de soudure S. Le bo~tier 7, 8 pourrait naturellement être fermé par soudure à froid au niveau du couver-cle, ce qui aurait pour conséquence, outre la disparition des soudures 10 sur le boftier, la disparition du queusot ~ et la réduction de la longueur hors tout du résonateur.
Le disque inférieur 4, que surmontent la bague 2 et le disque supérieur 3, repose sur un épaulement formé dans la paroi du boitier 7. Une bague métallique 11 est encastrée dans le boitier 7 au dessus du disque supérieur 3. La bague 11 assure au moyen de vis 12 et éventuellement par l'intermédiaire de res~
sorts non représentés, le blocage mécanique du condensateur de silice formé par les pièces 2, 3, 4. Les vis 12 peuvent être au nombre de trois, être disposées à 120 l'une de l'autre, et porter sur la périphérie du disque 3 au niveau de la partie surmontant la bague 2.
Une ~orne de masse 13 est fixée sur le boitier 7. Des fils de sortie 14, 15 relies par thermocompression T précédée d'un dép~t d'or aux électrodes formées respectivement sur les disques 3, 4, débouchent à l'ext~rieur du couvercle 8 par des iC~789~4 orifices respectivement 16, 17 munis d'isolants 18, 19 (fi~ures 1 et 2).
Le cristal 1 peut être de formes variées qui dépendent des applications envisagées. On peut ainsi utiliser des cristaux plan convexe, biconvexe, biplan... La figure 1 représente ~ titre d'exemple un cristal circulaire plan convexe présentant une ~ace inférieure 21 plane et une face supérieure 20 convexe.
La surface du cristal 1 doit être préparée avec soin et présenter le moins de défauts possible. Pour que les propriétés des parties du cristal voisines de la surface soient les plus proches possibles deQ propriétés du cristal intérieur, on utilise alternativement des procédés qui forment géométriquement la surface ~rodage, polissage) et des procédés qui la nettoient et l'atta-quent chimiquement. De facon classique, on réalise à la fois des opérations ci-dessus de mise en forme de la surface un net-toyage pUiQ une attaque chimique. Rnfin, le cristal 1 est, selon les procédés courants, soigneusement rincé et nettoyé dans des solvants tels que eau distillée, acétone pure et alcool absolu.
Conformément à un premier mode de suspension du cristal 1 dans le condensateur de silice Z, 3, 4, on thermocomprime des rivets d'or ou d'argent sur la tranche du cristal 1 en au moins deux points diamètralement opposés, sur l'axe ZZ'. Ces rivets sont rivetés sur de minces bandes métalliques, en métal recuit 22, 23 qui seront fix~es sur des supports 24 , 25 montés dans le disque inférieur 4. Evidement ces minces bandes 22, 23 en nickel ou même en laiton peuvent aussi être cimentées sur la tranche du cristal. Cependant, la thermocompression est préférable pour éviter tout dégazage que l'emploi des ciments entraine. En lieu et place de la thermocompression, on pourrait aussi utiliser un procédé de soudure par dépôt électrolytique de nickel (nickel electrobonding).
Deux trous 30, 31 diamètralement opposés sont percés '789~
dans le disque inférieur 4 (figures 1 et 3). Ces trous 30, 31 sont légèrement coniques, l'angle du cone correspondant étant inférieur ou égal à 1 . Deux pi~ces métalliques creuses 24 et 25, légèrement coniques, et de même angle que celui des trous 30 et 31, sont engagées respectivement dans les trous 30 et 31. Les pièces creuses 24, 25 sont en nicke~, et leur surface extéri~ure présente des aspérités. Un état de surface aléatoire peut être obtenu par sablage. Les pièces creuses 24 et 25, ~ui peuvent en outre éventuellement être refroidies avant montage, sont ~ixées de façon sûre au disque inférieur 4. Les pièces creuses 24, 25 peuvent présenter un alésage de plus grand diamètre dans la partie supérieure que dans la partie inférieure.
Le cristal 1, muni de ses deux bandes de nickel 22, 23, est mis en place entre les deux disques 3 et 4, da façon qu'un ~aible espacement de l'ordre de 20 microns, détermin~ par l'interposition de minces feuilles d'or, soit ménagé entre la face supérieure du disque 4 et la face inférieure 21 du cristal 1. Les petites bandes de nickel 22, 23 préalablement étamées sont soudées respectivement sur les supports 24, 25 eux aussi préala-blement étamés. On choisit une soudure S à l'étain dégazant trespeu sous vide. Des procédés de soudure fondant à température plus élevée peuvent aussi être utilisés. Les moyens 5, 6 de suspension du cristal, qui comprennent les pièces creuses 24, 25 et les minces bandes de nickel 22, 23 assurent un maintien en position du cristal 1 par rapport au disgue 4. On pourrait naturellement prévoir plus de deux moyens de suspension 5, 6, par exemple trois ou quatre moyens de suspension reliées à trois ou quatre points choisis sur la périphérie du cristal 1.
Comme cela a déjà été précise, le condensateur dans leguel est enfermé le cristal 1 est réalisé par deux disques de silice 3 et 4 séparés par une bague 2. Le disque supérieur 3 est rodé plan, mais il est également possible de roder sa partie ~89S~
centrale au même rayon que celui de la face supérieure 20 du cristal 1. Le disque supérieur 3 est maintenu à faible distance de la face supérieure 20 du cristal 1 (distance comprise entre environ 10 et 100 microns), grâce à la bague 2 qui détermine l'écartement entre les deux dis~ues 3 et 4.
- Il convient de remarquer qu'il n'est pas nécessaire que la face plane 21 du cristal soit parallèle aux faces des disques de silice 3 et 4. D'autre part, un l~ger déplacement vertical du cristal 1 (par exemple provoqué par la dilatation de la suspen-sion 5, 6) n'aurait pas d'importance, l'écartement entre les deux disques 3 et 4 restant conditionné par la seule bague 2.
Les électrodes 26 et 27 du condensateur entourant le cristal 1 sont représentées en hachures respectivement sur les figures 4 et 5. L'électrode 26 est réalisée sur la face inféri-eure du disque supérieur 3 tandis que l'électrode 27 est réalisée sur la face supérieure du disque inférieur 4. Les électrodes 26 et 27 sont déposées par évaporation sous vide et pourraient présenter ~'d~tres configurations que celles représentées sur les figures 4 et 5. La partie du cristal 1 comprise entre les deux électrodes 26 et 27 constitue la partie active du cristal.
Les électrodes 26 et 27 situées dans la partie centrale des disques 3 et 4 présentent des prolongements jusqu'~ des plages 28 et 29 situées sur les faces supérieures des disques 3 et 4 et sur lesquelles sont réalisées les connexions respectivement des fils d~ sortle 14 et 1~ (figures 1 et 23. Le fil de sortie 15, relié à la plage 29 de l'électrode 27, par exemple par une thermocompression, passe par une ouverture 33 réalisée dans la bague 2, et un trou 32 ménagé dans le disque supérieur 3 pour sortir du boitier 8 par l'orifice 17. Afin de réduire les capacités parasites entre le boitier et les électrodes, le disque supérieur 3 porteur de l'électrode 26 est entaillé dans la par-tie portant le chenal de liaison entre l'électrode 26 et la plage 29.
~0789~i~
La bague 2 est le seul élément determinant l'écartement entre les disques 3 et 4. Cette bague 2 peut être en silice, mais peut également être en un matériau présentant une épaisseur variable par dé~ormation élastique.
La bague 2 peut également être piézo-électrique et présenter une épaisseur légèrement variable si 1'on applique une tension électrique entre deux électrodes préalablement depo~ées sur les faces supérieure et inférieure de la bague. La présence d'une bague piézo-électrique 2 donne le moyen de moduler la fréquence du résonateur sans introduction de composant extérieur au résonateur, tel qu'un condensateur auxiliaire, dont le coef~i-cient de qualité est toujours relativement faible.
Ainsi, l'épaisseur et la matière de la bague 2 réali-sant l'écartement des armatures du condensateur constituent des param~tres suppl~mentaires du résonateur qui autorisent une modi~ication des propriétés du résonateur sans que la structure de la partie active du cristal de quartz 1 soit modifiée.
A l'intérieur de l'enceinte étanche 7, 8 sont disposés les deux disques ou plateaux 3 et 4 supportant les électrodes, le cristal de quartz 1 interposé entre les plateaux 3 et 4 et la bague 2 formant entretoise entre les disques 3 et 4 . Les éléments 1, 2, 3 et 4 sont représentés de façon schématique sur la figure 6 et présentent une configuration qui peut être conforme aux modes de réalisation décrits précédemment. Les plateaux 3 et 4 et la bague 2 peuvent recevoir une configuration circulaire avec une symétrie de révolution autour de 1'axe longitudinal du résonateur. Des plateaux-supports 3 et 4 sous forme de disques et une bague 2 de forme annulaire sont en effet particu-lièrement simples à réaliser et limitent les défauts qui pour-raient appara~tre avec des pièces très asymétriques. Toutefois, un bon fonctionnement du résonateur peut être réalisé avec desdisques 3 et 4 ainsi qu'une bague 2, dont les parties périphéri-~789~
~ , ques peuvent présenter des formes ~éométriques très variées.
Afin d'augmenter la résistance aux chocs, le blocage mécanique du condensateur formé par les pièces 2, 3, 4 est assuré exclusivement par des ressorks 112. Deux pièces 11 solidarisées entre elles et maintenues distantes l'une de l'autre par des o~ganes de liaison 12 sont fixées ~ une portion en saillie 8a du couvercle 8. L'ensemble des pièces 2, 3, 4 est maintenu en position entre les plateaux 11 par les ressorts 112 interposés entre l'un des disques 3, 4 et le plateau correspon-dant. Les moyens de support du cristal 1 à l'intérieur du condensateur 3, 4 ne sont pas représentés sur la figure 6.
Deux fils conducteurs de sortie 14 et 15 débouchent hors du couvercle 8 à travers des orifices 16 et 17 remplis d'une matière isolante 18, 19, respectivement. Les fils 14 et 15 sont reliés aux électrodes, non représentées, déposées sur les disques 3 et 4, respectivement.
La bague 2 d'écartement entre les disques 3 et 4 est avantageusement en silice. La bague 2 peut également être en quartz. Toutefois, dans le cas où une modulation de la fréquence du résonateur est envisagée grâce à une action sur la bague 2, il est souhaitable d'utiliser une bague 2 en un matériau piézo-électrique présentant un fort couplage, tel qu'une c~rami-que piézo-électrique, par exemple.
Les disques 3 et 4 sont en un matériau diélectrique, tel que de la silice. Toutefois, dans ce dernier cas, certaines contraintes thermiques apparaissent dans le cristal 1, dues ~
des coefficients de dilatation différents entre le cristal 1 et les plateaux-supports 3 et 4. C'est pourquoi le résonateur de la figure 6 présente des caractéristiques améliorées lorsque les disques 3 et 4 sont en quartz, Bien qu'une mauvaise orien-tation soit possible, c'est-à-dire l'existence d'un certain angle non nul entre l'orientation cristallographique du cristal 1 et ~7895~
l'orientation des disques 3 et 4 en quartz, il est intéressant que chaque disque en quartz présente la meme orientation que le cristal de quartz.
Dans le cas où les disques 3 et 4 sont maintenus écartés par une bague 2 indépendante du cristal 1, et où le cris-tal 1 est suspendu à un seul disque, par exemple le disque 4 (figures 7 et 8), il peut être su~fisant que seul le disque 4 auquel est suspendu le cristal soit en quartz.
Les figures 7 et 8 représentent deux variantes de réalisation d'un ensemble comprenant un condensateur 3, 4, une bague 2 et un cristal 1 et destiné ~ atre monté dans un résona-teur, tel que celui représent~ sur la fi~ure 6. Le cristal 1 est interposé entre deux disques 3 et 4. Les deux disques 3 et 4 sont maintenus écartés l'un de l'autre par une bague indé-pendante 2. Le disque inférieur 4 auquel est suspendu le cris-~al 1 est en quartz de même orientation que le cristal 1. Le c~istal 1, lo~e dans la cavité déterminée par la bague 2 et les disques 3 et ~, est relié au disque 4 par thermocompression ~tant réalisee sur des dépôts métalliques 5, 6 d'or ou d'argent préala-blement réalisés sur le cristal 1 et les portions correspondantes du support inf~rieur 4. Les thermocompressions sont réalisées sur le pourtour de la face 21 du cristal 1 située en regard de la figure 44 du clisque 4. L'électrode non représentée, associée au disque 4, est déposée sur la face 44 à distance des thermo-compressions 5, 6 et en regard de la partie centrale de la face 21 du cristal 1. La distance e entre, d'une part, l'électrode déposée sur la face 44 du disque 4 et, d'autre part, la face 21 du disque 1 ne dépend que de l'~paisseur des thermocompressions 5, 6 et peut être comprise entre environ 0,5 ~u et 50~u. Lorsque l'épaisseur e est relativement importante ~10-50 ~), il est possible d'introduire une mince plaquette d'or supplémentaire entre les deux dépôts d'or réalisés sous vide, avant d'effectuer 1~7895~
les thermocompressions 5, 6. Il est ~ noter que le mode de suspension du cristal 1 représente5 sur les figures 2 et 3 ne nécessite aucun perc~age du disque 4, ni la mise en oeuvre d'aucun insert métallique ou bande métallique de suspension. Par ailleurs, du fait que le cristal ]L et le disque 4 sont tous deux en quartz de même orientation~ il n'apparaît pas de contrain-tes thermiques exagérées dans le cristal au niveau des zones de suspension.
La face 43 du disque 3 située en regard de la face supérieure 20 du cristal 1 peut être plane (figure 8) ou présenter un rayon de courbure voisin de celui de la face supérieure 20 du cristal (figure 7).
Hormis le mode de fixation du cristal 1 par thermo-pression directe sur le disque 4 en quartz, 1'ensemble des pièces représentées sur les figures 7 et 8 peut être réalisé de la facon décrite pluq haut en référence aux figures 3 ~ 5.
Un autre mode de réalisation d'un résonateur, confor-me à l'invention, est représenté sur les figures 9 à 13. Selon ce mode de réalisation de l'invention, dans un bo~tier 7, 8 iden-tique à celui représenté sur les figures 1 ou 6, on substitue à
l'ensemble formé des disques 3 et 4 porteurs d'électrodes, de la bague 2, du crist~l 1 et des moyens de suspension 5 et 6 du cristal, un ensemble comprenant deux disques 3a et 4a porteurs d'électrcdes, semblables aux disques 3 et 4 des figures 1 à 8, et un cristal la, 2a interposé entre les deux disques 3a et 4a, et équivalent au cristal 1 et à la bague 2 des figures 1 à 8.
Dans ce mode de réalisation, l'élément 2a formant bague d'écarte-ment entre les disques 3a et 4a est constitué par une partie périphérique du cristal lui-m8me, rattachée par des parties intermédiaires 34, 35 à une partie centrale la du cristal équivalente au cristal 1 des figures 1 à 3. Ainsi, le cristal est autosuspendu, puisqu'aucun élément étranger ne le relie aux 1~789S4 -`
disques supports 3a et 4a.
Le cristal utilisé peut être, comme dans les premiers exemples de réalisation de l'invention, de formes diverses. Le cristal representé sur les figures 9 à 13 est plan convexe, sa face plane étant sa face inférieure. Le cristal la, 2a est préparé de la fa~on décrite ci-dessus pour le cristal 1.
Comme on peut Le voir en particulier sur la figure 9, le cristal présente un rétrécissement 34, 35 dans sa partie intermédiaire située entre sa partie centrale active la et sa partie périphéri-que 2a formant bague d'écartement. Le rétrécissement 34, 35, obtenu par rodage, peut etre circulaire, mais pourrait présenter d'autres configurations, dépendant en particulier de la confi-guration des électrodes. Après une mise à la fréquence grossière, des évidements 36, 37 (figures 10 à 12) sont réalisés par exemple par usinage ultrasonore, dans une portion de la partie rétrécie annulaire séparant les parties centrale la et périphérique 2a du cristal. Le cristal est ainsi suspendu par deux ponts cris-tallins 34, 35 reliant la partie la à la partie 2a. Le cristal peut toutefois présenter plus de deux ponts 34, 35. Ainsi, sur la figure 13, on a représenté un cristal comprenant trois parties évidées 36a, 36b et 37 et trois ponts cristallins 34, 35 et 42.
En fait, la partie intermédiaire entre les parties centrela la et périphérique 2a du cristal, qui comporte au moins une portion amincie, peut présenter des ponts en nombre varié selon 1'adapta-tion mécanique désirée.
Le cristal est maintenu entre les deux armatures 3a et 4a par sa partie périphérique 2a, qui détermine l'écartement des disques 3a et 4a. Les éléments 11, 12 (voir figure 1) assurant le maintien en position des disques 3a et 4a exercent une action de préférence dans des zones de la périphérie du dis que 3a qui correspondent à des zones éloignées des ponts cris-tallins 34, 35 de la partie 2a du cristal.
1~78954 Les formes géométriques des disques de silice 3a et 4a sont réalisées par rodage et attaque chimique de la silice.
Les faces des disques 3a et 4a peuvent être planes. Toutefois, les faces 43, 44 des disques 3a et 4a présentent avantageusement un profil correspondant aux faces en regard 40 et 41 du cristal.
Des gorges 38 et 39 dont la profondeur est supérieure à l'épais-seur des espacements libres compris entre la partie centrale la et chacune des électrodes déposées respectivement sur les faces 43 et 44, sont avantageusement formées respectivement dans les parties des faces 43 et 44 des disques 3a et 4a en regard de la partie intermédiaire 34, 35, 36, 37 du cristal. Les faces 43 et 44 des disques 3a et 4a prévues dans leur partie périphérique pour épouser la forme de la partie périphérique 2a du cristal, sont dans leur partie centrale portant l'électrode en retrait par rapport à la surface du cristal 40, respectivement 41 correspon-dante, de manière que l'espacement entre le cristal et chacune des électrodes soit très faible (de quelques dixièmes de microns quelques dizaines de microns).
La mise à la fréquence exacte du résonateur est obtenue par rodage fin de la face plane du cristal la, 2a, puis attaque chimique par exemple ~ l'aide d'une solution de bifluorure très diluée. Selon un mode de réalisation avantageux, la partie centrale la de la face inférieure 41 du cristal est en retrait par rapport à la partie périphérique 2a de la même face inférieure 41 du cristal. La profondeur de renfoncement doit rester faible, de l'ordre de 10 à 20 microns. Ce mode de réalisation permet de ne roder, lors de la mise à la fréquence, que la partie 2a de la surface 41, de façon analogue au rodage de la bague 2 des figures 1 à 3. On obtient ainsi une très grande précision dans l'ajustage de la fréquence. En outre, la mise à la fréquence peut aussi s'opérer par action sur l'un des disques 3a et 4a.
Le disque 3a peut par exemple sur sa face 44 comporter un ~789~4 renfoncement de faible profondeur dans sa partie centrale (voir figures 9 et lO)et être rode sur la paxtie périphérique de cette face 44 située en regard de la partie périphérique 2a du cristal pour réaliser l'ajustement précis de la fré~uence, par variation de la distance entre l'~lectrode 27 portée par la face 44 du disque 3a et la face 41 du cristal la. Pour opérer la mise à la fréquence, il est également possible de choisir ùn disque 3a parmi un ensemble de disques calibrés préparés à l'a-vance et munis chacun, dans la partie cen~r~le de leur face 44, d'un renfoncement de dimension bien déterminée.
Les électrodes sont constituées d'un film d'or évaporé
sous vide sur les disques 3a et 4a, comme dans le premier mode de réalisation de l'invention. Les électrodes sont reliées aux fils de sortie par exemple par l'intermédiaire de thermo-compressions T. Toutefois, selon une variante, l'électrode inférieure est en contact avec une borne creuse de nickel 45 dont l'extrémité inférieure conique est ajustée à froid dans un trou conique du disque inférieur 4a, de fac,on analogue à la fixation des pièces 24, 25 de la figure 1. ~ette borne de nickel 45 est soudée par points au fil de sortie correspondant 15a.
La figure 14 représente, à titre d'exemples, trois courbes donnant l'écart de fréquence ~f du résonateur en fonction de sa température de fonctionnement par rapport à un fonctionne-ment à une température de référence Ta, correspondant à la tempé-rature ambiante. Les trois courbes correspondent ~ des cristaux de quartz de coupe AT présentant différents angles de coupe.
La figure 15 représente un ensemble de pièces la, 2a, 3a et 4a équivalant aux ensembles représentés sur les figures 2 et 3, mais dans lequel la bague d'écartement 2a est constituée par une partie périphérique du cristal lui-même, rattachée par une partie intermédiaire continue ou discontinue 34, 35 à une partie centrale active la du cristal.
La distance entre l'électrode déposée sur l'un des disques et la face correspondante du cristal 1 doit être tr~s réduite et être de préférence comprise entre un micron ou quel-ques dixièmes de micron et quelques dizaines de microns. La valeur du coefficient de qualité du résonateur est en effet augmentée et la résistance motionnelle diminuée, lorsque la distance électrode-cristal diminue, sans toutefois que l'électrode soit adhérente au cristal. Il est possible de réaliser dans la partie centrale des disques 3 et 4, qui sont par exemple en silice ou en quartz, un renfoncement de faible épaisseur permet-tant à l'électrode d'être en retrait à cette distance du cristal.
Un tel retrait peut d'ailleurs être réalisé soit parallèlement à la surface du cristal de quartz, soit par utilisation pour la face d'un disque 3 ou 4 et la face correspondante du cristal 1 de deux rodages ayant des rayons de courbure différents. Une autre solution pour déterminer de façon commode un intervalle r électrode-cristal de faible valeur consiste, comme cela est représenté sur la figure 15, à déposer sur le dique 3a et le disque 4a une mince couche de nickel 46, 47 et 48, 49, respecti-vement, par électrolyse, sur une mince couche métallique préala-blement évaporée sur la périphérie des faces 43 et 44 des disques 3a et 4a ou sur une ou plusieurs portions de cette périphérie située en regard de la partie périphérique 2a du cristal. La couche de nickel 46, 47 déposée sur la face 43 du disque 3a et la couche de nickel 48, 49 déposée sur la face 44 du disque 3a déterminent des espacements e entre l'électrode déposée sur la face 43 du disque 3a et la face 40 du cristal ou entre l'élec-trode disposée sur la face 44 du disque 4a et la face 41 du cristal, lesquets espacements e peuvent être très réduits, de l'ordre de 0,5 à 50 ,u. Les électrodes ne sont pas représentées sur les figures 15 et 16.
La couche de nickel 46, 47, 48, 49 joue un rôle 1~'78~S4 d'amortisseur pour des chocs éventuels, et rend inutile tout rodage ou attaque chimique supplémentaire des faces 43 et 44 des disques 3a et 4a. La couche de nickel peut, comme cela est visible sur la figure 16 , pour le cas du disque 4a, ne couvrir qulune ou plusieurs portions 48, 49 de la périphérie de la face du disque correspondant.
La figure 17 représentle un mode de réalisation sous forme compacte d'un résonateur à quartz à électrodes non adhé-rentes au cristal. Dans un tel mode de réalisation, le boitier étanche est constitué par le condensateur 3a, 4a lui-même et la partie 2a du cristal formant bague d'écartement. Le cristal auto-suspendu la, 2a et les disques 3a, 4a sont réalisés de la manière décrite pour le cas d'un résonateur à quartz à boitier indépendant. Toutefois, les disques 3a, 4a sont r~alisés de préférence en quartz de même orientation que le cristal. Par ailleurs, des couches de nickel 46, 47 et 48, 49 sont avantageuse-ment dépos~es sur les faces 43 et 44 des disques 3a et 4a, respectivement, de la manière décrite en référence aux figures 15 et 16. Le bo~tier étanche est, dans le cas de la figure 17, constitué par les faces extérieures 51 et 52 des disques 3a et 4a, les faces latérales 53 et 54 des mêmes disques 3a et 4a et la tranche 55 de la partie périphérique 2a du cristal.
L'ensemble compact formé des pièces la, 2a, 3a, 4a est enrobé
dans une résine 50 destinée à absorber les chocs, Deux fils de sortie 14a, 15a, reliés aux électrodes 26 et 27 déposées, respec-tivement, sur les faces internes 43 et 44 des disques 3a et 4a, emergent de l'enrobage 50 Les disques 3a et 4a enfermant le cristal la sont scellés à la partie périphérique 2a du cristal, sous vide, à
une température élevée d'environ 480 C, en réalisant une thermocompression circulaire dans les zones des tranches 53, 54, 55, respectivement, des disques 3a et 4a et de la partie péri-1~713954 phérique 2a situées au voisinage de la jointure 56 entre ladite partie périphérique 2a et le disque 3a et de la jointure 57 entre la partie périphérique 2a et le disque 4a. La thermo-compression est réalisée sur une mince couche d'or ou d'argent préalablement déposée. I,es électrodes 26 et 27 sont connectées au métal réalisant la thermocompression, respectivemen~, à la jointure 56 et à la jointure 57. Les fils de sortie 14a et 15a sont eux-mêmes connectés au métal des jointures 56 et 57, respec-tivement. Il est à noter que, sur la figure 15 comme sur la figure 17, les couches de nickel sont représentées avec une épaisseur fortement agrandie pour plus de clarté.
Un résonateur tel que celui représenté sur la figure 17 peut présentex des dimensions et une masse extrêmement rédui-tes (par exemple, un résonateur de 5 M~Iz a été réalisé sous la fonme d'un disque de 24 mm de diamètre et 8 mm de hauteur).
En outre, à très basse température, et même à la température de l'hélium liquide, aucune contrainte exagérée n'apparait dans le cristal la, 2a si les disques 3a et 4a sont eux-mêmes également en qùartz de meme orientation que le cristal la, 2a.
"Ie cristal de quartz la, 2a utilisable dans un résona-teur à quartz, tel que celui représenté sur la figure 17, n'est pas différent des cristaux de quartz à auto-suspension utilisa-bles dans des résonateurs, tels que celui représenté sur la figure 1. Ainsi, la partie intermédiaire 34, 35, située entre la partie périphérique formant bague 2a et la partie centrale active la, est rétrécie et peut présenter des évidements, de manière que les portions non évidées 34, 35, située entre la partie périphérique formant bague 2a et la partie centrale active la.
~ __ _ _ ~i39S~
La réalisation sous forme compacte d'un résonateur à
quartz à électrodes non adhérentes au cristal est également possible dans le cas d'un cristal suspendu conformément au mode de réalisation des figures 7 et 8. Dans ce cas, c'est la bague 2 qui joue le rôle de la partie périphérique 2a de la figure 17, et un ensemble compact 1, 2, 3, 4 peut être réalisé d'une manière analogue à 1'ensemble compact la, 2a, 3a, 4a de la figure 17.
D'une manière générale, pour réduire les contraintes résiduelles aux points de suspension du cristal par ses parties périphériques et intermédiaires, il est possible de soumettre le cristal la, 2a à un traitement préalable, avant son montage.
Il est avantageux de faire subir au cristal un recuit à environ 480C suivi d'une très légère attaque au bifluorure.
Par ailleurs, si aucun evidementn'est effectùé dans la par~ie intermédiaire amincie et si, par suite, un seul pont mince 34 s'étendant angulairement sur un angle de 360 entoure complètement la partie active la, ce qui constitue la configura-tion le plus simple (voir figure 18), l'usinage du cristal est extrêmement facilité. Un usinage de révolution, sans usinage ultrasonore complémentaire, peut être suffisant et la gorge annulaire 58, formée dans la partie intermédiaire du cristal pour réaliser une partie amincie 34, peut même être réalisée avec un rodage d'un côté (par exemple, sur la figure 18, du côté de la face 40 du cristal). Naturellement, comme cela est précisé plus haut, le positionnement en hauteur des ponts 34, 35, la hauteur de ces ponts par rapport ~ la tranche du cristal, la largeur de ces ponts ainsi que leur positionnement en aæimut peuvent être très variés, selon les applications envisagées.
Si l'on considère le cas d'une coupe AT (et par exemple un cristal à 5 MHz fonctionnant sur le mode partiel 5), il est préférable que la partie intermédiaire du cristal comprenne .. . .. .. . . . . . . . . .. ~ . . ..
~07895~
deux minces ponts 34, 35 disposés selon l'axe ZZ' (projection de l'axe 2) du cristal de part et d'autre de la partie centrale active la. Lors d'une fabrication par usinage ultrasonore, il est possible de réaliser des ponts 34, 36 dont l'axe coincide avec l'axe ZZ' avec un écart angulaire de moins de 30 minutes d'angle. Un nombre plus élevé de ponts peut être réalisé. Ainsi, outre deux ponts selon l'axe ZZ', la partie intermédiaire du cris-tal peut également comprendre au moins un pont ~2 selon l'axe X
(figure 13). On peut avantageusement donner aux ponts de suspen-sion un caractère de symétrie, aussi bien dans leur forme que dans leur position en azimut. Ainsi, un ensemble de quatre ponts tel que deux ponts soients situés selon l'axe ZZ' et deux ponts soient situés selon l'axe X présente de bonne performances.
Une autre distribution possible des ponts en azimut, compte tenu des symétries d'un cristal de quartz en coupe AT consiste à
placer deux ponts selon l'axe ZZ' et un pont selon une direction qui fait un angle de 60 avec l'axe ZZ'.
L'emplacement des ponts tels que 34, 35, 42 par rapport à la tranche du cristal peut être varié-selon les appli-cations envisag~es. En général, il est préférable que le milieu des ponts coincide avec le plan nodal de référence P de la pastille piézo-électrique la, 2a, qui est situé à mi-hauteur de la pastille cristalline la, 2a, c'est-à-dire au milieu de l'épais-seur du cristal, comme cela est représenté sur les figures 19 21, qui sont des sections partielles d'un c~istal la, 2a dans des plans contenant l'axe de la coupe du cristal et montrant diverses formes possibles de ponts 60, 63, 66 pour relier la partie périphérique 2a du cristal à la partie centrale active la.
Si l'on considbre la figure 19, on voit un exemplè
de pont 60 qui présente des faces supérieure 71 et inféri~ure 72 parallèles entre elles, perpendiculaires aux portions supérieure 61 et inférieure 62 de la tranche de la partie active la du 1078~4 cristal et raccordées chacune respectivement aux parties 61 et 62 de la tranche du cristal par une petite portion arrondie concave 70 formant congé de rayon R. Le pont 60 peut être égale-ment raccordé à la tranche de la partie périphérique 2a du cristal par de petites portions arrondies concaves analogues aux portions 70. Le rayon F des portions arrondies 70 peut être inférieur à
1 ~n. , En se référant à la figure 20, on voit un exemple de pont 63 qui présente des faces supérieure 74 et inférieure 75 qui convergent vers la partie centrale ac~ive la, au niveau du plan nodal principal de référence p du cristal la~ 2a , et sont inclinées d'un angle ~lpha ~ui est d'environ 80 par rapport à la tranche 64, 65 de la partie active la du cristal, laquelle tranche 64, 65 est elle-même perpendiculaire au plan 8. Les faces 74 et 75 du pont 63 sont raccord~es chacune respectivement aux portions supérieure 64 et inférieure 65 de la tranche de la partie active la du cristal par une petite portion arrondie concave 73.
La figure 21 montre encore un autre exemple de forme de pont 66 qui est destinée à donner une lé~ère élasticité dans le plan P de la coupe cristal tout en allongeant le pont, sans augmenter la largeur de la gorge ménagée entre les parties centrale la et périphérique 2a. Le pont 66 présente des faces supérieure 77 et inférieure 78 sensiblement parallèles qui, dans le plan de section de la figure 21 (plan contenant l'axe de la coupe du cristal), présentent un profil à peu près sinusoidal.
D'une manière générale, les parois lat~rales telles que 69 (figure 18), 61, 62 (figure 19), 64, 65 ~figure 20), 67, 68 (figure 21) des gorges 81, 82, 84, 85, 87, 88, respectivement qui déterminent une partie intermédiaire amincie, et notamment les parois constituant la tranche de la partie active la, sont perpendiculaires au plan principal de référence P du cristal et ~0789S~
.
.
présentent une conité inférieure à environ 30 minutes d'angle.
Si l'on considère la figure 22, on voit que les ponts 34, 35 laissés entre les évidements 36 et 37 et reliant la partie centrale active la à la partie périphérique fixe 2a du cristal, sont radiaux. Toutefois, la figure 23 présente un mode de réalisation dans lequel l'extrémité 34b, 35b respectivement d'un pont 34, 35 située du côté de la partie périphérique 2a est décalée d'un certain angle bêta autour de l'axe de la coupe par rapport ~ l'extrémité 34a, 35a respectivement située du côté
de la partie centrale active la, les faces latérales 34c et 34d, respectivement 35c et 35d, de chacun des ponts 34 et 35 étant courbes et présentant le même sens de courbure.
Dans l'ensemble des modes de réalisation de résona-teur conforme à l'invention, et plus particulièrement dans les modes de r~alisation décrits en référence aux figures ~ ~ 13, 15 et 17 à 23, il est important que la tranche de la partie centra-le active la du cristal non seulement soit perpendiculaire au plan de référence du cristai la et ne présente qu'une conicité
la plus faible possible, mais il est préférable que le grain de l'abrasif de finition utilisé pour constituer l'é~at de surface définitif de la tranche du cristal la soit très fin, de l'ordre de quelques microns. Les ponts 34, 35, 42, 60, 63, 66 peuvent eux-mêmes présenter une épaisseur réduite inférieure à quelques centaines de microns (par exemple inférieure à 200 microns), ce qui permet de réaliser une partie centrale active présentant elle-même une épaisseur réduite. Il est possible de réaliser par usinage ionique une partie active de cristal dont l'épaiYseur est inférieure à 100 microns, ce qui autorise une utilisation de résonateurs ~ électrodes non adhérentes au cristal, du type conforme à l'invention, dans des gammes VHF. La largeur de la partie intermédiaire amincie située entre la partie centrale la et la partie périphérique 2a peut présent~r des valeurs diverses selon les applications envisagées. Dans le cas de 1~789~
cristaux d'une coupe AT, SMHz, sur le mode partiel 5, des ler-geurs d de pont (figures 19 à 20) de l'ordre de 2 à 3 mm se sont avérées conduire à de bonnes performances.
Si l'on se réfère de nouveau aux figures 9 et 10, il est préférable que les gorges 38, 39 ménagées respectivement dans les ~ones des faces 43, 44 des disques-supports 3a et 4a situées en regard de la partie intermédiaire 34, 35, 36 du cristal la, 2a, soient rodées avec des grains d'abrasifs qui décrivent une trajectoire située dans un plan qui passe par l'axe du cristal la, 2a. Par ailleurs, pour que les électrodes 26, 27 disposées par métallisation sur les faces 43, 44 des disques 3 et 4 assurent une continuité électrique, il convient que les états de surface des faces 43 et 44 soient de l'ordre de 0,2 micron.
Des résonateurs piézo-électriques conformes à l'inven-tion, réalisés ~ partir de cristaux de quartz naturel dont la coefficient de surtension 0 est de l'ordre de 3.106, et fonc-tionnant à une fréquence de 5 MHz sur le mode partiel 5, pré-sentent une stabilité propre de l'ordre de 4.10 13 sur des temps ~JoiSins de 1 s, tandis que des oscillateurs réalisés à
partir de tèls résonateurs présentent une statilité de 10 12 sur 1 s, 3.10 12 sur 100 s e~ une stabilité inférieure à 10 par jour, après plusieurs semaines de fonctionnement.
Ainsi, grâce notamment à la mise en oeuvre d'une bague diélectrique d'une seule pièce pour déterminer l'écarte-ment entre deux disques supportant des électrodes sur leurs faces internes, et grace à la mise en oeuvre des moyens de suspension capables de supporter la partie active du cristal par rapport à un seul des plateaux ou disques support ou par rapport à la seule bague d'écartement sans introduire de contraintes excessi-ves sans entrafner de contact du cristal avec les électrodes et en maintenant des espaces libres extrêmement réduits entre - ~978~
cristal actif et électrode, les résonateurs conformes à l'inven-tion présentent une stabilité dans le temps améliorée tout en assurant une possibilité de mise à la fréquence commode et précise.
Bien entendu, diverses modifications et adjonctions peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits, uniquement ~ titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de protection de l'invention.
Le disque inférieur 4, que surmontent la bague 2 et le disque supérieur 3, repose sur un épaulement formé dans la paroi du boitier 7. Une bague métallique 11 est encastrée dans le boitier 7 au dessus du disque supérieur 3. La bague 11 assure au moyen de vis 12 et éventuellement par l'intermédiaire de res~
sorts non représentés, le blocage mécanique du condensateur de silice formé par les pièces 2, 3, 4. Les vis 12 peuvent être au nombre de trois, être disposées à 120 l'une de l'autre, et porter sur la périphérie du disque 3 au niveau de la partie surmontant la bague 2.
Une ~orne de masse 13 est fixée sur le boitier 7. Des fils de sortie 14, 15 relies par thermocompression T précédée d'un dép~t d'or aux électrodes formées respectivement sur les disques 3, 4, débouchent à l'ext~rieur du couvercle 8 par des iC~789~4 orifices respectivement 16, 17 munis d'isolants 18, 19 (fi~ures 1 et 2).
Le cristal 1 peut être de formes variées qui dépendent des applications envisagées. On peut ainsi utiliser des cristaux plan convexe, biconvexe, biplan... La figure 1 représente ~ titre d'exemple un cristal circulaire plan convexe présentant une ~ace inférieure 21 plane et une face supérieure 20 convexe.
La surface du cristal 1 doit être préparée avec soin et présenter le moins de défauts possible. Pour que les propriétés des parties du cristal voisines de la surface soient les plus proches possibles deQ propriétés du cristal intérieur, on utilise alternativement des procédés qui forment géométriquement la surface ~rodage, polissage) et des procédés qui la nettoient et l'atta-quent chimiquement. De facon classique, on réalise à la fois des opérations ci-dessus de mise en forme de la surface un net-toyage pUiQ une attaque chimique. Rnfin, le cristal 1 est, selon les procédés courants, soigneusement rincé et nettoyé dans des solvants tels que eau distillée, acétone pure et alcool absolu.
Conformément à un premier mode de suspension du cristal 1 dans le condensateur de silice Z, 3, 4, on thermocomprime des rivets d'or ou d'argent sur la tranche du cristal 1 en au moins deux points diamètralement opposés, sur l'axe ZZ'. Ces rivets sont rivetés sur de minces bandes métalliques, en métal recuit 22, 23 qui seront fix~es sur des supports 24 , 25 montés dans le disque inférieur 4. Evidement ces minces bandes 22, 23 en nickel ou même en laiton peuvent aussi être cimentées sur la tranche du cristal. Cependant, la thermocompression est préférable pour éviter tout dégazage que l'emploi des ciments entraine. En lieu et place de la thermocompression, on pourrait aussi utiliser un procédé de soudure par dépôt électrolytique de nickel (nickel electrobonding).
Deux trous 30, 31 diamètralement opposés sont percés '789~
dans le disque inférieur 4 (figures 1 et 3). Ces trous 30, 31 sont légèrement coniques, l'angle du cone correspondant étant inférieur ou égal à 1 . Deux pi~ces métalliques creuses 24 et 25, légèrement coniques, et de même angle que celui des trous 30 et 31, sont engagées respectivement dans les trous 30 et 31. Les pièces creuses 24, 25 sont en nicke~, et leur surface extéri~ure présente des aspérités. Un état de surface aléatoire peut être obtenu par sablage. Les pièces creuses 24 et 25, ~ui peuvent en outre éventuellement être refroidies avant montage, sont ~ixées de façon sûre au disque inférieur 4. Les pièces creuses 24, 25 peuvent présenter un alésage de plus grand diamètre dans la partie supérieure que dans la partie inférieure.
Le cristal 1, muni de ses deux bandes de nickel 22, 23, est mis en place entre les deux disques 3 et 4, da façon qu'un ~aible espacement de l'ordre de 20 microns, détermin~ par l'interposition de minces feuilles d'or, soit ménagé entre la face supérieure du disque 4 et la face inférieure 21 du cristal 1. Les petites bandes de nickel 22, 23 préalablement étamées sont soudées respectivement sur les supports 24, 25 eux aussi préala-blement étamés. On choisit une soudure S à l'étain dégazant trespeu sous vide. Des procédés de soudure fondant à température plus élevée peuvent aussi être utilisés. Les moyens 5, 6 de suspension du cristal, qui comprennent les pièces creuses 24, 25 et les minces bandes de nickel 22, 23 assurent un maintien en position du cristal 1 par rapport au disgue 4. On pourrait naturellement prévoir plus de deux moyens de suspension 5, 6, par exemple trois ou quatre moyens de suspension reliées à trois ou quatre points choisis sur la périphérie du cristal 1.
Comme cela a déjà été précise, le condensateur dans leguel est enfermé le cristal 1 est réalisé par deux disques de silice 3 et 4 séparés par une bague 2. Le disque supérieur 3 est rodé plan, mais il est également possible de roder sa partie ~89S~
centrale au même rayon que celui de la face supérieure 20 du cristal 1. Le disque supérieur 3 est maintenu à faible distance de la face supérieure 20 du cristal 1 (distance comprise entre environ 10 et 100 microns), grâce à la bague 2 qui détermine l'écartement entre les deux dis~ues 3 et 4.
- Il convient de remarquer qu'il n'est pas nécessaire que la face plane 21 du cristal soit parallèle aux faces des disques de silice 3 et 4. D'autre part, un l~ger déplacement vertical du cristal 1 (par exemple provoqué par la dilatation de la suspen-sion 5, 6) n'aurait pas d'importance, l'écartement entre les deux disques 3 et 4 restant conditionné par la seule bague 2.
Les électrodes 26 et 27 du condensateur entourant le cristal 1 sont représentées en hachures respectivement sur les figures 4 et 5. L'électrode 26 est réalisée sur la face inféri-eure du disque supérieur 3 tandis que l'électrode 27 est réalisée sur la face supérieure du disque inférieur 4. Les électrodes 26 et 27 sont déposées par évaporation sous vide et pourraient présenter ~'d~tres configurations que celles représentées sur les figures 4 et 5. La partie du cristal 1 comprise entre les deux électrodes 26 et 27 constitue la partie active du cristal.
Les électrodes 26 et 27 situées dans la partie centrale des disques 3 et 4 présentent des prolongements jusqu'~ des plages 28 et 29 situées sur les faces supérieures des disques 3 et 4 et sur lesquelles sont réalisées les connexions respectivement des fils d~ sortle 14 et 1~ (figures 1 et 23. Le fil de sortie 15, relié à la plage 29 de l'électrode 27, par exemple par une thermocompression, passe par une ouverture 33 réalisée dans la bague 2, et un trou 32 ménagé dans le disque supérieur 3 pour sortir du boitier 8 par l'orifice 17. Afin de réduire les capacités parasites entre le boitier et les électrodes, le disque supérieur 3 porteur de l'électrode 26 est entaillé dans la par-tie portant le chenal de liaison entre l'électrode 26 et la plage 29.
~0789~i~
La bague 2 est le seul élément determinant l'écartement entre les disques 3 et 4. Cette bague 2 peut être en silice, mais peut également être en un matériau présentant une épaisseur variable par dé~ormation élastique.
La bague 2 peut également être piézo-électrique et présenter une épaisseur légèrement variable si 1'on applique une tension électrique entre deux électrodes préalablement depo~ées sur les faces supérieure et inférieure de la bague. La présence d'une bague piézo-électrique 2 donne le moyen de moduler la fréquence du résonateur sans introduction de composant extérieur au résonateur, tel qu'un condensateur auxiliaire, dont le coef~i-cient de qualité est toujours relativement faible.
Ainsi, l'épaisseur et la matière de la bague 2 réali-sant l'écartement des armatures du condensateur constituent des param~tres suppl~mentaires du résonateur qui autorisent une modi~ication des propriétés du résonateur sans que la structure de la partie active du cristal de quartz 1 soit modifiée.
A l'intérieur de l'enceinte étanche 7, 8 sont disposés les deux disques ou plateaux 3 et 4 supportant les électrodes, le cristal de quartz 1 interposé entre les plateaux 3 et 4 et la bague 2 formant entretoise entre les disques 3 et 4 . Les éléments 1, 2, 3 et 4 sont représentés de façon schématique sur la figure 6 et présentent une configuration qui peut être conforme aux modes de réalisation décrits précédemment. Les plateaux 3 et 4 et la bague 2 peuvent recevoir une configuration circulaire avec une symétrie de révolution autour de 1'axe longitudinal du résonateur. Des plateaux-supports 3 et 4 sous forme de disques et une bague 2 de forme annulaire sont en effet particu-lièrement simples à réaliser et limitent les défauts qui pour-raient appara~tre avec des pièces très asymétriques. Toutefois, un bon fonctionnement du résonateur peut être réalisé avec desdisques 3 et 4 ainsi qu'une bague 2, dont les parties périphéri-~789~
~ , ques peuvent présenter des formes ~éométriques très variées.
Afin d'augmenter la résistance aux chocs, le blocage mécanique du condensateur formé par les pièces 2, 3, 4 est assuré exclusivement par des ressorks 112. Deux pièces 11 solidarisées entre elles et maintenues distantes l'une de l'autre par des o~ganes de liaison 12 sont fixées ~ une portion en saillie 8a du couvercle 8. L'ensemble des pièces 2, 3, 4 est maintenu en position entre les plateaux 11 par les ressorts 112 interposés entre l'un des disques 3, 4 et le plateau correspon-dant. Les moyens de support du cristal 1 à l'intérieur du condensateur 3, 4 ne sont pas représentés sur la figure 6.
Deux fils conducteurs de sortie 14 et 15 débouchent hors du couvercle 8 à travers des orifices 16 et 17 remplis d'une matière isolante 18, 19, respectivement. Les fils 14 et 15 sont reliés aux électrodes, non représentées, déposées sur les disques 3 et 4, respectivement.
La bague 2 d'écartement entre les disques 3 et 4 est avantageusement en silice. La bague 2 peut également être en quartz. Toutefois, dans le cas où une modulation de la fréquence du résonateur est envisagée grâce à une action sur la bague 2, il est souhaitable d'utiliser une bague 2 en un matériau piézo-électrique présentant un fort couplage, tel qu'une c~rami-que piézo-électrique, par exemple.
Les disques 3 et 4 sont en un matériau diélectrique, tel que de la silice. Toutefois, dans ce dernier cas, certaines contraintes thermiques apparaissent dans le cristal 1, dues ~
des coefficients de dilatation différents entre le cristal 1 et les plateaux-supports 3 et 4. C'est pourquoi le résonateur de la figure 6 présente des caractéristiques améliorées lorsque les disques 3 et 4 sont en quartz, Bien qu'une mauvaise orien-tation soit possible, c'est-à-dire l'existence d'un certain angle non nul entre l'orientation cristallographique du cristal 1 et ~7895~
l'orientation des disques 3 et 4 en quartz, il est intéressant que chaque disque en quartz présente la meme orientation que le cristal de quartz.
Dans le cas où les disques 3 et 4 sont maintenus écartés par une bague 2 indépendante du cristal 1, et où le cris-tal 1 est suspendu à un seul disque, par exemple le disque 4 (figures 7 et 8), il peut être su~fisant que seul le disque 4 auquel est suspendu le cristal soit en quartz.
Les figures 7 et 8 représentent deux variantes de réalisation d'un ensemble comprenant un condensateur 3, 4, une bague 2 et un cristal 1 et destiné ~ atre monté dans un résona-teur, tel que celui représent~ sur la fi~ure 6. Le cristal 1 est interposé entre deux disques 3 et 4. Les deux disques 3 et 4 sont maintenus écartés l'un de l'autre par une bague indé-pendante 2. Le disque inférieur 4 auquel est suspendu le cris-~al 1 est en quartz de même orientation que le cristal 1. Le c~istal 1, lo~e dans la cavité déterminée par la bague 2 et les disques 3 et ~, est relié au disque 4 par thermocompression ~tant réalisee sur des dépôts métalliques 5, 6 d'or ou d'argent préala-blement réalisés sur le cristal 1 et les portions correspondantes du support inf~rieur 4. Les thermocompressions sont réalisées sur le pourtour de la face 21 du cristal 1 située en regard de la figure 44 du clisque 4. L'électrode non représentée, associée au disque 4, est déposée sur la face 44 à distance des thermo-compressions 5, 6 et en regard de la partie centrale de la face 21 du cristal 1. La distance e entre, d'une part, l'électrode déposée sur la face 44 du disque 4 et, d'autre part, la face 21 du disque 1 ne dépend que de l'~paisseur des thermocompressions 5, 6 et peut être comprise entre environ 0,5 ~u et 50~u. Lorsque l'épaisseur e est relativement importante ~10-50 ~), il est possible d'introduire une mince plaquette d'or supplémentaire entre les deux dépôts d'or réalisés sous vide, avant d'effectuer 1~7895~
les thermocompressions 5, 6. Il est ~ noter que le mode de suspension du cristal 1 représente5 sur les figures 2 et 3 ne nécessite aucun perc~age du disque 4, ni la mise en oeuvre d'aucun insert métallique ou bande métallique de suspension. Par ailleurs, du fait que le cristal ]L et le disque 4 sont tous deux en quartz de même orientation~ il n'apparaît pas de contrain-tes thermiques exagérées dans le cristal au niveau des zones de suspension.
La face 43 du disque 3 située en regard de la face supérieure 20 du cristal 1 peut être plane (figure 8) ou présenter un rayon de courbure voisin de celui de la face supérieure 20 du cristal (figure 7).
Hormis le mode de fixation du cristal 1 par thermo-pression directe sur le disque 4 en quartz, 1'ensemble des pièces représentées sur les figures 7 et 8 peut être réalisé de la facon décrite pluq haut en référence aux figures 3 ~ 5.
Un autre mode de réalisation d'un résonateur, confor-me à l'invention, est représenté sur les figures 9 à 13. Selon ce mode de réalisation de l'invention, dans un bo~tier 7, 8 iden-tique à celui représenté sur les figures 1 ou 6, on substitue à
l'ensemble formé des disques 3 et 4 porteurs d'électrodes, de la bague 2, du crist~l 1 et des moyens de suspension 5 et 6 du cristal, un ensemble comprenant deux disques 3a et 4a porteurs d'électrcdes, semblables aux disques 3 et 4 des figures 1 à 8, et un cristal la, 2a interposé entre les deux disques 3a et 4a, et équivalent au cristal 1 et à la bague 2 des figures 1 à 8.
Dans ce mode de réalisation, l'élément 2a formant bague d'écarte-ment entre les disques 3a et 4a est constitué par une partie périphérique du cristal lui-m8me, rattachée par des parties intermédiaires 34, 35 à une partie centrale la du cristal équivalente au cristal 1 des figures 1 à 3. Ainsi, le cristal est autosuspendu, puisqu'aucun élément étranger ne le relie aux 1~789S4 -`
disques supports 3a et 4a.
Le cristal utilisé peut être, comme dans les premiers exemples de réalisation de l'invention, de formes diverses. Le cristal representé sur les figures 9 à 13 est plan convexe, sa face plane étant sa face inférieure. Le cristal la, 2a est préparé de la fa~on décrite ci-dessus pour le cristal 1.
Comme on peut Le voir en particulier sur la figure 9, le cristal présente un rétrécissement 34, 35 dans sa partie intermédiaire située entre sa partie centrale active la et sa partie périphéri-que 2a formant bague d'écartement. Le rétrécissement 34, 35, obtenu par rodage, peut etre circulaire, mais pourrait présenter d'autres configurations, dépendant en particulier de la confi-guration des électrodes. Après une mise à la fréquence grossière, des évidements 36, 37 (figures 10 à 12) sont réalisés par exemple par usinage ultrasonore, dans une portion de la partie rétrécie annulaire séparant les parties centrale la et périphérique 2a du cristal. Le cristal est ainsi suspendu par deux ponts cris-tallins 34, 35 reliant la partie la à la partie 2a. Le cristal peut toutefois présenter plus de deux ponts 34, 35. Ainsi, sur la figure 13, on a représenté un cristal comprenant trois parties évidées 36a, 36b et 37 et trois ponts cristallins 34, 35 et 42.
En fait, la partie intermédiaire entre les parties centrela la et périphérique 2a du cristal, qui comporte au moins une portion amincie, peut présenter des ponts en nombre varié selon 1'adapta-tion mécanique désirée.
Le cristal est maintenu entre les deux armatures 3a et 4a par sa partie périphérique 2a, qui détermine l'écartement des disques 3a et 4a. Les éléments 11, 12 (voir figure 1) assurant le maintien en position des disques 3a et 4a exercent une action de préférence dans des zones de la périphérie du dis que 3a qui correspondent à des zones éloignées des ponts cris-tallins 34, 35 de la partie 2a du cristal.
1~78954 Les formes géométriques des disques de silice 3a et 4a sont réalisées par rodage et attaque chimique de la silice.
Les faces des disques 3a et 4a peuvent être planes. Toutefois, les faces 43, 44 des disques 3a et 4a présentent avantageusement un profil correspondant aux faces en regard 40 et 41 du cristal.
Des gorges 38 et 39 dont la profondeur est supérieure à l'épais-seur des espacements libres compris entre la partie centrale la et chacune des électrodes déposées respectivement sur les faces 43 et 44, sont avantageusement formées respectivement dans les parties des faces 43 et 44 des disques 3a et 4a en regard de la partie intermédiaire 34, 35, 36, 37 du cristal. Les faces 43 et 44 des disques 3a et 4a prévues dans leur partie périphérique pour épouser la forme de la partie périphérique 2a du cristal, sont dans leur partie centrale portant l'électrode en retrait par rapport à la surface du cristal 40, respectivement 41 correspon-dante, de manière que l'espacement entre le cristal et chacune des électrodes soit très faible (de quelques dixièmes de microns quelques dizaines de microns).
La mise à la fréquence exacte du résonateur est obtenue par rodage fin de la face plane du cristal la, 2a, puis attaque chimique par exemple ~ l'aide d'une solution de bifluorure très diluée. Selon un mode de réalisation avantageux, la partie centrale la de la face inférieure 41 du cristal est en retrait par rapport à la partie périphérique 2a de la même face inférieure 41 du cristal. La profondeur de renfoncement doit rester faible, de l'ordre de 10 à 20 microns. Ce mode de réalisation permet de ne roder, lors de la mise à la fréquence, que la partie 2a de la surface 41, de façon analogue au rodage de la bague 2 des figures 1 à 3. On obtient ainsi une très grande précision dans l'ajustage de la fréquence. En outre, la mise à la fréquence peut aussi s'opérer par action sur l'un des disques 3a et 4a.
Le disque 3a peut par exemple sur sa face 44 comporter un ~789~4 renfoncement de faible profondeur dans sa partie centrale (voir figures 9 et lO)et être rode sur la paxtie périphérique de cette face 44 située en regard de la partie périphérique 2a du cristal pour réaliser l'ajustement précis de la fré~uence, par variation de la distance entre l'~lectrode 27 portée par la face 44 du disque 3a et la face 41 du cristal la. Pour opérer la mise à la fréquence, il est également possible de choisir ùn disque 3a parmi un ensemble de disques calibrés préparés à l'a-vance et munis chacun, dans la partie cen~r~le de leur face 44, d'un renfoncement de dimension bien déterminée.
Les électrodes sont constituées d'un film d'or évaporé
sous vide sur les disques 3a et 4a, comme dans le premier mode de réalisation de l'invention. Les électrodes sont reliées aux fils de sortie par exemple par l'intermédiaire de thermo-compressions T. Toutefois, selon une variante, l'électrode inférieure est en contact avec une borne creuse de nickel 45 dont l'extrémité inférieure conique est ajustée à froid dans un trou conique du disque inférieur 4a, de fac,on analogue à la fixation des pièces 24, 25 de la figure 1. ~ette borne de nickel 45 est soudée par points au fil de sortie correspondant 15a.
La figure 14 représente, à titre d'exemples, trois courbes donnant l'écart de fréquence ~f du résonateur en fonction de sa température de fonctionnement par rapport à un fonctionne-ment à une température de référence Ta, correspondant à la tempé-rature ambiante. Les trois courbes correspondent ~ des cristaux de quartz de coupe AT présentant différents angles de coupe.
La figure 15 représente un ensemble de pièces la, 2a, 3a et 4a équivalant aux ensembles représentés sur les figures 2 et 3, mais dans lequel la bague d'écartement 2a est constituée par une partie périphérique du cristal lui-même, rattachée par une partie intermédiaire continue ou discontinue 34, 35 à une partie centrale active la du cristal.
La distance entre l'électrode déposée sur l'un des disques et la face correspondante du cristal 1 doit être tr~s réduite et être de préférence comprise entre un micron ou quel-ques dixièmes de micron et quelques dizaines de microns. La valeur du coefficient de qualité du résonateur est en effet augmentée et la résistance motionnelle diminuée, lorsque la distance électrode-cristal diminue, sans toutefois que l'électrode soit adhérente au cristal. Il est possible de réaliser dans la partie centrale des disques 3 et 4, qui sont par exemple en silice ou en quartz, un renfoncement de faible épaisseur permet-tant à l'électrode d'être en retrait à cette distance du cristal.
Un tel retrait peut d'ailleurs être réalisé soit parallèlement à la surface du cristal de quartz, soit par utilisation pour la face d'un disque 3 ou 4 et la face correspondante du cristal 1 de deux rodages ayant des rayons de courbure différents. Une autre solution pour déterminer de façon commode un intervalle r électrode-cristal de faible valeur consiste, comme cela est représenté sur la figure 15, à déposer sur le dique 3a et le disque 4a une mince couche de nickel 46, 47 et 48, 49, respecti-vement, par électrolyse, sur une mince couche métallique préala-blement évaporée sur la périphérie des faces 43 et 44 des disques 3a et 4a ou sur une ou plusieurs portions de cette périphérie située en regard de la partie périphérique 2a du cristal. La couche de nickel 46, 47 déposée sur la face 43 du disque 3a et la couche de nickel 48, 49 déposée sur la face 44 du disque 3a déterminent des espacements e entre l'électrode déposée sur la face 43 du disque 3a et la face 40 du cristal ou entre l'élec-trode disposée sur la face 44 du disque 4a et la face 41 du cristal, lesquets espacements e peuvent être très réduits, de l'ordre de 0,5 à 50 ,u. Les électrodes ne sont pas représentées sur les figures 15 et 16.
La couche de nickel 46, 47, 48, 49 joue un rôle 1~'78~S4 d'amortisseur pour des chocs éventuels, et rend inutile tout rodage ou attaque chimique supplémentaire des faces 43 et 44 des disques 3a et 4a. La couche de nickel peut, comme cela est visible sur la figure 16 , pour le cas du disque 4a, ne couvrir qulune ou plusieurs portions 48, 49 de la périphérie de la face du disque correspondant.
La figure 17 représentle un mode de réalisation sous forme compacte d'un résonateur à quartz à électrodes non adhé-rentes au cristal. Dans un tel mode de réalisation, le boitier étanche est constitué par le condensateur 3a, 4a lui-même et la partie 2a du cristal formant bague d'écartement. Le cristal auto-suspendu la, 2a et les disques 3a, 4a sont réalisés de la manière décrite pour le cas d'un résonateur à quartz à boitier indépendant. Toutefois, les disques 3a, 4a sont r~alisés de préférence en quartz de même orientation que le cristal. Par ailleurs, des couches de nickel 46, 47 et 48, 49 sont avantageuse-ment dépos~es sur les faces 43 et 44 des disques 3a et 4a, respectivement, de la manière décrite en référence aux figures 15 et 16. Le bo~tier étanche est, dans le cas de la figure 17, constitué par les faces extérieures 51 et 52 des disques 3a et 4a, les faces latérales 53 et 54 des mêmes disques 3a et 4a et la tranche 55 de la partie périphérique 2a du cristal.
L'ensemble compact formé des pièces la, 2a, 3a, 4a est enrobé
dans une résine 50 destinée à absorber les chocs, Deux fils de sortie 14a, 15a, reliés aux électrodes 26 et 27 déposées, respec-tivement, sur les faces internes 43 et 44 des disques 3a et 4a, emergent de l'enrobage 50 Les disques 3a et 4a enfermant le cristal la sont scellés à la partie périphérique 2a du cristal, sous vide, à
une température élevée d'environ 480 C, en réalisant une thermocompression circulaire dans les zones des tranches 53, 54, 55, respectivement, des disques 3a et 4a et de la partie péri-1~713954 phérique 2a situées au voisinage de la jointure 56 entre ladite partie périphérique 2a et le disque 3a et de la jointure 57 entre la partie périphérique 2a et le disque 4a. La thermo-compression est réalisée sur une mince couche d'or ou d'argent préalablement déposée. I,es électrodes 26 et 27 sont connectées au métal réalisant la thermocompression, respectivemen~, à la jointure 56 et à la jointure 57. Les fils de sortie 14a et 15a sont eux-mêmes connectés au métal des jointures 56 et 57, respec-tivement. Il est à noter que, sur la figure 15 comme sur la figure 17, les couches de nickel sont représentées avec une épaisseur fortement agrandie pour plus de clarté.
Un résonateur tel que celui représenté sur la figure 17 peut présentex des dimensions et une masse extrêmement rédui-tes (par exemple, un résonateur de 5 M~Iz a été réalisé sous la fonme d'un disque de 24 mm de diamètre et 8 mm de hauteur).
En outre, à très basse température, et même à la température de l'hélium liquide, aucune contrainte exagérée n'apparait dans le cristal la, 2a si les disques 3a et 4a sont eux-mêmes également en qùartz de meme orientation que le cristal la, 2a.
"Ie cristal de quartz la, 2a utilisable dans un résona-teur à quartz, tel que celui représenté sur la figure 17, n'est pas différent des cristaux de quartz à auto-suspension utilisa-bles dans des résonateurs, tels que celui représenté sur la figure 1. Ainsi, la partie intermédiaire 34, 35, située entre la partie périphérique formant bague 2a et la partie centrale active la, est rétrécie et peut présenter des évidements, de manière que les portions non évidées 34, 35, située entre la partie périphérique formant bague 2a et la partie centrale active la.
~ __ _ _ ~i39S~
La réalisation sous forme compacte d'un résonateur à
quartz à électrodes non adhérentes au cristal est également possible dans le cas d'un cristal suspendu conformément au mode de réalisation des figures 7 et 8. Dans ce cas, c'est la bague 2 qui joue le rôle de la partie périphérique 2a de la figure 17, et un ensemble compact 1, 2, 3, 4 peut être réalisé d'une manière analogue à 1'ensemble compact la, 2a, 3a, 4a de la figure 17.
D'une manière générale, pour réduire les contraintes résiduelles aux points de suspension du cristal par ses parties périphériques et intermédiaires, il est possible de soumettre le cristal la, 2a à un traitement préalable, avant son montage.
Il est avantageux de faire subir au cristal un recuit à environ 480C suivi d'une très légère attaque au bifluorure.
Par ailleurs, si aucun evidementn'est effectùé dans la par~ie intermédiaire amincie et si, par suite, un seul pont mince 34 s'étendant angulairement sur un angle de 360 entoure complètement la partie active la, ce qui constitue la configura-tion le plus simple (voir figure 18), l'usinage du cristal est extrêmement facilité. Un usinage de révolution, sans usinage ultrasonore complémentaire, peut être suffisant et la gorge annulaire 58, formée dans la partie intermédiaire du cristal pour réaliser une partie amincie 34, peut même être réalisée avec un rodage d'un côté (par exemple, sur la figure 18, du côté de la face 40 du cristal). Naturellement, comme cela est précisé plus haut, le positionnement en hauteur des ponts 34, 35, la hauteur de ces ponts par rapport ~ la tranche du cristal, la largeur de ces ponts ainsi que leur positionnement en aæimut peuvent être très variés, selon les applications envisagées.
Si l'on considère le cas d'une coupe AT (et par exemple un cristal à 5 MHz fonctionnant sur le mode partiel 5), il est préférable que la partie intermédiaire du cristal comprenne .. . .. .. . . . . . . . . .. ~ . . ..
~07895~
deux minces ponts 34, 35 disposés selon l'axe ZZ' (projection de l'axe 2) du cristal de part et d'autre de la partie centrale active la. Lors d'une fabrication par usinage ultrasonore, il est possible de réaliser des ponts 34, 36 dont l'axe coincide avec l'axe ZZ' avec un écart angulaire de moins de 30 minutes d'angle. Un nombre plus élevé de ponts peut être réalisé. Ainsi, outre deux ponts selon l'axe ZZ', la partie intermédiaire du cris-tal peut également comprendre au moins un pont ~2 selon l'axe X
(figure 13). On peut avantageusement donner aux ponts de suspen-sion un caractère de symétrie, aussi bien dans leur forme que dans leur position en azimut. Ainsi, un ensemble de quatre ponts tel que deux ponts soients situés selon l'axe ZZ' et deux ponts soient situés selon l'axe X présente de bonne performances.
Une autre distribution possible des ponts en azimut, compte tenu des symétries d'un cristal de quartz en coupe AT consiste à
placer deux ponts selon l'axe ZZ' et un pont selon une direction qui fait un angle de 60 avec l'axe ZZ'.
L'emplacement des ponts tels que 34, 35, 42 par rapport à la tranche du cristal peut être varié-selon les appli-cations envisag~es. En général, il est préférable que le milieu des ponts coincide avec le plan nodal de référence P de la pastille piézo-électrique la, 2a, qui est situé à mi-hauteur de la pastille cristalline la, 2a, c'est-à-dire au milieu de l'épais-seur du cristal, comme cela est représenté sur les figures 19 21, qui sont des sections partielles d'un c~istal la, 2a dans des plans contenant l'axe de la coupe du cristal et montrant diverses formes possibles de ponts 60, 63, 66 pour relier la partie périphérique 2a du cristal à la partie centrale active la.
Si l'on considbre la figure 19, on voit un exemplè
de pont 60 qui présente des faces supérieure 71 et inféri~ure 72 parallèles entre elles, perpendiculaires aux portions supérieure 61 et inférieure 62 de la tranche de la partie active la du 1078~4 cristal et raccordées chacune respectivement aux parties 61 et 62 de la tranche du cristal par une petite portion arrondie concave 70 formant congé de rayon R. Le pont 60 peut être égale-ment raccordé à la tranche de la partie périphérique 2a du cristal par de petites portions arrondies concaves analogues aux portions 70. Le rayon F des portions arrondies 70 peut être inférieur à
1 ~n. , En se référant à la figure 20, on voit un exemple de pont 63 qui présente des faces supérieure 74 et inférieure 75 qui convergent vers la partie centrale ac~ive la, au niveau du plan nodal principal de référence p du cristal la~ 2a , et sont inclinées d'un angle ~lpha ~ui est d'environ 80 par rapport à la tranche 64, 65 de la partie active la du cristal, laquelle tranche 64, 65 est elle-même perpendiculaire au plan 8. Les faces 74 et 75 du pont 63 sont raccord~es chacune respectivement aux portions supérieure 64 et inférieure 65 de la tranche de la partie active la du cristal par une petite portion arrondie concave 73.
La figure 21 montre encore un autre exemple de forme de pont 66 qui est destinée à donner une lé~ère élasticité dans le plan P de la coupe cristal tout en allongeant le pont, sans augmenter la largeur de la gorge ménagée entre les parties centrale la et périphérique 2a. Le pont 66 présente des faces supérieure 77 et inférieure 78 sensiblement parallèles qui, dans le plan de section de la figure 21 (plan contenant l'axe de la coupe du cristal), présentent un profil à peu près sinusoidal.
D'une manière générale, les parois lat~rales telles que 69 (figure 18), 61, 62 (figure 19), 64, 65 ~figure 20), 67, 68 (figure 21) des gorges 81, 82, 84, 85, 87, 88, respectivement qui déterminent une partie intermédiaire amincie, et notamment les parois constituant la tranche de la partie active la, sont perpendiculaires au plan principal de référence P du cristal et ~0789S~
.
.
présentent une conité inférieure à environ 30 minutes d'angle.
Si l'on considère la figure 22, on voit que les ponts 34, 35 laissés entre les évidements 36 et 37 et reliant la partie centrale active la à la partie périphérique fixe 2a du cristal, sont radiaux. Toutefois, la figure 23 présente un mode de réalisation dans lequel l'extrémité 34b, 35b respectivement d'un pont 34, 35 située du côté de la partie périphérique 2a est décalée d'un certain angle bêta autour de l'axe de la coupe par rapport ~ l'extrémité 34a, 35a respectivement située du côté
de la partie centrale active la, les faces latérales 34c et 34d, respectivement 35c et 35d, de chacun des ponts 34 et 35 étant courbes et présentant le même sens de courbure.
Dans l'ensemble des modes de réalisation de résona-teur conforme à l'invention, et plus particulièrement dans les modes de r~alisation décrits en référence aux figures ~ ~ 13, 15 et 17 à 23, il est important que la tranche de la partie centra-le active la du cristal non seulement soit perpendiculaire au plan de référence du cristai la et ne présente qu'une conicité
la plus faible possible, mais il est préférable que le grain de l'abrasif de finition utilisé pour constituer l'é~at de surface définitif de la tranche du cristal la soit très fin, de l'ordre de quelques microns. Les ponts 34, 35, 42, 60, 63, 66 peuvent eux-mêmes présenter une épaisseur réduite inférieure à quelques centaines de microns (par exemple inférieure à 200 microns), ce qui permet de réaliser une partie centrale active présentant elle-même une épaisseur réduite. Il est possible de réaliser par usinage ionique une partie active de cristal dont l'épaiYseur est inférieure à 100 microns, ce qui autorise une utilisation de résonateurs ~ électrodes non adhérentes au cristal, du type conforme à l'invention, dans des gammes VHF. La largeur de la partie intermédiaire amincie située entre la partie centrale la et la partie périphérique 2a peut présent~r des valeurs diverses selon les applications envisagées. Dans le cas de 1~789~
cristaux d'une coupe AT, SMHz, sur le mode partiel 5, des ler-geurs d de pont (figures 19 à 20) de l'ordre de 2 à 3 mm se sont avérées conduire à de bonnes performances.
Si l'on se réfère de nouveau aux figures 9 et 10, il est préférable que les gorges 38, 39 ménagées respectivement dans les ~ones des faces 43, 44 des disques-supports 3a et 4a situées en regard de la partie intermédiaire 34, 35, 36 du cristal la, 2a, soient rodées avec des grains d'abrasifs qui décrivent une trajectoire située dans un plan qui passe par l'axe du cristal la, 2a. Par ailleurs, pour que les électrodes 26, 27 disposées par métallisation sur les faces 43, 44 des disques 3 et 4 assurent une continuité électrique, il convient que les états de surface des faces 43 et 44 soient de l'ordre de 0,2 micron.
Des résonateurs piézo-électriques conformes à l'inven-tion, réalisés ~ partir de cristaux de quartz naturel dont la coefficient de surtension 0 est de l'ordre de 3.106, et fonc-tionnant à une fréquence de 5 MHz sur le mode partiel 5, pré-sentent une stabilité propre de l'ordre de 4.10 13 sur des temps ~JoiSins de 1 s, tandis que des oscillateurs réalisés à
partir de tèls résonateurs présentent une statilité de 10 12 sur 1 s, 3.10 12 sur 100 s e~ une stabilité inférieure à 10 par jour, après plusieurs semaines de fonctionnement.
Ainsi, grâce notamment à la mise en oeuvre d'une bague diélectrique d'une seule pièce pour déterminer l'écarte-ment entre deux disques supportant des électrodes sur leurs faces internes, et grace à la mise en oeuvre des moyens de suspension capables de supporter la partie active du cristal par rapport à un seul des plateaux ou disques support ou par rapport à la seule bague d'écartement sans introduire de contraintes excessi-ves sans entrafner de contact du cristal avec les électrodes et en maintenant des espaces libres extrêmement réduits entre - ~978~
cristal actif et électrode, les résonateurs conformes à l'inven-tion présentent une stabilité dans le temps améliorée tout en assurant une possibilité de mise à la fréquence commode et précise.
Bien entendu, diverses modifications et adjonctions peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits, uniquement ~ titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de protection de l'invention.
Claims (38)
1. Résonateur piézoélectrique du type comprenant un boîtier étanche dans lequel on a fait le vide ou introduit un gaz résiduel; à l'intérieur de ce boîtier, un premier et un deuxième disques ou plateaux en matériau diélectrique, disposés face à face et à distance l'un de l'autre; un cristal piézo-électrique disposé entre lesdits premier et deuxième disques;
une première électrode métallique non adhérente au cristal, réalisée par métallisation sur la face du premier disque placée en regard du cristal; une deuxième électrode métallique, non adhérente au cristal, réaliséee par métallisation sur la face du deuxième disque placée en regard du cristal; un premier conducteur connecté à la première électrode et se prolongeant hors du boîtier; un deuxième conducteur connecté à la deuxième électrode et se prolongeant hors du boîtier, des moyens de suspension du cristal pour maintenir la partie centrale active du cristal située en regard desdites première et deuxième électrodes dans une position prédéterminée par rapport à l'un au moins desdits premier et deuxième disques; des moyens de maintien en position de l'ensemble desdits premier et deuxième disques à l'intérieur du boîtier; et des moyens d'entretoise amovibles par rapport aux premier et deuxième disques pour maintenir ces derniers écartés l'un de l'autre; résonateur caractérisé en ce que les moyens d'entrefoise sont constitués par une bague unique en matériau diélectrique qui entoure à
distance la partie centrale active du cristal placée en regard des première et deuxième électrodes, et présente une hauteur telle que les espacements libres ménagés entre la partie centrale active du cristal et les première et deuxième électrodes respectivement ont une épaisseur inférieure à quelques dizaines de microns.
une première électrode métallique non adhérente au cristal, réalisée par métallisation sur la face du premier disque placée en regard du cristal; une deuxième électrode métallique, non adhérente au cristal, réaliséee par métallisation sur la face du deuxième disque placée en regard du cristal; un premier conducteur connecté à la première électrode et se prolongeant hors du boîtier; un deuxième conducteur connecté à la deuxième électrode et se prolongeant hors du boîtier, des moyens de suspension du cristal pour maintenir la partie centrale active du cristal située en regard desdites première et deuxième électrodes dans une position prédéterminée par rapport à l'un au moins desdits premier et deuxième disques; des moyens de maintien en position de l'ensemble desdits premier et deuxième disques à l'intérieur du boîtier; et des moyens d'entretoise amovibles par rapport aux premier et deuxième disques pour maintenir ces derniers écartés l'un de l'autre; résonateur caractérisé en ce que les moyens d'entrefoise sont constitués par une bague unique en matériau diélectrique qui entoure à
distance la partie centrale active du cristal placée en regard des première et deuxième électrodes, et présente une hauteur telle que les espacements libres ménagés entre la partie centrale active du cristal et les première et deuxième électrodes respectivement ont une épaisseur inférieure à quelques dizaines de microns.
2. Résonateur selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'un au moins desdits premier et deuxième disques est en silice.
en ce que l'un au moins desdits premier et deuxième disques est en silice.
3. Résonateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cristal piézoélectrique est un cristal de quartz.
4. Résonateur, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le rayon de courbure de l'une au moins des faces des premier et deuxième disques sur lesquelles sont déposées respec-tivement la première et la deuxième électrodes est différent du rayon de courbure de la face correspondante du cristal placée en regard.
en ce que le rayon de courbure de l'une au moins des faces des premier et deuxième disques sur lesquelles sont déposées respec-tivement la première et la deuxième électrodes est différent du rayon de courbure de la face correspondante du cristal placée en regard.
5. Résonateur, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le disque auquel est suspendu le cristal est percé de deux trous légèrement coniques dans lesquels sont placées deux pièces métalliques creuses de même conicité que les trous et présentant des aspérités sur leur surface extérieure et que de minces bandes métalliques fixées sur la tranche du cristal sont engagées dans les pièces creuses et sont soudées à ces dernières de manière à assurer la suspension du cristal par rapport audit disque.
en ce que le disque auquel est suspendu le cristal est percé de deux trous légèrement coniques dans lesquels sont placées deux pièces métalliques creuses de même conicité que les trous et présentant des aspérités sur leur surface extérieure et que de minces bandes métalliques fixées sur la tranche du cristal sont engagées dans les pièces creuses et sont soudées à ces dernières de manière à assurer la suspension du cristal par rapport audit disque.
6. Résonateur, selon la revendication 5, caractérisé
en ce que les minces bandes métalliques sont en nickel.
en ce que les minces bandes métalliques sont en nickel.
7. Résonateur, selon la revendication 6, caractérisé
en ce que les pièces métalliques creuses sont en nickel.
en ce que les pièces métalliques creuses sont en nickel.
8. Résonateur, selon la revendication 5, caractérisé
en ce que les minces bandes métalliques sont fixées sur la tranche du cristal par thermocompression.
en ce que les minces bandes métalliques sont fixées sur la tranche du cristal par thermocompression.
9. Résonateur, selon la revendication 5, caractérisé
en ce que les minces bandes métalliques sont fixées sur la tranche de cristal à l'aide d'un ciment.
en ce que les minces bandes métalliques sont fixées sur la tranche de cristal à l'aide d'un ciment.
10. Résonateur, selon la revendication 5, caractérisé
en ce que les trous coniques correspondent à des cônes dont l'angle est voisin de 1°.
en ce que les trous coniques correspondent à des cônes dont l'angle est voisin de 1°.
11. Résonateur selon la revendication 1, caractéri-sé en ce qu'au moins le disque auquel est suspendu la cristal est en un matériau piézo-électrique identique au matériau cons-tituant le cristal, et en ce que les moyens de suspension du cristal par rapport à ce disque comprennent plusieurs thermo-compressions localisées, réalisées sur les faces du cristal et du disque-support situées en regard l'une de l'autre.
12. Résonateur, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la bague d'écartement est en silice.
en ce que la bague d'écartement est en silice.
13. Résonateur, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la bague d'écartement est piézo-électrique et munie d'électrodes réalisées par métallisation sur chacune des ses faces frontales, de sorte que l'épaisseur de la bague peut être légèrement modulable par l'application d'une tension électrique sur lesdites électrodes.
en ce que la bague d'écartement est piézo-électrique et munie d'électrodes réalisées par métallisation sur chacune des ses faces frontales, de sorte que l'épaisseur de la bague peut être légèrement modulable par l'application d'une tension électrique sur lesdites électrodes.
14. Résonateur, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la bague d'écartement est d'épaisseur légèrement variable par déformation élastique.
en ce que la bague d'écartement est d'épaisseur légèrement variable par déformation élastique.
15. Résonateur, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la bague d'écartement entourant à distance la partie centrale active du cristal et déterminant l'écartement entre le premier et le deuxième disques est constituée par une partie périphérique du cristal lui-même; en ce que la partie intermédi-aire du cristal située entre ladite partie active centrale et la ladite partie périphérique formant bague présente au moins sur une partie de la distance entre la partie active centrale et la partie périphérique, une épaisseur réduite par rapport à l'épais-seur desdites parties centrale et périphérique; en ce que lesdits moyens de suspension du cristal sont constitués par les parties intermédiaires et périphérique dudit cristal.
en ce que la bague d'écartement entourant à distance la partie centrale active du cristal et déterminant l'écartement entre le premier et le deuxième disques est constituée par une partie périphérique du cristal lui-même; en ce que la partie intermédi-aire du cristal située entre ladite partie active centrale et la ladite partie périphérique formant bague présente au moins sur une partie de la distance entre la partie active centrale et la partie périphérique, une épaisseur réduite par rapport à l'épais-seur desdites parties centrale et périphérique; en ce que lesdits moyens de suspension du cristal sont constitués par les parties intermédiaires et périphérique dudit cristal.
16. Résonateur selon la revendication 3, caractérisé
en ce que le cristal de quartz a été soumis, avant montage, à un recuit à environ 480°C suivi d'une très légère attaque superficielle au bifluorure.
en ce que le cristal de quartz a été soumis, avant montage, à un recuit à environ 480°C suivi d'une très légère attaque superficielle au bifluorure.
17. Résonateur, selon la revendication 15, caractérisé
en ce que pour au moins l'un desdits premier et deuxième disques, la portion de surface portant l'électrode et située en regard des parties centrale et intermédiaire du cristal est en retrait par rapport à la portion périphérique de la même surface qui est en contact avec la partie périphérique du cristal, et cons-titue un renfoncement dont la profondeur est comprise entre quelques dixièmes de microns et quelques dizaines de microns.
en ce que pour au moins l'un desdits premier et deuxième disques, la portion de surface portant l'électrode et située en regard des parties centrale et intermédiaire du cristal est en retrait par rapport à la portion périphérique de la même surface qui est en contact avec la partie périphérique du cristal, et cons-titue un renfoncement dont la profondeur est comprise entre quelques dixièmes de microns et quelques dizaines de microns.
18, Résonateur, selon la revendication 15, caractérisé
en ce que pour au moins une des faces du cristal, la portion de surface correspondant aux parties centrale et intermédiaire du cristal est en retrait par rapport à la portion de la même surface correspondant à la partie périphérique en contact avec lesdits premier et deuxième disques, et constitue un renfonce-ment dont la profondeur est comprise entre quelques dixièmes de microns et quelques dizaines de microns.
en ce que pour au moins une des faces du cristal, la portion de surface correspondant aux parties centrale et intermédiaire du cristal est en retrait par rapport à la portion de la même surface correspondant à la partie périphérique en contact avec lesdits premier et deuxième disques, et constitue un renfonce-ment dont la profondeur est comprise entre quelques dixièmes de microns et quelques dizaines de microns.
19. Résonateur, selon la revendication 15, caractérisé
en ce que les faces du premier et du deuxième disques placées en regard du cristal présentent dans la partie située en face de ladite partie intermédiaire du cristal des gorges dont la profondeur est supérieure à l'épaisseur des espacements libres compris entre la partie centrale active du cristal et les première et deuxième électrodes respectivement.
en ce que les faces du premier et du deuxième disques placées en regard du cristal présentent dans la partie située en face de ladite partie intermédiaire du cristal des gorges dont la profondeur est supérieure à l'épaisseur des espacements libres compris entre la partie centrale active du cristal et les première et deuxième électrodes respectivement.
20. Résonateur, selon la revendication 15, caractérisé
en ce que la face d'au moins un disque tournée vers le cristal reçoit sur au moins une partie de sa périphérie, située en regard de la partie périphérique du cristal, une mince couche métallique suivie d'une mince couche de nickel.
en ce que la face d'au moins un disque tournée vers le cristal reçoit sur au moins une partie de sa périphérie, située en regard de la partie périphérique du cristal, une mince couche métallique suivie d'une mince couche de nickel.
21. Résonateur, selon la revendication 17, caractérisé
en ce que ladite mince couche de nickel est déposée par électro-lyse sur ladite mince couche métallique.
en ce que ladite mince couche de nickel est déposée par électro-lyse sur ladite mince couche métallique.
22. Résonateur, selon la revendication 15, caractérisé
en ce que la partie intermédiaire amincie est constituée par une gorge unique dont la forme et l'emplacement par rapport à la tranche du cristal assurent une adaptation mécanique entre la partie périphérique du cristal immobilisée, et la partie centrale active libre de vibrer.
en ce que la partie intermédiaire amincie est constituée par une gorge unique dont la forme et l'emplacement par rapport à la tranche du cristal assurent une adaptation mécanique entre la partie périphérique du cristal immobilisée, et la partie centrale active libre de vibrer.
23. Résonateur, selon la revendication 15, caractérisé
en ce que des évidements sont formés par usinage ultrasonore dans la partie intermédiaire amincie du cristal de sorte que la partie périphérique du cristal est reliée à la partie centrale du cristal par un nombre limité de ponts constitués par les parties amincies non évidées de la partie intermédiaire.
en ce que des évidements sont formés par usinage ultrasonore dans la partie intermédiaire amincie du cristal de sorte que la partie périphérique du cristal est reliée à la partie centrale du cristal par un nombre limité de ponts constitués par les parties amincies non évidées de la partie intermédiaire.
24. Résonateur, selon la revendication 23, caractérisé
en ce que lesdits moyens de maintien en position de l'ensemble desdits premier et deuxième disques à l'intérieur du boîtier comprennent des organes mécaniques de serrage agissant sur les faces du premier et du deuxième disque situés non en regard du cristal, en des zones périphériques, de façon que la pression correspondante exercée sur le cristal s'effectue en des zones de ladite partie périphérique du cristal éloignées des ponts de liaison entre lesdites parties centrale et périphérique.
en ce que lesdits moyens de maintien en position de l'ensemble desdits premier et deuxième disques à l'intérieur du boîtier comprennent des organes mécaniques de serrage agissant sur les faces du premier et du deuxième disque situés non en regard du cristal, en des zones périphériques, de façon que la pression correspondante exercée sur le cristal s'effectue en des zones de ladite partie périphérique du cristal éloignées des ponts de liaison entre lesdites parties centrale et périphérique.
25. Résonateur selon la revendication 23 ou 24, caractérisé en ce que les ponts sont disposés par rapport à la tranche du cristal de telle manière que le milieu des ponts coincide pratiquement avec le plan nodal de référence du cristal, qui est situé immédiatement au milieu de l'épaisseur du cristal.
26. Résonateur selon la revendication 23, dans lequel le cristal piézo-électrique est un cristal de quartz de coupe AT, caractérisé en ce que la partie intermédiaire du cristal comprend deux ponts disposés de part et d'autre de la partie centrale active, selon l'axe ZZ'.
27. Résonateur selon la revendication 26, caractérisé
en ce que la partie intermédiaire du cristal comprend en outre au moins un pont disposé selon l'axe X.
en ce que la partie intermédiaire du cristal comprend en outre au moins un pont disposé selon l'axe X.
28. Résonateur selon la revendication 27, caractérisé
en ce que la partie intermédiaire du cristal comprend deux ponts disposés de part et d'autre de la partie centrale active, selon l'axe X.
en ce que la partie intermédiaire du cristal comprend deux ponts disposés de part et d'autre de la partie centrale active, selon l'axe X.
29. Résonateur selon la revendication 26, caractérisé
en ce que la partie intermédiaire du cristal comprend en outre au moins un pont disposé selon une direction décalée angulaire-ment de 60° par rapport à l'axe ZZ'.
en ce que la partie intermédiaire du cristal comprend en outre au moins un pont disposé selon une direction décalée angulaire-ment de 60° par rapport à l'axe ZZ'.
30. Résonateur selon la revendication 23, caractérisé
en ce que les ponts présentent, en section dans un plan conte-nant l'axe de la coupe du cristal, des bords supérieur et inférieur parallèles entre-eux, perpendiculaires à la tranche du cristal et raccordés à celle-ci par une partie arrondie concave.
en ce que les ponts présentent, en section dans un plan conte-nant l'axe de la coupe du cristal, des bords supérieur et inférieur parallèles entre-eux, perpendiculaires à la tranche du cristal et raccordés à celle-ci par une partie arrondie concave.
31. Résonateur selon la revendication 23, caractérisé
en ce que les ponts présentent, en section dans un plan contenant l'axe de la coupe du cristal, des bords supérieur et inférieur qui convergent vers la partie centrale active du cristal et sont inclinés d'environ 80° par rapport à la tranche du cristal.
en ce que les ponts présentent, en section dans un plan contenant l'axe de la coupe du cristal, des bords supérieur et inférieur qui convergent vers la partie centrale active du cristal et sont inclinés d'environ 80° par rapport à la tranche du cristal.
32. Résonateur selon la revendication 23, caractérisé
en ce que les ponts présentent, en section dans un plan contenant l'axe de la coupe du cristal des bords supérieur et inférieur parallèles et présentant un profil sensiblement sinusoidal.
en ce que les ponts présentent, en section dans un plan contenant l'axe de la coupe du cristal des bords supérieur et inférieur parallèles et présentant un profil sensiblement sinusoidal.
33. Résonateur selon la revendication 23, caractérisé
en ce que les ponts reliant la partie périphérique du cristal à
la partie centrale active sont radiaux.
en ce que les ponts reliant la partie périphérique du cristal à
la partie centrale active sont radiaux.
34. Résonateur selon la revendication 23, caractérisé
en ce que les ponts reliant la partie périphérique du cristal à la partie centrale active ont leur extrémité située du côté
de la partie périphérique décalée d'un certain angle par rapport à l'extrémité située du côté de la partie centrale active, et présentent des faces latérales courbes ayant le même sens de courbure.
en ce que les ponts reliant la partie périphérique du cristal à la partie centrale active ont leur extrémité située du côté
de la partie périphérique décalée d'un certain angle par rapport à l'extrémité située du côté de la partie centrale active, et présentent des faces latérales courbes ayant le même sens de courbure.
35. Résonateur selon la revendication 23, caractérisé
en ce que les ponts situés dans la partie intermédiaire du cristal présentent un de leurs bords inférieur et supérieur et un seul, qui est dans le prolongement de la face respectivement inférieure ou supérieure de la partie centrale active du cristal.
en ce que les ponts situés dans la partie intermédiaire du cristal présentent un de leurs bords inférieur et supérieur et un seul, qui est dans le prolongement de la face respectivement inférieure ou supérieure de la partie centrale active du cristal.
36. Résonateur selon la revendication 15, caractérisé
en ce que les parois latérales de la partie intermédiaire amincie, qui constituent respectivement les tranches interne et externes des parties périphérique et centrale du cristal piézo-électrique, sont perpendiculaires au plan principal de référence du cristal et présentent une conicité inférieure à environ 30 minutes d'angle.
en ce que les parois latérales de la partie intermédiaire amincie, qui constituent respectivement les tranches interne et externes des parties périphérique et centrale du cristal piézo-électrique, sont perpendiculaires au plan principal de référence du cristal et présentent une conicité inférieure à environ 30 minutes d'angle.
37. Résonateur, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la connexion de l'un au moins desdits premier et deuxième conducteurs connectés respectivement aux première et deuxième électrodes est réalisée par une termocompression précédée d'un dépôt d'or.
en ce que la connexion de l'un au moins desdits premier et deuxième conducteurs connectés respectivement aux première et deuxième électrodes est réalisée par une termocompression précédée d'un dépôt d'or.
38. Résonateur, selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la connexion de l'un au moins desdits premier et deuxième conducteurs connectés respectivement aux première et deuxième électrodes est réalisée à l'aide d'une borne en nickel dont une extrémité est soudée audit conducteur considéré et dont l'autre extrémité, conique, est ajustée dans un trou conique du disque portant l'électrode correspondant audit conducteur.
en ce que la connexion de l'un au moins desdits premier et deuxième conducteurs connectés respectivement aux première et deuxième électrodes est réalisée à l'aide d'une borne en nickel dont une extrémité est soudée audit conducteur considéré et dont l'autre extrémité, conique, est ajustée dans un trou conique du disque portant l'électrode correspondant audit conducteur.
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| US4221986A (en) * | 1978-06-30 | 1980-09-09 | Laboratoires De Physicochimie Appliquees Issec | Piezoelectric resonator with improved suspension |
| US4213104A (en) * | 1978-09-25 | 1980-07-15 | United Technologies Corporation | Vacuum encapsulation for surface acoustic wave (SAW) devices |
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| FR2441960A1 (fr) * | 1978-11-16 | 1980-06-13 | Suisse Horlogerie | Resonateur piezoelectrique travaillant en cisaillement d'epaisseur |
| FR2445029A1 (fr) * | 1978-12-19 | 1980-07-18 | France Etat | Resonateur piezoelectrique a tiroir |
| FR2462055A1 (fr) * | 1979-07-18 | 1981-02-06 | France Etat | Oscillateur haute frequence autothermostate |
| DE3263495D1 (en) * | 1981-02-28 | 1985-06-20 | Kinseki Ltd | Piezoelectric oscillator device |
| CA1201579A (fr) * | 1981-03-05 | 1986-03-11 | Yoshiaki Nagaura | Article de type lentille ou analogue, et methode et dispositif pour sa fabrication |
| US4381471A (en) * | 1981-03-23 | 1983-04-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | SC-Cut quartz resonators with suppressed b-mode |
| US4720651A (en) * | 1982-06-10 | 1988-01-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Resonator insensitive to paraxial accelerations |
| FR2531532A1 (fr) * | 1982-08-05 | 1984-02-10 | Flopetrol | Capteur piezo-electrique, notamment pour la mesure de pressions |
| FR2545669B1 (fr) * | 1983-05-03 | 1985-08-09 | France Etat Armement | Oscillateur a quartz compense en temperature |
| FR2552950B1 (fr) * | 1983-09-30 | 1985-11-08 | Cepe | Resonateur de faible sensibilite |
| FR2552952B1 (fr) * | 1983-09-30 | 1985-11-08 | Cepe | Resonateur auto-suspendu de haute surtension |
| FR2558999A1 (fr) * | 1984-01-27 | 1985-08-02 | Cepe | Procede de fabrication d'un resonateur autosuspendu |
| JPS6141215A (ja) * | 1984-07-31 | 1986-02-27 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 水晶振動子 |
| US4631437A (en) * | 1985-01-10 | 1986-12-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Stress compensated piezoelectric crystal device |
| FR2577362B1 (fr) * | 1985-02-13 | 1987-04-17 | Ebauchesfabrik Eta Ag | Procede de fabrication de resonateurs a quartz a haute frequence |
| FR2583578B1 (fr) * | 1985-06-14 | 1987-08-14 | France Etat Armement | Resonateur piezo-electrique a extremum de sensibilite vis-a-vis des contraintes exterieures de pression |
| EP0267475B1 (fr) * | 1986-11-04 | 1990-02-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Capteur d'ultrasons |
| WO1990010313A1 (fr) * | 1989-02-27 | 1990-09-07 | Motorola, Inc. | Monture a isolation antivibratoire pour cristaux coupes au gt |
| US4999819A (en) * | 1990-04-18 | 1991-03-12 | The Pennsylvania Research Corporation | Transformed stress direction acoustic transducer |
| US5747857A (en) * | 1991-03-13 | 1998-05-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electronic components having high-frequency elements and methods of manufacture therefor |
| US5668057A (en) * | 1991-03-13 | 1997-09-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Methods of manufacture for electronic components having high-frequency elements |
| GB2260642B (en) * | 1991-10-19 | 1995-02-08 | Northern Telecom Ltd | Crystal resonator device |
| US5198716A (en) * | 1991-12-09 | 1993-03-30 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Micro-machined resonator |
| US5250870A (en) * | 1992-03-25 | 1993-10-05 | Motorola, Inc. | Ultra-thin surface mount crystal package |
| JPH06291587A (ja) * | 1992-07-08 | 1994-10-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電振動子 |
| JPH06350376A (ja) * | 1993-01-25 | 1994-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 気密封止された圧電デバイスおよび気密封止パッケージ |
| DE69429848T2 (de) * | 1993-11-01 | 2002-09-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Elektronische Anordnung und Verfahren zur Herstellung |
| DE69409215T2 (de) * | 1993-12-06 | 1998-07-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hybrid Magnetstruktur und deren Herstellungsverfahren |
| US5686779A (en) * | 1995-03-01 | 1997-11-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | High sensitivity temperature sensor and sensor array |
| US5744902A (en) * | 1995-05-16 | 1998-04-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Chemical and biological sensor based on microresonators |
| FR2734964B1 (fr) * | 1995-06-02 | 1997-08-22 | Ecole Nale Sup Artes Metiers | Resonateur piezoelectrique a ondes de volume. |
| US6016025A (en) * | 1997-05-15 | 2000-01-18 | M-Tron Industries, Inc. | Selected overtone resonator with channels |
| FR2776143A1 (fr) * | 1998-03-10 | 1999-09-17 | Bva Ind | Dispositif de fixation d'un resonateur a quartz a electrodes non adherentes |
| JP3731348B2 (ja) * | 1998-06-09 | 2006-01-05 | 松下電器産業株式会社 | 圧電振動子 |
| US6411013B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-06-25 | Honeywell International Inc. | Microactuator array with integrally formed package |
| US6646364B1 (en) * | 2000-07-11 | 2003-11-11 | Honeywell International Inc. | MEMS actuator with lower power consumption and lower cost simplified fabrication |
| US6628048B2 (en) * | 2000-11-29 | 2003-09-30 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Crystal oscillator with improved shock resistance |
| JP2002365123A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Yamato Scale Co Ltd | 水晶振動子を用いた荷重センサ |
| JP2004080221A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Fujitsu Media Device Kk | 弾性波デバイス及びその製造方法 |
| JP4997780B2 (ja) * | 2005-05-16 | 2012-08-08 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電振動片の製造方法 |
| RU2397608C1 (ru) * | 2009-04-20 | 2010-08-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Кварцевый резонатор |
| FR2962614B1 (fr) | 2010-07-06 | 2012-07-27 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Module de decouplage mecanique d'un resonateur a grand coefficient de qualite |
| RU2444122C1 (ru) * | 2010-09-20 | 2012-02-27 | Юрий Сергеевич Иванченко | Кварцевый резонатор |
| US20130235001A1 (en) * | 2012-03-06 | 2013-09-12 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Piezoelectric resonator with airgap |
| JP5991566B1 (ja) * | 2015-01-28 | 2016-09-14 | 株式会社村田製作所 | 水晶振動子及びその製造方法並びに水晶振動デバイス |
| US10509172B2 (en) * | 2015-07-20 | 2019-12-17 | The University Of Queensland | Tunable optical device |
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|---|---|---|---|---|
| US1908320A (en) * | 1929-12-09 | 1933-05-09 | Rca Corp | Piezo-electric crystal holder |
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