Brevet FR2776143A1 — publié le 19990917

L'invention concerne les résonateurs à quartz à électrodes non adhérentes au cristal et plus spécialement les moyens de fixation du résonateur par rapport au boîtier dans lequel il est disposé. Actuellement, et par exemple comme décrit dans FR-A-2 638 587, le cristal résonateur est assemblé par des cavaliers en C aux deux éléments du condensateur disposés de part et d'autre de lui, et le sous ensemble ainsi obtenu est maintenu dans l'espace au moyen de ressorts assurant la liaison de chaque cavalier avec un support tubulaire entourant ce sous ensemble. Cet assemblage est complexe, exige une main d'oeuvre qualifiée et nécessite du temps. Après cette opération, le support tubulaire portant le sous ensemble est posé sur une embase, porteuse de broches électriques, et il est procédé à la liaison de chaque broche avec l'une des plages conductrices formées par métallisation sur les cristaux composant les éléments du condensateur. Cette liaison est assurée par des fils qui sont connectés par soudure. La mise en place des fils et la soudure sont d'autant plus délicates qu'elles doivent être effectuées à l'intérieur du support tubulaire et dans un espace ayant une dimension diamétrale de l'ordre de 25 mm. La fabrication est terminée en enfermant le résonateur avec ses liaisons électriques et sa suspension mécanique dans un capot coiffant l'embase. 2 0 Après réalisation d'un vide poussé dans la machine de fermeture, les composants sont portés à une température de l'ordre de 250 C pour éliminer l'humidité et d'éventuels agents de nettoyage pouvant ultérieurement affecter le résonateur. Chacun des composants est ensuite fermé en fixant le capot sur l'embasc par emboutissage à la presse sous vide, emprisonnant ainsi le vide dans l'espace 2 5 délimité entre le capot et l'embase. Cette opération nécessite une machine de fermeture assurant les fonctions pompe à vide et presse d'emboutissage. De tels résonateurs doivent satisfaire à des caractéristiques chimiques et électriques, et surtout doivent présenter un fonctionnement stable quelles que soient les sollicitations qui leurs sont communiquées par leur environnement. Plus précisément, 3 0 les moyens de fixation du sous ensemble condensateur-résonateur doivent présenter une fréquence de résonance assez élevée pour ne pas perturber la vibration du cristal de quartz du résonateur. Or, il s'avère que la suspension actuelle par ressort en appui sur un support tubulaire ne satisfait pas à cette dernière condition, puisqu'elle entre en résonance autour de 800 hertz, alors qu'il faudrait aller au-delà de 2 000 hertz. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en fournissant un dispositif de fixation réduisant le nombre de composants, simplifiant la fabrication, réduisant la durée de celle-ci et améliorant les performances du résonateur. A cet effet, dans le résonateur selon l'invention, chacun des cavaliers est lié à l'embase par un adhésif structural, conducteur de l'électricité, ayant une dureté Shore de 20, un module d'élasticité supérieur à 200 Méga Pascal, une résistance au cisaillement supérieure à 2,9 Méga Pascal, une température de dégradation supérieure à 300 C, ct un taux de dégazage inférieur à 3 % à 300 C, cet adhésif étant déposé localement sous la base du cavalier. La fixation par un adhésif souple penrmet de supprimer les ressorts et le corps tubulaire, donc réduit le nombre de composants, et facilite ainsi la réalisation des connexions électriques, donc contribue aussi à une réduction du temps général de montage. Par ailleurs, grâce à ses caractéristiques physiques, et notamment à sa souplesse et à sa faculté d'amortissement, l'adhésif assurant la liaison des quatre cavaliers permet d'absorber, lors de l'encapsulation à la presse, les contraintes de serrage axiales qui pourraient se transmettre aux cavaliers et, en conséquence, au sous ensemble condensateur-cristal résonateur. Par ailleurs, les points de liaison formés par l'adhésif entre chaque cavalier et l'embase tolèrent la transmission des vibrations au sous ensemble condensateur- cristal résonateur, pour des valeurs beaucoup plus élevées que les ressorts de la technique actuelle, et par exemple pour des valeurs égales ou supérieures à 2 000 Hertz. Dans une forme d'exécution de l'invention, la base de chaque cavalier est liée par l'adhésif structural à une rondelle en matériau isolant, elle-même liée à l'embase, au moins par des points de l'adhésif structural et, pour au moins deux cavaliers diamétralement opposés, choisis comme conducteurs électriques, la couche d'adhésif structural et conducteur assurant la fixation de la base de chacun d'eux s'étend sur la rondelle isolante jusqu'au contact avec le sommet d'une broche de connexion débouchant de l'embase à proximité du cavalier, tandis que chacun des deux éléments du condensateur comporte une plage conductrice reliant son électrode centrale à une plage de contact qui, disposée sur sa face opposée à celle portant l'électrode, est en appui avec une face de serrage du cavalier conducteur correspondant. Cet agencement met à profit la conduction électrique de l'adhésif structural entre, d'une part, l'une des bornes d'alimentation du résonateur, et d'autre part, l'un des cavaliers, utilisés également comme conducteur électrique, et venant en contact, par l'une de ses faces d'appui, avec une plage de contact aménagée sur l'élément correspondant du condensateur. Cette disposition simplifie considérablement la construction, puisqu'elle supprime la mise en place de fils électriques de liaison et la réalisation de soudure. De plus, grâce au caractère souple et amortisseur de l'adhésif, elle supprime tout risque de rupture du circuit électrique, comme c'est le cas avec les liaisons soudées. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, deux formes d'exécution du dispositif de fixation selon l'invention. Figure I est une vue en perspective éclatée montrant les éléments d'une première forme d'exécution du dispositif de fixation, Figure 2 est une vue en coupe transversale du résonateur de figure 1, lorsque tous ses composants sont assemblés, Figure 3 est une vue en plan par dessus, capot enlevé, du résonateur de figure 2, Figures 4 est une vue en coupe transversale d'une autre forme d'exécution du dispositif de fixation selon l'invention, Figure 5 est une vue en plan par dessus du résonateur de figure 4, lorsque le capot est enlevé. Ce résonateur est composé d'un cristal de quartz 2 formant l'élément résonateur et qui est enserré entre les deux éléments 3 et 4 d'un condensateur, également réalisé en cristal de quartz et souvent taillé dans le même cristal que le résonateur 2. Ces éléments 2, 3 et 4 sont réunis par plusieurs cavaliers 5, en forme de C à ailes droites, et disposés à 90 o les uns des autres autour des plaques circulaires 2 5 constituant les cristaux 2, 3 et 4. Chacun des éléments 3 et 4 du condensateur comporte, en regard du cristal de quartz 2, une électrode, respectivement 3a, 4a, disposée dans la partie centrale de sa face faisant vis à vis au cristal 2. Chacune de ces électrodes est réalisée par métallisation et se prolonge vers l'extérieur par un segment radial 3b, 4b, par un segment 3c, 4c, ménagé sur le champ de l'élément du condensateur, et enfin, par une plage de contact 3d, 4d, ménagée sur la face de l'élément 3 ou 4 qui est opposée à celle portant l'électrode 3a, 4a. Le sous ensemble A, ainsi constitué, est disposé dans une enceinte 6, délimitée entre une embase métallique 7 et un capot 8, également métallique. L'embase 7 est en forme de boîte ouverte vers le bas et contient un matériau isolant 9, qui est traversé par des bornes 10a, 10b, 10c, donc celles 10a, 10b, sont reliées au circuit électrique d'alimentation du condensateur. Chaque borne traverse l'embase 7 par des ouvertures 12, ménagées dans son fond, de manière à ne pas venir en contact avec cette embasc métallique. De façon connue, l'enceinte 6 est sous un vide poussé de l'ordre de -7 mbar. Selon l'invention, la liaison de chacun des cavaliers 5 avec l'embase 7 est assurée par une couche ou un plot d'adhésif 13, ayant une épaisseur comprise entre 0,01 et 2 mm. Cet adhésif est choisi parmi ceux ayant une dureté Shore de 20, un module d'élasticité supérieur à 200 Méga Pascal, une résistance au cisaillement supérieure à 2,9 Méga Pascal, une température de dégradation supérieure à 300 C et un taux de dégazage inférieur à 3 % à 300 C. Un tel adhésif peut, par exemple, être constitué par une colle technique epoxy, mono ou bi composant. Une résine convenant pour cc type de réalisation est celle commercialisée par la société EPOTECNY sous la référence E 203, et formée par deux composants, sans solvant, assemblés dans des proportions égales. Lorsque ces deux composants sont mélangés, ils forment une pate thixotropique pouvant être distribuée aisément et avec précision. Après polymérisation, par exemple par chauffage pendant 25 minutes à 150 C, l'adhésif présente les caractéristiques suivantes: - module d'élasticité E de 160 Méga Pascal, ce qui donne un coefficient de raideur K égal à 8.10N/m lui permettant de supporter des fréquences supérieures ou égales à 2 000 Hertz, - résistance au cisaillement, 3 Méga Pascal, - température de dégradation 320 C permettant de résister au traitement thermique, lors de l'encapsulation s'effectuant à une température comprise entre 250 et 300 C, - taux de dégazage: 0,6 % à 200 C, 2,3 % à 300 C, lui permettant de ne pas polluer l'enceinte 6, pendant le traitement thermique de l'encapsulation. Cette résine est conductrice de l'électricité et de la chaleur car elle est chargée par des particules d'argent. Cette faculté lui permet, dans la forme d'exécution des figures 1 à 3, d'évacuer l'électricité statique pouvant perturber le comportement du résonateur. Après collage des cavaliers 5, il est procédé à la réalisation des connexions électriques entre chacune des broches 10a, 10b et les plages de contact, respectivement 4d, 3d, au moyen de conducteurs électriques 14 et 15, liés aux broches et aux plages par collage. Le montage s'effectue d'autant plus aisément qu'aucun obstacle n'empêche d'accéder aux broches et à la plage inférieure 4d. Après mise en place du capot 8 sur l'embase 7, mise sous vide de l'embase 6, il est procédé à la liaison par sertissage du capot 8 avec la jupe de l'embase 7. Cette opération, qui s'effectue à la presse, est sans conséquence sur le sous ensemble A condensateur-cristal de quartz puisque, si des déformations du capot exercent des contraintes sur l'un ou l'autre des cavaliers 5, ces contraintes sont absorbées par les plots d'adhésif 13. Lors du traitement thermique, et grâce à son faible pouvoir de dégazage, l'adhésif structural ne perturbe pas l'ambiance au sein de l'enceinte 6. Des essais réalisés sur un résonateur comportant un tel dispositif de fixation ont montré que, malgré la souplesse de la colle, celle-ci était suffisamment rigide pour reporter les résonances mécaniques à et voire même au-delà de 2 000 Hertz, c'est-à-dire à un seuil qui, beaucoup plus important que celui des résonateurs actuels à suspension par ressorts, correspond aux besoins des applications actuelles. La forme d'exécution représentée aux figures 4 et 5 sc différencient de la précédente par les moyens mis en oeuvre pour assurer la liaison électrique entre les bornes 10a, 10b portées par l'embase et les éléments 3 et 4 du condensateur. Ces moyens mettent à profit la conductibilité électrique des plots 13 de colle. Plus 2 0 précisément, les plots ne sont pas déposés directement sur l'embasc 7, mais sur une couronne 20 en matériau isolant, elle-même rapportée par collage sur cette embase. I1 est évident que la liaison de la couronne 20 avec la face supérieure de l'embase 7 est assurée par le même adhésif structural, réparti uniformément sous la couronne ou sous la forme de plots. Dans cette construction, au moins deux des cavaliers Sa, 5b, qui, dans 2 5 la forme d'exécution précédente, étaient disposés de manière à ne pas venir en contact avec les plages de contact 3d et 4d des éléments 3 et 4 du condensateur, sont, au contraire, disposés pour venir directement en appui sur ces plages, de manière à assurer eux-mêmes la connexion électrique. Les deux cavaliers 5a et 5b sont liés par un plot 13a de colle qui comporte un prolongement radial 13b s'étcndant au-dessus dc la couronne isolante 20 jusqu'au contact avec la broche 1 Oa, I O0b correspondante. La mise à la masse, assurant l'évacuation de l'électricité statique, est assurée par l'un des cavaliers non utilisés pour l'alimentation électrique du condensateur et par exemple par celui 5c dont le plot de l'adhésif structural se prolonge jusqu'au bord intérieur de la couronne 2a par une barrette radiale 13d puis longe le champ de ce bord 3 5 par une barrette longitudinale 13e venant en contact avec l'embase 7. Ce montage supprime la phase de connexion par soudure des fils électriques et réduit donc le temps général de fabrication du résonateur. Par ailleurs, grâce aux caractéristiques de l'adhésif structural, et en particulier à son caractère adhésif, à sa souplesse et à son élasticité, la liaison électrique ainsi obtenue ne risque pas de casser sous les chocs encaissés par le résonateur, comme c'est le cas avec une soudure traditionnelle. Par rapport aux résonateurs actuels, le dispositif de fixation selon l'invention permet de rigidificr l'ensemble, d'éliminer les déplacemcnts entre les différents éléments, de réduire le nombre de composants dans une proportion de l'ordre 50 %, de réduire le volume du sous ensemble condensateur-cristal résonateur également de l'ordre de 50 %, ce qui augmente les possibilités d'application, d'augmenter la résistance du résonateur aux vibrations externes de fort niveau, tout en maintenant les performances électriques et la sensibilité à la gravitation. -7 REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation d'un résonateur à quartz à électrodes non adhérentes comprenant, d'une part, des cavaliers (5) répartis angulairement en enserrant chacun les deux éléments circulaires (3, 4) d'un condensateur à quartz et le cristal résonateur (2), également circulaire et disposé entre eux, d'autre part, une embase (7) portant des broches (10a, 1 Ob) de connexion et apte à être sertie à un capot (8) coiffant l'ensemble, et de plus, des circuits électriques reliant les broches de connexion à des plages conductrices portées par les éléments du condensateur, caractérisé en ce que chacun des cavaliers (5) est lié à l'embase (7) par un plot (13) d'un adhésif structural, conducteur de l'électricité, ayant une dureté Shore de 20, un module d'élasticité supérieur à 200 Méga Pascal, une résistance au cisaillement supérieure à 2,9 Méga Pascal, une température de dégradation supérieure à 300 C, et un taux de dégazage inférieur à 3 % à 300 C, cet adhésif étant déposé localement sous la base du cavalier. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base de chaque cavalier (5) est liée par l'adhésif structural à une couronne (20) en matériau isolant, elle-même liée à l'embase (7), au moins par des plots (13) de l'adhésif structural et, que, pour au moins deux cavaliers (5a, 5b), diamétralement opposés, choisis comme conducteurs électriques, la couche (13a) d'adhésif structural et conducteur assurant la 2 0 fixation de la base de chacun d'eux s'étend sur la couronne isolante (20) jusqu'au contact avec le sommet d'une broche (10Oa, 10b) de connexion débouchant de l'embase (7), à proximité du cavalier (5a, 5b), tandis que chacun des deux éléments (3, 4) du condensateur comporte une plage conductrice (3b et 3c, et 4b et 4c) reliant son électrode centrale (3a, 4a) à une plage de contact (3d, 4d) qui, disposée sur sa face opposée à celle portant l'électrode, est en appui avec une face de serrage du cavalier conducteur (5) correspondant. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'un (5c) des deux autres cavaliers assure la mise à la masse du condensateur au moyen de son plot d'adhésif qui se prolonge par une barrette radiale (1 3d) sur la couronne (20) et par une barrette longitudinale (13e) longeant le champ intérieur de cettc couronne et venant au contact de l'embase (7).