DE2505818A1

DE2505818A1 - Einrichtung zur uebertragung von elastischen oberflaechenwellen und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2505818A1
Application number: DE19752505818
Authority: DE
Inventors: Gerard Coussot
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-02-15
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1975-08-21
Also published as: CA1053364A; GB1498646A; YU32075A; IT1029696B; JPS50120291A; JPS5815971B2; US4051448A; FR2261653A1; FR2261653B1

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz

Dr. Gertrud Hauser i>-scm K-ancn·»-*«). 1.2. Februar 1975

Dipl.-Ing. Gottfried Leiser λ..;,«,.-.«.»«?· ™

Patentanwälte

Telegramme ι Labyrinth München tOU3ö I

Telefon ι 8315 10

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THOMSON - CSi¹ 173, Bd. Haassmann 75008 PARIS /ffrankreioh

Unser Zeichen: 1' 1730

Einrichtung zur Übertragung von elastischen Oberflächenwellen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Übertragen von elastischen Oberflächenwellen. Diese Einrichtungen enthalten im allgemeinen ein Substrat, welches aus einer piezoelektrischen Platte ausgeschnitten ist und auf welchem Elektroden in Form von ineinandergefügten Kämmen angeordnet sind. Diese leitenden Kämme bilden zwar mit dem Substrat elektromechanische Wandler zum Austauschen von elastischen Oberflächenwellen, sie sollen jedoch keine Schwingungsenergie empfangen, die durch die Ränder des

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Substrats reflektiert würde. Einrichtungen, welche die Oberflächenwellen zu absorbieren erlauben, können auf dem Substrat derart angeordnet sein, dass sie die die Wandler enthaltende Austauschzone einrahmen, und zwar um die Reflexionen von Randwellen zu verhindern. Das Hinzufügen dieser Absorptionseinrichtungen verlängert jedoch die Herstellungsvorgänge und führt zu einem Aufbau, der schwierig herstellbar ist. Andererseits können die Verfahren zum Zerschneiden der Kristallplatte, die zum Herstellen des Substrats dient, Nachteile ausweisen. Das Schneiden mittels eines Laserbündels ist langsam und tendiert zum Depolarisieren des Kristalls. Die Verwendung einer Diamantsäge führt zu einem verhältnismässig schnellen Verschleiss des Schneidwerkzeugs und ist auf einen geradlinigen Schnitt begrenzt. Die Verwendung einer Drahtsäge lässt an der Oberfläche des Kristalls und der Wandlerkämme Schleifmaterialablagerungen zurück, die anschliessend beseitigt werden müssen.

Zur Beseitigung dieser Nachteile schlägt die Erfindung vor, das Zerschneiden des Kristalls mit Hilfe eines Schleifpartikelstrahls auszuführen, der mittels einer Düse auf diejenige Seite des Kristalls gerichtet wird, auf der sich die elastischen Oberflächenwellen ausbreiten sollen. Die matt und feingeschliffene Kontur, die sich durch dieses Schneidverfahren ergibt, sichert gleich ohne weiteres die Dämpfung der Randreflexionen, und zwar durch die Beugung, die die elastischen Oberflächenwellen erfahren, wenn sie die Streukontur des Substrats erreichen.

Die Erfindung schafft/eine Einrichtung zur Übertragung von elastischen Oberflächenwellen, mit einem Substrat, welches aus einer Platte ausgeschnitten ist, die zumindest eine glatte Fläche hat, auf der sich die Wellen ausbreiten können.

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Diese Einrichtung ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Substrats, der sich in der Bahn der Wellen befindet, ein matt geschliffener Streurand ist, der sich infolge des Zerschneidens der Platte durch einen auf die glatte Fläche gerichteten Schleifpartikelstrahl ergibt und der ein abgerundetes mittleres Profil hat, das in die glatte Fläche übergeht.

Die Erfindung schafft ausserdem ein Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Übertragung von elastischen Oberflächenwellen, welche ein Substrat aufweist, das aus einer Platte ausgeschnitten ist, die zumindest eine glatte Fläche zum Übertragen der Wellen hat. Dieses Verfahren ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in einem einzigen Arbeitsgang das Schneiden, das Profilieren und das Mattschleifen der Ränder des Substrats durch einen auf die glatte Fläche gerichteten Schleifpartikelstrahl ausgeführt werden, wobei der Auftreffpunkt des Strahls in bezug auf die glatte Fläche gemäss dem auszuführenden Schnitt verschoben wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Einrichtung

nach der Erfindung und der zu ihrem Ausschneiden benutzten Vorrichtung, und

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Ein

richtung nach der Erfindung.

Die Erfindung betrifft die Gestaltung von Substraten, welche

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elastische Oberflächenwellen, wie etwa Rayleigh-Wellen, übertragen können. Die Substrate können aus piezoelektrischen Platten ausgeschnitten werden, in welchem Fall man Elektroden in Form von interdigital angeordneten Kämmen zum Senden oder Empfangen der elastischen Oberflächenwellen verwendet. Die Erfindung ist aber auch mit Platten ausführbar, die aus anderen Materialien bestehen, wenn die elastischen Ober-" flächenwellen durch andere elektromechanische Wandler angeregt werden, die gegebenenfalls Kopplungsprismen zugeordnet sind, welche die geeignete Umwandlung der Schwingungsmoden vornehmen.

Fig. 1 zeigt als Beispiel, auf das sich die Erfindung nicht beschränkt, eine piezoelektrische Platte aus Lithiumniobat, an deren Oberfläche 8 zwei Sätze von Elektroden 10 in Form von interdigital angeordneten Kämmen aufgebracht sind. Diese Elektroden bilden mit der piezoelektrischen Platte zwei elektromechanische Wandler, welche in der Lage sind, elastische Oberflächenwellen auszutauschen. Da die Kammzinken in Richtung der X-Achse der Fläche 8 ausgerichtet sind, erfolgt eine gerichtete Ausbreitung der Wellen in Richtung der Y-Achse der Fläche 8 senkrecht zu der X—Achse. Die Z-Achse ist zu der Fläche 8 senkrecht. Das Zerschneiden der Platte gemäss den X- und Y-Achsen ermöglicht das Erzielen einer vollständigen Einrichtung zum Übertragen von elastischen Oberflächenwellen, die, je nach Anwendungsfall, als Verzögerungsleitung oder als Filter verwendet werden kann. Durch Vervielfachung der Elektrodenaufträge und durch Ausführen weiterer Plattenschneidvorgänge können mehrere gleichartige Einrichtungen erhalten werden.

Die Vorrichtung, die zum Zerschneiden der Platte dient, besteht hauptsächlich aus einem Sockel 1, an welchem Führungsstangen befestigt sind, die einen beweglichen Schlitten 3 tragen. Eine der Führungsstangen 4 kann auf ihrer

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Länge mit Gewinde versehen sein, so dass man eine geradlinige Verschiebung des Schlittens 3 parallel zu der Y-Achse erhält, indem man die Führungsstange 3 mit Hilfe eines Motors 15 in Drehung versetzt. Der Schlitten 3 ist seinerseits mit Tragstangen 5 versehen, auf welchen ein Tisch 6 gleiten kann, dessen geradlinige Verschiebung parallel zu der X-Achse in gleicher Weise durch einen Motor 14 gesteuert wird. Auf dem Tisch 6 ist die zu zerschneidende Platte mittels Distanzstücken 7 befestigt, die ausserhalb des Schneidweges angeordnet sind. Eine mit dem Sockel 1 fest verbundene Konsole 2 trägt an ihrem freien Ende eine Düse 12, die als Achse die Z-Achse hat und um die herum eine Absaugkappe 11 angeordnet ist. Die Düse 12 ist mit einem Schleifpartikelreservoir verbunden, in den ein Gasstrom eingeleitet wird, der in der Lage ist, die .Schleifpartikel mitzureissen. An dem Ausgang der Düse 12 erhält man einen Strahl 13 von Schleifpartikeln, die nach dem Auftreffen auf die Fläche 8 der zu zerschneidenden Platte durch die mit einer Absaugvorrichtung in Verbindung stehende Kappe 11 abgesaugt werden.

Der Strahl 13 ist beispielsweise ein Druckluftstrahl, der aus einer Düse 12 mit einem Innendurchmesser von 2/10 mm austritt. Dieser Strahl transportiert Sandteilchen,. welche eine Korngrösse von 50 Mikrometer haben, und wird zum Schneiden eines Lithiumniobatsubstrats verwendet, welches zum Übertragen von elastischen Oberflächenwellen mit einer Frequenz zwischen 30 MHz und 40 MHz dient. Die Folgeregelung der Verschiebungen des Tisches 6 in Richtung der X-Achse und der Y-Achse ermöglicht, jede beliebige Schneidlinie zu wählen, die in die Ebene der Fläche 8 eingezeichnet werden kann. Die Schneidgeschwindigkeit liegt in der Grössenordnung von 2 bis IO mm pro Minute, je nach Art und Dicke der Platte.

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Im Rahmen der Erfindung ist es ausserdem möglich/ einen festen Tisch und eine Schleifpartikelausstossvorrichtung zu verwenden, die in zwei zu der Strahlachse senkrechten Richtungen beweglich ist. Ausserdem kann man den Strahl in bezug auf die Fläche 8 der zu zerschneidenden Platte neigen, in dem Fall eines normalen Einfalls ist aber das Schneidprofil symmetrisch .

Der Vorteil des Schneidverfahrens nach der Erfindung besteht nicht allein darin, dass eine sinusförmige Kontur automatisch und ohne Unterbrechung verfolgt werden kann. Es ist ausserdem in Betracht zu ziehen, dass der Schnitt trocken und ohne Erwärmung des Substrats erfolgt. Es ist somit nicht erforderlich, die Oberfläche des Substrats nach dem Schneiden zu reinigen und die Risiken eines Zerbrechens oder einer Modifizierung der elektromechanischen Kenndaten des Substrats sind beseitigt.

Ein wichtiger Vorteil des Schneidverfahrens nach der Erfindung resultiert aus dem Oberflächenzustand und dem Profil der Schnittränder des Substrats.

Dieses ausgeschnittene Substrat ist im Teilschnitt in Fig. 2 mit der Ausstossdüse 12 und dem Sandstrahl 13 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass das mittlere Profil des ausge~ schnittenen Randes des Substrats eine abgerundete Form hat, die in die Fläche 8 übergeht, auf welcher die elastischen Oberflächenwellen übertragen werden. Ausser seiner abgerundeten Form weist der Rand des Substrats einen matt geschliffenen Bereich 17 auf, dessen Korn mit der Korngrösse der verwendeten Schleifpartikel in Beziehung steht. Dieser matt geschliffene Bereich 17 erstreckt sich bis zum Grund des Schnittes und geht in die Oberfläche 8 an einem Punkt über, der von dem Streuungswinkel der

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Schleifpartikel in dem Strahl 13 abhängt. Während des Schneidens kann ein Schutzschirm 16 vorhanden sein, um zu verhindern, dass irgendwelche Schleifpartikel die auf der Fläche 8 vorhandenen Elektroden 10 beschädigen.

Wenn Oberflächenwellen über die Fläche 8 von links nach rechts zu dem Rand 17 übertragen werden, erfahren sie in dem matt geschliffenen Bereich eine intensive Diffusion in allen Richtungen, die ihre Rückkehr in umgekehrter Richtung verhindert. Wenn die Abmessung der Rauhigkeiten des matt geschliffenenBereiches in derselben Grössenordnung liegt wie die Wellenlänge der Oberflächenwellen, so genügt ein Weg von einigen Wellenlängen, um die Schwingungsenergie merklich zu beugen. Die Dämpfung der Oberflächenwellen erfolgt somit sehr wirksam allein dadurch, dass der Schneidvorgang mit Hilfe eines. Sandstrahls ausgeführt wird.

Die Dämpfung der elastischen Oberflächenwellen durch die mit dem Sandstrahl geschnittenen Ränder ist ein effektiver Vorteil, wenn sich die Schneidränder in der Bahn der Oberflächenwellen befinden. Bestimmte Ränder können von den Wellen aufgrund der Tatsache der Richtwirkung der von , den Wandlern ausgesandten Schwingungsabstrahlungen nicht berührt werden. Selbst wenn man nicht auf der gesamten Länge eines Schnitts aus dem sich auf die Echodämpfung beziehenden Vorteil Nutzen zieht, muss man jedoch in Betracht ziehen, dass das Schneidverfahren nach der Erfindung aufgrund der oben angegebenen weiteren Vorteile interessant bleibt.

Es braucht nicht erwähnt zu werden, dass das Schneiden mit dem Sandstrahl gleichzeitig mit Hilfe Von zwei mit einander zusammentreffenden Strahlen und durch Verschieben der Platte an dem Zusammentreffpunkt der beiden Strahlen ausgeführt werden kann. In diesem Fall müssen zwei Düsen mit

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konvergierenden Achsen vorgesehen sein, die an den Enden einer Gabel befestigt sind, der Tragtisch soll dann durchbrochen sein, um einen der beiden Strahlen durchzulassen. Diese Lösung gestattet, die Schnittgeschwindigkeit zu vergrössern. Sie gestattet ausserdem, eine Dämpfung der elastischen Oberflächenwellen zu erzielen, wenn vorgesehen ist, dass diese sich auf den beiden Flächen der zu zerschneidenden Platte ausbreiten. Die Verwendung eines Schleifpartikelstrahl mit länglichem Querschnitt in der Schneidrichtung kann in dem Fall geradliniger Schnitte in Betracht gezogen werden. Man kann den Bereich, der abgeschliffen wird, beliebig vergrössern, indem der längliche Querschnitt des Strahls in bezug auf den Schnitt ungeradlinig gemacht wird.

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Claims

Patentansprüche:

f1.) Einrichtung zum übertragen von elastischen Oberflächenwelle^ mit einem Substrat, das aus einer Platte ausgeschnitten ist, die zumindest eine glatte Fläche hat, auf der sich die Wellen ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Substrats, der in der Bahn der Wellen angeordnet ist, ein matt geschliffener Streurand ist, der sich durch das Zerschneiden der Platte durch einen auf die glatte Fläche gerichteten Schleifpartikelstrahl· ergibt und der ein in die glatte Fläche übergehendes abgerundetes mittleres Profil hat.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer Platte aus piezoelektrischem Material gebildet und mit zumindest zwei Sätzen von Elektroden in Form von interdigital angeordneten Kämmen bedeckt ist, welche die elastischen Oberflächenwellen aussenden und empfangen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sätze von Elektroden auf derselben Fläche des Substrats angeordnet sind. ~
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sätze auf einer grossen Fläche des Substrats und der andere der Sätze auf der der einen grossen Fläche gegenüberliegenden anderen grossen Fläche angeordnet ist und dass die grossen Flächen an ein und demselben Ende des Substrats durch einen Verbindungsrand mit nicht matt geschliffener Oberfläche miteinander verbunden sind, der die Übertragungskontinuität der elastischen Oberflächenwellen von der einen zu der anderen der grossen Flächen sicherstellt.

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5. Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Übertragung von elastischen Oberflächenwellen, mit einem aus einer Platte ausgeschnittenen Substrat, welche zumindest eine glatte Fläche hat, auf der sich die Wellen ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, dass in einem einzigen Arbeitsgang das Zerschneiden, die Profilierung und das Mattschleifen der Ränder des Substrats durch einen auf die glatte Fläche gerichteten Schleifpartikelstrahl vorgenommen werden, wobei der Auftreffpunkt des Strahls in bezug auf die glatte Fläche gemäss dem herzustellenden Schnitt verschoben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerschneiden mit Hilfe von zwei Strahlen mit konvergierenden Achsen ausgeführt wird und dass die Platte in bezug auf den Schnittpunkt der Strahlen verschoben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl senkrecht auf die glatte Fläche gerichtet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Strahls im wesentlichen kreisförmig ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, ddss der Querschnitt des Strahls in bezug auf die Schneidrichtung länglich und ausrichtbar ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifpartikel Sandteilchen sind.

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