УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ Российский патент 1997 года по МПК C23C14/24 H03H3/02 

Изобретение относится к технике пьезоэлектрических резонаторов путем покрытия кристаллических пластин вакуумным испарением металлов при управлении и регулировании процессом их осаждения.

Известно устройство для вакуумного осаждения металлов на кристаллические пластины кварцевых резонаторов, в котором дозированное осаждение металла с второго испарителя, подаваемого на рабочую позицию на поворотной платформе, осуществляется раздельно на каждый резонатор через последовательно совмещаемое калиброванное отверстие подвижной заслонки с технологическими отверстиями неподвижной заслонки (см. Патенты Японии N 57-169087, кл. C 23 C 13/08, 1982).

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее вакуумную камеру для изготовления кварцевых резонаторов с установленными на поворотной платформе испарителями металла, осаждаемого на коаксинально ему установленные резонаторы, помещенные в кассете, закрепленной на периферии стола. Две сблокированные заслонки имеют соосные технологические отверстия для направления потока испаряемого металла на соответствующие резонаторы [2]
Подвижная заслонка, несущая калиброванное отверстие тонкой обработки, кинематически связана с приводом шагового поворота, управляемым частотомером измерительного автогенератора, который электрически связан с потенциальным электродом обрабатываемых кварцевых резонаторов.

Известное устройство высокопроизводительно, предназначено для совмещения операций нанесения подложки и покрытия из драгоценных металлов посредством последовательного испарения металлов с различных испарителей, установленных на поворотной платформе, и через различные технологические отверстия подвижной заслонки.

Эффективность работы в прототипе достигнута повышением производительности за счет совмещения операций:
нанесения основного металла сразу на несколько резонаторов;
последовательного осаждения дозированного объема дополнительного металла на различных позициях, но за один установ партии резонаторов;
активного контроля (выверение) частоты последовательного резонанса в процессе испарения осаждения металла.

Однако известное устройство имеет недостатки, являющиеся продолжением перечисленных достоинств. Нерациональное использование испаряемого металла, т. к. основной массоперенос осуществляется на заслонку и лишь малая часть через ее отверстия на обрабатываемые кварцевые резонаторы. Большой разброс обработанных резонаторов по частоте объясняется тем, что, во-первых, на уже готовые резонаторы дополнительно наносится металл через неоднократно совмещаемые отверстия обеих заслонок при межоперационных поворотах подвижной заслонки на последовательно рабочие позиции тонкой обработки, во-вторых, при активном контроле в динамике процесса из-за инерционности исполнительных механизмов и схем осаждается на кварцевые резонаторы дополнительное количество металла и, наконец, неравное количество осаждаемого основного металла при одновременной обработке кварцевых резонаторов из-за неоднородности потока испаряемого металла, распыляемого на всю площадь заслонки.

Точность дозирования осаждаемого на подложку резонаторов металла при тонкой обработке ограничена минимально возможным диаметром проходного сечения отверстия в калибровочной заслонке, при котором обеспечиваются функциональные возможности проходимости сквозь него плазменной струи испарителя. При проходном сечении калиброванного отверстия, меньшем критического, осаждаемый на заслонке металл перекрывает поток, постепенно закрывая отверстие.

Задачей изобретение является устранение отмеченных недостатков и, как следствие, повышение точности (по частоте) изготовления кварцевых резонаторов.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для изготовления кварцевых резонаторов, содержащем помещенные в вакуумной камере последовательно испаритель металла, две параллельные заслонки, одна из которых несет калиброванное технологическое отверстие, и закрепленную на столе кассету под равнораспределенные по периферии обрабатываемые резонаторы, электрически связанные с измерительным автогенератором, управляющим приводом позиционирования, согласно изобретению резистивный испаритель установлен внутри кассеты аксиально кварцевому резонатору на рабочей позиции, заслонки выполнены в виде нагруженных пружинами шиберов, смонтированных на якорях электромагнитов, управляемых компараторами, соединенными через кодирующую схему с частотомером измерительного автогенератора, причем выход компаратора привода позиционирования стола соединен с вторым входом генератора последовательности импульсов, установленного между компаратором и электромагнитом запирающей заслонки.

Отличительные признаки позволяют получить практически идентичные по частоте кварцевые резонаторы в пределах поля допуска, т. к. во-первых, нанесение металла происходит автономно и непосредственно на каждый резонатор массопереносом от аксиально установленного испарителя на одной рабочей позиции направленного действия, а, во-вторых, за счет порционного точного осаждения металла по результатам промежуточного контроля отдельными управляющими схемами.

При этом достигается значительное сокращение расходуемого металла на целевое осаждение (на резонаторы), т. е. повышается эффективность работы устройства.

Связь выверяющего текущую частоту обрабатываемого резонатора частотомера автогенератора с исполнительными устройствами через кодирующую схему позволила использовать для вырабатывания управляющих сигналов компараторы, настраиваемые на требуемые значения активно контролируемой частоты кварцевых резонаторов.

Установка генератора последовательности импульсов между компаратором и электромагнитом запирающего шибера обеспечивает порционное нанесение осаждаемого металла для дискретного приближения текущей частоты резонатора к заданному значению, что гарантирует точность частоты готовых кварцевых резонаторов, равную ±5•10^-6 fн номинальной частоты (8,862 МГц).

Предлагаемая схема обеспечивает синхронное отсечение потока испаряемого металла запирающей заслонки по достижении номинальной частоты кварцевых резонаторов и включение привода позиционирования (поворота) стола для подачи на линию центров следующего за обработанным резонатора.

Кинематическая связь привода позиционирования с поворотным столом обеспечивает дискретную последовательную подачу на линию центров кварцевых резонаторов от управляющих команд компараторов, получающих текущую количественную информацию от схемы активного контроля качества их обработки.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство с диапазоном частот настраиваемых резонаторов 1 40 МГц.

Пример выполнения устройства по предпочтительному варианту осуществления изобретения предназначен для нанесения серебра на кварцевые резонаторы марки РК-351 с подложкой и имеет чисто иллюстративные цели, не ограничивая сущности и объема прав совокупности признаков формулы.

В герметичной камере 1, соединенной патрубком 2 с вакуумным насосом 3, установлены поворотный стол 4, на котором посредством штифтов 5 закрепляется съемная кассета 6, несущая 72 шт. резонаторов 7 марки РК-351, равнораспределенных по ее окружности, и резистивный испаритель 8 серебра, смонтированный аксиально заземленному электроду 9 кварцевого резонатора 7 на линии центровой рабочей позиции. Поворотный стол 4 выполнен в виде зубчатого колеса внутреннего зацепления с приводной шестерней 10, кинематически связанной с электроприводом 11. Между испарителем 8 и резонатором 7 на рабочей позиции установлены две параллельные шиберные заслонки 12 и 13, смонтированные на якорях электромагнитов 14 и 15 соответственно. Заслонка 12 нагружена пружиной 16 и несет калиброванное технологическое отверстие 17, а запирающая заслонка 13 нагружена пружиной 18. Потенциальный электрод 19 резистора 7 посредством скользящего контакта 20 через токосъемник 21 на рабочей позиции соединен с измерительным автогенератором 22. Цифровой частотомер 23 автогенератора 22 через схему 24 кодирования подсоединен к входам компараторов 25, 26 и 27. Выход компаратора 25 связан с электромагнитом 14, выход компаратора 26 связан с электромагнитом 15 через генератор 28 последовательности импульсов, а выход компаратора 27 связан с приводом 11 и с вторым входом генератора 28.

Работает устройство следующим образом. Партия резонаторов 7 с частотой не ниже 8,875 МГц в количестве 72 шт. устанавливается равномерно по окружности в гнезде кассеты 6, которая затем монтируется на штифтах 5 поворотного стола 4 в камере 1. Далее камера 1 герметизируется и включается вакуумный насос 3, которым откачивается воздух до давления 6,5 • 10^-3 Па.

В исходном положении электромагниты 14 и 15 обесточены, а заслонки 12 и 13 находятся под действием пружин 16 и 18, соответственно, в крайнем верхнем положении. На рабочей позиции размещается один из кварцевых резонаторов 7, электрод 19 которого через скользящий контакт 20 замкнут на токосъемник 21, а заземленный электрод 9 размещен на линии центров, аксиально выходному отверстию испарителя 8.

При включении резистивного испарителя 8 поток испаряемого серебра осаждается на заслонке 12 и, частично через ее отверстие 17, на заслонке 13. За 10 с устройство выходит на режим: автогенератор 22 возбуждается на основной частоте настраиваемого резонатора, которая измеряется частотомером 23, преобразуется в схеме 24 в цифровой код, поступающий на компараторы 25, 26 и 27, каждый из которых соответствующий частотам 8,863 МГц, 8,8622 МГц и 8,862 МГц.

Выходные сигналы сравнения компараторов 25 и 26 поступают на электромагниты 14 и 15, якори которых втягиваются, перемещая в крайнее нижнее положение заслонки 12 и 13 соответственно и сжимая их пружины 16 и 18. При этом открывается доступ потоку испаряемого серебра для осаждения на электроде 9 резонатора 7, частота которого снижается. Значение текущей частоты обрабатываемого резонатора 7 непрерывно анализируется в цифровом коде в компараторе 25, где по достижении заданного уровня, соответствующего 8,863 МГц, вырабатывается управляющий сигнал на обесточивание электромагнита 14. По действием пружины 16 шиберная заслонка 12 перемещается в крайнее верхнее положение, ограничивая калиброванным отверстием 17 величину потока испаряемого серебра, поступающего на электрод 9 резонатора 7. Перенос серебра при этом замедляется и продолжается до достижения заданного значения частоты резонатора 7 величиной 8,8622 МГц, соответствующей цифровому коду компаратора 26, который вырабатывает управляющий сигнал через генератор 28 на электромагнит 15, обесточивая его. Под действием пружины 18 шиберная заслонка 13 устанавливается в крайнем верхнем положении, перекрывая поток испаряемого серебра, запирая его подачу на электрод 9 резонатора 7.

Затем генератор 28 вырабатывает последовательность импульсов длительностью 0,2 с и периодом 0,4 с, которые по вышеописанной последовательности управляют возвратно-поступательными перемещениями запирающей заслонки 13. Таким образом осуществляется порционное нанесение испаряемого серебра на электрод 9 резистора 7, пошагово уменьшая его частоту до значения номинального 8,862 МГц. При этом обеспечивается точность настройки резонаторов ±44 Гц (±5•10^-6 fн).

Далее вырабатывается управляющий сигнал компаратора 27, поступающий на второй вход генератора 28 последовательности импульсов и на электропривод 11 позиционирования стола 4. Генератор 28 обесточивает электромагнит 15, заслонка 13 запирает линию центров, перекрывая поток испаряемого серебра, которое осаждается на заслонке 13. Электропривод 11 на шаг (5^o) поворачивает через шестерню 10 стол 4 с кассетой 6, подавая на рабочую позицию следующий резонатор 7. Поскольку частота следующего резонатора 7 выше 8,862 МГц, компаратор 27 обесточивает электропривод 11.

Цикл последовательной обработки всех резонаторов 7 повторяется и при завершении полного оборота стола 4 конечный включатель путевой системы управления (условно не показан) обесточивает устройство. Испарение серебра прекращается, давление в камере 1 устанавливается атмосферным, механизмы возвращаются в исходное положение. После этого заменяется кассета 6 со следующей партией кварцевых резонаторов 7, предназначенных для обработки.

Использование предлагаемого устройства позволяет:
примерно в трое увеличить настройки кварцевых резонаторов с 15•10^-6 до 5•10^-6 fн;
исключить брак от выхода частоты настраиваемого кварцевого резонатора за предел допуска;
примерно в 1,1 1,2 раза снизить расход драгоценных металлов;
увеличить срок службы заслонки примерно в 5 6 раз за счет увеличения диаметра калибровочного отверстия;
увеличить производительность настройки кварцевых резонаторов, в частности, за счет исключения дополнительной операции для снятия лишнего осажденного металла.

Изобретение относится к технике изготовления пьезоэлектрических резонаторов путем покрытия кристаллических пластин вакуумным испарением металлов при управлении и регулировании их осаждением. Устройство содержит помещенные в вакуумной камере испаритель металла, две параллельные шиберные заслонки, связанные с электромагнитами, и закрепленную на столе кассету под обрабатываемые резонаторы, электрически связанные с измерительным автогенератором, частотомер которого через кодирующую схему соединен с управляющим компаратором. Выход компаратора привода позиционирования стола соединен с вторым входом генератора последовательности импульсов, установленного между компаратором и электромагнитом запирающей заслонки. Вторая заслонка снабжена калиброванным технологическим отверстием. Автогенератор управляет приводом позиционирования, а компараторы управляют электромагнитами. Резистивный испаритель установлен внутри кассеты, аксиально кварцевому резонатору на рабочей позиции. Использование изобретения позволит увеличить точность настройки кварцевых резонаторов, снизить расход драгоценных металлов, повысить производительность работ. 1 ил.

Устройство для изготовления кварцевых резонаторов, содержащее помещенные в вакуумной камере последовательно установленные испаритель, заслонку, выполненную с калиброванным технологическим отверстием, запирающую заслонку, закрепленную на столе кассету для равнораспределяемых по ее периферии обрабатываемых резонаторов и управляющий узел с измерительным автогенератором с частотомером и приводом позиционирования стола, отличающееся тем, что испаритель выполнен резистивным и установлен внутри кассеты с возможностью размещения аксиально кварцевому резонатору на рабочей позиции, заслонки выполнены в виде нагруженных пружинами шиберов, смонтированных на якорях электромагнитов, а управляющий узел снабжен тремя компараторами, связанными с электромагнитами и соединенными через кодирующую схему с частотомером измерительного автогенератора и генератором последовательности импульсов, причем выход одного из компараторов связан с электромагнитом заслонки с технологическим отверстием, выход второго компаратора связан с электромагнитом запирающей заслонки через генератор последовательности импульсов, а выход третьего компаратора связан с приводом позиционирования стола и с вторым входом генератора последовательности импульсов, установленного между компаратором и электромагнитом запирающей заслонки.