Brevet FR2363825A1 — publié le 19780331

La présente invention a pour objet un oscillateur à quartz, et elle vise également un procédé pour la fabrication d'un tel oscillateur. On connait dans 1 'état de la technique une structure porteuse pour oscillateur à quartz du type dit à fils métalliques, dans lequel, ainsi que le montrent les figures 1 et 2 des dessins ci-annexés, l'une des extrémités de chacun de plusieurs fils porteurs 2, tels par exemple que des fils formés avec embouts, est fixée à une lame de quartz 7 perpendiculairement au plan de cette dernière, tandis que l'autre extrémité est attachée à une tige porteuse 3. Des points d'argent sont déposés par cuisson aux emplacements de la lame de quartz choisis pour sa fixation, et les fils porteurs 2 sont eux-mêmes fi xés perpendiculairement sur ces points d'argent.Un élargissement en forme de bride ou autre contour analogue est formé à l'extrémité antérieure des fils porteurs 2 de manière à en assurer une fixation intime. Chacun des fils porteurs 2 doit être ajusté de manière à ce que le sommet du cône de soudure de l'oscillateur puisse coïncider avec un ventre de vibrations de ce fil porteur pour la fréquence d'oscillation propre de ltoscillateur. En conséquence, une fois que l'autre extrémité du fil porteur 2 a été fixée à la tige porteuse 3, on ajuste la position d'une goutte de sou dure 4 de manière à obtenir une longueur effective convenable 11 pour le fil porteur, précaution grâce à laquelle le sommet du cône de soudure est amené en coincidence avec le ventre de vibrations de ce fil porteur. Ce réglage de position de la goutte de soudure 4 doit être exécuté pour chac-un des quatre fils porteurs 2, et représente une opération particulièrement délicate et complexe. Par ailleurs, si la longueur effective li des fils porteurs est courte, il est à craindre que les cônes de soudure fondent également lors de l'opération d'ajustage de position des gouttes de soudure 4, et de ce fait, on se trouve limité dans la voie de réduction de format de l'oscillateur se lon le sens de son épaisseur. Dans le cas d'un oscillateur à quartz de coupe GT, le réglage de la fréquence propre d'oscillation et celui de la carac téristique de température peuvent être exécutés indépendamment l'un de l'au tre. Habituellement, ces réglages doivent être exécutés dans l'état assemblé final.Ceci signifie que, pendant que l'on mesure les grandeurs en cause, il faut polir une surface latérale la dans la direction du côté court du rectan gle et une surface latérale lb dans la direction du côté long, ceci dans une position pour laquelle I'oscillateur à quartz est électriquement connecté ain si que le montre la figure 1. il est nécessaire d'apporter à cette opération de polissage des surfaces latérales la et 7b un soin extrême pour ne pas risquer de tordre les fils porteurs 2. Pour cette raison, il est d'usage courant de détacher les fils porteurs 2 des tiges porteuses 3 à chaque fois avant d'effectuer l'opération de polissage. Ceci entraine de nombreux inconvénients tels en particulier qu'un médiocre rendement de production. La présente invention se donne pour but de remédier aux inconvénients de l'état de la technique et de permettre une miniaturisation plus poussée de l'oscillateur en réduisant appréciablement son format selon le sens de son épaisseur, et de concevoir un oscillateur à quartz rendant aisés les réglages de fréquence propre d'oscillation et de caractéristique de température, cet oscillateur à quartz étant en outre d'une fabrication simple. L'invention vise également un procédé pour la fabrication d'un tel oscillateur à quartz. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que l'oscillateur à quartz comprend une lame de quartz supportée par des fils porteurs orientés parallèlement au plan de cette lame. L'invention sera à présent décrite plus en détail à propos d'une forme de réalisation préférentielle, donnée à simple titre d'exemple illustratif, et avec référence aux dessins ci-annexés, en lesquels Les figures 1 et 2, déjà mentionnées ci-dessus, représentent respectivement en vue perspective et en vue de dessus un oscillateur à quartz de l'état de la technique utilisant une lame de quartz de coupe GT; La figure 3 est une vue en élévation frontale d'un oscillateur à quartz selon la présente invention; La figure 4 est une vue en élévation latérale des parties essentielles de l'oscillateur à quartz de la figure 3; Les figures 5A à 5E illustrent en élévation frontale un certain nombre d'exemples de points et/ou de ligne d'argent formés sur une face de la lame de quartz;; Les figures 6 et 7 illustrent en élévation frontale des exemples de variantes du substrat porteur de l'oscillateur à quartz; La figure 8 représente en-élévation frontale un chassis porteur utilisé dans le procédé de l'invention pour la fabrication de l'oscillateur à quartz; et la figure 9 est une vue en coupe transversale illustrant l'opération de fusion de la soudure mise en oeuvre dans l'exécution du procédé de l'invention. Sur les Figures 3 et 4 des dessins ci-annexés, le repère numérique 5 désigne une lame de quartz sur les deux faces de laquelle sont déposés des filmsélectrodes 6 par vaporisation sous vide. Des points d'argent sont déposés par cuisson aux emplacements de la lame de quartz 5 qui sont prévus pour sa fixation. Des fils porteurs Sa et Sb sont disposés parallèlement au plan de la laie de quartz 5, et ils y sont fixés par des cônes de soudure 7a et 7b formés sur les points d'argent, ceci de manière à être enrobés par ces cônes de soudure. Les positions auxquelles peuvent être formés les points de soudure sont illustrées par les figures 5Â à 5E. Dans le cas d'un oscillateur à quartz de coupe GT, les exemples correspondant aux figures 5B à 5E permettent d'atteindre des buts particuliers tels qu'empêcher la réduction de la vibration du cté court, assurer une plus grande robustesse mécanique pour la fixation, supprimer la vibration du côté long, et supprimer la vibration de flexion dans le sens de l'épaisseur qui eonstitue un mode d'oscillation indésirable .Des points d'argent 10, ou encore des points d'argent 10 et une ligne d'argent 11, sont formés sur une ligne nodale 9 de la vibration du côté court de la lame de quartz 5. La ligne d'argent 11 sert à éliminer la vibration de flexion dans le sens de l'épaisseur, et peut également être prévue dans les formes de réalisation des figures 5A et 5D. - Des cônes de soudure sont formés sur ceux des points d'argent 10 qui sont nécessaires à la fixation de la lame de quartz. Comme fils porteurs Sa et 8b peuvent autre utilisés des fils métalliques rectilignes.De la sorte, il est possible de recourir, en plus du bronze au phosphore qui est habituellement utilisé pour la réalisation de fils à embouts,à tout matériau possédant un module d'élasticité constant et-présentant un faible coefficient de dilatation thermique, tel par exemple que des alliages du type "Elinvar" ou "Co-Elinvar". il est recommandé que les fils porteurs soient préalablement soumis à un bain de dorure ou analogue, ceci afin de renforcer l'affinité envers la soudure. Le repère numérique 12 désigne un substrat porteur de l'oscillateur. Celui-ci est conçu de telle manière que des conducteurs 13a et 13b en forme générale de L sont formés sur les deux faces d'une plaquette de matière céramique, de résine époxy armée de fibres de verre, ou analogue. En choisissant convenablement l'épaisseur du substrat 12, il est possible d'obtenir commodément les suntervalles désirés entre les surfaces de la lame de quartz 5 et les fils porteurs Sa et Sb. Les extrémités inférieures prolongées des fils porteurs Sa et 8b sont raccordées par l'intermédiaire de jonctions soudées 14 aux emplacements de fixation prévus sur les extrémités supérieures des conducteurs 1 3a et 1 3b du substrat porteur 12. Le réglage de longueur des fils porteurs est effec tué en ajustant l'intervalle lui 11 ménagé entre le cône de soudure 7b et la jonction soudée 14.Du fait que cet intervalle entre les soudures des fils porteurs Sa et Sk peut être rendu suffisamment long puisque l'encombrement selon le sens de l'épaisseur de la lame de quartz 5 est réduit, le cône de soudure 7b ne risque pas de fondre, et il est ainsi très facile d'ajuster cette longueur li en portant à la température de fusion la jonction soudée 14. Dans le cas d'un oscillateur à quartz de coupe GT, les réglages de fréquence d'oscillation propre et de caractéristique de température sont exécutés dans l'état représenté à la figure 4 des dessins. k ce stade, aucune force anormale risquant de fléchir ou de tordre les fils porteurs Sa et 8b n'est exercée au cours de l'opération de polissage des surfaces latérales selon les directions du côté long aussi bien que du cOté court, et l'opération d'ajustage s'en trouve grandement facilitée. Sur la figure 3 des dessins, le repère numérique 15 désigne une base à travers laquelle stengagent des broches de connexion 16a et 16b. Les deux broches de connexion 16a et 16b sont raccordées aux extrémités inférieures des deux conducteurs 13a et 13b par l'intermédiaire de fils métalliques 17a et 17b, tels par exemple que des fils de bronze au phosphore, ou encore des cordes à piano.En ce qui concerne les chocs externes, les sections de longueur- 11 des fils porteurs Sa et Sb ainsi que les fils métalliques 17a et l7b absorbent bien les chocs, si bien qu'aucun problème ne se pose dans la pratique de l'emploi., S'il est toutefois nécessaire, on peut imaginer une autre configuration pour les fils métalliques 17a et 17b, par laquelle les chocs extérieurs pourraient être absorbés de façon plus efficace. Les possibilités de réalisation du substrat porteur 12 ne sont pas limitées à exemple ci-dessus décrit. C'est ainsi, par exemple, que l'on pourrait y substituer un substrat I 2a en forme générale de L, comme représenté à la figure 6 des dessins, ou encore un substrat 12p en forme de O à angles carrés, tel que représenté à la figure 7. Dans la forme de réalisation illustrée par cette figure 7, la lame de quartz 5 doit être nécessairement détachée du substrat 12b lors de l'opération d'ajustage. On décrira à présent un procédé de fabrication de l'oscillateur à quartz selon l'invention. savant toute chose, les films-électrodes 6 sont formés sur les deux faces de la lame de quartz 5 par vaporisation sous vide, et les points d'argent 10 ou les points 10 et la ligne d'argent Il sont dé posés par cuisson comme représenté sur llune des figures 5A à 5E des dessins.Le substrat porteur 12 est ensuite formé avec çes électrodes conductrices 13a et t3b. On réalise ensuite des disques de soudure i9 (représentés à la figure 9 des dessins) en laminant de la soudure à une certaine épaisseur fixée d'avance et en découpant la feuille de soudure ainsi obtenue en des disques d'un diamètre prédéterminé; ces disques sont ensuite collés au moyen d'une patte appropriée sur les points d'argent 10a occupant des positions de fixation parmi les points d'argent 10, ainsi qu'en des emplacements prédéterminés des électrodes conductrices 13a et 13b.La figure 8 représente un chassis porteur ou gabarit 20 permettant de supporter la lame de quartz 5, les fils porteurs Sa et Sb, le substrat porteur 12 dans des positions relatives convenablement déterminées. Le gabarit 20 est réalisé avec des gorges 21 et 22 en forme générale de U destinées à recevoir respectivement la lame de quartz 5 et le substrat porteur 12 avec l'espacement voulu.Comme le montre la figure 9, la lame de quartz 5 et le substrat porteur 12 sont respectivement insérés dans les gorges 21 et 22, et les fils métalliques rectilignes Sa et Sb sont mis en place dans des positions prédéterminées sur le gabarit 20. Â ce stade, l'opération de raccordement se trouve facilitée si l'on a préalablement collé les fils métalliques Sa et Sb aux disques de soudure au moyen d'une patte appropriée. Des lampes à rayons infra rouges 24, 24 sont disposées à l'intérieur de réflecteurs 23,- 23 se faisant face, et le gabarit 20 est placé entre ces derniers, de manière à être irradié par les rayons infrarouges.Du fait de cette irradiation par les rayons infrarouges, les disques de soudure 19 se trouvent portés au point de fusion et raccordent les fils porteurs Sa et Sb à la lame de quartz 5 ainsi qu'au substrat porteur 12. Le gabarit est ensuite extrait selon le sens approprié. On obtient alors l'état représenté à la figure 4 des dessins. Lorsque les fils porteurs Sa et Sb sont préalablement soumis à un placage d'aluminium ou à un traitement analogue sur celles de leurs portions autres que les emplacements destinés à la soudure, ceci empoche la soudure de s'étaler. Il serait également possible de disposer une lampe à rayons infrarouges 24 et un réflecteur 23 d'un seul côté seulement du gabarit, de réaliser ainsi le raccordement des fils porteurs correspondants, puis d'inverser la position du gabarit 20 et de réaliser le raccordement des autres fils porteurs. Il est commode et avantageux, dans ce procédé de fabrication, que le gabarit porteur 20 soit pourvu de rainures de faible profondeur pour la mise en place des fils porteurs 8a et 8b. La surface latérale selon la direction du côté court et celle se lon la direction du côté long de la lame de quartz 5 peuvent, dans l'état représenté à la figure 4, être aisément polies de manière à obtenir les réglages voulus de la fréquence propre d'oscillation et de la caractéris tique de température de l'oscillateur. Les fils conducteurs 17a et 17b sont fixés aux électrodes conductrices 13a et 13b du substrat 12, et rac cordés respectivement aux broches de connexion 16a et 16b. La structure qui en résulte est alors scellée dans un capot métallique. La fabrication de l'oscillateur est alors terminée. La présente invention permet ainsi de réduire la cote d'encombre ment selon la direction de l'épaisseur de la lame de quartz, et contribue de la sorte à la miniaturisation de l'oscillateur. Du fait que les fils porteurs sont associés parallèlement au plan de l'oscillateur, on peut emplo yer des fils ordinaires au lieu de fils à embouts. On ne risque pas non plus de tordes ces fils au cours de la réalisation de l'oscillateur, et le matériau constitutif de ces fils peut être choisi dans une large gamme de produits, ceci de manière à abaisser le coût de fabrication et à faciliter le réglage de longueur de ces fils porteurs. Les fils porteurs sont rac cordés de manière à être enrobés dans la soudure, en sorte que soit obte nue une robustesse satisfaisante même dans le cas où l'on utilise des fils fins.Dans la condition sous laquelle le substrat porteur est détaché des broches de connexion delabase et sous laquelle la lame de quartz, les fils porteurs et le substrat porteur sont raccordés les uns aux autres, il est très commode de réaliser les réglages de la fréquence propre et de la ca ractéristique de température de l'oscillateur. En raccordant l'oscillateur à quartz de coupe GT aux fils porteurs en unie pluralité de points choisis le long de la ligne nodale, il est possible d'éliminer la vibration de fle xion selon la direction de l'épaisseur qui constitue un mode d'oscillation indésirable , et de réduire simultanément la vibration du côté long. En outre, les fils porteurs sont raccordés dans la condition sous laquelle la lame de quartz et le substrat porteur sont immobilisés par le gabarit. Pour cette raison, il est possible d'obtenir un haut degré de précision dans la position relative de la lame de quartz, des fils porteurs et du substrat porteur, et leurs soudures peuvent être exécutées en une seule opération, ce qui facilite grandement la fabrication. R E V E N D I C A g I O X S 1. Oscillateur à quartz, caractérisé par le fait qu'il comprend une lame de quartz supportée par des fils porteurs orientés parallèlement au plan de cette lame. 2. Oscillateur à quartz selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, s' agissant d'un oscillateur à quartz de coupe aT, la lame de quartz est supportée en un ou plusieurs emplacements de fixation répartis sur une ligne nodale de la vibration du côté court de cette lame de quartz. 3. Oscillateur à quartz selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les fils porteurs se prolongent de manière à pouvoir se raccorder à un substrat porteur. 4. Procédé de fabrication d'un oscillateur à quartz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par les étapes successives de formation d'un chassis porteur ou gabarit comportant des gorges pour l'immobilisation de la lame de quartz et du substrat porteur avec un espacement relatif prédéterminé, de mise en place de ladite lame de quartz et dudit substrat porteur dans les gorges de ce gabarit, de mise en place des fils porteurs sur des plots de soudure rapportés aux emplacements choisis pour la fixation de ladite lame de quartz et dudit substrat porteur, et de fusion de la soudure par des moyens de chauffage convenables aux fins de raccordement des fils porteurs à la lame de quartz ainsi qu'au substrat porteur.