DE2513546A1 - Festkoerper-zeitmessungseinrichtung in kompaktbauweise fuer universelle verwendung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-B MDNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN SteinedorfstraBe 10 Dr. rer. not. W. KÖRBER 'S" (Οβί) ·298β 84

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

26. März 1975

AMERICAN MICROSYSTEMS INC.

3800 Homestead Road

Santa Clara, Calif. 95051/V.St.A,

Patentanmeldung

Festkörper-Zeitmessungseinrichtung in Kompaktbauweise für universelle Verwendung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pestkörper-Zeitmessungseinrichtung, insbesondere auf eine elektronische Festkörper-Armbanduhr, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Die Erfindung befaßt sich mit elektronischen Zeitmessungseinrichtungen und spezieller mit einem Verfahren zum Zusammenpacken der Komponenten einer elektronischen Festkörper-Armbanduhr. Mit der Erfindung können solche Anordnungen geschaffen werden, die für die angepaßte Verwendung in ührengehäusen verschiedenster Größen und Formen geeignet sind.

Elektronische Uhrenanordnungen sind früher nach gut eingeführten elektronischen Digitalprinzipien und mit Schaltkreisen für Zeitmessungseinrichtungen ausgestaltet worden. Solche Anordnungen haben eine dauernde Zeitanzeige verwendet, wie z. B. elektro-optische Flüssigkristalle, die mit einem Zeitsignal

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gesteuert worden sind. Dieses Zeitsignal ist, ausgehend von einem Grundzeitsignal eines quarzstabilisierten Oszillators, von Frequenzteilerschaltkreisen geliefert worden. Die Stromversorgung des Zeitmessungsschaltkreises wurde durch eine kleine Batterie bewirkt und höhere Spannung, wie sie für die Anzeige erforderlich ist, wurde mittels eines kleinen toroidförmigen Aufwärtstransformators erzeugt. Dauernde Zeitanzeige mit sehr geringem Leistungsverbrauch und mit sehr kleiner Größe und kleinem Gewicht wurde dadurch erreicht, daß man einen Halbleiter-Mikroschaltkreis verwendet hat, der nach Großintegrationsteehnik (ISI) in komplementärer Metalloxid-Silicium-Teehnologie (CMOS) hergestellt wurde. Dieser Mikroschaltkreis wurde innerhalb eines kleinen gedruckten Schaltkreissubstrats angebracht und mit diesem direkt verbunden, wobei das Substrat alle für die Zeitmessung erforderlichen elektronischen Bauelemente enthielt, ausgenommen den Quarzkristall, die Stromquelle, den Aufwärtstransformator und die Flüssigkristall-Anzeige (LCD-Einheit).

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die direkte Packung und auf die elektrischen Verbindungen zwischen dem Substrat, dem Quarzkristall, der LCD-Einheit, der Stromquelle und dem Aufwärtstransformator (soweit erforderlich) gerichtet, und zwar auf die Verwendung in Armbanduhren verschiedener Größen und Formen. Die Erfindung zeichnet sich durch für die Bauelemente vorgesehene Packungsmoduln aus, die nachfolgend als Einbauteile bezeichnet werden. Diese Einbauteile haben äußere ümrise, die solche Gestalt und Größe haben, daß sie eng in ein Uhrengehäuse vorgegebener Größe und Form hereinpassen. Sie haben inneren Umrißaufbau, der so ausgestaltet ist, daß sie das Substrat, den Quarzkristall, die LCD-Einheit, die Stromquelle und den Aufwärtstransformator mit elektrischer Verbindung miteinander zusammenfassen, und zwar auseinandernehmbar zusammenhalten. Für ein jedes anderes Uhrengehäuse wird ein verschiedenes Einbauteil verwendet, wobei jedoch die voranstehend erwähnten elektronischen Bauelemente ftir alle Uhren dieselben bleiben. Sie sind so ausgestaltet,

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daß sie direkt austauschbar sind mit anderen Bauelementen derselben Art.

Eine prinzipielle Grenze für Festkörper-Zeitmessungseinriehtungen war "bisher dadurch gegeben, daß diese nur in ein einzelnes Uhrengehäuse einer Form bzw. Gestalt hereinpassen. Solche Zeitmessungseinrichtungen bzw. Uhren wurden üblicherweise mit Hilfe von Mikroskopen in laboratoriumsmäßig sauberen Räumen zusammengesetzt und dann vollständig gekapselt oder hermetisch versiegelt, und zwar innerhalb einer Passung die in ein Uhrengehäuse nur einer bestimmten vorgegebenen Größe hereinpaßt. Eine andere Grenze, die mit einer solchen Zusammenbautechnik zusammenhängt, stellte das Testen, die Reparatur und der Ersatz irgendeiner Komponente der Uhr dar. Dies war für sämtliche Juweliere außerhalb des Laboratoriums des Herstellers für jegliche elektronische Uhr praktisch unmöglich. Darüber hinaus waren viele vorbekannte Uhrenmontagen derart ausgeführt worden, daß eineReparatur der Uhr im wesentlichen unmöglich war und ein Ersatz des ganzen Uhren-teLles notwendig war, wenn irgendeine Komponente oder Einzelteil derselben einen Fehler zeigte.

Ein anderer prinzipieller Nachteil bei bekannten Pestkörper-Zeitmessungseinrichtungen waren die relativ großen Abmessungen und die Dicke der gesamten Packung. Diese Abmessungen waren erforderlich, um alle einzelnen voneinander getrennten Komponenten aufnehmen zu können. Viele diskrete innere Einzelteile einer solchen bekannten Uhr verursachten auch ein Übermäßiges Gewicht, verglichen mit üblichen mechanischen Armbanduhren. Des weiteren haben die vielen einzelnen Seile bei bekannten elektronischen Uhren und die Verbindungen derselben miteinander zahlreiche damit verbundene Herstellungssehritte erforderlich gemacht, die zu erhöhten Produktionskosten, über diejönigen für mechanische Uhren hinaus, geführt haben.

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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Packung einer Festkörper-Zeitmessungs-Armbanduhr elektronischer Bauart mit Variationsmöglichkeit "bezüglich verschiedener Packungskonfigurationen bzw. Einbaumoduln zu finden, mit dem die voranstehend erwähnten Probleme und Grenzen des Standes der Technik gelöst bzw. beseitigt werden. Insbesondere soll diese Zeitmessungseinrichtung auseinandernehmbar sen und sowohl für die Massenherstellung als auch für Reparierbarkeit durch Uhrmacher geeignet sein.

Diese Aufgabe wird mit einer wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Einrichtung erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben ist und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung mit einem kleinen gedruckten Sehaltungssubstrat vorgesehen, auf dem alle elektronischen Bauelemente der Zeitmessungseinrichtung angebracht werden können, ausgenommen die Flüssigkristallanzeige und die Batterie. Die Größe dieses Substrats nach Länge, Breite und Dicke ist derart bemessen, daß es in Armbanduhrgehäuse üblicher Größe und verschiedener Formen hereinpaßt. Dies ist zum Teil dadurch möglich, daß im Rahmen der Montagetechnologie eine einzige CMOS-Halbleitereinrichtung nach Großintegration verwendet wird, die erfindungsgemäß vollständig in das Substrat eingesetzt ist. Dies ist in der US-Patentanmeldung 469 460 vom 13. Mai 1974 derselben Anmelderin näher beschrieben. Diese Anmeldung trägt den Titel "Combined Semiconductor Device and Printed Cireuit Board Assembly".

Das bereits erwähnte Substrat bzw. die Unteranordnung für die Zeitmessung besteht aus einem Bauteil, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche hat, auf der eine Vielzahl von elektrischen AnsehTaßkontakten im Abstand voneinander angebracht sind. Diese Kontakte kommen mit

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in gleichem Abstand angeordneten Kontakten auf der Seite einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung (LCD-Einheit) in Kontakt. Bei einer erfindungsgemäßen Zeitmessungseinrichtung befindet sieh die LCD-Einheit in einer zentralen Aussparung des Einbauteils derart, daß die Zeitanzeigesegmente der LCD-Einheit durch das Uhrglas hindurch in dem Einbauteil zu sehen sind. Dieses Substrat wird dann in das Einbauteil derart eingesetzt, daß die Anordnung der Kontakte desselben mit der Kontaktanordnung der LCD-Einheit derart in Berührung kommen, daß sich elektrische Verbindungen zwischen dem Substrat und der LCD-Einheit ergeben. Die LCD-Einheit wird gegen die inneren Raumoberflächen des Einbauteils gehalten bzw. gedrückt, und zwar durch die Kontaktberiihrung mit dem Substrat. Die LCD-Einheit kann mit dem Substrat direkt Kontakt haben oder es kann ein zusätzliches Zwischenverbindungsstück zwischen dem Substrat und der LCD-Einheit vorgesehen sein.

Auf der oberen Oberfläche des Substrates sind Anschlußstifte vorgesehen, an die der Quarzkristall, der Aufwärtstransformator (soweit erforderlich) und die Batterie zwecks elektrischer Verbindung mit dem Substrat angeschlossen werden können. Zwischenverbindungen des Kristalls, des Transformators und der Batterie einerseits und den auf der oberen Oberfläche des Substrats befindlichen Anschlußstiften andererseits werden durch Anschlußdrähte gbildet, deren Enden durch geeignete, rasch zu lösende Mittel an diesen Stiften angebracht sind.

Als Quarz wird ein solcher mit einer Zeit-Grundfrequenz von 32 768 Hertz bevorzugt. Dieser Quarz befindet sich in seinem eigenen hermetisch abgeschlossenen Vakuumgehäuse, damit sein, Reihenwiderstand verringert ist, seine Aktivität für jeglichen Betriebsstrom verbessert ist und natürliche auf den Kristall einwirkende Alterungseffekte minimalisiert sind. Bei anderen Ausführungsformen kann der Quarzkristall auch auf dem Substrat selbst oder innerhalb des Einbauteils nahe dem Substrat angebracht sein.

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Die Stromquelle "bzw. Batterie und der Aufwärtstransformator werden an dem Substrat in gleicher Weise wie der Kristall elektrisch angeschlossen. An dem Eintauteil angebrachteAnschlußstifte, die mit der Batterie und dem Transformator Berührung bzw. Verbindung haben, werden mit entsprechenden Anschlußstiften des Substrats mittels passender Leitungsdrähte angeschlossen.

line passende Schalteinrichtung ist an der Uhr vorgesehen, um die Betriebsweise derselben zu steuern und die elektronische ZeitBiessungseinrlchtung einstellen zu können. Eine Form ist die eines Drehschalters, der in der Bodenplatte des Uhrenge-Muses in einer derartigen Stellung angebracht ist, so daß an dem Schalterboden befindliche Kontakte bestimmte Steuer-Ana ehlußpunkte an der inneren Oberfläche des Substrats berühren. Wenn der Schalter von Hand in verschiedene Stellungen gebracht wird, berühren seine Kontakte verschiedene Kombinationen von Anschlußpunkten des Substrata, womit der Sehaltkreis in die Betriebsweisen "laufen" oder "Stillstand" zu bringen ist oder womit die Uhr auf vorgegebene Stunde und Minuten einzustellen ist. Andere Formen eines Sehalters sind ebenfalls für solche Uhren au verweaden, bei denen eine wie erfindungsgemäße Anordnung der Bauelemente vorgesehen ist.

Für den erfindungsgemäßen Einbau in ein Uhrengehäuse wird die Packung bzw. der Modul bzw. die Anordnung mit der LCD-Einheit, dem Substrat, dem Quarzkristall, und der Batterie mittels bzw. zu einem Einbauteil in räumlich dichter Nähe zusammengehalten, wobei dieses Einbauteil aus leichtem, nicht leitendem Material, wie z. B. Plastik, besteht. Jedes dieser übliehen Bauelemente paßt eng in das Einbauteil hinein, so daß es mit den anderen Bauelementen in der Weise in Berührung kommt, daß die notwendigen elektrischen Verbindungen untereinander vorliegen. Die für die Zeitmessung vorgesehenen Bauelemente der Anordnung werden in dem Einbauteil außerdem

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durch die vorderen und hinteren !eile des Uhrengehäuses gehalten, wobei diese Teile mit dem Gehäuse normalerweise nach Art einer Verriegelung in Verbindung sind bzw. eingesetzt sind. Sobald ein solches Zusammenbaustadium erreicht ist, wird der Zeiteinstellschalter in die für ihn vorgesehene Lage gebracht, in der er mit verschiedenen Steueranschliissen des Substrats in Kontakt kommt.

Mit der Erfindung erreichbare Vorteile sind, daß der vorgesehene Modul, der aus üblichen elektronischen Bauelementen besteht, die in dem Modul elektrisch miteinander verbunden sind, derart ausgestaltet ist, daß er leicht herausnehmbar in der Zeitmessungseinrichtung befestigt ist, wobei diese Einrichtung verschiedene Layouts und räumliche Formen haben kann. Weiterer Vorteil ist, daß mit der Erfindung ein Einbauteil geschaffen ist, das verschiedene Layouts mit inneren Umrissen bzw. Konturen für das Miteinanderverbinden der elektronischen Bauelemente der Festkörper-Zeitmessungseinriehtung einer Uhrenanordnung haben kann. Die erfindungsgemäße Gesamtanordnung ist ungewöhnlich kompakt und leicht zusammenzusetzen und leicht zu reparieren, ohne daß besondere Kenntnis und Fähigkeit oder spezielle Werkzeuge, ungewöhnliche elektronische Einrichtungen und Meßeinrichtung erforderlich wären. Dieses Einbauteil läßt sich an eine Vielzahl von Uhrengehäusen verschiedener Größe und Form anpassen. Speziell ist die erfindungsgemäße Zeitmessungseinrichtung für Massenproduktion geeignet.

Weitere Erläuterungen der Erfindung werden anhand der Beschreibung zu den Figuren bevorzugter Ausf tihrungsbeispiele der Erfindung gegeben.

Fig. 1 zeigt eine Aufsieht auf eine wie übliche Armbanduhr mit einer erfindungsgemäßen Zeitmessungseinriehtung.

Fig. 2 zeigt vereinfacht ein Sehaltungsdiagramm für die elektronischen Bauelemente, die in der erfindungsgemäßen Zeitmessungseinriehtung enthalten sind.

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Fig. 3 zeigt, eine auseinanaergezogene, perspektivische Ansicht einer Uhr nach Pig. 1.

Pig. 4 zeigt eine vergrößerte Aufsicht eines Festkörper-Zeitmessungs-Bauteils nach der Erfindung, und zwar von der Rückseite gesehen, das in eine Armbanduhr nach Pig. 1 hereinpaßt.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht 5-5 nach Pig. 4.

Pig. 6 zeigt eine Schnittansicht 6-6 nach Pig. 4.

Pig. 7 zeigt eine Sehnittansicht 7-7 nach Pig. 4.

Pig. 8 zeigt eine vergrößerte Aufsieht auf die Rückseite eines anderen erfindungsgemäßen Pestkörper-Zeitmessungseinbauteils mit veränderter Anordnung der Bauelemente.

Pig. 9 zeigt eine Vorderansicht einer Armbanduhr mit einer Porm für ein Einbauteil nach Pig. 8.

Pig.10 zeigt eine vereinfachte Aufsieht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Pestkörper-Zeitmessungs-Einibauteil.

Fig.11 zeigt eine vereinfachte Aufsicht eines weiteren ovalen Festkörper-Zeitmessungs-Einbauteils.

Fig.12 zeigt eine vereinfachte Aufsicht eines weiteren rechteckigen Festkörper-Zei imessungs-Einbauteils.

Fig.13 zeigt eine vergrößerte rückwärtige Aufsicht eines anderen Pestkörper-Zeitmessungs-Bauteils, bei dem der Quarzkristall auf dem Substrat angebracht ist.

Die Figuren zeigen eine nach der Erfindung aufgebaute Armbanduhr, die im ganzen mit 10 in Fig. 1 bezeichnet ist. Sie hat ein Modul- bzw. Einbauteil 12, das so bemessen ist, daß es eng in das Uhrengehäuse 14 hereinpaßt, wie dies durch die gestrichelten linien angedeutet ist, die den äußeren Umfang dieses Einbauteils und den inneren Umfang des Uhrengehäuses erkennbar machen. Der sichtbare Anteil des Einbauteils 12 dient als Zeitanzeigefläche und bildet ein Anzeigefenster 16, durch das hindurch die digitalen Segmente 18 einerAnzahl von Anzeigesymbolen zu beobachten ist, die die Zeit in Stunden und Minuten angeben.

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Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm der elektronischen Schaltung bzw. der Schaltungsverbindungen mit bzw. von elektronischen Standardbauteilen, die sich in der Packung bzw. dem Modul oder einer Zeitmessungsanordnung befinden, der bzw. die nach dem Prinzip der Erfindung aufgebaut ist. Die Schaltung weist einen Quarzkristall 20 auf, der die Frequenz eines Zeit-Grundgenerators 22 steuert, der wiederum ein Zeit-Grundsignal an einen Frequenzteiler und Zählerschaltkreis 24 liefert. Die Ausgänge des Zählerschaltkreises 24 dienen dazu, eine Anzeigeeinheit 26 mit vier Ziffern mit Flüssigkristall zu betreiben. In dieser Ausgestaltung wird ein Schaltkreis 28 zur SpannungsheraufSetzung und zur Spannungsversorgung verwendet, um ein Potential von 7,5 Volt an den Zeit-Grundgenerator 22, an den Schaltkreis 24 mit Frequenzteiler und Zähler und an die Fltissigkristall-Anzeige 26 zu liefern. Ein Transformator 30 mit Aufwärtstransformierung und eine 1,5-Volt-Stromquelle bzw. Batterie 32 sind mit dem Schaltkreis 28 verbunden. Wie dies dargestellt ist und später beschrieben wird, können im Rahmen der Erfindung auch Batterien mit höherem Ausgang und Anzeigeeinrichtungen mit niedrigerer erforderlicher Spannung verwendet werden. Solche Ausftihrungsformen nach der Erfindung benötigen dann keine Aufwärtstransformation.

Ein wichtiges Einzelteil bzw. Element der Zeitmessungseinrichtung nach der Erfindung ist ein gedrucktes Schaltungssubstrat 34, das bei dieser Ausführung alle Schaltkreiskomponenten des Pakets der Zeitmessungseinrichtung, ausgenommen den Quarzkristall 20, die Flüssigkristall-Anzeige 26, den Aufwärtstransformator 30 und die Batterie 32, enthält. Ein Zeit-Einstellschalter 36 ist ebenfalls vorgesehen, der elektrisch funktionell in den Schaltkreis des Substrats 34 einwirkt, so daß die richtige Zeit in die in dem Substrat 34 vorhandenen Zähler eingegeben werden kann, die dann durch die Flüssigkristall-Anzeige 26 angezeigt wird.

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3?igo 3 zeigt eine auseinandergebogene Ansicht der Arinband-

uijr naek IFig. 1 in. Vorderansicht und perspektivisch. Das üarengeliäuse 14 bat einen Rahmen oder Rand 38, der einen ayl.i.ii.üxi.sοΐΐΘΏ. HoulXaum tjegxeaz-fc, äex- so "bemessen 1st, daß darin das Einbauteil 12 vollständig aufgenommen werden kann» Das Gehäuse 14 hat an dem Rahmen einen nach innen vorspringenden Plansch 4O₉ von dem das Einbauteil 12 aufgenommen wird. Ee ist eine mit zwei Lippen versehene Rilckplatte bzw. Boden 42 vorgesehen, die sich senkrecht dazu entlang dem Umfang derselben derart erstrecken, so daß der Boden 42 an dem Uhrenrand 38 abnehmbar befestigt werden kann* Bei der dargestellten AusfUhrungsform hat der Boden 42 den Zeit-Einstellschalter und einen Deckel 46 für den Zugang zur Batterie. Der Sehalter 36 ist detaillierter in der parallelen Anmeldung (US-Anmeldung Fr. 407 147 vom 17.10.1973) mit dem Titel »Sehalter für elektronische Uhr" derselben Anmelderin beschrieben.

Wie bei der Ausführungsform nach Pig. 3 gezeigt, passen alle Einzelteile, eingeschlossen die Plüssigkristall-Anzeigeeinheit LCD 26, das Substrat 34, der Quarzkristall 20, der Transformator 30 und die Batterie 32, eng in das Einbauteil 12. Die LCD-Einheit 26 wird zuerst in das Einbauteil 12 eingebaut, wobei die Oberfläche 48 des Anzeigesegmentes gegen die innere Oberfläche des Einbauteils 12 gehalten wird, das das Anzeigefenster 16 mit umfaßt und das in Fi g. 3 als verdeckt dargestellt ist. Auf der Rückseite der LCD-Einheit 26 sind zwei Reihen mit im Abstand voneinander befindlichen, metallischen Ansehlußgtreifaibzw. -fahnen 50 vorgesehen, und zwar angeordnet benachbart den Längskanten der LCD-Einheit 26. Diese Anschluß-

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Schlüsse kontaktiert, die auf der Unterseite eines U-förmigen Zwischenverbindungsstückes 52 vorgesehen sind. Ein jeder dieser halbkugelförmigen Kontakte erstreckt sich quer durch das Verbindungsstück 52 und bildet einen entsprechenden Kontakt 54 auf der Oberseite dieses Verbindungsstückes 52, um elektrischen Kontakt an zwei Reihen in Abstand voneinander befindlicher

(weiterer) metallischer Anschlußfahnen 56 zu geben, die in Pig. 3 als verdeckt dargestellt sind. Die Anschlußfahnen 56 entsprechen den Anschlußfahnen 50 der LCD-Einheit 26. Damit läßt sich eine direkte elektrische Verbindung der LCD-Einheit 26 mit dem Substrat 34 erreichen. Das Zwischenverbindungsstück 52 befindet sich nach Sandwichbauart zwischen der LCD-Einheit 26 und dem Substrat 34 innerhalb des Einbauteils 12 und kann dort beweglich eingebaut sein. Der Kristall 20 paßt in einen elliptischen Raum 156 des Einbauteils 12, der den oberen Längskanten der in dem Einbauteil 12 befindlichen Kombination aus LCD-Einheit 26, Zwischenverbindungsstlick 52 und Substrat 34 benachbart ist. Der Transformator 30 paßt in einen halbkreisförmigen Raum 58, der den oberen Längskanten der in dem Einbauteil 12 befindlichen Kombination aus LCD-Einheit 26, Zwisehenverbindungsstlick 52 und Substrat 34 benachbart ist. Er ist mittels des Stiftes 60 befestigt, der in das Einbauteil 12 eingepreßt ist. Die Stromquelle bzw. Batterie 32, z. B. eine handelsübliche AgO- oder Ag₂O-Batterie, paßt in einen innerhalb des Einbauteils 12 befindliehen kreisförmigen Raum 62, der durch eine halbkreisförmige rechte Kante des Substrats 34 und die gegenüberliegende benachbarte halbkreisförmige Innenwand des Einbauteils 12 gebildet wird. Größe und Ausgangsleistung der Batterie, die für eine erfindungsgemäße Zeitmessungseinrichtung verwendbar ist, kann unterschiedlich sein. In Einzelfällen wird mehr als eine Batteriezelle benötigt. Die LCDvEinheit 26, das Zwischenverbindungsstück 52 und das Substrat 34 sind an bzw. in dem Einbauteil 12 mittels vier Sehrauben 64 befestigt, die mit Gewinde in dem Einbauteil 12 befestigt sind.

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht des Inneren einer zusammengesetzten Armbanduhr 10 nach Fig. 1, wie sie bei abgenommenem Boden 42 zu sehen ist. Das Substrat 34, der Quarzkristall 20, der Aufwärtstransformator 30 und die Batterie 32 sind so gezeigt, wie sie in dem Einbauteil 12 eingebaut sind. Die LCD-Einheit ist den Blicken durch das Substrat 34 völlig verdeckt. Dieses ist an dem Teil 12 mittels der vier Schrauben 64 befestigt.

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Das Substrat 34 ist als getrennter Bestandteil der erfindungsgemäßen Anordnung aus Werkstoffen und nach Verfahrensschritten hergestellt, wie sie in der US-Patentanmeldung ITr. 469,460 beschrieben sind. Das Substrat 34 ist im wesentlichen eine kleine gedruckte Schaltungsplatte innerhalb der sich ein integrierter CMOS-Halbleiterschaltkreis befindet, der den Schaltkreis der Zeitmessungeeinrichtung, eingeschlossen den Grundgenerator 22 und die Frequenzteiler 24, bildet. Die Halbleitereinrichtung wird τοη einem kleinen Träger gehalten. Dieser ist innerhalb der Platte befestigt und die Anschlüsse oder Anschlußfahnen der Halbleitereinriehtung sind, z. B. mittels Drahtbonding , direkt mit den Enden der Leiterbahnen auf der Substratplatte elektrisch verbunden. Die Drahtanschlüsse und die Halbleitereinriehtung selbst sind mit Einbettmasse umgeben. Andere Elemente des elektronischen Schaltkreises sind an dem Substrat 34 befestigt. Dieses ist, wie Fig. 4 zeigt, vorzugsweise mit einer konvex gekrümmten Kante am einen Ende und mit einer konkav gekrümmten Kante am gegenüberliegenden Ende ausgebildet. Diese konvexen und konkaven Kanten bzw. Ränder ermöglichen es, daß das Substrat mit einem nur minimalen Raumverlust in das Einbauteil 12 eingepaßt ist. Es befindet sich dann in einer Stellung, in der es bereit ist für die Kontaktgabe mit den anderen Schaltungselementen.

Fig. 4 zeigt die Art und Weise der elektrischen Terbindung zwischen den vier Standardbestandteilen, die innerhalb des Einbauteils 12 zu sehen sind. Bei dieser Ausführungsform sind lösbare, mit zu Spirale gebogenen Enden versehene Terbindungsdrähte 70 vorgesehen, die auf aufrechtstehenden Anschlußstiften sitzen und die die notwendigen elektrischen Verbindungsleitungen bilden. Diese Drähte 70 sind leicht mittels einer kleinen Zange mit Nadelspitzen, wie sie bei Juwelieren und Uhrmachern verfügbar ist, entfernbar. Andere Mittel zur rasch lösbaren Kontaktgabe von Enden der Drähte 70 an den Stiften können vorgesehen sein, soweit dies gewünscht ist.

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Wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, verbinden zwei Verbindungsdrähte 70a und 70b die Stifte 72a und 72c des Kristalls 20 mit den entsprechenden Stiften 72b und 72d des Substrats 34. Zusätzlich ist zu sehen, wie die quer, verlaufenden doppelhalbkugelförmigen Kontaktierungen 54 durch das Zwischenverbindungsteil 52 hindurchgehen und dadurch sowohl elektrische Verbindungen der LCD-Einheit 26 mit dem Substrat 34 bewirken, als auch die LCD-Einheit innerhalb des Einbauteils 12 mechanisch befestigen. Eine der vier Schrauben 64, mit denen das Substrat 34, das Zwischenverbindungsteil 52 und die LCD-Einheit 26 als Kombination in dem Einbauteil 12 gehalten sind, sind ebenfalls in Fig. 5 zu sehen.

Pig. 6 zeigt eine andere Ansicht im Querschnitt entlang einem Durchmesser, und zwar im rechten Winkel zu der Schnittansicht nach Fig. 5. Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des Moduls nach Fig. 4, und zwar entsprechend der dort angegebenen Schnittlinie 6-6. Fig. 6 zeigt die Lage des Quarzkristalls 20 und des Transformators 30 in Bezug auf die im Einbauteil 12 befindliche Kombination aus LCD-Einheit 26, Zwischenverbindungssttlck 52 und Substrat 34. Der Verbindungsdraht 70a und die Anschlußstifte 72a und 72b sind ebenfalls in Fig. 6 zu sehen.

Fig. 7 ist vorgesehen, um die (räumliche) Anordnung und die elektrische Anschlußverbindung der Batterie 32 bei dieser Ausfiihrungsform zu zeigen. Es ist ein Kontaktstrelfen bzw. -lappen 74 aus elektrisch leitfähigem Material, wie z. B. Beryllium-Kupfer vorgesehen, der sich der Kontur der Bodenfläche des für die Batterie vorgesehenen Raumes 62, der sich innerhalb des Einbauteils 12 befindet, anpaßt. Der Streifen 74 verläuft weiter an der rechten Innenseite desselben nach oben, und zwar zu einem Punkt, wo er umgebogen ist, um mit dem Kontaktstift 72 in Kontakt zu kommen. Es sind drei punktweise Verformungen 76 an dem Kontaktstreifen 74 vorgesehen, die mit dem einen Anschluß bzw. Pol 78 der Batterie 32 in Kontakt kommen. Der andere Anschluß der Batterie 32 geht an das Gehäuse und erfolgt

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durch einen Kontaktstreifen 80, der punktweise Verformungen bzw. Warzen 82 aufweist, die mit der Seite der Batterie 32 Kontakt geben.

Dem erfindungsgeinäßen Verfahren entsprechend können Armbanduhren verschiedener Größen und Formen gestaltet und hergestellt werden, "bei denea die elektronischen Komponenten verwendet werden_s wie sie voranstehend entsprechend verschiedenen physikalischen Layouts beschrieben sind. Ein davon verschiedenes Layout dieser Komponenten ist z. B₀ in der Aufsicht nach fig. 8 gezeigt. Bei dieser Darstellung ist das Einbauteil 90 für das Einsetzen in eine Armbanduhr ausgestaltet, die eine abgerundet rechteckige Form hat, wie sie in fig. 9 gezeigt ist. In Fig. 8 liegt das Substrat oberhalb des Zwischenverbindungsstückes 52 und der LCD-Einheit 26 in der gleichen Weise, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Beim Einbauteil 90 nach Fig. 8 befindet sich jedoch der Transformator 30 benachbart der Batterie 32. Der Quarzkristall 20 befindet sich wiederum in seiner allgemeinen Lage wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.

Die Figuren 10, 11 und 12 sind vereinfachte Aufsichten zur Darstellung anderer Aufbauten des Einbauteils, wie sie nach der vorliegenden Erfindung in Frage kommen.

Der Quarzkristall 20 liegt bei Figo 10 nahe der oberen Längskante des Substrats derart, wie beim Einbauteil 12 nach Fig. Die Batterie 32 liegt jedoch nahe dem !Transformator 30 an der unteren Längskante des Substrats 34. Bei dem oval geformten Einbauteil nach Fig. 11 ist der Quarzkristall 20 in gleicher Lage bezogen auf das Substrat 34 befestigt, wie das in Fig.4 gezeigt ist. Jedoch sind die Lage des Transformators 30 und der Batterie 32 gegenüber Fig. 4 vertauscht. Bei einem quadratischen Einbauteil wie es schließlich in Fig. 12 gezeigt ist, haben die vier dargestellten Komponenten das allgemeine Layout des Einbauteils nach Fig. 10.

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In Einzelfällen kann es von Vorteil sein, einen Quarzkristall 20a zu verwenden, der geringere Größe hat. Ein solcher ist im Zusammenhang mit der Uhr 10a nach Fig. 13 gezeigt. Er kann direkt an der Innenseite des Substrats oder Platte 34 befestigt werden. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist für die ganze Uhrenanordnung noch weniger Platz erforderlieh. Eine solche Ausführungsform ist daher für den Einbau in einer noch größeren Auswahl von Uhrengehäusen verschiedener Größen und !Formen geeignet. Bei Verwendung einer Batterie mit höherer Spannung, verbunden mit Anzeigeeinriehtungen, die eine niedrigere Betriebsspannung erfordern, kann der Aufwärtstransformator 30 auch weggelassen werden. Dement- . sprechend werden dann alle wesentlichen Komponenten der Uhr, ausgenommen die Anzeige und die Batterie, am Substrat 34 angebracht oder von diesem gehalten. Dieses wiederum ist mit diesen anderen Teilen verbunden, wenn es in ein passendes Einbauteil 12a eingesetzt wird. Wie bei den vorangehenden Ausführungsformen hält bzw. enthält das Einbauteil die LCD-Einheit 26, so daß dieses die Einheit 26 mit dem Substrat 34 verbindet. Obgleich das Verbindungsstück 52 speziell für diese Verbindung vorgesehen ist, kann es auch durch Verwendung anderer Verbindungs- bzw. Kontaktmittel ersetzt sein. Zum Beispiel können die Anschlußpunkte des Substrats mit aufgebauten halbkugelförmigen Anteilen oder Vorsprüngen versehen sein,, die sieh weit genug erstrecken, um mit den Anschlußfahnen der LCD-Einheit Kontakt zu geben.

Aus dem Vorangehenden ist ee ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine elektronische Zeitmessungseinrichtung angibt, die einzigartig ist in ihrem einfachen Aufbau und die für kostengünstige Produktion in hohen Stückzahlen geeignet ist. Dennoch kann die erfindungsgemäße Anordnung von höchster Qualität sein und ist eine hoch genaue Zeitmeßeinrichtung für langzeitigen, störungsfreien Betrieb. Sollte jedoch darüber hinaus ein Versagen irgendeiner Komponente eintreten, kann der Ersatz dieser Komponente rasch und einfach ausgeführt werden, und zwar auch durch relativ wenig ausgebildetes Personal.

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Es ist dies eine Besonderheit der Erfindung, die bei bekannten Zeitniessungseinrichtungen nicht erreichbar war.

Für den Fachmann lassen sich mit Kenntnis der Torangehenden Besehreibung im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen und Variationen ohne erfinderisches Zutun auffinden. Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebenen und dargestellten speziellen berorzugten AusfUhrungsbeispiele beschränkt.

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Claims (16)

- 17 PATENTANSPRÜCHE

1. Festkörper-Zeitmessungseinrichtung in Kompaktbauweise für universelle Verwendung, insbesondere für eine elektronische !Festkörper-Armbanduhr mit einem Gehäuse mit an dessen Vorderseite vorgesehener Zeitanzeige und mit einer Bodenplatte, die an der Rückseite des Gehäuses abnehmbar angebracht ist, mit einer digitalen Anzeigeeinrichtung, mit einem Quarzkristall, mit einer Batterie und mit einer elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein irregulär geformtes Einbauteil (12) vorgesehen ist, das gänzlich in das Gehäuse (14) einzusetzen ist und dessen Zeitanzeigefenster (16) dureh die Vorderseite des Gehäuses (14) zu sehen ist und daß das Einbauteil (12) innere Anteile mit derartigen Umrissen hat, die eine Vielzahl von RiicksprUngen und Höhlungen bilden, dadurch, daß die digitale (LGD-)Anzeigeeinrichtung zwei ebene,im wesentlichen zueinander parallele Oberflächen hat, deren vordere Oberfläche von der Vorderseite zu- sehende digitale Zeitanzeige-Segmente (18) hat und deren rückwärtige Oberfläche elektrische Anschlußkontakte (50) aufweist, wobei diese Anzeigeeinrichtung (26) eine solche Form und Größe hat, daß sie in einen der Riieksprünge des Einbauteils (12) derart hereinpaßt, daß die Zeitanzeige-Segmente (18) durch das Anzeigefenster (16) des Einbauteils (12) zu sehen sind, dadurch, daß der Quarzkristall (20) innerhalb des Gehäuses (14) angebracht ist, dadurch, daß die Batterie (32) von dem Einbauteil (12) aufgenommen ist und dadurch, daß ein gedrucktes Schaltungssubstrat (34) mit dem elektronischen Schaltkreis für die Erzeugung der Zeitsignale und für den Betrieb der digitalen Anzeigeeinrichtung (26) vorgesehen ist, wobei das Substrat (34) zwei ebene, im wesentlichen zueinander parallele Oberflächen hat, auf deren vorderer Oberfläche Kontakte (56) angebracht sind, die elektrische Verbindungen mit der Anzeigeeinrichtung (26) bewirken, wenn das Substrat (34) und die Anzeigeeinrichtung (26) bestimmungsgemäß übereinander liegen, und auf deren Rückseite elektrische Verbindungen (70,72) vorgesehen sind, mit

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denen das Substrat (12) mit dem Quarzkristall (20) und der Batterie (32) verbunden ist, wobei das Substrat (34) eine solche Form und Größe hat und in dem Einbauteil (12) unter Auftreten elektrischer Verbindungen mit der Anzeigeeinrichtung (26) befestigt ist, wenn dieses Einbauteil (12) in dem Gehäuse (14) durch die eingesetzte Bodenplatte (42) gehalten ist.

2. Zeitmessungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse ein Armbanduhrgehäuse (14) ist.

3. Armbanduhr nach Anspruch 2,dadurch gekenn zeichnet , daß der Quarzkristall (20) in dem Einbauteil (12) nahe dem Substrat (34) angebracht ist.

4. Armbanduhr nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet , daß der Quarzkristall (20) unmittelbar auf der Rückseite des Substrata (34) angebracht ist.

5. Armbanduhr nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen Transformator (30) hat, der mit der Batterie (32) elektrisch verbunden ist und der auf dem Substrat (34) angebracht ist.

6. Armbanduhr nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen Transformator (30) hat, der mit der Batterie (32) elektrisch verbunden ist und der in dem Einbauteil (12) nahe dem Substrat (34) angeordnet ist.

7. Armbanduhr nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (34) eine konvexe Oberfläche an einem Ende hat und eine konkave Oberfläche an seinem anderen Ende hat, die der Batterie (32) nahe ist und zu der Batterie (30) paßt.

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8. Armbanduhr nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dai3 ein zusätzliches, U-förmiges Zwischenverbindungsstück (52) vorgesehen ist, das . sich zwischen dem Substrat (34) und der Anzeigeeinrichtung (26) befindet, wobei dieses Zwischenstück (52) im Abstand voneinander angeordnete leitende Kontakte hat, die zur Verbindung der Anschlüsse des Substrats (34) mit den Anschlüssen der Anzeigeeinrichtung (26) ausgerichtet sind, wenn sich das Zwischenverbindungsstück (52) in dem Einbauteil (12) befindet.

9. Armbanduhr nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauteil (12) eine äußere Gestalt hat, die in Beiner Form gleich, jedoch etwas kleiner als das Uhrengehäuse (14) ist und in dieses hereinpaßt.

10. Armbanduhr nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis des Substrats (34) eine einzige integrierte CMOS-Halbleitereinrichtung ist, die sieh in dem Substrat (34) befindet und die elektrisch mit Anschlußpunkten (56) und mit diskreten, auf dem Substrat (34) befindlichen Bauelementen verbunden ist.

11. Elektronische Teilanordnung zur Verwendung zusammen mit einer Batterie und einer digitalen Anzeige für eine Festkörper-Uhr, dadurch gekennzeichnet, daß ein gedrucktes Schaltungssubstrat (34) mit einem elektronischen Sehaltkreis zur Erzeugung von Zeitsignalen und zum Betrieb der digitalen Anzeigeeinrichtung (26) vorgesehen ist, wobei das Substrat (34) zwei ebene, im wesentlichen zueinander parallele Oberflächen hat, deren vordere Oberfläche Kontakte (56) aufweist, die elektrische Verbindungen mit der Anzeigeeinrichtung (26) bilden, wenn das Substrat (34) und die Anzeigeeinrichtung (26) bestimmungsgemäß übereinander liegen, und deren rückwärtige Oberfläche elektrische Leiterbahnen und / (74,80) hat, mit denen elektrische Verbindung zur Batterie (32)

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hergestellt ist und dadurch, daß das Substrat (34) eine Größe' und Form hat, mit der es in einen zuvor hergestellten Rücksprung des Einbauteils (12) derart hereinpaßt, daß dieses Substrat (34) innerhalb des Uhrengehäuses (H) in diesem Rücksprung gehalten wird.

12. Elektronische Teilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß ein Quarzkristall (20) unmittelbar auf der rückwärtigen Oberfläche des Substrats (34) angebracht ist. -

13. Elektronische Teilanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis zur Erzeugung der Zeitsignale eine integrierte Halble-itereinrichtung hat, die . ■ in dem Substrat (34), gehalten und die elektrisch mit Leiterbahnen . ' und mit auf dem Substrat (34) befindlichen diskreten Bauelementen (20,30) verbunden ist.

14. Elektronische Teilanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Substrat (34) befindlichen diskreten Bauelemente einen Aufwärtstransformator (30) umfassen.

15. Elektronische Teilanordnung nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kontakte (56) zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit der Anzeigeeinrichtung (26) in Abstand voneinander entlang gegenüberliegender Seiten der vorderen Oberfläche angeordnet sind.

16. Elektronische Teilanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß .das Substrat (34) eine konvexe Stirnfläche an einem Ende und eine konkave Stirnfläche am anderen Ende hat.

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