DE19926944C2 - Halterung für Schwingquarzscheiben und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Abstract

Schwingquarze besitzen eine Schwingquarzscheibe, die in einer auf einer Bodenplatte befindlichen Halterung aufgenommen ist. Man unterscheidet dabei auf die Stromdurchführungsstifte angeschweißte Halterungen, die durch die im Querschnitt kleine Schweißverbindung mit Nachteil höhere Übergangs-Widerstandswerte aufweisen und sogenannte integrierte Aufnehmer, bei denen die beiden Stromdurchführungsstifte nach ihrem Durchtritt durch die Bodenplatte am freien Ende zu federnden Fahnen mit einem Aufnahmesitz für die Schwingquarzscheibe durch Quetschung und Biegung ausgeformt sind. Die bekannten derartigen integrierten Aufnehmer verfügen jedoch nicht über eine ausreichende mechanische Flexibilität für eine Anwendung der Schwingquarze bei hohen Frequenzen größer als 14 MHz. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die integrierte Schwingquarz-Halterung so ausgebildet, daß die Fahnen (8a, b) von dem Abbiegebereich bis hin zum Aufnahmesitz (9a, b) unter Bildung von zwei Stegen (10a, b) eine Ausnehmung (12a, b) aufweisen und die Stege in der Abbiegekante zusätzlich eine Einkerbung (11a, b) besitzen. DOLLAR A Dadurch erreicht man eine hohe mechanische Flexibilität in Verbindung mit einem verbesserten Vibrations- und Stoßverhalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für eine Schwingquarzscheibe mit einer Bodenplatte, in der zwei Stromdurchführungsstifte befestigt sind, die halterungsseitig als auswärts gebogene, flache und am freien Ende einen Aufnahmesitz aufweisende Fahnen zur Aufnahme der Schwingquarzscheibe ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Für eine große Anzahl von Anwendungen im Bereich der Fernmeldetechnik, Nachrichtenübertragungstechnik und Computertechnik werden Schwingquarze eingesetzt. Diese Schwingquarze werden durch eine elektrische Spannung zum Schwingen angeregt, wobei ihre Eigenschwingung je nach technischer Anforderung zwischen einigen kHz bis über 100 MHz liegen.

Da es sich bei den Schwingquarzen um äußerst empfindliche Bauteile handelt, müssen diese sowohl hermetisch gekapselt als auch durch äußerst flexible Halterungen fixiert werden. Die hermetische Kapselung erfolgt in der Regel durch ein sogenanntes Allglas- oder Metallgehäuse. Die Halterungen übernehmen zwei flexible Federn, die auf die in Glas isolierte durch eine Bodenplatte geführte Stromdurchführungen geschweißt werden.

Für einen weiten Frequenzbereich von ca. 0,8 bis 20 MHz gilt für die Dicke der Quarzscheiben d als Funktion der Frequenz f folgende Näherungsformel 1600/f (MHz) = d (µm).

Aus dieser Gleichung geht hervor, daß mit zunehmender Frequenz die Dicke der Quarzscheiben abnimmt. Das führt dazu, daß die Halterung für den Quarz mit zunehmender Arbeitsfrequenz in ihrer Flexibilität zunehmen muß, damit die Frequenzdrift während des Verschlußvorgangs mittels Widerstandschweißung und die mechanische Belastung beim Schocktest (beispielsweise Bruch der Quarzscheibe) so gering wie möglich gehalten wird. Deshalb können bei Frequenzen < 14 MHz heute nur ausschließlich angeschweißte Quarzhalterungen Verwendung finden. Angeschweißte Quarzhalterungen zeigen zwar eine ausreichende Flexibilität, weisen aber wegen dieser Eigenschaft (verlängerter Federweg und eine im Querschnitt kleine Schweißverbindung) höhere Übergangswiderstandswerte auf.

Es sind auch integrierte Aufnehmer bekannt, das heißt Quarzhalterungen, die mit den Stromdurchführungen aus einem Teil hergestellt werden und bei denen der Stromdurchführungstift am oberen Ende zur Aufnahme des Quarzes gequetscht und zur Befestigung (Auflager) des Quarzes speziell geformt wird. Diese können jedoch bei Frequenzen < 14 MHz in der Regel nicht verwendet werden, da sie nicht über eine ausreichende Flexibilität verfügen, auch dann nicht, wenn sie gemäß der DE 42 16 035 C1 zweifach gebogene, zu einem Steg verringerte Halterungsteile aufweisen.

Der Nachteil dieser bekannten integrierten Aufnehmer ist, daß sie herstellungsbedingt von großer mechanischer Festigkeit sein müssen, da sie bereits vorgebogen eingeschmolzen werden und deshalb wegen der Verbiegungsgefahr bei der Weiterverarbeitung (Galvanik, Verpackung) relativ steif ausgeführt sein müssen. Dadurch kann es auch zu örtlichen Spannungsbeanspruchungen und mechanischen Beschädigungen der Schwingquarzscheibe bei Schock bzw. Stoßbelastungen kommen.

Auf der anderen Seite bieten integrierte Quarzaufnehmer den Vorteil, daß die Verbindungsstelle zur Stromdurchführung definiert und mit enger maßlicher Toleranz erfolgen kann und sehr geringe Bauhöhen realisiert sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs bezeichnete Halterung für Schwingquarzscheiben mit ihren integrierten Quarzaufnehmern so zu gestalten, daß dieser auch bei höheren Frequenzen (< 14 MHz) eingesetzt werden kann, wobei auch verhindert werden soll, daß die Schwingquarzscheibe bei zusätzlichen mechanischen Belastungen beschädigt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt ausgehend von der eingangs bezeichneten Halterung gemäß der Erfindung dadurch, daß die Fahnen in mindestens einem Abbiegebereich eine Einkerbung besitzen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird mit Vorteil eine hohe mechanische Flexibilität des Quarzaufnehmers erreicht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Fahnen unter Bildung von zwei Stegen eine Ausnehmung auf.

Da durch die Ausnehmung in den Fahnen auch die Masse des Quarzaufnehmers verringert wird, verbessert sich dadurch auch das Vibrations- und Stoßverhalten. Dieser Vorteil ist insbesondere dann gegeben, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung die Ausnehmung sich über die gesamte Fahnenausdehnung bis hin zu dem Aufnahmesitz erstreckt.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Halterung ermöglicht daher mit Vorteil eine dämpfungsarme Anwendung bei hohen Frequenzen und gleichzeitig werden optimale elektrische Werte erzielt.

Es hat sich herausgestellt, daß zur Erreichung einer optimalen Flexibilität des Quarzaufnehmers dieser in der Fahnendicke möglichst gering gehalten wird. Deswegen ist die insbesondere aufgewendete Flachquetschung der Stromdurchführungsstifte zu den Fahnen dem Stromdurchführungs- Durchmesser entsprechend sehr dünn ausgeführt.

Gemäß einer Weiterbildung liegt die Dicke der Fahnen im Bereich von 0,08 mm bis 0,18 mm, vorzugsweise bei 0,1 mm bis 0,12 mm.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausnehmung in den Fahnen durch eine Ausstanzung gebildet, was eine einfache Ausformung der Aufnehmer erlaubt.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung des Schwingquarzhalters gelingt die Lösung der Aufgabe mit den Schritten:

• - Einschmelzen von zwei Stromdurchführungsstiften in entsprechende Öffnungen einer Bodenplatte, die jeweils bereits im Bereich der Einschmelzung halterungsseitig zu einer flachen Fahne gequetscht sind,
• - auswärts Biegen und Ausformen der Fahnen zu einer federnden Halterung mit einem Aufnahmesitz für eine Schwingquarzscheibe in Verbindung mit einem Einkerben in mindestens einem Biegebereich der Fahnen.

Dadurch, daß die Ausformung der Fahnen bzw. des Aufnahmesitzes als letzter Fertigungsschritt vorgenommen wird, braucht die Steifigkeit der Fahnen nicht auf nachfolgende Fertigungsschritte Rücksicht zu nehmen. Es ist daher möglich, gute Elastizitätseigenschaften der aufnehmenden Fahnen zu erreichen, um den hohen Qualitätsanforderungen gerecht zu werden, die an eine Quarzhalterung gestellt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontalansicht der erfindungsgemäßen Schwingquarzhalterung, die teilweise im Schnitt dargestellt ist, in der sogenannten "Low-Profile"-Ausbildung mit horizontal gehaltenem Schwingquarz,

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Schwingquarzhalterung in einer Querschnittsansicht durch einen Stromdurchführungsstift,

Fig. 3 die Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten Schwingquarzhalterung,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 unter näherer Darstellung einer der beiden Halterungsfahnen,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Ausschnittes nach Fig. 4, jedoch ohne aufgenommene Schwingquarzscheibe,

Fig. 6 eine perspektische Darstellung analog Fig. 5, jedoch mit einer vertikal langgestreckten Fahne für eine vertikale Halterung des Schwingquarzes gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung entsprechend Fig. 6, jedoch für eine zweite Ausführungsform einer Fahne für eine vertikale Halterung, und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung entsprechend Fig. 6 für eine dritte Ausführungsform einer Fahne für eine vertikale Halterung.

Die Figuren zeigen den erfindungsgemäß ausgebildeten Halterungsteil 1 eines Schwingquarzes. Die Halterung 1 weist eine Bodenplatte 2 auf, in der zwei Bohrungen ausgebildet sind, in denen jeweils mittels eines Einschmelzmaterials 4 zwei Stromdurchführungsstifte 6a und 6b eingesetzt sind. Diese Stromdurchführungsstifte weisen runde Abschnitte 7a und 7b auf, die sich bis in das Einschmelzmaterial hinein erstrecken (Fig. 4), und dann durch Quetschung in flache, auswärts gebogene Fahnen 8a und 8b übergehen. Die Ausbildung der Stromdurchführungsstifte zu Fahnen 8a, b, d. h. das Zusammenquetschen der Stromdurchführungsstifte, beginnt bereits, wie insbesondere die Fig. 4 zeigt, in der Einschmelzung.

Die Fahnen 8a, 8b besitzen bei sämtlichen Ausführungsformen mindestens eine Einkerbung 11a, 1 1b, welche die Fahnen so flexibel gestaltet, daß die Schwingquarze auch bei den eingangs beschriebenen hohen Frequenzen (< 14 MHz) verwendet werden können. Die Einkerbungen reduzieren die Fahnendicke um ca. 50%, wodurch die deutliche Verbesserung der Flexibilität erzielbar ist.

In den Fig. 1 bis 5 ist eine Ausführungsform für eine horizontale Halterung der Schwingquarzscheibe 3 gezeigt. Die auswärts gebogenen Fahnen 8a, 8b besitzen am Ende flächig ausgebildete Aufnahmesitze 9a und 9b. Auf diesen wird die rechteckige Schwingquarzscheibe 3 (Streifenquarz) mittels Silberleitkleber 5 mechanisch und gleichzeitig elektrisch leitend aufgeklebt.

Zwischen den Aufnahmesitzen 9a und 9b und dem Austritt der Fahnen 8a, 8b wird die Breite der Quetschung und damit auch der Federquerschnitt durch die Ausstanzungen 12a und 12b, welche bis zum Einschmelzmaterial reichen, verringert. Durch die Ausnehmungen entstehen Stege 10a und 10b, die zusätzlich an der Innenseite der ersten Biegung über der Einschmelzung mit den Einkerbungen 11a und 11b versehen sind. Durch diese Materialverringerung sowohl im Bereich der Stege 10a und 10b als auch im Bereich der ersten Biegung durch die Einkerbungen 11a und 11b wird eine deutliche Verbesserung der Flexibilität erzielt.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine Ausführungsform für eine vertikale Halterung der Schwingquarzscheibe. Die auswärts gebogenen Fahnen 8a, 8b gehen in einen langgestreckten Teil 8c über, in dem jeweils ein Längsschlitz 9b als Aufnahme für die Schwingquarzscheibe, wie es beispielsweise aus der zitierten DE 42 16 035 C1 in Fig. 1 ersichtlich ist, ausgeformt ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 sind zwei Einkerbungen 11b und 11c vorgesehen, jeweils an den Übergängen zu den vertikalen Abschnitten.

Bei der Ausführung nach Fig. 7 ist zusätzlich im vertikalen Abschnitt 8c eine Ausnehmung 12b vorgesehen, die flexible Stege 10b bildet.

Bei der Ausführung nach Fig. 8 ist ebenfalls eine Ausnehmung 12b vorgesehen, die sich analog der horizontalen Halterung nach Fig. 5 vom Aufnahmesitz 9b bis hin zur Einschmelzung erstreckt und lange Stege 10b bildet.

Auch hierbei sorgen die Einkerbungen 11b und 11c, unterstützt durch die Ausnehmungen 12b, für die notwendige Flexibilität.

Gerade bei der horizontalen Ausführungsform (Fig. 1-5) sind die Ausnehmungen (Schlitze) 12 sehr vorteilhaft, da das System durch den kurzen Hebelarm der Fahnen 8a, 8b mitunter zu steif ist. Bei der vertikalen Ausführungsform (Fig. 6-8) haben die Schlitze 12 nicht diese Bedeutung, da durch den großen Hebelarm der vertikal langgestreckten Fahnen das System von Natur aus bereits über eine größere Flexibilität verfügt.

Bezugszeichenliste

1

Schwingquarzhalter

2

Bodenplatte

3

Schwingquarzscheibe

4

Einschmelzmaterial

5

Silberleitkleber

6

Stromdurchführungsstift

7

Stiftabschnitt

8

Fahne

9

Aufnahmesitz

10

Steg

11

Einkerbung

12

Ausstanzung

Claims (7)

1. Halterung für eine Schwingquarzscheibe (3), mit einer Bodenplatte (2), in der zwei Stromdurchführungsstifte (6a, b) befestigt sind, die halterungsseitig als auswärts gebogene, flache und am freien Ende einen Aufnahmesitz (9a, b) aufweisende Fahnen (8a, b) zur Aufnahme der Schwingquarzscheibe (3) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnen (8a, b) in mindestens einem Abbiegebereich eine Einkerbung (11a, b) besitzen.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnen (8a, b) unter Bildung von zwei Stegen (10a, b) eine Ausnehmung (12a, b) aufweisen.

3. Halterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12a, b) sich über die gesamte Fahnenausdehnung bis hin zu dem Aufnahmesitz (9a, b) erstreckt.

4. Halterung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12a, b) durch eine Ausstanzung gebildet ist.

5. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit Fahnen, die durch eine Flachquetschung der Stromdurchführungsstifte geformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Fahnen im Bereich von 0,08 mm bis 0,18 mm, vorzugsweise bei 0,1 mm bis 0,12 mm liegt.

6. Verfahren zur Herstellung der Halterung für die Schwingquarzscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit den Schritten:

• - Einschmelzen von zwei Stromdurchführungsstiften in entsprechende Öffnungen einer Bodenplatte, die jeweils bereits im Bereich der Einschmelzung halterungsseitig zu einer flachen Fahne gequetscht sind,
• - auswärts Biegen und Ausformen der Fahnen zu einer federnden Halterung mit einem Aufnahmesitz für eine Schwingquarzscheibe in Verbindung mit einem Einkerben in mindestens einem Biegebereich der Fahnen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Ausstanzen von Ausnehmungen in mindestens einem Biegeabschnitt erfolgt.