DE2350687A1

DE2350687A1 - Verfahren zur herstellung elektromechanischer schwingungsaufnehmer

Info

Publication number: DE2350687A1
Application number: DE19732350687
Authority: DE
Inventors: Joel Bayard; Di Dominique Campli; Fokke Duiker; Lucien Lainez
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-09
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2202421A1; GB1444966A; US3892025A; FR2202421B1; IT995669B

Description

patenta;;walt
21 - 6oäa*t. Il

Si V 62

' ^% . - 9- Oktober 1973

7622-IV/St.

THOMSON-BRANDT, Paris, Bid. Haussmann 174 (Frankreich)

"Verfahren zur Herstellung elektromechanischer Schwingungsaufnehmer"

Priorität vom 10. Oktober 1972 aus der französischen Patentanmeldung 72 35 857

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektromechanischer Schwingungsaufnehmer, bestehend aus einem Nadelträger, der auf mindestens einem in ein Dämpfungsglied eingespannten Träger sitzt, welcher aus zwei von einander getrennten, .. durch das Substratplättchen eines Transistors verbunden Teilen besteht.

Derartige Schwingungsaufnehmer werden insbesondere in den Ton- ^; abnehmern für Schallplatten, Insbesondere Stereoplatten, verwendet. Der Transistor dient als Spannungs- oder Dehnungsmeßkörper. Die Herstellung solcher Schwingungsaufnehmer, die den !Vorzug großer Empfindlichkeit haben, ist sehr aufwendig, da die ί ; Abmessungen der verschiedenen Teile nur wenige zehntel Millimeter j betragen und weil die Teile selbst sehr zerbrechlich sind, so daß ; für die zahlreichen Arbeitsvorgänge zur Herstellung des voll- i !•^bändigen Schwingungsaufnehmers jeweils besondere Sicherheits-

■■ _2- j

i ' —'

409816/0413

Vorkehrungen getroffen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung elektromechanischer Schwingungsaufnehmer der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem das Bruchrisiko weitgehend vermieden wird und das daher einfach und rasch durchführbar ist.

Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst von einem einstückigen Träger ausgegangen wird, daß auf diesem Träger der Transistor befestigt wird, daß dann der Träger ganz oder teilweise fertigbearbeitet und montiert wird und daß anschließend der Träger in dem den Transistor tragenden Bereich in die zwei nur noch durch den Transistor verbundenen Teile getrennt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind mit Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist ein schematisch vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines vollständigen Schwingungsaufnehmers der hier interessierenden Art dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren zu seiner Herstellung wird anhand von Schemaskizzen dessen wesent-i licher Teile in den verschiedenen Herstellungsstufen veranschau^ ^; licht. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines in einem Tonab- : nehmerkopf untergebrachten Schwingungsaufnehmers, , Pig. 2 eine Seitenansicht eines Trägers mit seinem Transistor,

Fig. 3 eine Aufsicht auf denselben Träger, !

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Trägers vor seiner Bearbeitung, j Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Träger während der Bearbeitung, i Fig. 6 eine Seitenansicht eines Trägers während seiner Be- - ; arbeitung, -3-' i

409816/0A13

Pig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Trägers während seiner Bearbeitung,

Fig. 8 eine Unteransicht des Trägers am Ende der Bearbeitung und Fig. 9 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Trägers während seiner Bearbeitung.

Eine«· Tonabnehmerkopf der hier interessierenden Gattung besteht im allgemeinen gemäß Fig. 1 aus einer Nadel 1, die an einem beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Koppler; 2 befestigt ist, der mit zwei Trägern 3 und 4 aus Keramik, beispielsweise Aluminiumkeramxk fest verbunden ist. Diese Träger schliessen miteinander einen Winkel von 90° ein und sind in einem Dämpfungsglied 5 eingespannt. Das Dämpfungsglied 5 ist.seinerseits auf einer nicht dargestellten Halterung befestigt. Das Dämpfungsglied 5 (oder die zugehörige Halterung) trägt außerdem ein schematisch dargestelltes Gehäuse 6, das sämtliche vorstehenden Teile umschließt. Dieses Gehäuse ist in seinem oberen Teil aufgebrochen gezeichnet, um die innenliegenden Teile zu veranschaulichen. Das Ende der Nadel ragt durch eine öffnung 9 nach außen, die die normalen Verschiebungen ermöglicht, jedoch die Bewegungen derart begrenzt, daß ihre Amplitude unterhalb derjenigen bleiben, bei der die Gefahr eines Bruches der Träger 3 und 4 besteht. •Zwei Transistoren 7 und 8 bilden die Spannungs- oder Dehnungsmesskörper und sind auf den Trägern 3 und 4 befestigt. Aus Gründen der Empfindlichkeit sind die Transistoren 7 und 8 nicht einfach auf den Trägern 3 und 4 (oder einem dünner gehaltenen Teil derselben) befestigt sondern bilden eine Brücke zwischen zwei voneinander unabhängigen Teilen dieser Träger. Die Figuren 2 und 3 veranschaulichen schematisch die Seitenansicht und die Aufsicht auf den Befestigungsbereich eines dieser Transistoren auf dem Träger. Man erkennt dort, daß der Träger 3, (oder 4) aus zwei getrennten Teilen besteht, nämlich dem einspannungsseitigen Teil 10 und dem koppler- oder nadelseitigen Teil 11.

-4-4 09 8 16704 13.

Der Transistor 7 (oder 8) ist mit seinen Enden mit den beiden : Teilen 10 bzw. 11 verlötet oder verklebt und.verbindet letztere. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß sämtliche von dem · Koppler übertragenen Spannungen von dem Substratplättchen des ■ Transistors aufgenommen werden, das damit eine wesentlich stärke-j re Verformung erfährt, als wenn der Transistor einfach auf einem i durchgehenden Träger befestigt wäre. Die Empfindlichkeit wird noch weiter dadurch verbessert, daß die Masse der zwischen dem > Transistor und der Nadel liegenden Teile soweit als möglich verringert wird. Aus diesem Grund ist der nadelseitige Teil 11 des Trägers bis auf die/^S.e erforderliche Festigkeit gesetzte Grenze geschwächt, während der einspannungsseitige Teil 10 eine wesentlich größere Dicke haben kann.

In den Figuren 2 und 3 sind die wesentlichen Abmessungen eines Ausführungsbeispieles des Schwingungsaufnehmers angegeben. Die Dicke des Siliziummonokristalls des Transistors beträgt etwa ; o,2 mm; der Teil 10 des Trägers besitzt eine Dicke von b = o,65mmj während die Dicke des Teiles 11 c = o,25 mm beträgt. Der Ab- ; stand der beiden Teile 10 und 11 beträgt d = o,6 mm, wobei der Transistor 7 die Enden der Teile 10 und 11 über eine Länge von _: e = o,5 mm überdeckt. Die Breite der Teile 10 und l^u?äes i Transistors 7 liegt bei etwa f = o,8 mm. I

Die Großserienherstellung eines derartigen Schwingungsauf- j nehmers ist schwierig zu verwirklichen. Die Abmessungen der j Teile erschweren eine präzise Handhabung und Bearbeitung, während andererseits beispielsweise die Lötungen des Siliciumeinkristalls auf den Keramikträger eine besondersjplane Fläche erfordern. Vor allem die Anordnung aus den beiden Teilen 10 und 11, verbunden durch den Transistor 7_S ist außerordentlich zerbrechlich, weil der Siliciummonokristall nur eine Dicke von'yb,2 mm besitzt.

-5-

409816/0413

Nach Beendigung der Montage ist diese Zerbrechlichkeit nicht besonders störend, da - wie oben bereits erwähnt - die ganze Anordnung stoßgeschützt im Inneren eines Gehäuses- 6 liegt, aus dem lediglich die Nadel über eine öffnung nach Außen ragt, die die Verschiebungen dieser Nadel auf einen Wert beschränkt, der mit der Elastizität der Träger vereinbar ist. Dies ist jedoch während der zahlreichen Bearbeitungsvorgänge und der sonstigen Manipulationen der Anordnung wie etwa Anlöten der Anschlüsse, Einspannen in das Dämpfungsglied 5, Anbringen des Kopplers 2 und der Nadel usw., nicht der Fall. Es müssen daher entsprechende Vorkehrungen getroffen werden, die zu einer Verlängerung der Herstellungsdauer und einem entsprechend sehr hohen Gestehungspreis führen

Bei einer Herstellung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden. In Fig. 4 ist ein Träger wie etwa 3 oder 4 aus Keramik, beispielsweise Aluminiumkeramik, dargestellt, bei dem die wie in den Fig. 2 und 3 mit 10 und 11 bezeichneten Bereiche Teile ein und desselben Stückes sind. Nach Erreichung der gewünschten Dicke.b wird der nadelseltige Teil 11 nach bekannten Verfahren soweit abgetragen, bis er nur noch die Dicke c (Fig. 2) besitzt. Dieser abgetragene Teil ist in Fig. 4 mit 12 bezeichnet. Anschließend wird wiederum in bekannter Weise, beispielsweise mittels einer Diamantscheibe, Ultraschall oder anderem ein Querschlitz 13 in den Träger eingebracht, der . den nadelseitigen Teil 11 von dem einspannungsseitigen Teil 10 : trennt-. Dieser Schlitz teilt den Träger jedoch nicht in zwei j Teile. Er ist lediglich so tief, daß zwischen dem Boden des ", Schlitzes 13 und der entsprechenden Außenfläche des Trägers eine j Materialstärke h von etwa o,2 bis .0,3 mm verbleibt. Die Breite dieses Schlitzes ist etwa b = o,6 mm. Die beiden Teile sind demnach nach wie vor fest miteinander verbunden, jedoch nur durch eine Brücke von etwa o,2 oder o,3 mm Dicke, die zwischen dem zuvor abgetragenen Bereich 12 und dem Schlitz 13 einerseits mit Ί4 und zwischen dem Boden des Schlitzes und der entsprechenden Außenfläche des Trägers andererseits mit 15 bezeichnet ist

409816/0413

(Fig. *O . Der einstückige Träger wird nun zur Befestigung des ^; Transistors 7 vorbereitet. Die zu beiden Seiten des Schlitzes 13 liegenden und mit der notwendigen Genauigkeit plan geschliffenen Flächen 16 und 17 werden nach bekannten Verfahren mit einer Goldschicht von etwa 1 μ Dicke überzogen. In der eine Aufsicht auf den geschlitzten Bereich des Trägers darstellenden Fig. 5 sind die in dieser Weise überzogenen Flächen schraffiert wiedergegeben. Wie dort zu erkennen verlängert sich der einspannungsseitige Bereich 17 des Trägers von seinem, mittleren Teil aus in einer leitenden Schicht 18, die zur Verbindung des Bereiches 17 mit nicht dargestellten Anschlüssen in dem Dämpfungsglied 5 dient.

Zusammen mit dem Aufbringen der Goldschichten 16 und 17, von denen die letztere sich in dem Streifen 18 fortsetzt, werden auf derselben Seite, nämlich der Oberseite des Trägers, zwei Anschlüsse 19 und 20 aufgebracht, die aus einem Niederschlag einer Metallschicht auf der Keramikoberfläche bestehen. Diese Metallschicht kann aus Gold oder wirtschaftlicher aus Molybdän bestehen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, stehen diese Anschlüsse weder mit dem Streifen 18 noch mit dem Bereich 17 in Verbindung; sie , setzen sich bis in das Dämpfungsglied 5 fort, wo sie mit der elektronischen Schaltung der Anordnung über nicht dargestellte | Leitungen verbunden werden.

Der Transistor 7 wird anschließend durch eutektische Gold- ; Silicium-Lötung auf die Teile Io, 11 des Trägers unter teilweiser ! überdeckung der Flächen 16 und 17 und unter überbrückung des Schlitzes 18 aufgelötet (Fig. 6). Auf diese Weise wird die Festigkeit des Trägers zwischen seinen Teilen 10 und 11 wieder verstärkt, da sie miteinander durch den Bereich 15 und dem Transistor 7 verbunden sind.

Dieser Träger wird nun durch Verbindungsdrähte 21-'Zwischen ·

409816/0413

dem Transistor und den Anschlüssen 19 bzw. 20 vervollständigt. Die Länge dieser.Drähte 21 ist außerordentlich gering, was zu deren Widerstandsfestigkeit beiträgt. Anschließend werden die verschiedenen Bearbeitungen und Manipulationen bis zur Fertigstellung des vollständigen Schwingungsaufnehmers gemäß Pig. I vorgenommen. Bei all die.sen Bearbeitungsvorgängen besteht der Träger stets aus einem Stück und ist außerdem noch durch den Transistor 7 (oder8) verstärkt, so daß seine Handhabung mit verringertem Aufwand erfolgen kann, bis er durch das Gehäuse 6 geschützt ist. Hierdurch wird das Ausschußrisiko durch Brechen des Trägers erheblich verringert, ebenso wie die Herstellungskosten.

Damit nun der nadelseitige Teil 11 des Trägers mit dem einspannungsseitigen Teil 10 desselben nur noch über das Siliciumsubstrat des Transistors 7 verbunden ist, wird der aus der Flanke des Schlitzes 13 bestehende Bereich Ik des Trägers mittels eines Laserstrah-les durchtrennt. Fig. 7 veranschaulicht schematisch in perspektivischer Darstellung die gegenseitige Lage der verschiedenen Teile Io, 11 des Trägers und des Lasers 22. Dieser ist bekannt und wird daher nicht beschrieben. Zweckmäßig läßt sich ein Yttriumgranat-Laser verwenden, der einen isochromen Lichtstrahl von etwa 8 mm Durchmesser liefert, welcher durch eine Optik auf eine Entfernung von etwa 25 mm gebündelt wird. Der Laser 22" nimmt in Bezug auf die Teile Io_s 11 des Trägers eine solche Lage ein, daß sein Strahl 23 etwa rechtwinklig zur Achse des Trägers und parallel zur Fläche des Transistors verläuft. Nach Durchqueren einer hierzu in dem Gehäuse 6 vorgesehenen öffnung trifft der Strahl auf den Bereich 14, durchtrennt diesen und trennt dadurch die Teile 10 und 11 des Trägers, die damit nur noch durch den Transistor 7 verbunden sind.

Fig. 8 veranschaulicht schematisch eine Aufsicht auf das Ende

409816/0413

des Trägers während der Bearbeitung durch den Laser, Man erkennt j den Transistor 7 und seine beiden Anschlüsse 21, den nadel- j seitigen, geschwächten Teil 11 des Trägers und den gehäuse- I seitigen Teil 10. Der Bereich 14 liegt zwischen der Unterseite, j des Tgiles 11 und dem Boden des Schlitzes 13, der gestrichelt. J

dargestellt ist. Der Laserstrahl 23 durchquert das Gehäuse 6 I durch das Loch 24 hindurch und ist etwa auf die Mitte des Bereiches 13 fokalisiert. Eine bekannte Reflexvisier- oder Justierf einrichtung erleichtert die Einstellung der Lage des Strahles auf den Bereich 14. Das Durchtrennen des Bereiches 14 geschieht durch Schmelzen der Keramik. Eine geringe Abtastbewegung des Strahles in einer zur Ebene des Transistors parallelen Ebene (senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 8) gestattet ein Schnei-j den durch Schmelzen über die gesamte Breite des Bereiches 14. Die in leicht gewellten Linien dargestellten Schnittkanten in Fig. 8 besitzen einen Abstand von etwa 10-Hundertstel Millimeterj an dem dem Laser zugewandten Ende des Schnittes und von 5-Hunderp stel Millimeter an dem dem Laser abgewandten Ende. Diese Schlitfcf breite ist in jedem Fall ausreichend um ein freies Schwingen des Teiles 11 des Trägers gegenüber dem einspannungsseitigem Teil 10 sicherzustellen, ohne daß die beiden Schnittkanten des Schnittes 25 sich berühren. Das Durchtrennen des Bereiches 14 dauert einige Sekunden.

Insbesondere bei der Anordnung nach Fig. 8 ist zu erkennen, daß die während des Durchtrennehs entstehenden winzigen Tröpfchen geschmolzener Keramik, die unvermeidbar-in alle Richtungen geschleudert werden, praktisch nicht an die Anschlüsse des Transistors gelangen können, da diese gegenüber solchen abgeschleuderten Tröpfchen durch das Substrat des Transistors selbst und durch den Teil 10 des Trägers geschützt sind. Nach Durchqueren des Bereiches 14 und des verbleibenden Innenraumes des Gehäuses trifft der Laserstrahl auf den der Öffnung 24 gegen

über-

— Q-

409816/0413

liegenden Teil. In dem Gehäuse entsteht im allgemeinen in diesem
' Bereich durch den Strahl ein Loch ohne daß dies nachteilig wäre.
Die Lage der Einzelteile des Schwingungsaufnehmers, wie sie sich
aus Fig. 1 ergibt, verhindert, daß der Strahl auf irgendein
Hindernis trifft, das er möglicherweise beschädigen könnte.

Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht in einer Vereinfachung , der Bearbeitung des Trägers, wie er im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben wurde. Das Abtragen oder Abtrennen der Bereiche 12 und

13 läßt sich wesentlich leichter und mit geringerer Gefahr eines
. Bruchs der Keramik durchführen, wenn diese auf einen Träger,

der beispielsweise aus Glas bestehen kann, aufgeklebt ist.

Nach den Bearbeitungsschrit'ten kann der Kleber leicht gelöst wer-

• den. Bei den im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Bearbeitungsvorgängen muß der Träger auf seinen beiden Großflächen bearbeitet werden, weshalb er entweder zur Bearbeitung nicht auf einen ; Träger geklebt werden kann oder das Aufkleben und Lösen zweimal ; vorgenommen werden muß. Bei der in Fig. 9 dargestellten Formgebung des Trägers wird der Trägerrohling mit den Teilen Io, 11
auf eine beispielsweise aus Glas bestehende Platte 26 aufgeklebt; dann wird der gestrichelt eingezeichnete Bereich 12 in
bekannter Weise abgetragen so daß der nadelseitige, geschwächte ,

'■ oder dünne Bereich H des Trägers entsteht. Der Schlitz 13 wird j ϊ ' ■

• von derselben Seite aus eingebracht von der aus zuvor das Ent- i

fernen des Bereiches 12 erfolgte. Die Lage des Transistors 7 ^; j als Brücke über den Schlitz 13 ist gestrichelt eingezeichnet. ■· j Nach der Durchführung dieser Bearbeitungsvorgänge wird der Träger '·.

j von der Platte 26 wieder gelöst und mit den übrigen Teilen zö dem ^: Schwingungsaufnehmer gemäß Fig. 1 zusammengesetzt. Das Durch- ^: trennen mit dem Laserstrahl erfolgt wie im vorhergehenden Fall; j der Schnitt befindet sich jedoch nicht mehr in dem Bereich 14 \ sondern in dem Bereich 15, wo in Fig. 9 die Schnittflächen mit "' 27 bezeichnet sind, die die Teile 10 und 11 des Trägers vonein- '· ander trennen.. . I

409 816/0413

Diese Abänderung des Verfahrens führt dazu, daß der nadelseitige ; Teil 11 des Trägers eine etwas größere Masse hat, als wenn er nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erzeugt worden Wäre. Gemäß Fig. 9 besteht der Teil 11 nicht nur aus dem geschwächten Bereich sondern auch aus dem gesamten Bereich 14 und einem Teil des Bereiches 15. Außerdem ist der Bereich 14 dicker als der entsprechende Bereich, der mit der von zwei Flächen her erfolgenden Bearbeitung erhalten wird. Das Endprodukt hat etwas schlechtere Eigenschaften für Schwingungen hoher Frequenzen, jedoch ist sein Gestehungspreis erheblich niedriger.

Es eignet sich für Tonabnehmer üblicher Qualität, während das zuvor beschriebene Verfahren teureren Schwingungsaufnehmern bzw. Tonabnehmern vorbehalten ist, die bessere Eigenschaften besitzen.

Eine weitere mögliche Abänderung betrifft die Metallisierung der oberen Fläche der Teile Io, 11 des Trägers. Es kann nämlich gegebenenfalls wirtschaftlicher sein, diese Fläche insgesamt zu metall-sieren und die verschiedenen Zonen 16, 17, 18, 19 s 20 durch entsprechendes Schneiden des Metallsjmittels Ultraschall, einer Diamantscheibe oder in anderer geeigneter Weise herzusteller

A09816/0A13

Claims

PATENTANWALT

Trief» S6V62 ⁹' ^Oktober «73

7622-IV/St.

THOMSON-BRANDT, Paris, BId. Haussmann 173 (Prankreich)

Patentansprüche: "

Verfahren zur Herstellung elektromechanischer Schwingungs- , aufnehmer, bestehend aus einem Nadelträger, der auf mindestens einem in ein Dämpfungsglied eingespannten Träger sitzt, ; welcher aus zwei von einander getrennten, durch das Substrat-i plättchen eines Transistors verbundenen Teilen besteht, . ' dadurch gekennzeichnet, daß zunächst von einem einstückigen j Träger ausgegangen wird, daß; auf diesem Träger der Transistor! befestigt wird, daß dann der Träger ganz oder teilweise fertigbearbeitet und montiert wird unddaß anschließend der Träger in dem den Transistor tragenden Bereich in die zwei nur noch durch den Transistor verbundenen Teile getrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Befestigen des Transistors der Träger mit einem Schlitz versehen wird, daß anschließend der Transistor diesen Schlitz überbrückend befestigt wird und daß das Durchtrennen des Trägers am Boden des Schlitzes vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nadelseitige Teil des Trägers durch Abschleifen auf einer Fläche geschwächt wird und daß der Schlitz von der gegenüberliegenden Fläche eingebracht wird.

—2—

409816/0A13
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Durchtrennen des Trägers In dem zwischen einer Seitenfläche des Schlitzes und dem abgeschliffenen Bereich liegenden, nadelseitlgen Bereich vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchtrennen mittels eines Lasers vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigen des Transistors durch Auflöten mittels einer eutektischen Gold-Silizium-Lötung auf die Trägerkeramik erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse des Transistors durch Niederschlagen von Metall auf derjenigen Fläche hergestellt werden, die derjenigen Fläche, an der das Durchtrennen erfolgt, abgewandt ist.
8. Verfahren nach.Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nadelseitige Teil des Trägers von derselben Fläche her teilweise abgetragen wird, von der aus der Schnitt eingebracht wird.

409818/0 413