Способ изготовления низкочастотнб1х вакуумных кварцевб1х резонаторов

 

Г " r.

О и и с А-тт и E

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

296230 ьавз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 08.Х11.1969 (№ 1383420/26-9) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 12.11.1971. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 6.11.1971

МПК Н 03h 9/04

Комитет по делам изааретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.372.412 (088.8) Авторы изобретения

И. Г. Васин и В. Н. Банков

Заявитель

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ВАКУУМНЬ!Х

КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Предлагаемый способ относится к области технологии изготовления радиокомпонент, в частности к технологическому процессу изготовления низкочастотных пьезоэлектрических кварцевых резонаторов.

Известны способы изготовления низкочастотных вакуумных кварцевых резонаторов, основанные на припаивании к никелированной поверхности пьезоэлементов металлических струн (являющихся держателями и токоотвоЛами) с помощью мягкого низкотемпературного припоя ПОС-61, состоящего из олова (59—

61%) и свинца (остальное), и на термотренировки пьезоэлементов, смонтированных в держателях, т. е. кварцевых резонаторов, до пх вакуумирования, заключающейся в прогреве их в течение суток при температуре 70—

100 С.

Однако в известных способах прп использовании для монтажа оловянно-свинцового припоя невозможно достичь высоких параметров резонаторов, кроме того, свинец, входящий в состав мягких низкотемпературных прппоев, обладает повышенной пластичностью ti малой твердостью и вносит ощутимое затухание в колебания пьезоэлемента.

С целью улучшения электрических характеристик и уменьшения старения резонаторов по предлагаемому способу металлические струны припаивают к никелированной поверхности пьезоэлементов с помощью припоя, состоящего пз сурьмы (4 — 6%) и олова (остальное), затем смонтированные в держателях пьезоэлементы термотренируют в течение двух часов при +195+-5 С, а после вакуумпрования и заварки резонаторов их термотреннруют в течение двух часов прп температуре

195+-5 С и в течение двух часов при — 60 С.

На фиг. 1 показан график изменения частоты в миллионных долях предлагBc мых реальных низкочастотных резонаторов раз.пичных типов при разных циклах температурных воздействий; на фиг. 2 — температурно-частотные характеристики реального кварцевого ретч зонатора (tw примере резонатора крутильных колебаний), изготовленного по способу-прототипу (кривая 1) и в соответствии с предпагаемым способом (крпвая 2); на фпг. 3— зависимость эквивалентного сопротивления того же резонатора, изготовленного tlo cllocoбу-прототипу (кривая 1) с использованием части приемов способа-прототипа и части приемов предлагаемого способа, в частности с использованием оловянно-сурьмяного припоя вместо оловянно-свинцового, но с использованием одной термотренировки прп 70—

100 С (кривая 2) и полностью в соответствии с предлагаемым способом (крнвая 3).

В предлагаемом способе изготовления струgp ны, являющиеся держателями-токоотводами, 296230

Таблица 1

Время разрушения паяного соединения при воздействии постоянной нагрузки 0,8 нг при 100 С, мин

Прочность на отрыв струны при комнатной температуре, кг

Припой

ПОС-61

Оловянно-сурьмяный

1,6

)2,0

Таблица 2

Температур ный коэффициент сопротивления, 1Ь/C 3 о (» юок

z àr, Нож алоэ а1 v q

Коэффициент лараболы ТЧХ (1/ С)

Способ о а4 о о

Прототип

Предложения

1970

0,026 10

0,026 10

90000

0,63

625

294000

0,36

65 припаиваются к пьезоэлементу с помощью припоя, состоящего из олова и сурьмы, при этом содержание сурьмы не должно превышать 6%, иначе соединение на основе такого припоя из-за хрупкости припоя непрочно. Известно, что добавка сурьмы улучшает механические свойства припоев, увеличивает их прочность и повышает сопротивление ползучести.

Прочностные характеристики соединения на основе оловянно-сурьмяного припоя оказываются значительно лучшими.

В табл. 1 приведены характеристики прочности крепления (средпие арифметические значения) испытанных резонаторов, при монтаже которых используется ПОС-61 и оловяппо-сурьмяный припой.

Крепление пьезоэлементов с помощью оловянно-сурьмяного припоя не разрушается при воздействии на него повышенных температур порядка 180 — 220 С, при которых крепление с помощью ПОС-61 разрушается, так как температура плавления оловянно-сурьмяного припоя оказывается равной 233 С, в то время как температура плавления ПОС-61 составляет всего 183 С. Высокие механо-упругие свойства оловянно-сурьм яного припоя приводят к поразительным результатам по улучшению электрических параметров резонаторов при использовании этого припоя в процессе изготовления резонаторов: увеличивается добротность резонаторов, снижается зависимость сопротивления от температуры, улучшаются температурно-частотные характеристики. Кроме того, увеличивается и долговременная стабильность частоты резонаторов.

Однако реализация высоких параметров не может быть достигнута без необходимой те»нологической термотренировки резонаторов.

Чем выше температура нагрева при тренировках, тем лучше снимаются механические напряжения и облагораживается пьезоэлемент и его никелевое покрытие.

Резонаторы после стадии монтажа пьезоэлементов в держателях тренируют в течение двух часов при 195+5 С, а полностью готовые резонаторы тренируют в течение дву» часов при 195:Е5 С и двух часов при — 60 С.

Тренировка резонаторов после их изготовления, т. е. после заварки и вакуумировапия, необходима, так как при заварке колб резонаторов возникают сильные температурные напряжения, и если эти напряжения не сняты, 5

35 то ухудшается старение резонаторов .и резко снижается активность колебаний. Тренировка при отрицательной температуре в ряде случаев оказывается необходимой, так как она снимает напряжения, которые не могут быть сняты нагревом.

После осуществления цикла предлагаемы. термотренировок частота резонаторов стабилизируется и при воздействии повышенной температуры окружающей среды (+120 С) практически не меняется. Совокупность приемов — монтаж оловянно-сурьмяным припоем и цикл тренировок согласно предложению— может привести к реализации цели предлагаемого изобретения. Если резонаторы изготовлены с использованием при монтаже оловянно-сурьмяного припоя, но термотренировка проводится при 70 — 100 С в течение 24 час только на промежуточной стадии изготовления, и резонаторы не подвергаются тренировке при отрицательной температуре, то параметры резонаторов не стабилизируются во времени и от температурных воздействий окружающей среды (см. фиг. 3, кривая 2).

Изготовление резонаторов по предлагаемому способу приводит к снижению старения резонаторов, уменьшению зависимости их частоты от температуры (см. фиг. 2, кривая 2) и к существенному улучшению наиболее важных характеристик резонаторов: уменьшению эквивалентного сопротивления, повышению добротности, уменьшению температурного коэффициента сопротивления, снижению ТКЧ.

В табл. 2 приведены средние арифметические значения некоторых параметров двух партий резонаторов крутильных колебаний на частоту 100 кгпв.

Предмет изобретения

Способ изготовления низкочастотных вакуумированных кварцевых резонаторов, основанный на припаивании к никелированной поверхности пьезоэлементов металлических струн с помощью мягкого припоя с последующей термотренировкой, отлича1ощийся тем, что, с целью улучшения электрических характеристик и уменьшения старения резонаторов, струны припаивают припоем, состоящим из сурьмы (4 — 6%) и олова (остальное), а после вакуумирования и заварки колб резонаторов пх тсрмотрепируют в течение 2 час при температуре +195+5 С и в течение 2 час при температуре — 60 С.

2000 000

4 i

0 20 + 0 60 80 700 .Z0

7з г.Ю

Составитель Н. Степанов

Редактор T. И. Морозова Тскрсд Л. Л. Евдонов

Корректоры: В. Петрова и Е. Ласточкина

Заказ 795/4 Изд. № 370 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Типография, пр. Сапунова, 2