Главная  Пьезоэлектрический резонатор 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]


мест вжигания. Прочность сцепления «ожженной серебряной точ ки с поверхностью элемента должна быть не менее 8-ЮН npir диаметре точки 0,8-1,5 мм; она определяется на специальном приспособлении или путем отрыва струны от точки пальцами а резиновых напальчниках.

В процессе вжигания серебра необходимо иметь в виду, что. если температура кристаллического элемента поднимется выше + 573°С даже на короткое время, то в элементе возникнут двой-ни®и. Такие случаи боз1можны, так как температура вжигания не намного ниже температуры, при которой образуются двойнц-К1И. Вообще двойники могут появиться при более низких температурах вследствие больших тер-• мнческих натяжении, возникаю-; щих в кварце из-за неравномер- ности нагрева кристаллического 1 элемента.

При использовании паяльника для припайки отводов к пьезо-; элементам следует учесть, что двойники могут возникнуть даже при температуре паяльника, не превышающей -Ь300°С. Во избе-: жание этого надо повышать тем-. пературу всего пьезоэлемента до i значения, близкого к точке плавления припоя, а нагрев элемен-; тов в процессе вжигания точек производить равномерно по всей поверхности.

Припайка токопроводящих струн к пьезоэлементам с вож-женными точками. Токопроводя-щие струны припаивают с помощью специально сконструированного станка, изображенного на рис. 5.3, где 1 - пружинные держатели для закрепления пьезоэлемента, 2 - сопло, 3 - держатель, 4 - термоэлемент в кожухе, 5 - кронштейн, 6 - плата стола, 7 - ходовой винт, 8 - основание станка. Заданные координаты устанавливают вручную при помощи микрометра и двух винтов координатного механизма.

Припой для ирипайки струн к пьезоэлементу представляет собой сплаволова (61%) и свинца (39%) с температурой ллавле-ния -f 183°С. Для припайки струн к стойкам кварцедержателей и для припайки выводов к круглым пьезоэлементам используют •сплав с температурой плавления -Ь230°С, состоящий из кадмий (79%), цинка (20%) и серебра (1%). Прочность соединения за-158


Рис: 5.3. Станок для припайки токопроводящих струн

siiCHT от прочности применяемого припоя, которая тем выше, чем выше температура плавления припоя. Однако для уменьшения воздействия температуры на пьезоэлемент резонатора температура плавления припоя ограничивается.

Припой применяется В виде палочки диаметром 6 мм. Пред-арительно проволоку, из которой изготовляются струны (оло-Бянно-фосфористая бронза, диаметр 0,2-0,3 мм), зачищают наждачной бумагой №0, смазывают флюсом и облуживают припоем с помощью паяльника, в жале которого имеется отверстие для протягивания проволоки. Отрезки проволоки длиной 25-30 мм вставляют в сопло станка для припайки струн. Конец проволоки загибают на длину 0,3-0,4 мм и вставляют в сопло загнутым концом вниз. Этот конец для прочности пайки припаивают к элементу. Точки зачищают агатовой палочкой. Точку из серебросодержащей пасты на пьезоэлементе смазывают флюсом.

На прочность соединения большое влияние оказывает качество флюса. Как известно, назначение флюса - растворить окислы, образовавшиеся на поверхности пьезоэлемента перед пайкой, и предотвратить их образование в процессе самой пайки.

Струны припаивают к обеим сторонам пьезоэлемента. Значительно лучше концы струн расклепать на специальном станке до формы головки гвоздика и этой головкой припаять к пьезоэлементу. Отводы этого типа изготовляются на многоударном холод-новысадочиом автомате. Размер и форма высаживаемой головки определяются матрицей. Автомат производит следующие операции: разматывает проволоку с катушки, правит проволоку, производит высадку конической головки, отрезает отводы. Он выполнен в виде настольной конструкции, имеет пульт управления и счетчик для отсчета изготовленных отводов. Автомат устанавливается на разные диаметры и длины проволоки, производительность его 600 шт. ч.

Пьезоэлементы с припаянными струнами промывают в спирте и дистиллированной «оде.

Для испытания прочности припайки струн применяется прибор - электронный динамометр, который позволяет регистрировать результаты измерения ото шкале. Диапазон измеряемых усилий от О до 50 Н. Точность измерения ± 1 мН.

5.7. ТРЕБОВАНИЯ К СПОСОБУ КРЕПЛЕНИЯ ОТВОДОВ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ

Способ крепления отводов к пьезоэлементу во многом определяет параметры кварцевого резонатора. В настоящее время, как уже указывалось, основным способом крепления пьезоэлементов является припайка к ним отводов. Это не обеспечивает полностью Выполнения ряда наиболее важных требований, таких как механическая прочность, нагревостойкость, стабильность значения переходного сопротивления, минимальные механические нагрузки На пьезоэлемент, влияющие на его активность. Все эти недостат-



.ки существующего способа крепления могут быть устранены приЛ менением так называемого метода термокомпреосионной сварку [32] для крепления отводов к кристаллическому элементу. Тер-мокомпрессионная сварка основана на явлении увеличения скорости диффузии с ростом температуры на поверхности двух плотно сжатых металлических тел. Технология крепления отводов сходна с существующей технологией припайки струн к вожжен-ным точкам серебра. Сварка осуществляется иа специально окон-струированном для этих целей ириспасоблении.

Внедрение терм оком прееаи он ной сварки отводов с пьезоэлементами позволило бы увеличить нагревостойкость пьезоэлементов, так как она определяется практически температурой размягчения серебросодержащей пасты, применяемой для вжигания точек (в пределах, ограниченных температурой -Ь573°С). Увеличилась бы добротность резонаторов, значительно возросла механическая прочность контакта отвод - пьезоэлемент и исчезла возможность загрязнения места крепления отводов, а также обеепе-чивалось бы постоянство переходного сопротивления в местах припайки.

5.8. РАСЧЕТ НОРМ РАСХОДА И СБОР ОТХОДОВ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ

Нормы расхода серебра. Рассмотрим нормы расхода серебра при вакуумной металлизации кристаллических элементов как наиболее часто применяемой. Они должны включать расход серебра как на полезные операции металлизации, так и на потери.

Драгоценные металлы расходуются при металлизации на образование электродов. Здесь возвратимым отходом является металл, оседающий на внутренних стенках колпака вакуумной установки в кассетах, а безвозвратными отходами - испарение частиц металла в вакуумной установке и расход «а угар.

Норма расхода драгоценных металлов складывается из количества металла, затраченного на создание электродов, возврати-мых и безвозвратных отходов.

Масса металла на образование электродов

G = F 8р/10\

где Gm - масса -металла, г; F - площадь покрытия, см; б - толщина покрытия, м«м; р - плотность металла; 10* - коэффициент, учитывающий размерность F.

Воэвратимые отходы определяются по формуле

где Go-масса металла возвратимых отходов, г; ко - утвержденная норма возвратимых отходов при толщине слоя покрытия металлизируемой поверхности 6о, г/м; бо - толщина покрытия, длЯ которой утверждена норма возвратимых отходов, мкм. 160

Безвозвратные отходы

Gn -масса металла, безвозвратно теряемого при металлизации; - утвержденная норма безвозвратных отходов, г/м. Общая норма расхода металла составляет G = G„ + Go + G„.

Пример расчета нормы расхода серебра иа 1 металлизируемой поверхности при толщине покрытия 1,5 мкм.

• Дано. f=l м2; 6=1,5 мкм; р=10,5; fto=15,0 г при то.чщияе покрытия <-о = 0,7 мкм; Ап==4,23 гМ

Расход металла на образование электродов (полезного слоя покрытия;

Возвратимые отходы

F6p/10*= 15,75 г.

Fkob

бо-10*

= 32,14 г.

Безвозвратные отходы

, Gn = f *п/10* = 4.23 г.

Общая норма расхода серебра

G = Gu + Go + Gn=52,\2 г.

Сбор отходов драгоценных металлов. Сбору подлежат отходы драгоценных металлов во всех видах на всех этапах металлизации.

Химическое серебрение. Из азотнокислого серебра (AgNOs) приготовляют аммиачный раствор для химического серебрения элементов. После серебрения рабочий раствор сливают в отстойник серебряных отходов, куда сливают также воды после промывки пьезоэлементов. В отстойник смывают неокрепший слой серебра с поверхности серебряных пьезоэлементов (так как аммиачный раствор серебра взрывоопасен, в отстойник предварительно наливают техническую соляную кислоту для подкисления среды и выделения серебра в виде хлористого серебра). Раствор в отстойнике проверяют на полноту осаждения серебра, добавляя небольшое количество соляной иислоты. (При неполном осаждении серебра раствор должен быть мутным.) После уплотнения осадка в отстойнике раствор сверху сливают, осадок высушивают в термостате. Серебро, осевшее на стенках фарфоровых чашек, где происходит серебрение, периодически снимают в виде танкой серебряной фольги.

Гальваническое серебрение. После электролитического нанесения серебра пьезоэлементы промывают в двух ванночках с горячей водой. По мере насыщения воды электролитом уровень ее в Ванночке электролиза пополняют. Остатки израсходованных серебряных анодов подлежат сбору как отходы анодного серебра. При неработающих ванночках аноды надо вынимать из электролита.

Вакуумное серебрение. При отслаивании пленки серебра на внутренней поверхности стеклянного колокола- вакуумной уста-6-80 161



ИОВ1КП .колокол снимают и латунным скребком соокаб.1ивают слой серебра. Оставшееся серебро удаляют тампоном ваты, смоченным ко}шентрираванной азотной кислотой. После этого колокол про-мыв-ают водой и протирают досуха. Детали испарителя и другие части вакуумной установки, а также кассеты, покрываюшиеся в процессе металлизации серебрОМ, очищают при помощи шабера и протирают тампоном, смоченным спиртом. Тампоны ваты, оставшиеся после протирки, сжигают, а золу собирают. Эту золу и все другие собранные отходы подвергают анализу иа процентное содержание в них серебра. С бракованных пьезоэлементов серебро снимают концентрированной азотной кислотой. В азотную кислоту с растворенными в ней отходами серебра добавляют соляную кислоту до полного осаждения содержащегося в азотной кислоте серебра в виде хлористого серебра (AgCl). Хлористое серебро после отстаивания промывают водой т высушивают.

Вакуумное золочение. С бракованных пьезоэлементов золото снимают «царской водкой», которую сливают в сосуд для обора отходов золота. По мере накопления «царской водки» с растворенным в ней золотом.производят осаждение золота. Раствор вываривают до густой темно-желтой массы, в которую добавляют торячую воду в пятикратном объеме и насыщенный раствор сернокислого закисного железа (FeS04). После этого смесь длительное время нагревают, в результате чего Fe+ окисляется до Fe+", а Аи+ восстанавливается до металлического золота, которое выпадает в осадок. Осадок золота отфильтровывают, промывают и высушивают.

Гальваническое золочение. После электролитического золочения пьезоэлементы промывают в трех ванночках с горячей водой. По -мере насыщения воды электролитом ее доливают в ванночку до нужного уровня. Остатки израсходованных золотых анодов подлежат сбору. При неработающих ванночках необходимо вынимать аноды из электролита.

Все прочие отходы: протирочный материал, которым пользуются для протирки пьезоэлементов, бумагу, застланную под ванночками серебрения и золочения, и другие - собирают в железную тару, сжигают, а золу подвергают анализу на процентное содержание золота или серебра.

5.9. ИЗМЕНЕНИЕ ЧАСТОТЫ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ КАК РЕЗУЛЬТАТ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ Б ЭЛЕКТРОДАХ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ

Изменение частоты резонаторов во времени является результатом следующих процессов, происходящих в объеме или на поверхности электродов: взаимной диффузии металлов, составляю; щих электрод, снятия В1нутренних напряжений в металлической пленке, изменения зерна металла электродов, отслаивания пленки металла от кристаллического элемента, потери или поглоше ния электродами газов. 162

Не5оль.„/7..„ положительные уходы частоты могут быть вызва-ы снятием напряжений, а более значительные - выделением 130В или плохим качеством сцепления основного или вторичного окрытия. Отрицательные уходы частоты связаны с коррозион-ыми процессами на поверхности электродов.

Взаимная диффузия может привести как к положительным, ак и к отрицательным одвигаМ по частоте в результате измене-ия положения центра тяжести электрода относительно плоскости олебаний пьезоэлемента.

Известно, что на качество сцепления металла с кварцем боль-юе влияние оказывает чистота поверхности кварца. В производ-гве кварцевых резонаторов широко применяется метод химиче-;ой очистки. Однако, как показывают исследования, химический стод очистки не самый лучший. Наиболее полное удаление загрязнений достигается очисткой тлеющем разряде (ионная очистка). Обработка тлеющим раз-ядом производится в вакууме 13,3-1,33 Па в течение 5-10 мин ри напряжении 2-10 кВ. Образующиеся под влиянием высокого апряжения положительно заряженные ионы остаточных газов эмбардоруют подложку, тем самым очищая ее.

Другпм важным фактором, влияющим на прочность сцепления тенки металла с кварцем, является температура кварца в про-ессе нанесения электродов. В литературе имеются указания на слесообразность подогрева кристаллических элементов перед ме-аллизацией. Так, в работе[37] указывается, что серебряные лектроды наносились цри температуре 200°С, а золотые - при 150°С. Авторы этой работы делают вывод, что стабильные резо-;ааторы с алюминиевыми покрытиями могут быть изготовлены лутем напыления алюминия одновременно на обе стороны кристаллического элемента, нагретого до температуры 250° С. Рекомендуется также стеклянные баллоны и помещенные в них кристаллические элементы подвергать перед герметизацией вакуум-юму подогреву в течение длительного времени (около 3 ч) при температуре 180°С и при разрежении 0,13-10-2 Па.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

Монтаж и настройка кварцевых резонаторов

6.1, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАСТРОЙКЕ КВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Частота колебаний пьезоэлементов после металлизации отличается от заданного номинального значения, и требуется допол-•Ительная ее настройка. Настройка частоты выполняется в два Этапа - предварительного и окончательнОГО (эталонировка).



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]

0.0007