DE102005054745A1

DE102005054745A1 - Method for influencing the operating frequency of a quartz crystal

Info

Publication number: DE102005054745A1
Application number: DE102005054745A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Lennartz; Stefan Dr. Metzger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: WO2007057086A1; DE102005054745B4

Abstract

Verfahren zur Beeinflussung der Arbeitsfrequenz eines Schwingquarzes oder Quarzoszillators, bei welchem der Schwingquarz oder der Quarzoszillator mit einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von wenigser als 2,5 nm beaufschlagt wird.Method for influencing the operating frequency of a quartz oscillator or quartz oscillator, in which the quartz oscillator or quartz oscillator is exposed to electromagnetic radiation with a wavelength of less than 2.5 nm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Arbeitsfrequenz eines Schwingquarzes, bei welchem die Frequenz durch Bestrahlung mit ionisierender Strahlung verringert wird.The The invention relates to a method for influencing the working frequency a quartz crystal, wherein the frequency by irradiation with ionizing radiation is reduced.

Viele der heute verwendeten elektronischen Schaltungen enthalten eine digitale Elektronik. Solche digitalen Schaltungen sind auf ein präzises Taktsignal angewiesen, um sicherzustellen, dass alle verbauten digitalen Schaltkreise im gleichen Takt arbeiten und keine Signale zwischen den Schaltkreisen verloren gehen. Dies betrifft beispielsweise Fahrzeugsteuerungen, Personalcomputer, Mobiltelefone oder Steuer- und Regeleinrichtungen von Maschinen und Anlagen.Lots The electronic circuits used today contain a digital electronics. Such digital circuits are on a precise clock signal instructed to ensure that all built digital circuits work in the same clock and no signals between the circuits lost walk. This concerns, for example, vehicle controls, personal computers, Mobile phones or control devices of machines and Attachments.

Gemäß dem Stand der Technik werden zur Takterzeugung so genannte Quarzoszillatoren eingesetzt. Ein solcher Quarzoszillator besteht aus einem Schwingquarz, welcher das eigentliche Taktsignal erzeugt und vorgibt, sowie einer elektronischen Steuerschaltung, welche an ihrem Ausgang das Taktsignal mit der gewünschten Impulsform und Impedanz bereit stellt. Dieses Taktsignal kann dann mittels Flachbandkabel oder Leiterbahnen auf einer Platine zu verschiedenen digitalen Schaltkreisen verteilt werden. Diese arbeiten somit alle im gleichen, vorgegebenen Arbeitstakt.According to the state The technology used for clock generation so-called quartz oscillators used. Such a quartz oscillator consists of a quartz crystal, which generates and specifies the actual clock signal, as well as a electronic control circuit, which at its output with the clock signal the desired Pulse shape and impedance provides. This clock signal can then by means of ribbon cable or tracks on a board to different digital circuits are distributed. They all work in the same, predetermined work cycle.

Bei höheren Anforderungen an die Stabilität des Taktsignals kann die Steuerschaltung des Quarzoszillators auch eine Temperaturkompensation aufweisen. Noch präziser arbeiten Ausführungen mit Thermostat, bei welchen der Schwingquarz und/oder die elektronische Steuerschaltung mittels elektrischer Beheizung auf konstanter Temperatur gehalten werden. Daneben gibt es auch spannungssteuerbare Modelle, bei welchen die Taktfrequenz in gewissen Grenzen veränderbar ist.at higher Requirements for the stability of the Clock signal, the control circuit of the quartz oscillator also a Have temperature compensation. Even more precise work versions with thermostat, in which the quartz crystal and / or the electronic Control circuit by means of electrical heating at a constant temperature being held. There are also voltage controllable models, in which the clock frequency can be changed within certain limits is.

Die Leistungswerte eines Oszillators, also insbesondere die Langzeitstabilität und das Rauschen, werden zu 70 durch den eingesetzten Schwingquarz beeinflusst. Je genauer dieser Schwingquarz ist, desto weniger Abweichungen müssen in der Steuerschaltung kompensiert werden. Die Verwender von Quarzoszillatoren fordern im Regelfall die Einhaltung einer vorbestimmten Nennfrequenz. Dementsprechend obliegt es dem Hersteller der Oszillatoren, die Einhaltung dieser Nennfrequenz sicherzustellen und dem Abnehmer dies zu bestätigen. Enge Spezifikationen können jedoch im Regelfall nur eingehalten werden, wenn hochwertige Quarze eingesetzt werden. Deren Produktionsverfahren nach dem Stand der Technik bieten jedoch nur geringe Ausbeute und Reproduzierbarkeit der Nennfrequenz. Deshalb werden die Quarze häufig nach der Produktion noch selektiert, was die Ausbeute weiter verringert.The Power values of an oscillator, so in particular the long-term stability and the Noise, 70 are affected by the quartz crystal used. The more accurate this quartz crystal, the fewer deviations must be in the control circuit to be compensated. The users of quartz oscillators usually require compliance with a predetermined nominal frequency. Accordingly, it is up to the manufacturer of the oscillators, the Ensure compliance with this rated frequency and the customer to confirm this. Narrow specifications can However, as a rule, only be respected, if high quality quartz be used. Their production process according to the state of However, technology offers only low yield and reproducibility the nominal frequency. Therefore, quartzes often become still after production selected, which further reduces the yield.

Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, dass der Verwender den Quarzoszillator in seine elektronische Schaltung einbauen muss. Dies geschieht im Regelfall durch Löten. Jedoch sind die Eigenschaften eines Quarzoszillators temperaturempfindlich. Somit verändert sich auch die Arbeitsfrequenz des Oszillators beim Einbau. In vielen Fällen dauert es mehrere Tage bis Wochen, bis die Arbeitsfrequenz wieder auf ihren Nennwert zurückkehrt. Nicht ausgeschlossen ist jedoch auch, dass die Arbeitsfrequenz dauerhaft vom Nennwert abweicht.One Another problem arises from the fact that the user uses the quartz oscillator must install in his electronic circuit. This happens in Normally by soldering. However, the characteristics of a quartz oscillator are temperature sensitive. Thus changed also the working frequency of the oscillator during installation. In many Cases takes It will take several days to weeks for the work frequency to return to its normal level Nominal value returns. Not However, it is also excluded that the working frequency is permanent deviates from the nominal value.

Solche dauerhaften Abweichungen können im engen Rahmen durch zusätzliche elektronische Komponenten, wie beispielsweise abstimmbare Kondensatoren, korrigiert werden. Jedoch wirken sich zusätzliche Schaltungselemente negativ auf das Rauschverhalten des Oszillators aus. Durch das hohe Rauschen wird neben der Alterung ein weiterer Faktor konstituiert, welcher die Stabilität des Oszillators verschlechtert. Unter Stabilität wird in diesem Zusammenhang die Einhaltung der Nennfrequenz während des Betriebes über die Lebensdauer des Oszillators verstanden. Somit kann durch Hinzufügen zusätzlicher elektronischer Bauelemente die Arbeitsfrequenz nicht auf die Nennfrequenz justiert werden, wenn gleichzeitig die Stabilität über einen längeren Zeitraum sichergestellt werden soll.Such permanent deviations can occur in the narrow frame by additional electronic components, such as tunable capacitors, Getting corrected. However, additional circuit elements affect negative on the noise behavior of the oscillator. By the high Noise is another factor in addition to aging, which the stability of the oscillator deteriorates. Under stability is in this context compliance with the nominal frequency during operation over the Life span of the oscillator understood. Thus, by adding additional electronic components do not adjust the working frequency to the nominal frequency be adjusted, while ensuring stability over a longer period of time shall be.

Um den Aufwand des Selektierens von Quarzen nach ihrer Arbeitsfrequenz zu vermindern, schlägt die JP 05160661 A vor, einen Schwingquarz mit einem Teilchenstrahl zu bestrahlen. Durch diese Bestrahlung wird die Arbeitsfrequenz des bestrahlten Quarzes in Abhängigkeit der absorbierten Dosis verändert. Somit können Quarze, welche ursprünglich außerhalb der Nennfrequenz lagen, durch die Bestrahlung zur Nennfrequenz hin verändert werden.In order to reduce the effort of selecting quartz according to their operating frequency, suggests the JP 05160661 A to irradiate a quartz crystal with a particle beam. By this irradiation, the operating frequency of the irradiated quartz is changed depending on the absorbed dose. Thus, quartzes, which originally were outside the nominal frequency, can be changed by the irradiation to the nominal frequency.

Nachteilig an diesem Verfahren ist insbesondere die Tatsache, dass Teilchenstrahlung nur eine geringe Reichweite in Materie besitzt. So ist beispielsweise die Reichweite eines Elektronenstrahls mit einer Energie von 100 keV in Aluminium auf etwa 200 μm begrenzt. Ein solcher Strahl würde also einen Schwingquarz, welcher in einem Gehäuse eingebaut ist, gar nicht mehr erreichen. Somit können Bauteile, welche bereits inklusive Gehäuse fertig gestellt sind, nur mittels sehr hoher Energien bestrahlt werden. Ebenso ist die Reichweite an Luft begrenzt, so dass es oft erforderlich sein wird, die Bestrahlung in einer Vakuumapparatur durchzuführen.adversely in this process is in particular the fact that particle radiation has only a small range in matter. Such is for example the range of an electron beam with an energy of 100 KeV in aluminum to about 200 microns limited. Such a ray would So a quartz crystal, which is installed in a housing, not at all achieve more. Thus, you can Components that are already completed including housing, only be irradiated by very high energies. Likewise, the range limited in air, so it will often be required, the irradiation in a vacuum apparatus.

Die Bereitstellung eines Teilchenstrahles mit höherer Energie erfordert aufwändige Apparaturen, welche nur mit großem Aufwand handhabbar sind. Zu berücksichtigen ist weiterhin, dass Teilchenstrahlen mit Energien oberhalb der Coulomb-Schwelle Kernreaktionen im Gehäusematerial auslösen können. Somit würde das Gehäuse nach der Frequenzeinstellung des Quarzes dauerhaft radioaktive Strahlung aussenden.The provision of a particle beam with higher energy requires expensive equipment, which can be handled only with great effort. It should also be considered that particle beams with energies above the Coulomb threshold Can trigger nuclear reactions in the housing material. Thus, the housing would emit radioactive radiation permanently after the frequency setting of the quartz.

Gemäß der Lehre der US 6,771,135 kann die Frequenz eines Quarzoszillators dadurch eingestellt werden, dass eine Elektrode des Schwingquarzes mittels eines Ionenstrahls teilweise verdampft wird. Dadurch wird die am Schwingquarz angebrachte Zusatzmasse verringert und die Schwingungsfrequenz entsprechend erhöht. Da der Energieverlust eines Ionenstrahles im Vergleich zu einem Elektronenstrahl nochmals erhöht ist, kann dieses Verfahren nur im Vakuum ausgeführt werden. Es muss also jeder Quarzoszillator einzeln in eine Vakuumkammer eingeschleust werden, woraufhin der Elektrodenbereich abgesputtert wird, bis die Nennfrequenz erreicht ist. Danach wird das Bauelement wieder aus der Vakuumkammer ausgeschleust. Dieses aufwendige Verfahren eignet sich nicht für die Massenherstellung günstiger aber dennoch zuverlässiger Schwingquarze mit möglichst geringen Fertigungstoleranzen der Arbeitsfrequenz. Hinzu kommt, dass der Ionenstrahl nicht in der Lage ist, das Gehäuse des Schwingquarzes zu durchdringen. Somit ist es bei diesem Verfahren erforderlich, im Gehäuse eine Eintrittsöffnung für den Ionenstrahl vorzusehen, welche erst nach erfolgter Frequenzeinstellung verschlossen wird.According to the teaching of US 6,771,135 For example, the frequency of a quartz oscillator can be adjusted by partially evaporating an electrode of the quartz oscillator by means of an ion beam. As a result, the additional mass attached to the quartz crystal is reduced and the oscillation frequency is increased accordingly. Since the energy loss of an ion beam is increased again compared to an electron beam, this method can only be carried out in a vacuum. Thus, each quartz oscillator must be introduced individually into a vacuum chamber, whereupon the electrode area is sputtered off until the nominal frequency is reached. Thereafter, the device is discharged again from the vacuum chamber. This complex method is not suitable for the mass production of cheaper but still reliable quartz crystals with the lowest possible manufacturing tolerances of the working frequency. In addition, the ion beam is not able to penetrate the housing of the quartz crystal. Thus, it is necessary in this method to provide an inlet opening for the ion beam in the housing, which is closed only after the frequency setting.

Beiden Bestrahlungsverfahren nach dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass nur unverbaute Schwingquarze bzw. Quarzoszillatoren behandelt werden können. Nachdem es nur mit großem Aufwand möglich ist, ganze Baugruppen nochmals in eine große Vakuumkammer einzuschleusen, um dort den Quarzoszillator ein weiteres Mal zu bestrahlen, können temperaturinduzierte Änderungen der Arbeitsfrequenz mit den bekannten Methoden nicht korrigiert werden. Für die Änderung der Arbeitsfrequenz, welche sich durch den Wärmeeintrag beim Verlöten der Quarzoszillatoren ergibt, bieten die Bestrahlungsverfahren nach dem Stand der Technik keine Lösung. In diesem Fall bleibt nur, den Quarzoszillator in der Schaltung zu ersetzen.Both Prior art irradiation method is common, that treated only unobstructed quartz oscillators or quartz oscillators can be. After only with great effort possible is to inject whole assemblies again in a large vacuum chamber, In order to irradiate the quartz oscillator there once again, temperature-induced changes can occur the working frequency is not corrected by the known methods become. For the change the working frequency, which is due to the heat input when soldering the Quartz oscillators yields provide the irradiation method the prior art no solution. In this case, only the quartz oscillator remains in the circuit to replace.

Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die Arbeitsfrequenz eines Schwingquarzes ohne zusätzliche elektronische Bauelemente auf eine vorgebbare Nennfrequenz zu verändern.Of the The present invention is therefore based on the object, the working frequency a quartz crystal without additional electronic components to a predetermined nominal frequency to change.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Beeinflussung der Arbeitsfrequenz eines Schwingquarzes, bei welchem der Schwingquarz mit einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 2,5 nm beaufschlagt wird.According to the invention Task solved by a method for influencing the operating frequency of a quartz crystal, in which the quartz crystal with an electromagnetic radiation with one wavelength less than 2.5 nm is applied.

Völlig überraschend wurde erkannt, dass auch elektromagnetische Strahlung geeignet ist, die Arbeitsfrequenz eines Schwingquarzes dauerhaft zu beeinflussen. Dies ist überraschend, da durch die elektromagnetische Strahlung keinerlei Materialabtrag verursacht wird, wie er nach dem Stand der Technik erforderlich ist. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass elektromagnetische Strahlung geeignet ist, das Gehäuse eines Schwingquarzes zu durchdringen. Somit kann die Arbeitsfrequenz eines fertig gestellten Schwingquarzes eingestellt werden, ohne dass dieser Quarz danach noch einer mechanischen Nachbearbeitung bedarf.Completely surprising it was recognized that electromagnetic radiation is also suitable, permanently affect the working frequency of a quartz crystal. This is surprising because of the electromagnetic radiation no material removal is caused, as required by the prior art is. This results in the advantage that electromagnetic radiation is suitable, the housing to penetrate a quartz crystal. Thus, the working frequency a finished quartz crystal can be adjusted without that this quartz then still a mechanical post-processing requirement.

Aufgrund der großen Reichweite der elektromagnetischen Strahlung auch bei atmosphärischen Bedingungen ist die Bestrahlung der Schwingquarze auch ohne umgebendes Vakuumgefäß möglich. Das Verfahren ist demnach einfacher durchführbar und eignet sich auch für die Massenproduktion. Nachdem die Größe der zu bestrahlenden Bauteile oder Baugruppen nicht beschränkt ist, können nicht nur Schwingquarze, sondern auch fertige Quarzoszillatoren oder bereits auf Platinen verlötete Oszillatoren in der Arbeitsfrequenz verändert werden.by virtue of the big Range of electromagnetic radiation even at atmospheric conditions is the irradiation of the quartz crystals even without surrounding vacuum vessel possible. The procedure is therefore easier to carry out and is also suitable for mass production. After the size of the components to be irradiated or assemblies not limited is, can not only quartz crystals, but also finished quartz oscillators or already soldered to boards Oscillators are changed in the working frequency.

Die verwendete elektromagnetische Strahlung weist dabei Photonenergien von mehr als 500 eV auf. Besonders bevorzugt sind Photonenenergien zwischen etwa 1,8 keV und etwa 3 MeV. Als Strahlungsquellen stehen alle nach dem Stand der Technik bekannten Quellen zur Verfügung, welche in diesem Wellenlängenbereich arbeiten. Insbesondere ist Röntgenbremsstrahlung oder charakteristische Röntgenstrahlung verwendbar, welche in einer Röntgenröhre ohne großen Aufwand erhältlich ist. Selbstverständlich wird der Fachmann jedoch auch fallweise andere Quellen vorsehen, wie beispielsweise Synchrotron-Strahlungsquellen oder Freie-Elektronen-Laser.The used electromagnetic radiation has photon energies of more than 500 eV. Particularly preferred are photon energies between about 1.8 keV and about 3 MeV. As sources of radiation are all behind Prior art sources available in this wavelength range work. In particular, X-ray brake radiation or characteristic X-rays usable, which in an x-ray tube without huge Effort available is. Of course however, one skilled in the art will also, on a case by such as synchrotron radiation sources or free-electron lasers.

Oftmals erfolgt eine Überprüfung der Einbaulage und der Kristallebene eines fertigen Schwingquarzes mit Röntgenstrahlung. In einem solchen Fall kann diese Überprüfung mit der Anpassung der Arbeitsfrequenz durch Bestrahlung mit Röntgenstrahlung zu einem Arbeitsgang verbunden werden.often a review of the Installation position and the crystal plane of a finished quartz crystal with X-rays. In such a case, this review may coincide with the adaptation of Operating frequency by irradiation with X-radiation to a single operation get connected.

Sehr vorteilhaft können auch radioaktive Gamma-Emitter als Strahlungsquelle verwendet werden. Insbesondere die Gammastrahlung des Nuklids ⁶⁰Co mit 1,17 MeV und 1,33 MeV kann vorteilhaft eingesetzt werden. Die Halbwertszeit von 5,3 Jahren des Radionuklides erlaubt dabei einen lang andauernden Betrieb, ohne dass die Strahlungsquelle aufwändig ausgetauscht werden müsste. Selbstverständlich wird der Fachmann hier jedoch auch andere Radionuklide, wie beispielsweise ²⁴¹Am in Betracht ziehen.Very advantageous radioactive gamma emitter can be used as a radiation source. In particular, the gamma radiation of the nuclide ⁶⁰ Co with 1.17 MeV and 1.33 MeV can be advantageously used. The half-life of 5.3 years of the radionuclide allows a long-lasting operation without the source of radiation would have to be exchanged consuming. Of course, however, one skilled in the art will also consider other radionuclides such as ²⁴¹ Am here.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich die Arbeitsfrequenz eines Schwingquarzes bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung verringert. Demnach kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit hoher Genauigkeit jede beliebige Arbeitsfrequenz eingestellt werden, indem ein Schwingquarz mit höherer Arbeitsfrequenz aus dem Kristall geschnitten wird, welcher-nachfolgend durch Bestrahlung auf die gewünschte Arbeitsfrequenz eingestellt wird.According to the invention it was recognized that reduces the operating frequency of a quartz crystal when irradiated with electromagnetic radiation. Accordingly, with the method according to the invention with high accuracy any operating frequency can be adjusted by a quartz crystal is cut at a higher operating frequency from the crystal, which is subsequently adjusted by irradiation to the desired operating frequency.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schwingquarz bei der Bestrahlung eine Dosis von etwa 0,1 Gray bis etwa 200 Gray deponiert. Besonders bevorzugt liegt die absorbierte Dosis zwischen etwa 1 Gray und etwa 30 Gray. Es hat sich gezeigt, dass die Frequenzänderung eines Oszillators etwa 0,5 Hz bis 2 Hz pro Gy beträgt. Demnach ergibt sich eine Untergrenze von etwa 0,1 Gy absorbierter Dosis für Schwingquarze, deren intrinsische Arbeitsfrequenz sehr nahe an der gewünschten Nennfrequenz liegt. Ab etwa 200 Gray wurde beobachtet, dass der Arbeitsstrom eines Quarzoszillators zunimmt. D.h., dass die übrigen im Quarzoszillator verbauten Bauelemente ab dieser Dosis degradieren. Selbstverständlich wird diese Beobachtung den Fachmann nicht davon abhalten, unbeschaltete Schwingquarze ohne weitere elektronische Bauelemente auch mit höheren Dosen zu bestrahlen. Bei unbeschalteten Schwingquarzen können somit auch größere Frequenzabweichungen noch korrigiert werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention In the quartz crystal during irradiation, a dose of about 0.1 Gray deposited to about 200 Gray. Particularly preferred is the absorbed dose between about 1 Gray and about 30 Gray. It has showed that the frequency change of an oscillator is about 0.5 Hz to 2 Hz per Gy. Therefore results in a lower limit of about 0.1 Gy absorbed dose for quartz crystals, whose intrinsic working frequency very close to the desired one Nominal frequency is. From about 200 Gray was observed that the Operating current of a quartz oscillator increases. That is, the others in the quartz oscillator degraded components from this dose down. Of course it will this observation does not discourage the skilled person from being blinded Quartz crystals without further electronic components even with higher doses to irradiate. With unoccupied quartz crystals can thus even larger frequency deviations still Getting corrected.

In Abhängigkeit von der Dosisleistung der verwendeten Strahlungsquelle wird die Bestrahlung etwa zwischen 1/100 Sekunde und 10 Sekunden, insbesondere zwischen 1/10 Sekunde und 5 Sekunden andauern. Um hohe Durchsätze zu erzielen, wird der Fachmann hier Strahlungsquellen mit hohen Dosisleistungen vorsehen, wie beispielsweise Synchroton-Strahlungsquellen, und damit die Bestrahlungszeit kurz halten. Sofern nur eine schwache radioaktive Quelle zur Verfügung steht, können die angegebenen Bestrahlungszeiten natürlich auch verlängert werden. Im Gegenzug sinkt dann der apparative Aufwand für Strahlerzeugung und Strahlenschutz.In dependence from the dose rate of the radiation source used is the Irradiation approximately between 1/100 second and 10 seconds, in particular between 1/10 second and 5 seconds. To achieve high throughputs, Here, the person skilled in the art will be radiation sources with high dose rates provide, such as synchrotron radiation sources, and thus keep the irradiation time short. If only a weak radioactive Source available stands, can The indicated irradiation times are of course also extended. In return, the equipment required for beam generation and radiation protection is reduced.

Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass nicht nur unverbaute Schwingquarze bestrahlt werden können, sondern diese auch bereits in einem Quarzoszillator verbaut sein können. Darüber hinaus kann auch der Quarzoszillator bereits mit weiteren elektronischen Bauelementen auf einem Schaltungsträger verbaut sein. Als Schaltungsträger kommen hier insbesondere Platinen oder Lötrahmen in Frage. Somit können auch Frequenzabweichungen korrigiert werden, welche sich erst durch den Einbau und die damit verbundene Erwärmung eingestellt haben.One particular advantage of the method according to the invention is that not only unobstructed quartz crystals can be irradiated, but These can already be installed in a quartz oscillator. Furthermore can also be the quartz oscillator already with other electronic components on a circuit carrier be installed. As a circuit carrier come here in particular boards or solder frames in question. Thus, too Frequency deviations are corrected, which only by the Installation and the associated heating have set.

Um die Strahlung dennoch auf den Schwingquarz zu konzentrieren und eine Schädigung der übrigen Bauelemente in der Umgebung des Schwingquarzes zu minimieren, kann in einer Ausgestaltung der Erfindung auch ein kollimierter Strahl verwendet werden. Die damit verbundene Schwächung der Intensität kann durch eine verlängerte Bestrahlungszeit leicht kompensiert werden. Alternativ kann der Fachmann auch eine Schutzabschirmung vorsehen, welche alle Teile bis auf den Schwingquarz bedeckt. Auch der kleine Strahl einer Mikrofokus-Röntgenröhre eignet sich zur lokalen Bestrahlung des Schwingquarzes großer Baugruppen.Around the radiation nevertheless to focus on the quartz crystal and a damage the rest Components in the vicinity of the quartz crystal can minimize in one embodiment of the invention also a collimated beam be used. The associated weakening of the intensity can through an extended one Irradiation time can be easily compensated. Alternatively, the Professional also provide a protective shield, which covers all parts covered to the quartz crystal. Even the small beam of a microfocus X-ray tube is suitable for local irradiation of the quartz crystal large assemblies.

Zur Bestimmung der zu applizierenden Dosis können zwei unterschiedliche Verfahren angewandt werden. Zum einen kann die Arbeitsfrequenz des zu bestrahlenden Schwingquarzes während der Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung fortlautend gemessen werden.to Determination of the dose to be administered can be two different Procedures are applied. For one thing, the working frequency of the to be irradiated quartz crystal during the application of electromagnetic radiation are measured continuously.

Bei Erreichen eines vorgebbaren Sollwertes der Arbeitsfrequenz wird die Bestrahlung dann beendet. Dies kann bevorzugt automatisiert geschehen, indem die Strahlungsquelle, beispielsweise mit einem Shutter, bei Erreichen des Sollwertes abgeschaltet wird. In diesem Fall kann eine Vielzahl von Schwingquarzen auf einen genauen Frequenzwert eingestellt werden. Quarze mit größerer Frequenzabweichung erhalten dabei eine größere Strahlendosis als solche mit geringerer Abweichung vom Sollwert. Somit ergeben sich nach der Bestrahlung Schwingquarze, welche eine deutlich schmalere Häufigkeitsverteilung der Arbeitsfrequenz aufweisen wie vor der Bestrahlung. Somit kann sichergestellt werden, dass für eine Vielzahl von Geräten eine Vielzahl von Quarzoszillatoren oder Schwingquarzen zur Verfügung steht, welche annähernd gleiche Arbeitsfrequenzen aufweisen.at Reaching a predefinable setpoint of the working frequency is the irradiation is stopped. This can preferably be automated done by the radiation source, for example with a Shutter, is switched off when the setpoint is reached. In this In the case, a plurality of quartz crystals can be set to an accurate frequency value become. Crystals with larger frequency deviation receive a larger dose of radiation than those with less deviation from the nominal value. Thus arise after irradiation quartz crystals, which are a much narrower frequency distribution the working frequency as before the irradiation. Thus, can be assured that for a variety of devices a variety of quartz oscillators or quartz oscillators is available, which approximate have the same operating frequencies.

Nach einer weiteren Alternative des Verfahrens werden größere Stückzahlen von Quarzen oder Quarzoszillatoren in einem Arbeitsgang bestrahlt. Dabei verschiebt sich der Mittelwert der Häufigkeitsverteilung der Arbeitsfrequenz um einen vorgebbaren Wert. Die Breite der Häufigkeitsverteilung bleibt jedoch unverändert. Um die zu applizierende Dosis zu bestimmen, kann vorher optional eine Teilmenge der zu bestrahlenden Quarzoszillatoren bestrahlt werden, wobei deren Änderungsrate der Frequenz in Hz/Gy bestimmt wird. Mit diesem Wert lässt sich die zu applizierende Dosis sehr genau berechnen.To Another alternative of the process will be larger quantities irradiated by quartz or quartz oscillators in one operation. there shifts the mean value of the frequency distribution of the working frequency by a predefinable value. The width of the frequency distribution, however, remains unchanged. To determine the dose to be administered, can be optional before a subset of the quartz oscillators to be irradiated are irradiated, their rate of change the frequency is determined in Hz / Gy. With this value can be calculate the dose to be administered very accurately.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher verdeutlicht werden.following the invention with reference to two embodiments without limitation of General idea of the invention will be clarified.

1 zeigt eine Vorrichtung zur Bestrahlung eines einzelnen Quarzoszillators bzw. Schwingquarzes mit elektromagnetischer Strahlung, bis dessen Arbeitsfrequenz einen gewünschten Nennwert erreicht hat. Hierzu befindet sich der Quarzoszillator 1 hinter einer Abschirmung 2, welche das Bedienpersonal und die Elektronik zur Kontrolle der Schwingungsfrequenz 3, 4 vor der Strahlung schützt. Im Inneren des Quarzoszillators 1 befinden sich der Schwingquarz 1a und die Steuerschaltung 1b. Eine weitere Abschirmung 5 schützt die Steuerschaltung vor der elektromagnetischen Strahlung. Nach dem Einschalten der Strahlungsquelle 6 kann am Frequenzzähler 3 die Abnahme der Arbeitsfrequenz gemessen werden. Sobald die gewünschte Nennfrequenz erreicht ist, wird die Strahlungsquelle 6 abgeschaltet. 1 shows an apparatus for irradiating a single crystal oscillator with electromagnetic radiation until its Operating frequency has reached a desired nominal value. For this purpose there is the quartz oscillator 1 behind a screen 2 which the operating personnel and the electronics for controlling the vibration frequency 3 . 4 protects against radiation. Inside the quartz oscillator 1 are the quartz crystal 1a and the control circuit 1b , Another shielding 5 protects the control circuit from the electromagnetic radiation. After switching on the radiation source 6 can at the frequency counter 3 the decrease of the working frequency can be measured. Once the desired rated frequency is reached, the radiation source 6 off.

Das Ergebnis des Verfahrens ist in 2 dargestellt. 2a zeigt dabei die Verteilung der gemessenen Arbeitsfrequenzen einer Vielzahl von temperaturkompensierten Quarzoszillatoren vom Typ IT7500 der Fa. Rakon. Erkennbar ist eine breite Verteilung um eine Mittelfrequenz f₃. Nachdem jeder einzelne Quarzoszillator mit einer individuellen Strahlendosis aus einer ⁶⁰Co-Quelle bestrahlt wurde, ergibt sich eine Verteilung der Arbeitsfrequenzen nach 2b. Die Abweichung der Quarzoszillatoren von der neuen Mittelfrequenz f₀ beträgt nur mehr 0,01 ppm im Vergleich zu 5 ppm nach 2a. Die Einheit ppm bezeichnet dabei parts per million, also 1:10⁶.The result of the procedure is in 2 shown. 2a shows the distribution of the measured operating frequencies of a large number of temperature-compensated quartz oscillators of the type IT7500 from Rakon. Recognizable is a broad distribution around a center frequency f ₃ . After each individual quartz oscillator was irradiated with an individual dose of radiation from a ⁶⁰ Co source, a distribution of the operating frequencies follows 2 B , The deviation of the quartz oscillators from the new center frequency f ₀ is only 0.01 ppm compared to 5 ppm after 2a , The unit ppm designates parts per million, ie 1:10 ⁶ .

3 zeigt dabei, wie sich die relative Frequenzabweichung mit der Bestrahlungszeit ändert. Erkennbar ist, dass nach Einschalten der Bestrahlungsquelle die Frequenzabweichung innerhalb weniger Sekunden um mehr als 4 ppm sinkt. Die Nennfrequenz wird schließlich mit einer Abweichung von ca. 0,01 ppm erreicht. Die in diesem Fall applizierte Dosis betrug 30 Gray. Da ein Teil der durch die Bestrahlung induzierten Frequenzänderung ausheilt, wird die Frequenz um etwa 10% mehr als gewünscht geändert. Diese Ausheilung der Frequenzänderung geschieht innerhalb weniger Minuten nach dem Ende der Bestrahlung. Sofern eine Vielzahl Quarzoszillatoren mit gleichen Eigenschaften bestrahlt werden, tritt diese Ausheilung reproduzierbar auf. Sie muss daher nicht notwendiger Weise, wie in 3 dargestellt, überwacht werden. Vielmehr kann der Quarzoszillator sofort nach dem Ende der Bestrahlung weiter verarbeitet werden. 3 shows how the relative frequency deviation changes with the irradiation time. It can be seen that after switching on the radiation source, the frequency deviation drops by more than 4 ppm within a few seconds. The nominal frequency is finally reached with a deviation of approx. 0.01 ppm. The dose applied in this case was 30 Gray. As part of the radiation-induced frequency change heals, the frequency is changed by about 10% more than desired. This annealing of the frequency change occurs within a few minutes after the end of the irradiation. If a large number of quartz oscillators are irradiated with the same properties, this annealing occurs reproducibly. It does not necessarily have to, as in 3 shown, monitored. Rather, the quartz oscillator can be processed immediately after the end of the irradiation.

Eine weitere Verfahrensführung ist im Flussdiagramm nach 4 dargestellt. Demgemäß wird für eine Menge von n Schwingquarzen der Mittelwert f der Häufigkeitsverteilung der Arbeitsfrequenzen ermittelt. Im nächsten Arbeitsschritt wird eine Teilmenge m aus den n Schwingquarzen ausgewählt. Diese werden in eine Vorrichtung nach 1 eingeführt und entweder einzeln oder gemeinsam einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt. In diesem Ausführungsbeispiel wurde eine ⁶⁰CO-Strahlungsquelle verwendet. Aus der Messung der eingestrahlten Dosis und der Arbeitsfrequenz nach der Bestrahlung lässt sich die Empfindlichkeit der Frequenzänderung Δf der Schwingquarze ermitteln. Dabei ergibt sich beispielsweise ein Messergebnis wie nach 7. Dargestellt ist für eine Teilmenge m = 6 die laufende Nummer des Oszillators und die Frequenzänderung in Hz/Gy. Es ergibt sich ein Mittelwert der Frequenzänderung Δf von –1,57 Hz/Gy bei einer Standardabweichung von 0,07. Dieses Ergebnis ist in 6 nochmals grafisch dargestellt.Another procedure is shown in the flow chart 4 shown. Accordingly, the mean value f of the frequency distribution of the operating frequencies is determined for a set of n quartz crystals. In the next step, a subset m of the n quartz oscillators is selected. These are in a device after 1 introduced and exposed either individually or jointly to electromagnetic radiation. In this embodiment, a ⁶⁰ CO radiation source was used. From the measurement of the irradiated dose and the working frequency after the irradiation, the sensitivity of the frequency change Δf of the quartz crystals can be determined. This results, for example, a measurement result as after 7 , For a subset m = 6, the serial number of the oscillator and the frequency change in Hz / Gy are shown. The result is an average value of the frequency change Δf of -1.57 Hz / Gy with a standard deviation of 0.07. This result is in 6 shown graphically again.

Im letzten Verfahrensschritt wird aus der gewünschten Frequenzänderung Δf = f – f₀ die zu applizierende Dosis errechnet. Die verbleibenden (n – m) Schwingquarze werden sodann mit dieser Dosis bestrahlt. Dabei kann gemäß 5 die Bestrahlung ohne weitere Frequenzüberwachung erfolgen. Je nach technischen Möglichkeiten können dabei alle Schwingquarze auf einmal bestrahlt werden oder aber es wird sequenziell ein Quarz nach dem anderen bestrahlt.In the last process step is out of the desired change in frequency .DELTA.f = f - f ₀ calculates the dose to be administered. The remaining (n - m) oscillating crystals are then irradiated with this dose. It can according to 5 the irradiation takes place without further frequency monitoring. Depending on the technical possibilities, all crystal quartz crystals can be irradiated all at once or quartz after quartz is irradiated sequentially.

Als Ergebnis der Bestrahlung hat sich der Mittelwert der Häufigkeitsverteilung der Frequenzen der Gesamtmenge von n Schwingquarzen vom Wert f zum Wert f₀ verschoben. Die Breite der Häufigkeitsverteilung ist unverändert geblieben. Diese Verfahrensführung ist insbesondere vorteilhaft, wenn bereits eine Menge von gut selektierten Schwingquarzen zur Verfügung steht, jedoch die Arbeitsfrequenz dieser Schwingquarze nicht den Erfordernissen der geplanten Anwendung entspricht.As a result of the irradiation, the mean value of the frequency distribution of the frequencies of the total of n quartz crystals has shifted from f to f ₀ . The width of the frequency distribution has remained unchanged. This procedure is particularly advantageous if a lot of well-selected quartz crystals is already available, but the working frequency of these quartz crystals does not meet the requirements of the intended application.

Claims

A method for influencing the operating frequency of a quartz crystal, characterized in that the quartz crystal is exposed to an electromagnetic radiation having a wavelength of less than 2.5 nm.

Method according to claim 1, characterized in that that the quartz crystal with an electromagnetic radiation with a wavelength less than 0.7 nm is applied.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the electromagnetic radiation has a wavelength of more than 4 × 10 ^-13 m.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the working frequency by the application of the electromagnetic Radiation is reduced.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that in the quartz crystal a dose of 0.1 Gray to 200 Gray, in particular of 1 Gray to 30 Gray is deposited.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the irradiation between 1/100 second and 10 seconds, in particular between 1/10 seconds and 5 seconds.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the quartz crystal before irradiation in a quartz oscillator is used.

Method according to claim 7, characterized in that that the quartz oscillator before irradiation on an electronic circuit support is installed.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized that the operating frequency of the quartz crystal or the quartz oscillator while Continuing to be exposed to electromagnetic radiation is measured and the irradiation upon reaching a predetermined Value of the working frequency is terminated.

Method according to claim 9, characterized that the working frequency after the application of the quartz crystal with electromagnetic radiation in the range of ± 10 ppb deviates from the predefinable setpoint.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized that a plurality of quartz oscillators or quartz oscillators at the same time is exposed to electromagnetic radiation.

Method according to claim 11, characterized in that that before the irradiation of the plurality of quartz oscillators or quartz oscillators the radiation dose is determined by a subset of the to be irradiated oscillating quartz or quartz oscillators is selected, this is irradiated with a predeterminable dose and the frequency change dependent on the applied dose is determined.