DE2313574B2 - Mikroresonatorelement und Verfahren zu seiner Massenherstellung - Google Patents
Mikroresonatorelement und Verfahren zu seiner MassenherstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroresonatorelement, bestehend aus einem in einem Gehäuse.hermetisch
eingeschlossenen piezoelektrischen oder ferroelektrischen Mikroresonator, der mit Gewichten in
Form metallischer Schichten versehen ist, wobei das Gehäuse einen lichtdurchlässigen Bereich aufweist,
durch welchen eine von einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Strahlungsquelle kommende Lichtstrahlung
hindurchtreten kann, um Teile der Gewichte zwecks Abstimmung des Mikroresonators zu entfernen.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfah-
23 15 574
3
ren zur Massenherstellung einer Vielzahl von derarti- mittels der Laserstrahlung einer Grob- bzw. Feingen
Mikroresonator-Elementen. abstimmung des Mikroresonators bewirkt
Mikroresonatoren, welche die Form einer Stimm- Bei dem erfindungsgeroäßen Mikroresonator-Elegabel
aufweisen, werden in der eigenen US-PS ment ermöglicht die Anwendbarkeit von Laserstrah-36
83 213 beschrieben. Die Mikroresonatoren wer- 5 lung auf Grund der sehr scharfen Bündelbarkeit der
den aus piezoelektrischem oder ferroelektrischem Laserstrahlung eine Konzentration des Brennfleckes
Material hergestellt und haben eine Gesamtlänge von auf einen sehr geringen Bereich und eine zeitliche
etwa 2,5 bis 12,7 mm, eine Gesamtbreite von etwa Reduzierung der Lichteinwirkung auf eine sehr kurze
0,4 bis 1,3 mm und eine Dicke von weniger als Zeitspanne in der Größenordnung von Nanosekun-0,076
mm. Die Verwendung der Stimmgabelform ge- ίο den. Dadurch wird auch bei sehr kleinen Mikrostattet
eine einfache Befestigung auf einem Podest. resonatoren erreicht, daß nur eine Oberflächenver-Typische
Werte für die Schwingungsfrequenz dieser dampfung der Schichtgewichte selbst erfolgt, nicht
Mikroresonatoren liegen in dem Frequenzbereich aber eine Aufheizung des Kristalls, die zu einer Stözwischen
10 und 100 kHz mit Stabilitätswerten zwi- rung der Resonator-Eigenschaften desselben führen
sehen 0 und 10 ppm pro 0C. Derartige Mikroresona- 15 könnte. Die beiden Schichtbereiche unterschiedlicher
toren werden bevorzugt als Zeitstandard einer Uhr Dicke ermöglichen in Verbindung mit der scharf
verwendet. Die geringe Größe gestattet es, den Mikro- bündelbaren Laserstrahlung eine sehr genaue Abresonator
zusammen mit einem mikroelektronischen Stimmung des Mikroresonators.
Schwingkreis, einem Frequenzteiler und Treiber- Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist geschaltungen in einem Gehäuse unterzubringen, wel- 20 maß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch geches genügend klein ist, um in eine Damen-Armband- kennzeichnet, daß ein Plättchen aus transparentem uhr zu passen. Substratmaterial geritzt wird, um eine Vielzahl von
Schwingkreis, einem Frequenzteiler und Treiber- Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist geschaltungen in einem Gehäuse unterzubringen, wel- 20 maß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch geches genügend klein ist, um in eine Damen-Armband- kennzeichnet, daß ein Plättchen aus transparentem uhr zu passen. Substratmaterial geritzt wird, um eine Vielzahl von
Derartige Mikroresonatoren können zwar in Mas- Gehäusesegmenten zu bilden, daß ein Mikroreso-
senfabrikation hergestellt werden mit Frequenzen, die nator auf jedem dieser Segmente angebracht wird
relativ nahe an dem gewünschten Wert liegen; es ist 25 und die elektrischen Verbindungen zu demselben
jedoch nötig, jeden Mikroresonator einzeln abzu- hergestellt werden, daß einzelne Gehäusedeckel an
stimmen, um die exakte Frequenz zu erhalten. Das jedem der Gehäusesegmente befestigt werden, daß
Abstimmen wird dadurch erleichtert, daß iuf jeder jeder Mikroresonator unter Verwendung eines durch
Stimmgabelzinke ein aus einer relativ Dicken Metall- den transparenten Bereich jedes Gehäuses hindurch-
sicht bestehendes Gewicht vorgesehen ist, welches 30 tretenden Laserstrahles durch selektive Entfernung
zur Erzielung der gewünschten Mikroresonator-Fre- von Teilen der genannten Gewichte abgestimmt wird
quenz teilweise entfernt wird. und daß das geritzte Plättchen zerschnitten wird, um
Während des Einkapseins des Mikroresonators in die Gehäuse nach dem Abstimmvorgang voneinander
das Gehäuse kann sich die Mikroresonator-Frequenz zu trennen.
geringfügig ändern, und zwar z. B. auf Grund der 35 Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die
Wärme, die zum Verbinden des Podestes mit dem Massenherstellung von Mikroresonator-Elementen
Substrat oder zur Vervollständigung der hermetischen sehr geringer Abmessungen unter Einhaltung hoher
Abdichtung des Gehäuses erforderlich ist. Dies macht Genauigkeit der erstellenden Resonator-Frequenz,
es wünschenswert, die Abstimmung der einzelnen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach-
Mikroresonatoren vorzunehmen, nachdem das Ein- 40 stehend in Zusammenhang mit den Zeichnungen
kapseln in das Gehäuse und die Alterung, welche näher beschrieben. Es zeigt
spätere Frequenzänderungen auf ein Minimum her- F i g. 1 eine stark vergrößerte perspektivische Anabsetzt,
vollendet worden sind. Bei einem bekann- sieht eines erfindungsgemäßen Mikroresonator-Eleten
Mikroresonator der eingangs genannten Art ments, wobei zur Deutlichkeit der Deckel von dem
(DT-AS 11 66 843) wird zum Abtragen der Schicht- 45 Substrat getrennt ist,
gewichte die Strahlung einer im Blitzbetrieb arbei- F i g. 2 eine Draufsicht von unten auf das Gehäuse
tenden Glimmentladung verwendet, um eine die Mi- von Fig. 1,
kroresonator-Frequenz laufend messende Regelan- Fig. 3 eine schematische Ansicht, welche die
Ordnung schaltet die Glimmentladung automatisch automatische Abstimmung des im Gehäuse eingekap-
bei Erreichen des Sollwertes der 'Mikroresonator- 50 selten Mikroresonators mittels eines Lasers veran-
Frequenz ab. schaulicht,
Die Aufgabe der Erfindung ist es, auch bei sehr F i g. 4 und S eine Draufsicht von unten auf einen
geringen Abmessungen des Mikroresonator-Elements bzw. eine Querschnittsansicht durch einen Mikro-
eine sehr genaue Frequenzeinstellung desselben in re- resonator, der mit Schichtgewichten verschiedene]
lativ einfacher Weise zu ermöglichen. 55 Dicke versehen ist,
Ein Mikroresonator-Element der eingangs genann- F i g. 6 und 7 Querschnittsansichten weiterer Aus-
ten Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekenn- führungsformen von erfindungsgemäßen Mikroreso·
zeichnet, daß der Mikroresonator die Form einer mit nator-Elementen,
zwei Zinken versehenen Stimmgabel aufweist, deren F i g. 8 bis Π eine Darstellung, welche die Massen
Abmessungen nicht größer sind als 12,7 mm, daß der 60 fertigung von Mikroresonator-Elementen der ii
lichtdurchlässige Bereich des Gehäuses zum Hin- F i g. 1 gezeigten Art veranschaulicht,
durchtretenlassen der Strahlung eines außerhalb des Fig. 12 und 13 perspektivische Ansichten eine
Gehäuses angeordneten Lasers ausgebildet ist und Substrats, dessen Form es gestattet, den Mikroreso
daß jede Zinke mit einem Schichtgewicht versehen nator freitragend über einer Ausnehmung zu be
ist, welches einen ersten Bereich einer ersten Dicke 65 festigen.
und einen zweiten Bereich einer geringeren Dicke In F i g. 1 und 2 wird ein Gehäuse 15 gezeigt, wel
aufweist, derart, daß sie die selektive Entfernung von ches einen Mikroresonator 16 der in der obenei
Material aus dem ersten oder dem zweiten Bereich wähnten US-PS 36 83 213 beschriebenen Art enthäl
einen Operationsverstärker, einen Dividierer und andere in Verbindung mit dem Mikroresonator 16 zu
verwendende Schaltungen aufweisen. Bei dem Beispiel der Fig. 1 wird die elektrische Verbindung zu der
integrierten Schaltung 35 über die Drähte 28 und 36 und den Leiter 32 bewirkt. Aus Gründen der Raumersparnis
kann die integrierte Schaltung 35 oder ein Teil derselben unter dem Mikroresonator 16 angebracht
sein, wobei dafür gesorgt werden muß, daß
um überschüssiges Material der dicken Schicht zu entfernen und dadurch die Masse der Gewichte 20
zu vermindern und die Frequenz des Mikroresonators 16 auf einen gewünschten Wert zu erhöhen.
Der Mikroresonator 16 kann aus Quarz hergestellt werden, wobei die Zinken 19 parallel zur Y-Achse
des Kristalls orientiert sind. Vorzugsweise wird der Kristall unter einem Winkel von 45 bis 70° bezüg-
Der Mikroresonator 16 hat die grundsätzliche Form einer Stimmgabel und ist mittels eines Podestes 17
auf dem lichtdurchlässigen Substrat 18 aus Glas oder einem ähnlichen Material befestigt.
Die Unterseite jeder Stimmgabelzinke 19 weist ein aus einer Metallschicht bestehendes Gewicht 20 auf,
welches durch Niederschlagen im Vakuum während der Herstellung des Mikroresonators 16 daran angebracht
worden ist. Die Metallschichtgewichte 20
haben vorzugsweise eine Dicke in der Größenord- io die Gewichte 20 für die Sicht von außen nicht vernung
eines Mikrometers und können demzufolge als deckt werden.
»dicke Schichten« bezeichnet werden. Die Gewichte Ein Deckel 37 vervollständigt das Gehäuse 15.
20 sind durch das transparente Substrat 18 hindurch Die unteren Kanten der Deckelseitenwände 730 a
sichtbar, um die in Fig. 3 veranschaulichte, mit sind an dem Substrat 18 mittels eines Epoxy-Harzes
Laserlicht erfolgende Abstimmung zu ermöglichen. 15 oder eines anderen Klebmittels 38 so befestigt, daß
Der Laserstrahl durchsetzt dabei das Substrat 18, das Gehäuse hermetisch abgedichtet ist. Ein Stöpsel
39 verschließt ein Loch 40, welches, wie noch beschrieben wird, das Entweichen von flüchtigen Substanzen
während des Zusammenbaus des Gehäuses 15 ermöglicht. Die Leiter 31, 32 und 33 verlaufen
durch das abdichtende Klebmittel 38, so daß die Blöcke 34 von dem haubenförmigen Deckel 37 nicht
bedeckt werden.
F i g. 3 veranschaulicht, in welcher Weise ein Milich
Drehung um die Y-Achse und einem Winkel bis »5 kroresonator 16, der sich innerhalb des Gehäuses 15
zu etwa 8Vt° bezüglich Drehung um die X-Achse befindet, unter Verwendung eines Lasers 41 autogeschnitten.
Wie schon vorher erwähnt, ist keine Ab- matisch abgestimmt werden kann. Der Mikroresonamessung
des Mikroresonators 16 größer als 12,7 mm, tor 16 ist so geschaltet, daß er als Frequenzquelle
und im allgemeinen wird die Gesamtlänge geringer eines Schwingkreises 42 fungiert. Diese Schaltungsais dieser Wert sein. Das Substrat 18 ist entsprechend 30 anordnung kann in dem Gehäuse 15 enthalten sein,
klein gewählt. Ein typischer Mikroresonator 16 weist und zwar etwa in der integrierten Schaltung 35, oder
eine Länge von etwa 6,4 mm auf, wobei das Substrat kann auch außerhalb des Mikroresonatorgehäuses an-18
eine Breite von 5,1 mm und eine Länge von angeordnet sein. Die Schwingungsfrequenz des
7,6 mm hat. Natürlich werden die genauen Abmes- Schwingkreises 42 wird durch eine Frequenzmeßstufe
sungen von der Frequenz, d. h. also der Größe des 35 43 ermittelt, welche entsprechende Signale einer
Mikroresonators 16, und von der Anzahl und Größe Lasersteuerstufe 44 zuführt.
der anderen in dem Gehäuse 15 befindlichen Korn- Wenn der Mikroresonator 16 in Tätigkeit ist· gibt
ponenten abhängen. der Schwingkreis 42 auf die Leitung 45 ein Aus-
Bei der Ausführungsform der F i g. 1 und 2 weist gangssignal, dessen Frequenz teilweise durch die
der Mikroresonator 16 auf seiner oberen Fläche eine 40 Masse der Gewichte 20 bestimmt ist. Zunächst wird
erste Dünnschichtelektrode 22 auf, die sich entlang diese Frequenz unterhalb des gewünschten Wertes
der Ränder des Stimmgabelschlitzes 23 erstreckt und liegen; dementsprechend gibt die Frequenzmeßstufe
in einem Block 24 endigt. Eine weitere Dünnschicht- 43 ein Signal auf die Leitung 46, welches die Laserelektrode
25 verläuft entlang des äußeren Randes steuerstufe 44 zur Einschaltung des Lasers 41 veranjeder
Stimmgabelzinke 19 und endigt in einem Block 45 laßt. Der Laserstrahl 47 durchsetzt das lichtdurch-26.
Drähte 27 und 28 sind an den Blöcken 24 und lässige Substrat 18, um dadurch einen Teil der Ge-2i.
angebracht und dienen als elektrischer Anschluß wichte 20 zu verdampfen. Als Folge davon steigt die
der Elektroden 22 bzw. 25. Eine Dünnschichtelek- Schwingungsfrequenz an und kann schließlich den
trode 29 (Fig. 2) verläuft im wesentlichen über die gewünschten Wert erreichen. Wenn dies eintritt, vergesamte
Breite beider Zinken 19 auf den Unterseiten 5° anlaßt die Frequenzstufe 43 die Lasersteuerstufe 44
derselben. Die Elektrode 29 kann dabei ein leitendes dazu, den Laser 41 abzuschalten. Der Mikroresona-Segment
29 a aufweisen, um die elektrische Verbin- tor 16 ist dann genau auf die gewünschte Frequenz
dung zu anderen Schaltkreisen über das Podest 17 abgestimmt. Der Abstimmvorgang gemäß Fig. 3
zu erleichtern. Das Podest 17 selbst kann ein metal- wird also durchgeführt, während sich der Mikrolisches
vorgeformtes Stück 17a aufweisen, welches 55 resonator 16 in seinem bestimmungsgemäßen Betrieb
an dem Mikroresonator 16 und an dem Substrat 18 befindet.
Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß die Lasersteuerstufe 44 den Laser 41 so führt,
daß der Laserstrahl die Gewichte 20 überstreicht, so daß die Entfernung von Material nicht an einer
punktförmigen Stelle, sondern entlang eines linear
durch entspechende leitende Epoxy-Schichten 17 b bzw. 17 c befestigt ist. Ein Dünnschichtleiter 31, der
auf der oberen Substratfläche 18 a ausgebildet ist,
vervollständigt die Schaltungsverbindung.
Weitere Dünnschichtleiter 32 und 33 können auf der Substratoberfläche 18 a vorgesehen sein. Die Leiter
31, 32 und 33 endigen an ihnen zugeordneten Blöcken 34, welche dazu dienen, von außen zu dem
Gehäuse 15 führende elektrische Verbindungen aufzunehmen.
Eine übliche integrierte Schaltung 35, die auf dem Substrat 18 befestigt ist, kann einen Schwingkreis,
ausgedehnten Bereiches stattfindet Der Laserstrahl kann auch wie bei einer Rasterabtastung oder gemäß
einem anderen Abtastmuster geführt werden.
Um eine Grob- und Feinabstimmung mittels des Lasers zu ermöglichen, können die Mikroresonatorgewichte
20 die in den F i g. 4 und 5 gezeigte Ausbildung aufweisen. Gemäß diesen Figuren enthält
7 8
jedes Gewicht 20' einen Bereich 20 a einer ersten des Gehäuses 15 elektrisch verbunden und ist auf der
Dicke, z. B. 1500 A, und einen zweiten dickeren Be- Außenseite des Gehäuses 15 einstellbar,
reich 20 ft von z. B. 1 μ. Die Gewichte 20' können Der Kondensator 75 enthält ein Paar voneinander
dadurch gebildet werden, daß zunächst eine dünne beabstandeter im wesentlichen rechteckiger Dünnschicht
aus Gold oder einem anderen Metall auf jede 5 schichtstreifen 76 und 77, die auf der oberen SubZinke
19 aufgedampft wird. In dem Bereich 20 b stratfläche 18 a aufgebracht sind. Zu diesen Streifen
kann dann ein galvanischer Goldniederschlag gebil- 76 und 77 führen elektrische Verbindungen über einen
det werden, um dort die größere Schichtdicke zu er- Draht 81 und über ein leitendes Dünnschichtsegment
halten. 77a. Auf der äußeren Substratfläche 18ft (Fig. 2)
Die durch Laserlicht verursachte Verdampfung io befindet sich eine erste Gruppe von leitenden Dünneines
gewissen Flächenstückes des Bereiches 20 b schichtsegmenten 78, und zwar in demselben Bereich
wird eine größere Frequenzänderung bewirken als die des Substrats 18 wie der innen angebrachte als Kon-Verdampfung
eines gleichen Flächenstückes des Be- densatorplatte dienende Streifen 76. In ähnlicher
reiches 20 a. Wenn daher die Mikroresonatorfrequenz Weise ist eine zweite Gruppe von leitenden Dünnnoch
relativ weit von dem gewünschten Wert entfernt 15 schichtsegmenten 79 auf der Fläche 18 ft in demselist,
kann die Frequenzmeßstufe 43 die Laserstufe 44 ben Bereich wie der als Kondensatorplatte dienende
dazu veranlassen, den Laserstrahl auf den Bereich Streifen 77 abgebildet.
20 b größerer Schichtdicke zu richten. Wenn die Fre- Die leitenden Segmente werden zur Einstellung
quenz sich relativ nahe an dem gewünschten Wert der Kapazität verwendet. Hierzu wird ein Streifen aus
befindet, wird dagegen die Lasersteuerstufe 44 eine 20 elektrisch leitendem Klebband 80 (Fig. 2) dazu beVerdampfung
in dem Bereich 20a bewirken, nutzt, einige der Segmente 78 und 79 elektrisch zu-
In F i g. 3 wird zwar eine Abstimmung mittels eines sammenzuschalten. Die miteinander verbundenen
automatisch gesteuerten Lasers veranschaulicht; dies Segmente 78' und 79' bilden eine gemeinsame elekist
jedoch kein notwendiges Merkmal der Erfindung; irisch schwimmende Platte des Kondensators 75; die
die Abstimmung mittels des Lasers kann auch unter 45 Anzahl der solchermaßen kurzgeschlossenen Segmanueller
Steuerung erfolgen. Ferner muß nicht das mente 78 und 79 bestimmt die wirksame Kapazität,
gesamte Substrat 18 transparent sein; das Substrat 18 Jedes Segment 78 und 79 kann sehr klein sein, zum
könnte auch lichtundurchlässig sein, wobei lediglich Beispiel eine Länge 0,013 mm aufweisen, wobei geein
geeignetes Fenster die Gewichte 20 freigibt. Eine nügend viel Segmente vorgesehen werden, um eine
solche Anordnung kann auch dazu dienen, eine un- 30 sehr feine Einstellung der Kapazität zu ermöglichen,
beabsichtigte Beschädigung anderer in dem Gehäuse Zur frequenzmäßigen Feineinstellung eines typischen
15 befindlicher Komponenten zu verhindern. Schwingkreises ist ein Kondensator 75 mit einer Ka-
Die Fig. 6 und 7 zeigen weitere Ausführungs- pazität im Bereich zwischen etwa 0,1 bis 2pF ausformen
von Mikroresonator-Gehäusen 15 Λ bzw. reichend. Die Einstellung wird in der Weise durch-15B.
Bei dem Gehäuse ISA trägt ein becherförmiger 35 geführt, daß eine größere oder kleinere Anzahl der
undurchsichtiger Gehäuseteil 50 den Mikroresonator Segmente 78 und 79 zusammengeschlossen werden.
16/1 und weitere Komponenten wie etwa die inte- Diese Einstellung wird außerhalb des Gehäuses 15
grierte Schaltung 35/4. Ein durchsichtiger Deckel 51 durchgeführt, ohne daß die Notwendigkeit besteht,
ist auf dem Gehäuseteil 50 so angebracht, daß der die Gewichte 20 erneut zurechtzutrimmen oder auf
Resonator 16/4 hermetisch eingeschlossen wird. Um 40 ander«· Komponenten innerhalb des Gehäuses 15
die Abstimmung mittels des Laserstrahls durch den einzuwirken.
Deckel 51 zu erleichtern, werden die Gewichte 20/4 Die Massenherstellung der Mikroresonatorgehäuse
der Stimmgabelzinken auf der oberen Fläche des 15 wird in Fig. 8 bis 11 dargestellt. Dort wird eine
Mikroresonators 16/4 gebildet. Bei der Ausfüh- Vielzahl von Gehäusen 15 auf einem einzigen Plättrungsform
von Fig. 7 enthält das Gehäuse 15B ein 45 chen 82 aus Glas oder einem anderen Material geebenes
Substrat 52, eine ringförmige Seitenwand 53 bildet, welches so geritzt wird, daß eine Vielzahl von
und einen ebenen durchsichtigen Deckel 54. Auch horizontalen und vertikalen Nuten 83 bzw. 84 enthier
sind die Gewichte 2OB auf der oberen Seite des steht. Die Nuten 83 und 84 bilden eine Matrix vieler
Mikroresonators 16 B angebracht, um eine Abstim- Substratsegmente 18', die voneinander getrennt wermung
mittels Laserlicht durch den Deckel 54 hin- 50 den können, nachdem die Gehäuse 15 alle vollständig
durch zu ermöglichen. Es könnte jedoch auch das montiert worden sind. Typische Werte für die Größe
Substrat 52 durchsichtig sein, wobei dann die Ge- und Dicke des Plättchens sind 32 cm* bzw. 0,25 mm.
wichte auf der Unterseite des Mikroresonators 16 B Ein derartiges Plättchen 82 kann in etwa 416 Segangebracht
werden, mente 18' unterteilt werden, von denen jedes etwa
Schwingkreisanordnungen, wie sie unter Einbezie- 55 7,6 mm lang und 5,1 mm breit ist.
hung des Mikroresonators 16 typischerweise verwen- Vor oder nach dem Ritzen des Substrats 82 werdet
werden können, werden in F i g. 6 des bereits den die verschiedenen Dünnschichtelektroden, Dünnerwähnten US-PS 36 83 213 gezeigt. Ein variabler schichtblöcke und Dünnschicht-Kondensatorplatter
Kondensator, der mit dem Mikroresonator zusam- — hier allgemein mit Leiter 86 bezeichnet — gleich
mengeschaltet ist, ermöglicht dabei eine frequenz- 60 zeitig auf allen Segmenten 18' durch übliche Vaku
mäßige Feineinstellug des Schwingkreises und kann umaufdampfung oder -zerstäubung durch eine geeig
daher zur genauen Einstellung der Laufgeschwindig- nete Maske hindurch (nicht gezeigt) gebildet Di
keit einer Uhr verwendet werden, welche den Mikro- Maske kann bezüglich einer Ecke 85 oder bezüglicl
resonator 16 als Zeitnormal enthält. In den Fig. 1 einer anderen BezugsmaTke auf dem Substrat82 aus
und 2 wird eine vorteilhafte Ausführung eines der- 65 gerichtet werden. F i g. 9 zeigt einen vergrößerten Be
artigen Kondensators 75 gezeigt, der in dieser Weise reich des Substrats 82 nach der Aufbringung de
Verwendung finden kann. Der Kondensator 75 be- Leiter 86. nutzt das Substrat 18 als Dielektrikum, ist innerhalb Übliche Testverfahren können dann dazu verwe?
9 10
det werden, zu überprüfen, ob die Leiter 86 alle in bildet, der den hermetischen Abschluß jedes Gehäu-
richtiger Weise auf den Segmenten 18' aufgebracht ses IS vervollständigt.
worden sind. Jedes defekte Segment 18" wird mit Eine automatische Apparatur wird dann dazu be-
einem Tintenfleck 87 markiert. nutzt, jedes der mit einem Gehäuse 15 versehenen
Als nächster Schritt wird ein Epoxy-Klebmittel 5 Bauelemente elektrisch zu testen. Bei einem derarti-
oder ein anderes geeignetes Klebmittel auf jedem gen Test werden mittels Sonden elektrische Verbin-Segment
18' in denjenigen Bereichen aufgebracht, in düngen über die Blöcke 34 zu den einzelnen mit den
denen Schaltungskomponenten wie der Mikroresona- Gehäusen IS versehenen Bauelementen hergestellt,
tor 16 und die integrierte Schaltung 35 aufgebracht Die gesamte Anordnung 82 kann dann für eine gewerden
sollen. Die Schaltungskomponenten selbst io wisse Zeitdauer auf erhöhter Temperatur gehalten
werden dann mittels einer automatischen Apparatur werden, um die Mikroresonatoren 16 zu altern. Die
auf das Epoxy-Klebmittel aufgebracht. Das Plättchen Laseranordnung von F i g. 3 wird dann dazu verwen-82
wird dann mit allen so angebrachten Schaltungs- det, den in jedem Gehäuse 15 auf dem Plättchen 82
komponenten in einen Ofen gebracht und erhitzt, um befindlichen Mikroresonator 16 individuell abzustimdas
Klebmittel auszuhärten. Als nächstes werden die 15 men. Schließlich wird das Plättchen 82 entlang der
verschiedenen Drähte 27,28,36 und 81 angeschweißt Nuten 83 und 84 verteilt, um die fertig hergestellten
oder durch Ultraschall oder auf andere Weise mit den in die Gehäuse 15 eingekapselten Bauelemente von-Schaltungskomponenten
verbunden, wobei alle diese einander zu trennen.
Vorgänge durch die erwähnte automatische Appara- In den Fig. 12 und 13 wird eine andere Ausfuh-
tur durchgeführt werden, die mit Bezug auf die Ecke 20 rungsform der Anbringung des Mikroresonators ge-
85 justiert ist. zeigt. Es wird eine Ausnehmung 90 in einem durch-
Ein Epoxy-Klebmittel oder ein anderes Klebmittel sichtigen oder anderen Substrat 91 gebildet. Der
wird dann auf jedes Segment 18' zwecks Bildung der Schaft 92 des Mikroresonators 16 C (Fi g. 4 und 5)
Dichtung 38 (Fig. 10) aufgebracht. Einzelne Deckel wird direkt an einem Substratbereich 91 α befestigt,
37 werden dann auf die durch das Klebmittel gebil- 25 so daß die Zinken 93 über der Ausnehmung 90
dete Dichtung 38 aufgesetzt, und das ganze Plättchen (Fig. 13) freitragend sind. Der Bereich einer 91a
82 mit allen daran befestigten Schaltungskomponen- wirkt damit als Podest für den Mikroresonator 16 C.
ten und Deckeln wird erhitzt, um das die Dichtung Die Zinken-Randelektroden 22' und 25' und die
38 bildende Klebmittel auszuhärten. Vorzugsweise Blöcke 24' und 26' für den Mikroresonator 16 C
wird dieses Erhitzen im Vakuum durchgeführt, so 30 werden auf der Unterseite desselben gebildet, um in
daß während des Aushärtens entstehende flüchtige direkten elektrischen Kontakt mit entsprechenden
Substanzen aus jedem Gehäuse 15 über das in jedem Dünnschichtelektroden und Blöcken 94 in den SubDeckel
37 befindliche Loch40 (Fig. 11) herausge- stratbereich 91 α zu gelangen. F.in elektrisch leitendes
zogen werden. Als nächstes wird ein vorgeformtes Epoxy-Klebmittel wird nur auf die Blöcke 94 aufge-Stück
Lötmaterials in jedes Loch 40 gebracht, und 35 bracht, um die elektrische Verbindung mit den Elekdie
gesamte Anordnung 82 wird wieder im Vakuum troden 22' und 25' zu bewirken und den Mikroreso-
oder in einer inerten Gasatmosphäre erhitzt, wodurch nator 16 C an dem Substrat 91 mechanisch zu bedas
Lötmaterial schmilzt und den Stöpsel 39 (Fig. 1) festigen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Mikroresonatorelement, bestehend aus einem in einem Gehäuse hermetisch eingeschlossenen
piezoelektrischen oder ferroelektrischen Mikroresonator, der mit Gewichten in Form metallischer
Schichten versehen ist, wobei das Gehäuse einen lichtdurchlässigen Bereich aufweist,
durch welchen eine von einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Strahlungsquelle kommende
Lichtstrahlung hindurchtreten kann, um Teile der Gewichte zwecks Abstimmung des Mikroresonators
zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroresonator (16) die Form
einer mit zwei Zinken (19) versehenen Stimmgabel aufweist, deren Abmessungen nicht größer
sind als 12,7 mm, daß der lichtdurchlässige Bereich des Gehäuses zum Hindurchtretenlassen der
Strahlung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Lasers ausgebildet ist und daß jede
Zinke (19) mit einem Schichtgewicht versehen ist, welches einen ersten Bereich (20 ft) einer ersten
Dicke und einen zweiten Bereich (20 a) einer geringeren Dicke aufweist, derart, daß die selektive
Entfernung von Material aus dem ersten oder dem zweiten Bereich mittels der Laserstrahlung eine
Grob- bzw. Feinabstimmung des Mikroresonators (16) bewirkt.
2. Mikroresonatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein transparentes
Substrat (18) vorgesehen ist, daß der Mikroresonator (16) von einem an dem transparenten Substrat
(18) befestigten Podest (17) getragen wird, daß die Gewichte (20) sich auf den dem transparenten
Substrat (18) zugewandten Zirikenflächen befinden und daß ein Deckel aus thermisch verträglichem
Material an dem transparenten Substrat anhaftet.
3. Mikroresonatorelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente
Substrat (18) aus Glas besteht.
4. Mikroresonatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen
becherförmiger Basisteil (SO) und ein den Basisteil (SO) verschließender und an ihm anhaftender
transparenter Deckel (51) vorgesehen sind, daß der Mikroresonator (16 A) an dem Basisteil (50)
befestigt ist und daß die Gewichte (20 A) auf den dem transparenten Deckel (51) zugewandten Zinkenflächen
angeordnet sind.
5. Mikroresonatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander
und im Abstand zueinander angeordnete Platten (52, 54) aus transparentem Material durch
einen ringförmigen, die Seitenwände des Gehäuses bildenden Teil (53) getrennt sind.
6. Mikroresonatorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse einen einstellbaren Kondensator (7S) aufweist, der in solcher Weise elektrisch geschaltet
ist, daß er für die Frequenz eines den Mikroresonator (16) als Frequenzquelle verwendeten
Schwingkreises mitbestimmend ist, daß ein Teil der Gehäusewand als zwischen den Kondensatorplatten
angeordnetes Dielektrikum des Kondensators (75) dient und daß die wirksame Fläche
der auf der Gehäuseaußenfläche angeordneten Kondensatorplatte einstellbar ist, um eine Feinabstimmung
des Schwingkreises ohne mechanische Änderungen innerhalb des Gehäuses zu ermöglichen.
7. Verfahren zur Massenherstellung einer Vielzahl von Mikroresonatorelementen gemäß Anspruch
2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plättchen (82) aus transparentem Substratmaterial
geritzt wird, um eine Vielzahl von Gehäuseelementen (18') zu bilden, daß ein Mikroresonator
auf jedem dieser Segmente (18') angebracht wird und die elektrischen Verbindungen
zu demselben hergestellt werden, daß einzelne Gehäusedeckel (37) an jedem der Gehäusesegrr.ente
(18') befestigt werden, daß jeder Mikroresonator unter Verwendung eines durch den
transparenten Bereiches jedes Gehäuses hindurchtretenden Laserstrahles durch selektive Entfernung
von Teilen der genannten Gewichte (20 a, 20 6) abgestimmt wird und daß das geritzte
Plattchen (82) zerschnitten wird, um die Gehäuse (i5) nach dem Abstimmvorgang voneinander
zu trennen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Befestigen des Mikroresonators auf den Segmenten (18') in der Weise erfolgt,
daß ein Klebmittel auf ausgewählte Bereiche jedes Segments (18') aufgebracht wird, daß ein
Mikroresonator auf dieses Klebmittel aufgebracht wild und daß das Klebmittel ausgehärtet wird,
nachdem auf im wesentlichen alle Segmente (18') Mikroresonatoren aufgebracht worden sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigen der einzelnen
Gehäusedeckel (37) in der Weise erfolgt, daß ein Klebmittel auf jedes Segment jeweils in einem
den Mikroresonator umgebenden Muster aufgebracht wird, daß der Gehäusedeckel (37) auf
das Klebmittelmuster jedes Segments (18') gebracht wird, wobei jeder Gehäusedeckel (37) ein
durchgehendes Loch (40) aufweist, daß das Klebmittel ausgehärtet wird, daß eine Legierung in das
Loch (40) jedes Gehäusedeckels (37) gebracht wird und daß das Plättchen (82) mit allen derart
angeordneten Deckeln (37) in einem Vakuum unter einer inerten Gasatmosphäre erhitzt wird,
um die Legierung zu schmelzen und dadurch jedes der genannten Löcher (40) zu verschließen,
wodurch die hermetische Abdichtung jedes Gehäuses vervollständigt wird.
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