Brevet FR2374774A1 — publié le 19780713

La présente invention concerne un résonateur piézo-électrique de forme parallélépipédique oscillant selon le mode de vibration en cisaillement d'épaisseur. Comme générateurs de fréquence standard en horlogerie, en particulier pour les montres bracelet, en utilise de plus en plus des résonateurs piézo-électriques parallélépipédiques spécialement conçus pour vibrer à des fréquences supérieures à 1 MHz. Cen résonateurs sont encités de façon à produire des vibrations en cisaillement d'épaisseur. Ils peuvent être constitués, par exemple, par un cristal de quartz réalisé selon une coupe de type AT ou ET et sur lequel sont disposées des électrodes sous la forme de couches mFtallisées. Les résonateurs destinés à être utilisés en microélectronique on en horlogerie doivent avoir des dimensions extrêmement petites. Il est pauticulièrement intéressant de donner à ces résonateurs la forme de bandes découpées dans une lame de cristal vibrant en cisaillement d'épaisseur. Dans beaucoup de cas, ces résonateurs compertent des bords biseautés on arrondis. Des résonateurs réalisés sur la forme d'un cristal vibrant en cisaillement d'épaisseur ont déjà été décrits respectivement dans les brevets allemande N 2.327.176, 2.351.665 et 2.461.054. En ce qui concerne les résonateurs spécialement destinés à servir de générateurs de fréquence standard pour la mesure du temps, il est essentiel que les autres modes de vibration seient supprimés. Ainsi, par exemple, le brevet allemand N 2.351.665 décrit la mécessité de supprimer les vibrations es cisaillement plan pour ce type de résonateurs. Pour la suppression des modens de vibration indésirables, on a donné au résonateur à la fois une forme et edes dimensions convenables. Jusqu'ici, on mentait les résonateurs parallélépipédiques conventionnels par leurs chants les plus petits. Ce type de montage, pour des résonatenrs extrêmement petits, n'est pas satisfaisant du fait que la face du cristal située au voisinage direct d'un tel chant produit eacore des vibrations, de sorte que le dispesitif de montage provoque un amortissement indésirable des vibrations en cisaillement d'épaisseur que l'on désire obtenir. L'objet de la présente invention est de prévoir un dispositif de montage permettant d'éviter l'amortissement de la vibration dont on a besoin. Le type de suspension proposE dans ce but par l'invention persetX en outres l'amortissement des vibrations indésirables, telles que les vibrations en flexion. Pour un résonateur piézo-électrique du type précité, l'objet de l'invention est réalisé en associant les éléments du dispositif de nontage dans la zone neutre des chants délimitEs par l'épaisseur et la longueur du résonateur. Comme on le saita les électrodes, dans le cas des cristaux parallélépipédiques å vibrations en cisaillesent d'paisseurt son disposées sur les deux chants les plus petits dFlimités a la fois par l'paisseur et la largeur du résonateur.De xanire connue, le résonateur effectue sur ces deux faces des mouvements vibratoires orientés dans le sens longitudinal ou bien dans le sens transversals tandis que la zone situe au milieu de l'paisseur entre les deux faces reste au repos et est considérée comme une zone neutre. Or, si le dispositif de montage du résonateur est fixE au niveau de la zonc neutre sur les chants définis par l'épaisseur et la longueur du cristal, il ne provoque aucun anortissement en ce qui concerne le mode de vibration en cisailleaent d'épaisseur. De plust l'expérience a montré qu'un tel système de montage ne provoque pas le déclenchement d'oscillations ou de vibrations parasites.Bien au contraire, le dispositif de montage peut, selon une variante de l'invention, être réalisé de façon que stse les oscillations parasites poissent être elles aussi amorties il suffit que les éléments du dispositif de montage soient raccordés aux endroits du résonateur où les oscillations parasites ont une amplitude maximale. Ainsi, par exemple, il est particulièrement intéressant de fixer les éléments du dispositif de montage au résonateur aux points où les ventres des oscillations en flexion se produisent. Ces oscillations sont alors considérablement amorties par le dispositif de montage. Dans d'autres cas, il peut être intéressant que les éléments du dispo sitif de montage du rsonateur soient raccordes au centre des chants du rsona- teur délimités par l'épaisseur et la longueur. Ceci est particulièrement intéressant dans le cas de cristaux à vibration en cisaillement d'épaisseur de section carrée, soit dans le cas d'une coupe AT orientée dans la direction de l'axe Y. Le dispositif de Pontage prévu par l'invention peut égalisent être fixé d'une manière différente. Ainsi, par exemple, le résonateur peut être maintenu en place en deux points sur la même tacet au oyent par exemple, de conducteurs ou d'autres el6ment5 de suspension appropriEs associes sur cette face, I1 est Ogalement possible de Maintenir le résonateur en deux points situés respectivesent sur deux faces opposes du parallélépipèdeX I1 est encore possible de fixer des élnents du dispositif de montage en un plus grand nonbre de points. La seule condition indispensablc est que ces élments vienneat en contact avec les chants du cristal délisits par son épaisseur et sa longueur-au niveau de la zone neutre. Une autre réalisation intressante de l'invention réside dans le Pait que le résonateur peut être maintenu en position au niveau des conducteurs électriques eux-mêmes. En ce qui concerne les résonateurs piézo-électriques ceci a déjà été décrit. Dans le cas présent néanmoins, les électrodes doivent déborder sur les chauts du résenateur cas elles sont situées sur des faces distinctes de celles où se trouvent les aliments du dispositif de montage.Les conducteurs électriques qui servent en même temps dlél*ents de portage peuvent avoir la forme de fil5 sondés anx électrodes, Il est également possible de fixer ces conducteurs directement au résonateur ou bien aux électrodes A l'aide d'un adhésif conducteur ou non. Dans le cas d'utilisation d'un adhésif non conducteur, tel que du ciment, il faudra encore établir une connexion conductrice du courant électrique entre les conducteurs et les électrodes, par exemple par dépôt d'une couche conductrice appropriée. On a avantage à biseauter les extrémités du résonateur de manière connue, ou bien d'arrondir les surfaces recouvertes par une électrode. L'invention sera mieux comprise å la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figuresannexées qui représentent en perspective : - La Ligure 1, an résonateur piezo-*lectrique permettant de comprendre le principe mis en oeuvre dans la présente invention ; - Les figures 2 à 7, divers exemples de réalisation d'un résonateur conforme au principe de la présente invention. le résenateur 1 de la figure 1 est constitue par une lame parallélépipédique ayant des faces parallèles, par exemple, une lame de cristal de coupe appropriée, comportant des électrodes 2 et 3 sur deux faces opposées. La longueur du résonateur est indiquée par la lettre "1", la largeur par la lettre "b" et l'épaisseur par la lettre "d". Dés qu'il est convenablement excité par les électrodes 2 et 3, le résonateur 1 commence à vibrer selon le mode en cisaillement d'épaisseur, autrement dit, les deux faces sur lesquelles se trouvent les électrodes effectuent des mouvements vibratoires latéraux en sens contraire. La zone située au milieu du cristal ou zone neutre indiquée par la référence n@mérique 4, reste au repos pendant qu'ont lieu des vibrations de ce mode. Seoln l'invention, c'est sur les faces correspondant à la fois à la longueur et à l'épaisseur de la lame, précisément dans la zene neutre 4, que vient s'engager le dispositif de montage du résonateur. La figure 2 représente un type de réalisation de l'invention selon lequel le résonateur 1 supporte les électrodes 2 et 3 sur deux faces opposees tandis que des éléments de montage ou supperts 5 et 6 sont fixes sur une face perpendiculaire à ces deux faces opposées. Le résonateur 1 est, par exemple, suspendu par des Sils appropriés. Daes ce cas, les conducteurs électriqaes relies anx électrodes 5 et 3 doivent être conçus de façon à n'affecter les vibrations du résonateur qu'aussi peu que possible. La figure 3 représente un autre type de réalisation d'un rE50na- teur selon l'invention. Le résonateur 1 comporte, là encore, une électrode sur deux faces opposées 2 et 3 tandis que les supports 5 et 6 sont Fixes sur deux chants. Dans ce cas également, les conducteurs reliés aux lectrodes 2 et 3 doivent etre conçus de faÇon å n'affecter les vibrations du résonateur qu'aussi peu que possible. La figure 4 reprSsente un autre type de réalisation do ré50na- teur de l'invention. Ce type de rFalisation correspond à celui représenté Par la figure 2 si ce n'est que dans cette variante on a prévu de fixer les supports tou fils de fixation) 5 et 6 respectivesent en un point de la zone neutre où l'aplitude d'une oscillation parasite atteint sa valeur maximale. Pour une meilleure compréhension, on a représenté sur la figure 4 la courbe d'une vibration en flexiont ce qui permet de constater que les supports 5 et 6 ont été fixes aux points où se produisent les ventres de cette oscillation en flexion indésirable. Un autre type ou variante de réalisation de l'invention est représenté par la figure 5. Dans ce cas les électrodes 2 et 3 disposées sur le résonateur 1 comportent chacune un prolongement respectif 7 ct 8 qui déborde sur le chant correspondant. Ces prolongements sont nunis, au niveau de la zone neutre centrale de fils conductaurs 9 et 10 qui servent en ste temps de fils de fixation destinés à maintenir le résonateur 1 en place.Ces fils conducteurs ne doivent pas obligatoirement être disposés sur un même chant du résonateur mais peuvent, au contraire, être fixés sur deux chants homologues de ce derniers corme représente par les-figurcs 2 et 3. Les prolongements des électrodes débordent alors, en cons6quence, chacun sur l'un des chants du rsonateur. La figure 6 est une représentation d'une autre variante de réalisation. Sur cette figure, les extrémités du résontaeur sont hiseautées de manière connue. Les *ils conducteurs lectriques 9 et 10 sont raccordés, au niveau de la zone neutres aux électrodes 2 et 3 par l'intermédiaire des prolongements d'lectrodes 7 et 8 de la même manière- que représent Par la Bigure 5. La figure 7 enfin, représente un type de ralisation du rsona- teur de l'invention selon lequel les deux faces supportant les lectrodes sont boxbes. Les prolongement5 7 et 8 des deux électrodes 2 et 3 dbordentt dans ce cas, sur un même chant du rsonateur 1 où ils sont nunis de fils conduc- teurs électriques 9 et 10 servant en même temps de fils de fixation pour le maintien en place du résonateur. On notera encore que le dispositif de montage ne doit pas obligatoirement être constitué par des fils, mais qu'il est possible d'utiliser tout autre type de fination pourvu qu'il se raccorde dans la zone neutre du cristal. Il reste bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Résonateur piézo-électrique de forme parallélépipédique, destiné b fonctionner en cisaillexent d'Opaisseurw caractéris pat le fait que les fils constituant le dispositif de montage du résonateur sont fixés au niveau de la zone neutre sur les faces délimitées par l'épaisseur et la longueur. 2. Rsonateur piézo-lectrique conforte å la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est maintenu en place an soins en deux points situés sur une même Pace. 3. Résonateur piézo-électrique conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est maintenu en place au moins en deux points situés chacun sur une face opposée. 4. Résonateur piFzo-électrique conforme aux revendications 1 et 3 caractérisé par le fait que chaque fil constituant le dispositif de montage du résonateur se raccorde au centre de la face concernée. 5. Résonateur piézo-électrique conforme à l'une quelconque des revendications 1,2 ou 3, caractérisé par le fait que chaque fil du dispositif de pontage du résonateur est raccordé à l'endroit où les oscillations parasites atteignent leur amplitude maximale. 6. Résonateur piézo-électrique conforte à la revendication 5, carac trisé par le Bait que chaque fil du dispositif de Pontage est raccordé au résonateur à l'endroit où les déformations dues au mode de vibration en flexion présentent leur ventre d'oscillation. 7. Eésonateur piézo-électrique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractris par le Bait qu'il est aintenn en place par les fils conducteurs des lectrodes ces lectrodes débordant suffisamment sar le chant du résonateur pour permettre le raccordement des fils conducteurs. 8. Résonateur piézo-électrique conforme à la revendication 7, carac trisF par le fait que les fils conducteurs sont soudes sur les parties des Flectrodes qui débordent sur le chant du résonateur. 9. Rsonateur piézo-électrique conforme à la revendication 7 caractérisé par le fait que les fils conducteurs sont fixés au resonateur ou bien aux électrodes à l'aide d'un adhésif. 10. Résonateur piézo-électrique conforte à l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le Bait que ses extreuitFs ayant la dimension la plus faible sont biseautées. 11. Résonateur piézo-électrique conforme à l'une quelconque des revendications 1 å 9 caractérisé par le Pait que ses extrsités ayant la dimension la plus faible ont une forme bombée.