DE1616444A1 - Piezoelektrischer keramischer Resonator und Halterung - Google Patents

Description

• Piezoelektrischer keramischer Re.sonator'und Halterung Gegenstand der Erfindung ist ein keramischer Resonator und eine Halterung für diesen, welcher Resonator an den beiden entgegengesetzten ebenen- Hauptseiten Elektroden und zwei Deckplatten aus einem elastischen leitenden Material aufweist, von denen jede Platte mit einem.elektrischen Verbindungsmittel und mit mindestens einem Kontaktmittel versehen ist. Der Resonator ist zwischen den Kontaktmitteln der beiden Deckplatten angeordnet, so dass die Kontaktmittel auf den Resonator einen Kontaktdruck ausüben. Der Resonator wird von einem isolierenden Abstandsglied umgeben, die die beiden Deckplatten mit einander verbinden, wodurch ein den Resonator umschließendes Gehäuse gebildet wird. Die Erfindung sieht einen verbesserten keramischen Resonator und eine Halterung für diesen vor und im besonderen eine Halterungsvorrichtung, deren abschließende Deckglieder zugleich als Resonatorhalterung und als elektrische Verbindungsmittel wirken.
• Ein keramischer Resonator wird oftmals so gelagert, dass auf diesen von zwei federnden Platten und/oder zwei Federn ein Druck ausgeübt wird. Diese Lagerung ist an sich als Drucklagerung bekannt.
• Eine solche Lagerung des Resonators wirkt jedoch nicht abdichtend, so dass die Lagerung in eine abdichtende Kapsel eingesetzt werden muss, um den Widerstand des Resonators gegen die Umgebungsluft und damit dessen Zuverlässigkeit zu erhöhen. Zugleich muss zwischen den elektrischen Verbindungsmitteln und den Elektroden des Resonators eine gute elektrische Verbindung bestehen, wenn der Resonator als Schaltungselement verwendet wird.
• Die Erfindung sieht daher einen keramischen Resonator und eine Halterung für diesen vor, deren Teile die Einheit umschließen und als elektrische Verbindungsmittel wirken, sowie eine vereinfachte Halterung, wodurch die Herstellungskosten des als Schaltungselement wirkenden keramischen Resonators verbilligt werden. .
• ' Der keramische Resonator ist an den beiden ebenen Hauptflächen mit Elektroden versehen und wird von zwei Deckgliedern eingeschlossen, die aus elastischen leitenden Platten bestehen, von denen jede Platte ein elektrisches Verbindungsmittel und mindestens eine vorstehende Stelle aufweist, welche Stellen an den Elektroden elastisch anliegen. Die beiden Deckglieder werden um den Resonator herum von einem Abstandsglied mit einander verbunden, wodurch ein Gehäuse für den Resönätor gebildet wird.
• . Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben.-In den beiliegenden -Zeichnungen ist die Figöla eine zum. Teil als Schnitt gezeichnete schaubildliche Darstellung einer Halterung für einen keramischen Reso-.- nator nach. d'er Erfindung., Fig.1b ein senkrechter Schnitt. durch die in der Pig:la dargestellte Halterung,-Fig.:2 - ein senkrechter-Schnitt durch eine.-andere Ausführung der Halterung nach-der Erfindung,.
• Fig.3 ein senkrechter Schnitt durch eine weitere andere Ausführung einer Halterung nach der Erfindung, Fig:4 ein Schaltplan einer einfachen Schaltung mit--,einem keramischen Resönatot als Schaltungselement undde Fig.5 eine Draufsicht auf ein Deckglied der Halterungen nach den Figuren 1,-2 und 3.
• Die -fig_.1 zeigt -einen keramischen Resonator 10, der von den vorstehenden,Buekelri A und.B abgestützt wird,. dielan zwei Deckgliedern 6 und-8 vorgesehen sind, welche Deckglieder von einem isolierenden Abstandsglied5umgeben sind. Das isolierende. Abstandsglied 5 ist an den Deckgliedern 6 und 8 durch Klebverbindungen 16 und 18 befestigt, wie in .der Fig.1 dargestellt: Der keramische Resonator 10 besteht aus einer piezoelektrischen keramischen Scheibe 1, die an den beiden Hauptseiten mit diese yollstä,ndig bedeckenden Elektroden 2 und 4 versehen ist. Die Resonanzfrequenz des Resonators hängt von dessen Abmessungen ab, und der Res-onatör ist polarisiert, so dass er einen Schwingungsmodus aufweist. Für die Zwecke der Erfindung wird vorzugsweise eine Dickenschwingung vorvorgesehen, s.Bo ein Dickenabschermodus oder ein Dickenausdehnungsmodua. Dies wird damit begründet, dass die mechanischen Versetzungen an der Blektrodenfläche bei dieser Schwingungsweise und bei einer gegebenen Betriebsfrequenz im wesentlichen gleichförmig sind. Die Frequenzaneprache des Kesonators 10 hängt daher nicht von den Stellen ab, an denen die Buckel .A und B angeordnet sind.
• Die mechinechen Versetzungen der Blektrodenflächen eines Resonators, der nach einem anderen Modus, z.B. nach einem Radialmodue schwingt, verteilen sich von einem Knotenpunkt aus kreisförmig auf den Blektrodenflächen. In diesem Falle würde die Frequenzanäprache weitgehend von den-Orten der Buckel A fand B abhängen mit der Folge, dass eine Signalverzerrung nahe bei der Arbeitsfrequenz eintreten würde, auf die die Schaltung abgestimmt ist, die den Resonator enthält.
• Wie in der fig.i dargestellt, wird der Resonator 10 vom isolierenden Abstandsglied 5 vollständig eingeschlossen, das durch die Siebverbindungen 16 und 18 an der oberen und unteren Kante mit den Meiden Deckgliedern 6 und 8 verbunden ist, wodurch ein den Resonator 10 vollständig einschließendes Gehäuse gebildet wird. »1e beiden am isolierenden Abstandsglied 5 befestigten Deckglieder 6 und 8 übeji durch die Buckel A und B auf die Blektrodenflächen des Resonators 10 einen federnden Druck aus, so dass der Resonator 10 von den Buckeln abgestützt wird. Die Deckglieder 6 und 8 sind ferner mit den Ansätzen 12 und 1$ versehen, die als elektrische Verbindungsmittel dienen. Die Elektrode 2 des Resonatore steht über den Buckel A und das Deckglied 6 mit dem Ansatz 12 elektrisch in Verbindung, und ebenso steht die Elektrode 4 übereden Buckel B

  und das Deckglied mit dem Anaatz '!4 elektrisch in Verbindung.

  Aue -dem Obenstehenden geht her®or, dag® die Deo-kgligder

  6 und 8 eine gute elektrische Zeitfähigkeit und eine gute Blestt:i-

  tät aufweisen müssen, so dass. als Material für die Deckglieder

  itessing, Beryllium oder eine Phosphorbronze geeignet-ist. _

  Das isolierende Abstandsglied 5 kann aus einem geeigne-

  ten Isoliermaterial z.B. aus einem herkömmlichen Kunststoff herge-

  stellt werden, der aus einem 2henol oder einem Polykarbonat be-

  steht.

  Der Renonator 10 -Mass unter einem federnden hrn®k von

  30 bis 500 &/cm2 stehen, da bei einem geringeren Druck unter -

  .

  30 g/cm2 der Resonator nicht kräftig genug abgestützt wird-und

  eine unstabile Frequenzansprache aufweist, wenn auf die Halterung

  ein mechanischer Stoß ausgeübt .wird. Bei einem Druck von mehr als

  500 g/cm2 werden die Schwingungen den Resonatern zu stark unter

  druckt, wodurch eine erwünschte Prequenzamprache verhindert wird.

  Die Entfernung zwischen dem Umfang Gien Ranonators 'D

  -und

  des isolierenden Abstandsgliedes 5 seil kleiner

  als ein Millimeter sein. Bei einem grUßeren Abstand könnte der

  Renonator sich im Gehäuse über eine Strecke von mehr als 1 ma --

  bewegen, wenn die Halterung mechanisch erschüttert wird, Bin*-sol-

  ehe Bewegung ist für eine stabile Prequenza.sprache unerwünscht.

  Aus den obengenannten Gründen soll die Höhe der Buckel gleichfalls

  kleiner als ein Millimeter sein.

  Baoh der Erfindung soll der mechanische -Gütefaktor Q

  des Reeonatorn beim. Betriebssohwingungemodus kleiner als 1000 sein.

  Die Halterung nach der Erfindung ist nicht für einen Resonator

  verwendbar, dessen mechanischer Gütefaktor -Q größer als 1000 ist*'

  Die Pia-02 zeigt eine andere Ausführung der Halterung

  nach der Erfindung, wobei. in den äiguren 1, 2 und 3 die einander

  gleichen oder entsprechenden Bauteile mit den gleichen Besugsaii--

  chen versehen sind. Bei der Ausführung nach der Pig.2 ist anstelle

  der Buckel A zwischen dem oberen Deckglied 6 und der Elektrode 2

  des Re eonators 1ü eine leitende Schraubenfeder 9 vorgesehen, mit

  deren Hilfe der Lagerdruck den &esonators 10 bestimmt werden kann.

  Bei der in der 71g.3 dargestellten Halterung ist zusätz-

  lich ein® Abdeckung 11 aus einet organischen Harz vorgesehen, die

  nicht nur den Zusammenhalt swiaohen den isolierenden Abstandsglied

  3 und den beiden Deckgliedern 6 und 8 sichert sondern auch dte

  Abdichtung, die mechanische Festigkeit und die elektrische Isola-

  tion der Halterung verbessert.

  Die oben beschriebene xalterwsg weist viele Vorzüge auf,

  da jeden Teil durch Stanzen hergestellt werden kann, einen eWa-

  ohen Aufbau aufweist; ainiaturiniert und flach verpackt werden kam,

  und außerdem sind die Herstellungskosten gering.

  Als Beispiel für ein wichtiges #erwendungsgeblet der

  =rfindung wird nachstehend eine Halterung Air einen piet6elektri.

  sehen keranischen Resonator beschrieben, der in .einer Tonfallen..

  nohaltung eines 1Pernsehempfängern -verwendet wird.

  Der piesoelektriache keratieche lenoaiator, der ein

  Zf-Signal ton 4.5 X8m aus einem Bildsignal in einem PernsebeapßärL..

  ger ausfiltert, kann aus einem echeibenfßrmigen keranisohen leset,

  nator hergestellt werden, der nach dem Diekenabachermodus schwingt..

  wie in der noch schwebenden amerikanischen Patentanmeldung Nr.

  459 064 beschrieben. Der>Besonator, der einen Durchmesser ton 4 sä

  und eine Dicke von A,25 mm aufweist, wird hergestellt mittels einen

  an sich bekannten keramieohen Verfahrene unter Verwendung den im

  Handel erhältlichen piesoelektrisohen keramischen liaterials "PQi4-182

  (Electrie Components Gatalögt Englieh Edition 1967, herausgegeben

  am 10. April 1967, Matsushita.Eleetric Industriar0oä, htd. Japan).

  Die Fig.4 zeigt eine gleichwertige elektrische Schal-

  tung mit einem keramischen Itesonator, wobei die Elemente I1, C1 und

  1 einander nachgeschaltet sind-und einen-meohanischen Zweig eines

  keramischen Resonators darstellen, während C11 die elektrostati=

  sehe Kapazität zwischen den Elektroden ist. 141,9 0l und R1 stellen-.

  eine Bewegungeinduktanz, eine Bewegungakapa#tät. bezw. einen Bewe-

  gungswiderstand dar. Bei einer gl.eichwmrügan, .Schaltung wird die

  Serienresonan$frequenz fo dargestellt durch:die Gleichung..

  f - ! f

  0- #yi 79

  und der mechanische Gütefaktor2Q rird` dsrgestellt. durch die" Glei-

  chung Q 2 it foD1 f1 4= .`i. - `_

  Die gleichwartig.n,Koestanten 4eis ke;#giechen Resonä-

  tora, der nach dem Dickeng ty . -m®due: a,#iügt; s'ind in der nach-

  stehenden Tabelle 1 zudammeger@t@llt. x

  @. .

  T a b_e 1-Z@e# R'1

  r s 's

  fo (MHz) C11 (PY) L9.@ @g Q ('PF) R1.Cohm); Q

  4, 08 8 18 l _ : b 8 - -19,ö 21

  Die Deckglieder 6 und S werden aue Neaeingscheiben mit

  einem Durchmeaaer-von '7 ma und einer Dicke Ton 0,1 mm hergestellt

  und mit den elektrischen Verbindungsmitteln 12. und 14 -ersehen, die

  eine Länge von 'f5 mm' und-eine Breite von 1- mm aufweisen* Die Sehei-

  beri Bind in dem Mittelteil eilt drei@eymmetriach angeordneten (Fig,5)

  Buckeln versehen, die eine Höhe von 0,5 mm-aufweisen:-Diese Sehei-

  ben mit den obengenanaten Abme®eungen können ohne Schwierigkeiten

  In einem Arbeitsgang ans einem Ideesingbleeh aurgsntanzt werden. -

  Das isolierende Abstandsglied -5 wird aus einem Polykarbonatring hergestellt und weist einen Außendurchmesser von 7 mm, einen Innendurchmesser von 4,5 mm und eine Dicke von ungefähr 1 mm auf. Auf beide Stirnflächen des Ringes wird ein Klebeband angebracht. Dieses Band wird in der Weise hergestellt, dass beide Seiten einer Kunststoffolie mit einem Belag aus einem selbstklebenden Klebstoff und/oder unter Wärmeeinwirkung klebenden Material `. versehen werden, wonach die Folie mit einem abziehbaren Papier belegt wird. Solche Klebebänder sind im Handel erhältlich z:B. SCOTCH Nr.75, hergestellt von der Minnesota Mining and Man.ufacturing Co., und Nr. 511, hergestellt von Nitto Denki-Kogyo KK. Der Abstandsring mit dem an den ebenen Seiten angebrachten Klebeband wird in der folgenden Weise hergestellt. Zuerst wird das Klebeband an den beiden Seiten einer Polykarbonätfalie-mit einer Dicke von 1 mm angebracht. Danach wird der Ring unter Anwendung der herkömmlichen Verfahren aus der Folie ausgestanzt.
• Der piezoelektrische keramische Resonator kann ohne Schwierigkeiten in die Halterungsvorrichtung mit den Deckgliedern 6 und 8 und dem isolierenden Abstandsglied 5 eingesetzt werden, wie in der Fig.1 dargestellt. Bei diesem Halterungsverfahren wird der keramische Resonator einem Federdruck von ungefähr 200 g/cm2 ausgesetzt. ` Dieser Federdruck wird vorzugsweise unter Verwendung des Aufbaus nach der Fig.2 erzeugt. In diesem Falle wird eine Schraubenfeder aus Phosphorbronze mit einem Durchmesser von 2,5 mm, mit einer Steigung von 194 und mit drei Windungen verwendet. Die _ Schraubenfeder kann nach den herkömmlichen chemischen Plattierungsverfahren mit Cold plattiert werden.
• D:Le_ Ralterungavorrichtung nach den Figuren 1 und 2 wirdvorzugsweise in ein organisches Harz eingebettet, aus.dem die elektrischen Verbindungsmittel 12 und 14. herausgeführt sind. In diesem-Falle wird die Halterungsvorrichtung auf eine Temperatur von 100 bis 170°C vorerhitzt und in ein Pulver eines herkömmlichen organischen Epoxidharzes eingelegt und dabei-mit einem Überzug aus dem bei Wärmeeinwirkung aushärtenden Epoxidharz versehen. Als Beispiel für ein befriedigendes organisches Epoxidharz sei SOOTCH Nra 263 angeführt.,- das. von- der Minnesota Mining and-Manufacturing Co. hergestellt wird. Der Belag aus dem -organischen Epoxidharz erhöht die Festigkeit der Verbindung-zwischen dem iso-@ -lierenden Abstandsglied und-den Deckgliedern und bewirkt ferner eine bessere Abdichtung: Wird die mit dem Belagversehene Halterung in die Schaltung eines-Fernsehgerätes eingeschaltet, so ist die Halterung gegen die anderen Schaltungselemente besser-isoliert.
• _ Die Tabelle 2 enthält die gleichwertigen Konstanten eines-zusammengesetzten Resonators. Aus einem Vergleich der Werte der Tabelle 2 .mit den-Werten der Tabelle 1, die die gleichwertigen Konstanten des Resonators vor dem Zusammensetzen enthält, ist zu ersehen, dass die-Reaonanzfrequenz eine-Abweichung von ungefähr 091% aufweist, und dass-,die Resonanzimpedanz um 0,3 Ohm. erhöht worden ist. Dies ist eine Folge der Erhöhung der Steifheit bei der Federwirkung der Halterung, Bei Berücksichtigung -der Steifheit der-Federwirkung kann die-Vorrichtung-so eingerichtet-werden, dass--eine vorherbestimmte Resonanzfrequenz erhalten wird:-Der Blastizitätsverlust als Folge der Halterung beträgt 0,'1 bis 1,0 Ohm im Freguenzbereidh von 1 bis 20 MHz, während der Gütefaktor Q auch-nach dem Zusammensetzen immer noch höher äla-,¢00 ist, wie aus der Tabelle 2 zur' ersehen ist. Der wert des Gütefaktors-bei - einem Z?-Kreie in einem herkömmlichen Fernsehempfänger oder- in einem herkömmlichen Radioempfänger liegt im .Bereich von 50 bis 1000.
• Der Elastizitätsverlust, der dem Aufbau der Halterung nach der Erfindung zuzuschreiben ist, kann daher in der Praxis vernachlässigt werden.

  T a b e 1 1 e 2

  f0 (MHz) C11 (pF) Z1 (uH) C1 (PF)' R1 (Ohm) Q

  4,5133 386 19 65 1,3 414

  An den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen er Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Claims (2)

1. P a t e n- t a- n s p r ü c h -e 1. Keramischer Resonator und Halterung für diesen, gekennzeichnet durch einen keramischen Resonator, an dessen entgegengesetzten Hauptseiten Elektroden angebracht sind, durch zwei Deckglieder aus einem elastischen und leitenden Material mit je einem elektrischen Verbindungsmittel und mit-mindestens einem Kontakt-' mittel, das von dem einen Deckglied aus in Richtung zum anderen Deckglied vorsteht, wobei der Resonator zwischen den von den Deckgliedern aus vorstehenden Kontaktmitteln so gelagert ist, dass die Kontaktmittel mit den Elektroden in Berührung stehen, und dadurch gekennzeichnet, dass auf den.Resonator von den Kontaktmitteln ein Kontaktdruck ausgeübt wird, und dass ein isolierendes Abstandsglied vorgesehen ist, das den Resonator an dessen Umfang umgibt und-an den-beiden Deckgliedern befestigt ist, wodurch ein den Resonator umschließendes Gehäuse gebildet wird.
2. 2. Keramischer Resonator und Halterung nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel aus-mindestens einem an den Deckgliedern vorgesehenen Buckel bestehen ,.: und dass der Resonator von den Buckeln der Deckglieder abgestützt wird. 3. Keramischer Resonator und Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel aus mindesteus_ einem Buckel an, einem der Deckglieder und aus einer leitenden Feder bestehene dio mit dem einen Ende unter Druck am anderen - Deckglied und. mit dem anderen Ende an einer Elektrode deß kerami- sehen Resonators anliegt, und dass der Resonator zwischen dem genannten Buckel und der Feder unter einem Kontaktdruck gelagert ist. -4. Keramischer.Resonator und Halterung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass-die genannte Feder aus einer Schraubenf eder besteht. 5e Keramischer Resonator und Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Deckglieder am isolierenden Abstandsglied mittels-eines Kunststoffklebebandes befestigt sind. 6. Keramischer Resonator und Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- dass das genannte Gehäuse in ein organisches Harz so eingebettet ist, dass die elektrischen Verbindungsmittel aus dem Harz nach außen vorstehen. 7a .Keramischer Resonator und Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Resonator bei der Betriebsfrequenz nach dem Dickenabschermodus schwingt. B. Keramischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Resonator bei der Betriebsfrequenz nach dem Dickenausdehnungsmodus schwingt.