Brevet FR2417886A1 — publié le 19790914

Le problème général dans la fabrication économique de résonateurs piézo electriques réside dans les mesures qui doivent être prises pour le montage et la suspension de l'élément résonant ainsi que son encapsulage. En ce qui concerne les résonateurs à fréquence relativement basse comme, par exemple, ceux qui fonctionnent dans une gamne située entre 16 kHz et 100 kHz et qui se présentent sous la forme de barreaux, le problème n'est absolument pas résolu de façon satisfaisante malgré les efforts constants faits dans cette direction. Un des resultats de ces efforts est l'élimina- tion du resonateur à barreau au profit du type à diapason.En éliminant ainsi le barreau, les difficultés de montage et d'encapsulage sont consi dérablement diminuées, cependant, la substitution des barreaux eux-mêmes par des diapasons laisse à désirer, bien que de nombreux progrès aient également éte faits dans ce sens. Quand il s'agit de résonateurs à haute fréquence, c'est-à-dire travaillant à une fréquence superieure à 1 MHz, le problème, quoique différent, continue à exister. Jusqu'à ces derniers temps, de tels résonateurs à haute frequence ont pris la forme de disques, taillés et pourvus d'électrodes de manière à vibrer en cisaillement d'epaisseur. Ceux-ci, du fait de leur conception même, posent des problèmes considérables de montage à cause, entre autres, de la difficulté de localiser les points nodaux où les supports doivent être fixés de façon appropriée. Des résonateurs du type à barreau vibrant en cisaillement d'epaisseur ont aussi eté proposés, mais dans de nombreux cas, ils ont soulevé de grandes difficultés surtout pour la reproductibilité d'une qualité regu- liée. Récemment cependant, du fait de progrès dans la compréhension de ces résonateurs, une solution a été trouvée au problème, solution residant dans des résonateurs du type à barreau vibrant en cisaillement d'épaisseur, tels que décrits dans la demande de brevet No 76-39890 dont la déposante est titulaire. Dans ce document est décrit un résonateur de taille YZW ov 350 ol conçu pour vibrer dans un mode qui est la résultante du couplage d'un mode de cisaillement d'épaisseur et d'un mode de flexion.Les qualités particulieres de ce barreau sont telles qu'elles permettent d'éviter à un degre important les difficultés de suspension rencontrées avec les types de résonateurs antérieurs et, entre autres, les difficultés associées au montage de résonateurs à barreau de basse fréquence. De telles difficultés, par exemple, ont leur source dans le fait que quand des suspensions à fil sont utilisées, il est nécessaire de disposer d'encapsulages surdimensionnés pour éviter que le résonateur ne vienne en contact avec les parois quand se produisent des déformations des suspen sions surtout à cause des chocs. En outre, ces types connus de suspension peuvent conduire à des difficultes pendant l'assemblage du résonateur et ensuite à cause des changements de température. Ainsi, pendant l'assemblage, particulièrement quand un flux de chaleur est appliqué pour le soudage, il est possible que les variations de température induisent des contraintes de tension ou de compression dans le barreau. Les mêmes contraintes peuvent évidemment être dues au seul environnement.Ces contraintes in trinseques vont naturellement avoir un effet nefaste sur les qualités et performances du résonateur. En conséquence, l'invention propose un ensemble résonateur dans lequel l'élément piezoélectrique qui vibre en cisaillement d'épaisseur a la forme d'un barreau ou parallélépipède fixe dans un encapsulage de manière à éliminer l'effet des contraintes en provenance du support sur la fréquence et en même temps à réduire l'espace occupé. L'invention sera comprise à la lumière de la description qui suit et pour l'intelligence de laquelle on se référera aux dessins parmi lesquels la fig. 1 est une perspective eclatee d'un résonateur conforme à l'invention, la fig. 2 est une section verticale montrant le résonateur monté sur sa base, la fig. 3 est une perspective éclatée d'une autre forme d'encapsulage et de base. Comme le montre le mieux la fig. 1, les éléments de l'invention comprennent un cristal de quartz 1 pourvu d'électrodes 2 et 3 et des conducteurs de contact 4 et 5 qui peuvent prendre la forme d'extension des electrodes à une extrémité du barreau 1. La monture et l'encapsulage comprennent une base 6 formee d'un matériau isolant et pourvue d'une paire de conducteurs 7 à passage étanche. Ces conducteurs peuvent, par exemple, être des fils métalliques qui traversent la base 6 parallèlement à son axe et qui s'étendent au-delà de sa face interne pour former une paire de broches 7. Quand l'assemblage est terminé, le barreau 1 est placé entre les broches 7 dans le sens de son epaisseur. Comme déjà dit, le barreau 1 est equipé d'une paire d'électrodes métallisées au voisinage de sa zone centrale, le long de sa longueur, et déposees sur les faces perpendiculaires au sens de son épaisseur. Conformément au principe bien connu du piégeage de l'énergie, la vibration va être localisée dans la zone située sous les électrodes. Chacune des deux extrémités du barreau va ainsi former une zone passive ou il est possible de fixer le barreau sans perte d'energie. Comme indiqué auparavant, les particularites d'un resonateur à barreau approprié à une utilisation mettant à profit le présent montage ont eté décrites dans la demande de brevet No 76-39890. Chacune des électrodes est connectée respectivement au moyen d'une piste métallisee à une zone de contact 4 et 5 située sur la même face du barreau que l'électrode correspondant, mais à une de ses extrémités. En réalisant l'assemblage, comme le montre peut être au mieux la fig. 2, il sera utile de coller l'extrêmité du barreau 1 à la face interne de la base 6 au moyen d'une colle 9. Ensuite, le contact peut être assure entre les broches 7 et les zones de contact 4 et 5, ou bien par une colle conductrice ou bien par brasage. Un tel traitement assurera un contact effectif tant électrique que mecanique. En collant le barreau à la base, et ensuite en collant ou brasant les contacts aux broches, un bon contact mécanique est réalisé ainsi qu'une bonne résistance aux chocs. Après fixation à la base, le barreau est, comme on peut s'en rendre compte aisément, libre de tout accessoire encombrant et peut être facilement ajuste à sa frequence exacte par évaporation sous vide du métal des électrodes, sur les deux faces simultanément. Quand cette etape est achevée, le capot 11 peut être appliqué. Ceci peut se faire ou bien par un procéde de soudage à froid sous vide, ou bien par soudage par résistance ou brasage sans flux, ou brasage à froid par le procédé connu parfois comme "push-in". La fig. 3 montre une variante de l'encapsulage de la fig. 1 et dans laquelle le capot 11 porte une marge ou rebord 12, et la base 6 un rebord correspondant 13, ce qui en certaines circonstances peut faciliter les opérations de soudage. REVENDICATIONS 1. Resonateur piezoélectrique comprenant un barreau de quartz taillé dans une orientation YZW ^2 350 0' pourvu d'électrodes conçues de manière à in- duire des vibrations localisées de cisaillement d'épaisseur et dimensionné de manière à être le siège d'une vibration résultante composée de vibrations de flexion couplées avec les vibrations de cisaillement d'épaisseur, des moyens de fixation rigide du barreau à une de ses extrémites, caractérisé par le fait que les vibrations de flexion induites se terminent le long d'un bord libre du barreau, que les moyens de fixation comprennent une base, des conducteurs traversant cette base et isolés les uns des autres, pour connecter les électrodes, des moyens de maintien pour retenir et fixer le barreau et un capot conçu de maniere à épouser la base et former une enceinte hermétique sous vide pour le barreau. 2. Resonateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le barreau est collé sur la base. 3. Résonateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les électrodes sont appliquées sur une portion limitée et prédéterminée des faces longitudinales principales opposées du barreau, et que les conducteurs s'étendent à partir de chaque électrode jusqu'à des plages de contact situées au voisinage d'une extrémité du barreau. 4. Résonateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les plages de contact sont fixées aux conducteurs au moyen d'une colle elec- triquement conductrice. 5. Résonateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capot est soudé à froid et sous vide à la base. 6. Résonateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capot est fixe à la base par soudage à résistance. 7. Résonateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capot est brase à froid et sous vide à la base. 8. Résonateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capot est brase sans flux et sous vide à la base.