Helium in Quartzoscillatoren ????

[kolisson]

tja,
wie der titel schon sagt, frage ich mich, ob in den kleinen metallboxen der quartzoscillatoren helium drinne ist.

gestern habe ich folgendes datenblatt gelesen:
http://www.digchip.com/datasheets/download_datasheet.php?id=1037356&part-number=VF150

da findet sich unter PARAMETER "hermetic seal" eihttp://www.digchip.com/datasheets/download_datasheet.php?id=1037356&part-number=VF150 aussage über helium.
ist das nun da drinne oder ist der parameter nur ein equivalent für den fall, dass nun helium drinne wäre ?

wenn da welches drinne ist... was wäre dann der grund ?


gruss klaus

[BASTIUniversal]

Helium ist ja ein Edelgas, es reagiert also nicht mit anderen Stoffen (bzw. nur wenn man es dazu zwingt).
Ein Grund wird also sein, dass der Oszillator (bzw. das Silizium-Plättchen das darin ist) nicht von innen oxidiert und sich dadurch evtl. verstimmt oder kaputt geht.
Warum die jetzt aber Helium verwenden und kein billigeres Inert-Gas wie Stickstoff oder Kohlendioxid ist mir unbekannt.

MfG
Basti

[Thoralf]

da wird kein He drin sein. Möglicherweise was billigeres wie Argon, wenn überhaupt.
Helium ist möglicherweise nur als Messgas in Prüfvorschriften vorgesehen, weil es leicht diffundiert und als schnellstes durch Versiegelungen geht. Andere Gase brauchen länger (auch H2O-Dampf) und Helium stellt ausschließlich zur Prüfung den worst case dar.

Das ist vllt. wie mit der Pferdestärke. Es ist ja bekanntllich kein Pferd im Auto (oder vllt. doch? Bei manchem Fahrstil? ;-))

[kolisson]

@Thoralf
kommt mir fast auch so vor als dass diese kleinen atome eher so ein referenzwert wären

und @BASTIUniversal
ich hätte wohl eher mal mit stickstoff versucht.
co2 wäre wohl ehr schlecht, da es ja mit eventueller feuchte schon wieder ne säure bildet.

mal sehen, ob jemand hier noch was weiss.

gruss klaus

[i_make_it]

Also in der Lasertechnik, werden alle Komponenten für Gaslaser mit Helium leckgetestet und der Diffussionsrate angegeben. Im Datenblatt ist die Leckrate genau so angegeben wie ich es kenne. Es ist als Referenzgas angegeben.
Wasserstoff würde noch schneller diffundieren, aber auch Metalle verspröden lassen, weshalb es nicht genommen wird. Und weil man spätestens seit Lakehurst und Hindenburg weis das Wasserstoff nicht grade schlau ist!

[kolisson]

das kling doch wie die antwort eines wissenden.
ich war mir aber nicht sicher darüber, da ich mal einen solchen oscillator vorsichtig geöffnet habe , um mal die schaltung zu kidnappen.
leider war der nach dem öffnen tot.

gruss klaus

[i_make_it]

Nun das hermetic sealed hat ja seinen Grund.
Wenn du das Gehäuse unter Helium Schutzgas Atmosphäre geöffnet hättest, wäre das ganze noch funktionell.
und in einem Elektronenmikroskop wäre sogar die mechanische schwingung bei Betrieb zu sehen.

Der Luftsauerstoff verstimmt das Kristallgitter duch die Fremdatomdotierung beim Oxidieren.
dazu kommt vermutlich noch eine Verunreinigung oder Beschädigung beim Öffnen des Gehäuses mit Hausmitteln.
Bqim Öffnen braucht es die selbe Reinraum Stufe wie bei der Produktion und das entsprechende Know How um Schaden zu vermeiden. Der entsprechende Maschinenpark ist auch Vorraussetzung.

[kolisson]

@ i_make_it
klingt logisch... aber ich frage mich, ob das tatsächlich so ist.
vielleicht weist du es ja wirklich.
die ganze sache bringt mich dazu, demnächst....

also nachdem ich meinen genauen frequenzzähler , an dem ich noch arbeite,
fertiggestellt habe , werde ich mal unter betriebsbedingunge ein kleines loch in so ein teil machen und messen, was passiert. (sozusagen lass ich mal etwas luft rein)

das ganze ist ja nur durch das datenblatt zu einem hochinteressanten thema geworden (zumindest für mich).

um das thema nun durch die inspiration mal etwas auszudehnen ...

... ich frage mich noch etwas anderes!

.. die ganzen qiuartzoscillatoren werden in der stabilität immer PPM angegeben. ! die billigen haben da z.b. etwa 100ppm

ein 100Mhz oszillator würde demnach um +/- 1000Hz schwanken.
ein 200 Mhz oscillator aber adequat gleich um +/-200.

irgendwie wundert mich so etwas.. da die natur solche regelmässigkeiten eigentlich nicht freiwillig hergibt.

ist es dann so, dass der stabilste oscillator einer mit 32768 khz ist ?
.. oder was ist da mein verständnisproblem ?

bei höheren frequenzen sollte doch das plättchen kleiner und dünner sein....
.... wie kommt es dann zu gleicher abweichung ?

gruss
klaus

[mare_crisium]

kolisson,

alles über Schwingquarze findest Du hier

http://www.qsl.net/dk1ag/Kap2.pdf

Die Antwort auf Deine Frage nach dem Helium findest Du auf Seite 271:
"...Das Gehäuse ist normalerweise mit einem trockenen Gasgemisch aus 90% Stickstoff und 10% Helium gefüllt. Der Heliumanteil dient zur Prüfung der Gehäuse auf Dichtheit mit einem Massenspektrometer." (Also genauso, wie I_make_it sagt)
und
"Bei besonders hohen Ansprüchen an die Schwingungsgüte und Langzeitkonstanz der Schwingquarze werden die Gehäuse evakuiert."

Dein Quarz scheint evakuiert gewesen zu sein und hat deshalb beim Öffnen den Geist aufgegeben :-( .

Quarz wird von Sauerstoff nicht angegriffen. Integrierte Schaltungen auf Si-Substraten werden normalerweise mit einer Passivierungsschicht aus SiO2 (Siliziumdioxid, abgeschieden im CVD-Verfahren meistens aus TEOS, Tetraethoxiorthosilikat), Si3N4 (Siliziumnitid, abgeschieden per CVD aus DCS, Dichlorsilan oder SiH4, Monosilan in Anwesenheit von Ammoniak) oder/und Polyimid (aufgebracht im Spin-on-Verfahren) gegen Eindiffundieren von Sauerstoff und Wasserdampf geschützt. - Die Chemie spielt in der Chip-Herstellung eine ziemlich wichtige Rolle und ist sehr interessant! - Falls sich ein Chip in Deinem Oszillator befand, dürfte er die Belüftung beim Öffnen des Gehäuses überstanden haben; allerdings kann man sehr leicht einen der Bonding-Drähte abreissen ;-).

Ciao,

mare_crisium

[Besserwessi]

Die Quarze schwingen im Vakkum. Die Daten für Helium sind halt das normale Referenzgas für die Dichtigkeit von Vakkumbehältern. Wenn man ein Restgar drin haben will, wäre Helium wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit und geringen Dichte auch keine Schlechte Wahl. Der Preis wäre bei der geringen Größe und dem eher kleinen Druck auch nicht das Problem.

Wenn bei so einem Quarz Luft reinläßt, erhöht sich die Dämpfung und wenn man Pech hat hört die Oszillatorschaltung dann auf zu schwingen. Es gibt aber auch Oszillatoren, besonders wenn die auch für Keramische Resonatoren geeigent sind, die trotzdem Weiter schwingen.

Der 2 te Effekt ist das die Frequenz etwas niedrieger werden wird. Zum einen lagert sich auf der Oberfläche Gas an und es muß auch etwas Gas mitbewegt werden.

Die 100 ppm an tolleranz für den Quarz sind keine kurzzeitigen Schwankungen, sondern die maximale Abweichung vom Richtigen wert. Das meiste davon sind Fertigungsabweichungen und der Temperatureffekt. Wenn der Quarz also einmal um z.B. 60 ppm zu hoch ist, wird er bei der selben Temperaur auch erst mal bei 60 ppm zu hoch bleiben. Durch Alterung dann vielleicht um ein paar ppm pro jahr nach unten.
Kurzzeitig, über ein paar Minuten kann auch bei einem billigen Quarz die Frequenz bis in dem Bereich 0.01 ppm konstant bleiben.

Die 32768 Hz Uhrenquarze sind schon relativ gut. Normale Quarze bei etwa 5-10 MHz sind zum Teil ähnlich gut. Die 32 kHz Quarze haben allerdings eine geringe Abhängigkeit von der Schwerkraf: Wenn die Anschlüsse nach oben zeigen ist auch die Frequenz ein klein bischen höher. Es soll sogar hochwertige Beschleunigungssensoren geben die auf diesem Effekt beruhen, aller dings wohl mit etwas größeren und noch niederfrequenteren Quarzen.

[kolisson]

@mare_crisium
vielen dank für den link... ist interessant

und danke an alle, da ja wieder sehr umfassende informationen ausgetauscht wurden.

grüsse klaus