DE1566009A1

DE1566009A1 - Mechanisches Frequenzfilter und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1566009A1
Application number: DE19671566009
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Rer Nat Boerner
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1967-08-26
Filing date: 1967-08-26
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1168240A; US3760471A; FR1577106A

Description

IELEFUNKE N Patentverwertungsgesellsehaft mbH

U 1 m (Donau), Elisabethenstr. 3

Ulm (Donau), 16. August 1967 FE/PT-N/br U 130/67

"Mechanisches Frequenzfliter und Verfahren zu seiner Herstellung"

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Frequenzfliter, bestehend aus einem plattenförmigen Kristall, beispielsweise einem Quarzkristall, bei dem die Resonatoren als auf ihren Hauptflächen mit einer Metallschicht versehene Bereiche des Kristalls ausgebildet sind, die durch als Koppelelemente wirkende Kristallbereiche miteinander verbunden sind, wobei die seitlichen Abmessungen der Metallschicht sowie das Verhältnis von Stärke der als Koppelelemente wirkenden Bereiche zu Stärke der mit einer Metallschicht versehenen Bereiche

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(Resonatoren) dl· Bandbreite dee Pilters und die Höhe der Metallschicht die Resonanzfrequenz der Resonatoren bestimmen, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es 1st bekannt, mechanische Frfquenzfliter aus einen plattenförmigen Kristall In der welsK herzustellen, dass zwischen den einzelnen Resonatoren durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Fräsen oder Sägen, Einschnitte angebracht werden und bass auf diese Weise die Koppelelemente erzeugt werden· De/¹ NachWu. aieser bekannten Prequenxfliter besteht darin, dass sie mechanisch nicht sehr stabil sind. Dies lässt sich einerseits aus der fertigen Struktur mit verhältnismäßig schmalen Koppelstegen erklären andererseits bringt aber auch die Art der Herstellung der Einschnitte die Gefahr mit sich, dass in dem Kristallkörper durch die mechanische Erschütterung Risse entstehen, die später zum Bruch der gesamten Anordnung führen. Darüber hinaus 1st die erforderliche hohe Präzision der Resonatorabmessungen bei dem bekannten Filter nur sehr schwer zu verwirklichen.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, mechanische Frequenzfliter aus einem plattenförmigen Kristall durch Querschnittsänderungen zu erzeugen. Hierbei werden die QuerschnitfsSnderungen,

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d. h. die unterschiedliche Plattenstärke des Kristalls, in den als Resonatoren und in den als Koppelelemente dienenden Bereichen gemäss dem einen Vorschlag duroh Abtragen von Kristallmaterial und gemäss einem zweiten Vorschlag durch Aufdampfen von Metallschichten hergestellt. Während bei Filtern, die gemäss dem ersten Vorschlag beispielsweise in einem Ätzprozess hergestellt werden» die geforderten Abmessungen mit guter Genauigkeit hergestellt, werden können, dafür aber der Abgleioh der einzelnen Resonatoren Schwierigkelten bereitet, liegt der Nachteil bei Frequenzfiltern, die gemäss dem zweiten Verfahren hergestellt werden, darin, dass sich in einem Aufdampfprozess die seitliehen Abmessungen der Resonatoren nur mit unsurelohender Genauigkeit bestimmen lassen, da dam aufzudampfende terial an den Maskenrässäern gestreut wiri mit ü& im Lauf Fertigungsprozesses die Masken leicht verschmutzen und somit eine starke Streuung zwischen den Eigenschaften nacheinander hergestellter Frequenzfilter eintritt. Bei Frequenzfiltern, bei denen die Querschnittsänderungen in einem Aufdampfprozess erzeugt werden, ist es dagegen sehr einfach, die einzelnen Resonatoren auf die gewünschte Frequenz abzustimmen.

Die geschilderten H&ehteile vermeidet das erfindungsgemässe Frequenzfilter. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht aus zwei Zonen besteht, von denen die erste, die un-

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mittelbar an die Kristalloberfläche angrenzt, die geforderten seitlichen Abmessungen aufweist und von denen die zweite eine solche Höhe aufweist, dass die Oesamthöhe beider Zonen die geforderte Höhe der Metallschicht ergibt.

Die Herstellung eines erfindungsgemässen Frequenzfilters erfolgt erfindungsgemäss in der Weise, dass nacheinander folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

die Oberfläche des mit der erforderlichen Genauigkeit hergestellten Kristalls wird mit einer Metallschicht Überzogen

die Metallschicht wird mit einer lichtempfindlichen Lackschicht versehen

die Lackschicht wird mit Fotomasken abgedeckt und belichtet

die Lackschicht und die Metallschicht werden an den durch die Maskenform bestimmten Stellen in einem Ätzprozess abgetragen, die verbliebenen Reste der Lackschicht werden entfernt

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die mit einer Metallschicht versehenen und damit in ihren Abmessungen Innerhalb des Kristalls festgelegten Resonatoren werden durch Aufdampfen einer weiteren Metallschicht auf die gewünschte Frequenz abgestimmt, wobei der zu bedampfende Bereich mit einer Maske in der Weise begrenzt wird, dass die im Ktzprozess gewonnenen Konturen der Metallschicht erhalten bleiben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein in der Zeichnung dargestelltes erfindungsgemässes Frequenzfilter, insbesondere im Hinblick auf die einzelnen Verfahrensschritte bei seiner Herstellung, näher erläutert. Dabei sind in den einzelnen Figuren der Zeichnung gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Frequenzfilter in perspektivischer Darstellung*

Flg. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des in Fig. dargestellten Freqüenzfliters.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemässen Frequenzfilter sind Teile der beiden Häuptflächen eines plattenförmigen Kristalls 1 mit Metallschichten 2 versehen. Die mit Metall-

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schichten 2 versehenen Kristallbereiche dienen dabei als ■ Resonatoren bzw. als Wandler, wenn sie mit Anschlüssen 4 versehen sind und sind über als Koppelelemente dienende Bereiche 3 miteinander verbunden.

Der Aufbau der Metallschicht über den als Resonatoren dienenden Krlstallberelohen lässt sich in Pig. 2 der Zeichnung deutlich erkennen. Die Metallschicht 1st aus zwei Zonen 2a und 2b aufgebaut, von denen die erste Zone 2a unmittelbar an der Oberfläche des Kristalls 1 angrenzt, während die zwei* te Zone 2b sich über der ersten Zone 2a befindet. Der nicht mit Metallsohiohten versehene Kristallbereich zwischen den beiden in Flg. 2 dargestellten Resonatoren dient als Koppelelement 3.

Die Herstellung des erfindungsgemässen Filters erfolgt nun in der Welse, dass zunächst der plattenförmige Kristall in den gewünschten Abmessungen und mit der erforderlichen Oberfläohengüte hergestellt wird, wobei entsprechend der Art des verwendeten Kristalls selbstverständlich auf die Kristall· orientierung zu achten ist. Die Oberfläche des Kristalls wird anschliessend mit einer Metallschicht bedeckt. Das Aufbringen der Metallschicht erfolgt dabei vorzugsweise in einem Oilvanisierungsverfahren oder auch durch Aufdampfen im Vakuum. An-

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schliessend wird die Metallschicht nit einer lichtempfindlichen Lackschicht versehen« mit Fotomasken abgedeckt und belichtet* Durch die Fotomasken werden die genauen seitlichen Abmessungen der Metallschiohten 2 Über den als Resonatoren dienenden Krlstallbereiohen festgelegt. In einem weiteren Verfahrenssohritt wird die Metallschicht an den durch die Maskenform bestimmten Stellen in einem Ätzprozess abgetragen und die verbliebenen Reste der Lacksehloht werden entfernt. Die Höhe der Metallschicht, die sich nunmehr über den als Resonatoren bzw. Wandlern dienenden Bereichen des Kristalls befindete ist etwas geringer gewählt als die endgültig erforderliche Höhe. Nach den geschilderten Verfahrensschritten ist die Zone 1 der Metallschicht mit hoher Oenauigkelt ihrer seitlichen Abmessungen fertiggestellt, und für das fertige Filter 1st damit die geforderte Bandbreite, die bekanntermassen von den seitlichen Abmessungen der Resonatoren und Koppelelemente bestimmt wird, festgelegt. In einem abschliessenden Verfahrensschritt wird nunmehr die Höhe der Metallschichten durch Aufdampfen der zweiten Zone 2b auf das erforderliche Mass gebracht. Da die seitlichen Abmessungen der Resonatoren und Koppelelemente bereits festliegen, ist es bei dem Aufdampfprozess nicht mehr erforderlich, dass die Konturen der zweiten Zone 2b mit hoher Präzision festgelegt wer-

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den. In dem Aufdampfprozess erfolgt gleichzeitig die endgültige Abstimmung der Frequenz der Resonatoren In der Weise, dass die dem fertigzustellenden Resonator benachbarten Resonatoren durch eine leitende Verbindung ihrer Metallbeläge kurzgeschlossen werden und dass die Resonanzfrequenz des abzustimmenden Resonators ebenfalls über an die Metallschichten angelegte Kontakte während des Aufdampfprozesses laufend überwacht wird. Um dieses besonders leicht durchführen zu können ist es in Weiterbildung der Erfindung günstig, die Metallschichten, wie in Pig. 3 dargestellt, mit Stegen 4 zu versehen, die für den Abgleichvorgang als Elektroden dienen. Die Erzeugung der Stege 4 kann dabei bereits während des Fotomaskierungsprozesses bzw. während des Ätzprozesses erfolgen. Dagegen wird die Stärke der Stege 4 während des Aufdampf-Prozesses für die zweite Zone der Metallschicht nicht weiter erhöht.

Wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die erste Zone in einem Oalvanisierungsverfahren aufgebracht, so ergibt sich gegenüber dem bereits vorgeschlagenen mechanischen Frequenzfilter, bei dem die Querschnittsänderungen in einem einzigen Aufdampfprozess erzeugt werden, ein weiterer Vorteil.

Durch die amorphe Struktur aufgedampfter Metallschichten sind

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bei diesen -starke* Alterungsersoheinungen zu beobachten. Wenn bei dem erfindungsgemässen Prequenzfliter die erste Zone 2a der Metallschicht in einem Galvanfeierungsprozess aufgebracht wird und im wesentlichen schon die endgültige Höhe der gesamten Metallschicht aufweist« wird der Einfluss dieser Alterungserseheinungen stark vermindert. Natürlich kann man auch schon die erste Zone aufdampfen, doch 1st dann im allgemeinen vor dem Aufdampfen der zweiten Zone ein Temperprozess zur künstlichen Alterung erforderlich.

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Claims

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Patentansprüche

1. Mechanisches Frequenzfilter bestehend aus einem plattenförmigen Kristall, beispielsweise einem Quarzkristall, bei dem die Resonatoren als auf ihren Hauptflächen mit einer Metallschicht versehene Bereiche des Kristalls ausgebildet sind, die durch als Koppelelemente wirkende Kristallbereiche miteinander verbunden sind, wobei die seitlichen Abmessungen der Metallschicht sowie das Verhältnis von Stärke der als Koppelelemente wirkenden Bereiche zu Stärke der mit einer Metallschicht versehenen Bereiche (Resonatoren) die Bandbreite des Filters und die Höhe der Metallschicht die Resonanzfrequenz der Resonatoren bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (2) aus zwei Zonen (2a und 2b) besteht, von denen die erste (2a), die unmittelbar an die Kristalloberfläche angrenzt, die geforderten seitlichen Abmessungen aufweist und von denen die zweite (2b) eine solche Höhe aufweist, dass die Gesamthöhe beider Zonen (2a und 2b) die geforderte Höhe der Metallschicht (2) ergibt.

2. Mechanisches Frequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone (2a) aus galvanisch abge-

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echiedenem Material besteht und dass die zweite Zone (2b) aus aufgedampftem Material besteht.

JJ. Mechanisches Frequenzfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone (2a) aus aufgedampftem und gegebenenfalls getempertem Material besteht und dass die zweite Zone (2b) aus aufgedampftem Material besteht.

4. Mechanisches Frequenzfilter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (2) der Resonatoren mit Stegen (4) versehen sind, die als Anschlusselektroden dienen.

5. Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Frequenzfilters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

die Oberfläche des mit der erforderlichen Genauigkeit hergestellten Kristalls wird mit einer Metallschicht überzogen

die Metallschicht wird mit einer lichtempfindlichen iLaekschicht versehen

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die Laokschicht wird mit Fotomasken abgedeckt und belichtet

die Lackschicht und die Metallschioht werden an d*en durch die Maskenforra bestimmten Stellen in einem Ätzprozess abgetragen, die verbliebenen Reste der Lackschicht werden entfernt

die mit einer Metallschicht versehenen und daanifc ihren Abmessungen innerhalb des Kristalls fe#t#e;leg;-ten Resonatoren werden durch Aufdampfen einea? weiterem Metallschicht auf die gewünschte Frequenz abgestimmt, wobei der zu bedampfende Bereich mit einer Ma«fce ta- dser Weise begrenzt wird, dass die im Ätzprozess gewonnenen Konturen der MetallSchicht erhalten bleiben-

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