DE2313574B2

DE2313574B2 - Mikroresonatorelement und Verfahren zu seiner Massenherstellung

Info

Publication number: DE2313574B2
Application number: DE2313574A
Authority: DE
Inventors: Juergen H. Anaheim Calif. Staudte (V.St.A.)
Original assignee: Statek Corp Orange Calif (vsta)
Current assignee: Statek Corp Orange Calif (vsta)
Priority date: 1972-03-22
Filing date: 1973-03-19
Publication date: 1975-05-22
Also published as: JPS498212A; DE2313574C3; US3969640A; FR2176946B1; FR2176946A1; CH566675A5; JPS5247982B2; DE2313574A1; GB1381996A; US3766616A; CH1091873A4; CH588733B5

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-

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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

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

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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?

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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

Patentansprüche:

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.