Brevet FR2424636A1 — publié le 19791123

La présente invention a pour objet un résonateur à cristal piézo-électrique de coupe AT destiné à vibrer selon un mode de cisaillement d'épaisseur et formé à partir d'un parallé lepipède rectangle de longueur L, de largeur w et d'épaisseur t. Les résonateurs constituent ltélément fondamental d'un oscillateur, ou base de temps, qu'on trouve dans des appareils aussi variés que des équipements de communications, des calculatrices de poche, des ordinateurs, des garde-temps, des filtres, etc. Une des propriétés que l'on cherche à atteindre est la stabilité de la fréquence de résonance en fonction de la température. Si l'on considère l'exemple d'un cristal de quartz, de bonnes performances sont atteintes avec une plaquette dite de coupe AT dont on exploite la vibration en cisaillement d'épaisseur. Cette plaquette a ses deux surfaces principales dans un plan contenant les axes cristallographiques X et Z', l'axe Z' résultant dtune rotation de l'axe Z de + 350 environ autour de l'axe X. La carac téristique de la fréquence propre de cette vibration en fonction de la température est une courbe du troisième degré dont le point d'inflexion est dans le voisinage de la température ambiante et la pente en ce point est très faible. Ainsi, on obtient une grande stabilité dans une large gamme de température. Le développement et la miniaturisation des circuits intégrés provoquent en plus une forte demande d'éléments associés miniatures. Il est donc intéressant de rechercher une forme de résonateur simple avant de bonnes performances électriques et permettant des dimensions réduites. Or, les résonateurs de coupe AT sont traditionnellement des plaquettes rondes ou carrées. Certaines exécutions n'excèdent pas 5 à 6 mm de diamètre. Pour des raisons de volume et d'encombrement, cette forme n'est souvent pas satisfaisante et il serait avantageux d'avoir des résonateurs miniatures allongés ou rectangulaires. Des résonateurs AT miniatures de forme allongée sont connus, par exemple, par la demande de brevet d'invention français nO 74.42558 (nO de publication 2.255.711) et par le brevet Suisse nO 586.488. Lorsqu'on miniaturise en raccourcissant un résonateur de coupe AT et de forme allongée, l'amplitude de vibration devient importante aux extrémités de ce résonateur et il devient difficile de le fixer sans perturber le mode fondamental de vibration . Comme il est expliqué dans les documents ci-dessus, on cherche à réduire l'amplitude de vibration aux extrémités du résonateur de manière à éviter les perturbations dues aux moyens de fixation.Un moyen consiste à maincir les extrémités du résonateur uniformément sur toute la longueur (voir illustrations en figures 1 et 2) ltépais- seur au centre du résonateur restant la même et déterminant la fréquence de résonance voulue. L'énergie de vibration est en effet confinée au centre du résonateur. Or, la réalisation de tels résonateurs requiert un procédé d'usinage très précis et laborieux sur chaque pièce. Le but de la présente invention est justement un résonateur en quartz miniature taillé selon une coupe AT, allongé, qui permette de réduire les temps d'usinage. Il est caractérisé en ce que les aretes et les sommets du parallélépipède rectangle sont arrondis et en ce que l'épaisseur t est inférieure aux bords qu'au centre du résonateur, de sorte que la section selon la longueur 1 ou selon la largeur w est semblable à une ellipse plus ou moins tronquée. L'avantage principal du résonateur selon l'invention réside en ce qu'il ne requiert pas un usinage ou enlèvement de matière, uniformément sur toute sa largeur aux deux extrémités, mais uniquement aux quatre coins des deux surfaces principales. Le résonateur sera fixé en deux coins diagonalement opposés quelconques. Les dessins en annexe illustrent à titre d'exemple des réalisations possibles du résonateur au quartz. Les figures 1 et 2 montrent des réalisations selon l'é- tat de la technique La figure 3 représente le résonateur selon l'invention, placé dans le référentiel cristallographique OXYZ; La figure 4 représente un autre résonateur selon l'inven- tion, mais disposé différemment dans le même référentiel cristallographique OXYZ; Les figures 5, 6 et 7 représentent des coupes du résonateur selon l'invention. En figure 3, le résonateur 1 est allongé selon l'axe Z'. On reconnaît les six faces (k, l, m, n, o, p) du parallélépipède rectangle original dont trois sont visibles. A la suite de l'usina- ge, les aretes et les sommets sont arrondis, l'usinage étant plus prononcé aux bords qu'auxcentres des faces, de sorte que des sections longitudinales ou transversales sont semblables à des ellipses tronquées, telles que le montrent les figures 5, 6 et 7. L'épaisseur t aux quatre coins du résonateur est réduite à pratiquement zéro. En figure 4, le résonateur 2 présente les mêmes caractéristiques de forme sauf qu'il est allongé selon l'axe cristallographique X. En figure 5, on montre une coupe du résonateur passant par deux angles diagonalement opposés. Cette coupe présente sensiblement la forme dtune ellipse. La coupe selon la largeur telle que représentée à la figure 6, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à l'axe Z' dans le cas d'un résonateur selon la figure 3 et dans un plan perpendiculaire à l'axe X dans le cas d'un résonateur selon la figure 4, montre la forme d'une ellipse tronquée. En figure 7, est représentée une coupe longitudinale d'un résonateur selon l'invention, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à l'axe X dans le cas d'un résonateur selon la figure 3, respectivement perpendiculaire à l'axe Z' dans le cas d'un résonateur selon la figure 4. Cette coupe montre elle aussi la forme d'une ellipse tronquée. Les résonateurs selon l'invention seront préférablement fixés par des éléments adéquats (par exemple, des crochets à ressort) en deux coins diagonalement opposés. On peut aussi les fixer par soudure d'éléments de fixation aux milieux des faces k et m, Les résonateurs selon l'invention sont de préférence des résonateurs miniatures ayant des dimensions égales ou inférieures à : 7 mm en longueur 1 2,4 mm en largeur w L'épaisseur est déterminée par la fréquence d'oscillation voulue et elle est choisie sachant que pour les quartz en coupe AT, le produit fréquence X épaisseur est une constante valant approximativement 1660 KEIz mm. Ainsi un résonateur oscillant à 4 MHz aura une épaisseur proche de 0,4 mm en épaisseur t. On constate que ces dimensions occupent un volume bien inférieur à celui des quartz AT traditionnels en forme de plaquettes carrées ou rondes de diamètre 5 à 6 mm De plus, la forme allongée du résonateur convient parfaitement pour son encapsulage dans un bolier qui comprend également le circuit intégré oscillateurdiviseur de fréquence. On obtient ainsi une base de temps complète parfaitement stable montée dans un seul boitier. On parvient ainsi à un résonateur de caractéristiques électriques (facteur de qualité, stabilité) très élevées, requérant un usinage réduit, par rapport aux résonateurs connus, REVNDIOÂTIONS 1.- Résonateur en mode de cisaillement d'épaisseur à cristal de quartz taillé selon une coupe AT formé à partir d'un parallélépipède rectangle allongé de longueur 1, de largeur w et d'épaisseur t, la longueur 1 étant au moins 2,5 fois supérieure à la largeur w, caractérisé en ce que les arêtes sont arrondies en ce que les surfaces principales sont convexes et en ce que l'intersection de tout plan parallèle à t avec l'une quelconque des surfaces principales est un tronçon de courbe à rayon de courbure variable. 2.- Résonateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa longueur 1 est typiquement égale ou inférieure à 7 mm et sa largeur w est égale ou inférieure à 2,4 mm. 3.- Résonateur selon 11 une quelconque des revendications 1 t 2, caractErisé en ce que la direction de sa longueur 1 est parallèle à l'ase cristallographique X. 4.- Résonateur selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que la direction de sa longueur 1 fait un angle d'environ 35Q avec l'axe cristallographique Z.