DE2949214A1

DE2949214A1 - Quarzschwingeranordnung

Info

Publication number: DE2949214A1
Application number: DE19792949214
Authority: DE
Inventors: Kimio Aizawa; Takashi Nagata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-12-06
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1980-06-26
Also published as: US4375041A; GB2043335B; JPS5577220A; GB2043335A

Description

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Quarζschwlageranordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Quar/.schwingeranordnung zur Erzeugung von Resonanzschwingungen unter Aasnutzung der Piezoelektrizität eines Quarzkristalls.

In herkömmlichen Schwingeranordnungen wird der Quarz-Schwinger an zwei Drahtfedern aufgehängt. Es erfordert daher einen erheblichen Aufwand an Handarbeit, derartige Anordnungen herzustellen, so daß sie für die Massenherstellung unzweckmäßig sind. Infolge der Drahtaufhängung hat die Anordnung eine geringe mechanische Festigkeit. Weiterhin ist die Herstellung kompliziert, da man den Quarzschwinger an seinen Drähten befestigen, dann auf jedes Schwingelement eine Maske für die Aufbringung der Elektroden aufbringen, Elektrodenmaterial auf dem Quarzschwinger mit der Maske abscheiden muß, um die Elektroden herzustellen; dann muß man die Schwingfrequenz des Schwingers durch Ändern der abgelagerten Elektrodenaaterialmenge abgleichen und schließlich die Maske abnehmen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Quarz-Schwingeranordnung mit hoher mechanischer Festigkeit anzugeben, die sich leicht herstellen läßt.

Dieses Ziel läßt sich ncich der vorliegenden Lrfindung erreichen, indem man den Querzschwinger direkt auf einem Anschluß-

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substrat lagert. Insbesondere weist die Quarz-Schwingeranordnung nach der vorliegenden Erfindung ein Anschlußsubstrat auf einer elektrisch isolierenden Unterlage,an der zwei Zuleitungen befestigt sind und in der sich ein Durchgangsloch befindet, und einen Quarz-Schwinger auf, bei dem es sich um ein Quarzkristallelement mit zwei gegenüber liegenden, auf gegenüberliegenden Hauptflachen des Elements befestigten Hauptelektroden handelt. Weiterhin ist ein Paar Elektrodenzuleitungen elektrisch an den beiden Hauptelektroden befestigt; diese Zuleitungen sind einander nicht überdeckend auf dem Quarzkristallelement angebracht und das Quarzschwingerelement ist auf dem Anschlußsubstrat so angeordnet, daß eine der Hauptelekroden dem Durchgangsloch in der Unterlage zugewandt ist. Die beiden Zuleitungselektroden sind leitfähig an den beiden Leitern des Anschlußsbustrats befestigt, so daß das Anschlußsubstrat und das Quarz-Schwingelement eine Einheit bilden.

Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

Die Fig. 1A zeigt in einer Vorderansicht ein beispielhaftes Quarz-Schwingerelement 100;

die Fig. 1B ist eine Seitenansicht des gleichen Elements, Es besteht aus einem Quarzkristallschwinger 1 in Form eines rechteckigen Plättchens (d.h. rechteckigen Parallelepipeds), und zwei Hauptelektroden 2, 3, die jeweils in kreisrunder Gestalt auf einer der gegenüberliegenden Hauptflachen des Quarzeiements 1 angebracht sind und zwischen sich das Quarzelement 1 sandwichartig so einschließen, daß die Hauptelektroden einander zugewandt sind. Ein Paar Elektrodenzuleitungen 4, 5 verläuft angrenzend an die Hauptelektroden und elektrisch

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mit diesen verbunden auf dem Quarzkristal ] c; Loment so, daß sie einander nicht überdecken.

Das Quarzkristallelement braucht nicht unbedingt die Gestalt eines rechteckigen Plättchens zu haben. Auch brauchen die Haupteloktroden nicht unbedingt kreisrund zu sein. Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Fall, in dem die E lektrodenzuleitungen 4, 5 aui dem Quarzkristal le Jement so ausgebildet sind, daß diese von den Hauptelektroden 2, i in entgegengesetzter Richtung entlang einer Diagonale der oberfläche des Quarzkristallelements abgehen. Die Elektrodenzuleitungen können auch auf andere Weise angeordnet sein, solange sie einander auf dem Quarzkristallelement nicht überdecken.

Die Fig. 2A ist eine Vorderansicht, die Fig. 2B eine Seitenansicht eines Anschlußsubstrats 200. Das Anschlußsubstrat weist eine elektrisch isolierende Unterlage 11 mit zwei Leiterbahnen 12, 13 auf, die elektrisch mit den Elektrodenzuleitungen 4, 5 des Quarzschwingers 100 verbunden sind, um sie abzustützen. Die Anschlüsse 14, 15 sind in Form stetiger Verlängerungen elektrisch mit den Leiterbahnen 12, 13 verbunden. Die isolierende Unterlage enthält ein Durchgangsloch 16, dessen Größe gleich groß wie die oder kleiner als die jeder Hauptelektrode 2, 3 des Quarzkristallelements ist.

Das Durchgangsloch ist vorzugsweise kreisrund und vorzugsweise ist sein Durchmesser (bei kreisförmiejen Hauptelektroden) nicht größer als der Durchmesser bzw. die minimale Längenausdehnung jeder eine Hauptelektrode darstellenden Materialablagerung zum Frequenzfeinabgleich. Entsprechend fällt auch der Mittelpunkt des Durchgangslochs mit dem des Quarzkristallelements (in der Vorderansicht der Fig. 1, 2) zusammen. Auf diese Weise soll eine Änderung der statischen Kapazität der Elektroden beim Frequenzfeinabgleich während des späteren

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Aufbringens des Elektrodenmaterial^ verhindert werden. Beispiele für Werkstoffe für die isolierende Unterlage sind 11 Keramiken wie Aluminiumoxid, Stearit und Cordierit.

Die Fig. 3 zeigt in einer Perspektive ein Beispiel einer Schwarzschwingeranordnung, die her<|i:;Lell ί wird, indem man den Quarzschwinger 100 auf dem Ansch I ußsubstr .it 200 festlegt. Die ElektrodcnzuleiLungen 4, '> des Quarzschwingers sind auf den Leitet bahnen 12, 13 beispielsweise· mit einem leitfähigen Kleber befestigt und abgestützt. Uei l'einabgleich der Schwing!requenz des Quarzschwingers durch Ablagern weiteren Elektrodenmaterials läßt sich auf der so hergestellten Anordnung durchführen.

Die Fig. 4A ist eine teilweise weggebrochene Vorderansicht einer weiteren Quarzschwingeranordnung nach dem Frequenzfeinabgleich. Die Fig. 4B zeigt die Anordnung der Fig. 4A im Schnitt auf der Ebene X-X¹. Wie diese Zeichnungen zeigen, besteht die Schwingeranordnung aus einem Quarzschwinger 100, einem Anschlußsubstrat 200, einem isolierenden Abstandselement 300 und einer isolierenden Umhüllung 3 3 beispielsweise aus einem Harz wie Epoxyharz, die die gesamte Anordnung mit Ausnahme eines Teils 34 der Anschlüsse 14, 15 auf dem Anschlußsubstat 200 - umgibt. Das isolierende Abstandselement 300 weist einen Kleber (oder Klebeband) 31 an den Enden des Anschlußplättchens 200 sowie eine isolierende Schicht 32 auf, die die Anordnung einschließlich des Klebers 31 abdeckt. Die Umhüllung 33 steht also nicht in unmittelbarer Berührung mit dem Quarzschwinger 1üu, so daß dessen Schwingungen nicht gestört werden.

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Die Fig. 4 zeigt den Fall, in dem die Isolierschicht 32 den Quarzschwinger nicht berührt; diese Ausgestaltung ist be vorzugt, aber nicht unbedingt erforderlich. Die Isolierschicht 32 kann auch die Anordnung einschließlich des Quarz schwingers, wie in Fig. 8 gezeigt, vollständig bedecken; auch in dieser Aualührung ist die Anordnung einsetzbar.

Die Quarzschwinger bzw. Quarzschwingeranordnungen nach der vorliegenden Erfindung, wie sie oben an Beispielen beschreiben sind, sind in folgender Hinsicht den herkömmlichen Quarz schwingern bzw. Quarzschwingeranordnungen überlegen:

(a) Zum Frequenzfeinabgleich ist es nicht mehr nötig, die übliche Metallmaske zu verwenden, die man nur zur Materialabscheidung braucht und hinterher entfernt.

(b) Die Halterung des Quarzschwingers ist vereinfacht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Quarzschwinger klein und dünn ist.

(c) Es ist kein großes Gehäuse erforderlich; vielmehr kann man den Quarzschwinger in einer Harzumhüllung unterbringen, falls erwünscht; die so umhüllte Anordnung läßt sich leicht und klein ausführen.

(d) Da ein großer Teil einer Seite des Quarzschwingers mit dem Unterlageplattchen - mit Ausnahme dessen Durchgangsloch in Berührung stehen kann, läßt sich eine hohe mechanische Festigkeit der resultierenden Anordnung erreichen.

Die Erfindung ist auch anwendbar auf eine Anordnung mit mehreren Quarzschwingerelementen auf einem Anschlußsubstrat. Die Fig. 5 bis 7 zeigten Beispiele mit jeweils zwei Quarz-

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schwingern. In diesen Zeichnungen sind gleiche Elemente wie in Fig. 1 bis 4 mit den gleichen Bezug«zeichen gekennzeichnet. Mit Hochstrichen ergänzte Bezugs/eichen bezeichnen Elemente, die sich von denen mit den ansonsten gleichen Bezugszeichen nur geringfügig unterscheiden.

Die Fig. 5a ist eine Vorderansicht eines Anschlußsubstrats 200', auf dem zwei Quarzschwinger jeweils gem. Fig. 1 angebracht werden können. Dieses Anschlußsubstrat 200' weist eine Leiterbahn 41 und eine an diese angeschlossene und von ihr abgehende Zuleitung 42 auf. Ein Durchgangsloch 4 3 mit der gleichen Funktion wie das Durchgangsloch 16' ist zusätzlich vorgesehen.

Die Fig. 6 zeigt in einer Vorderansicht eineQuarzschwingeranordnung mit einem Anschlußsubstrat 200" mit zwei Quarzschwingerelementen 100. Die Elektrodenzuleitungen 4, 5 eines Quarzelements 100 sind mit einem leitfähigen Kleber 51, 52 leitfähig mit den Leiterbahnen 12* 4 1 verbunden, während die Elektrodenzuleitungen 4, 5 des anderen Quarzschwingers 100 leitfähig mit den Leiterbahnen 13' 41 mit einem Kleber 53, 54 verbunden sind. Die Elektrodenzuleitungen 5 der beiden Quarzschwingerelemente 100 sind folglich gemeinsam mit der Leiterbahn 41 verbunden.
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Die Fig. 7A ist eine teilweise weggebrochene Vorderansicht eines Beispiels für eine Quarzschwingeranordnuny mit zwei Quarzschwingern in einem gemeinsamen Gehäuse; Fig. 7B zeigt die Anordnung der Fig. 7A im Schnitt auf der Ebene Y-Y¹. ■ Entsprechend der Fig. 7 setzt sich ein isolierendes Abstandselement 300' aus einem Kleber (oder Klebeband) 31' und einer Isolierschicht 32' zusammen. Der Kleber 31' ist mit den Enden des Anschlußsubstrats 200' verklebt und lagert die Iso-

! lierschicht 32'. Auf diese Weise deckt die Isolierschicht _

32* die Anordnung ab, ohne die beiden Quarzschwinger 100 zu

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berühren. Ein Harz wie beispielsweise ein Kpoxyharz umhüllt die von der Schicht 32' abgedeckte Anordnung mit Ausnahme eines Teils der Zuleitungen 61 vollständig.

Die Ilarzbeschichtung läßt sich herstellen, indem man ein wärmehärtendes Epoxyharz als Pulver auf die Vorrichtung aufbringt und erwärmt. Dieses Verfahren kann .iuJ das oben beschriebene erste Beispiel mit nur einem Quarzschwinger angewandt werden. Wie im ersten Beispiel kann auch die Isolierschicht die Quarz.schwinger direkt mit oder ohne den Kleber berühren.

Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung einer Quarzschwingeranordnung an einem Beispiel, das ein unmittelbares Einhüllen in eine Isolierschicht zeigt. Wie die Fig. 8 zeigt, ist ein Quarzschwinger 100 auf einem Anschlußsubstrat 200 so angeordnet, daß die Elektrodenzuleitungen 4, 5 mit den Leiterbahnen 12, 13 elektrisch verbunden sind. Düne Isolierschicht 32" ist unmittelbar auf den einheitlichen Körper aus Anschlußsubstrat und Quarzschwinger aufgebracht. Über der Isolierschicht kann man den einheitlichen Körper mit einer Epoxyharzbeschichtung 33" umhüllen.

Die oben beschriebene Quarzschwingeranordnunq mit zwei oder mehr Quarzschwingern hat folgende Vorteile:

(e) Es lassen sich mehrere Quarzschwinger in einem einzigen Gehäuse leichter als bei herkömmlichen Quarzhalterungen mit Haltedrähten und einem hermetischen Abschluß unterbringen, da die Schwinger auf einer Seite eines einzigem Substrats angeordnet werden können.

(f) Da eine Anschlußzuleitung für beide Qu.tr/schwinger gemeinsam ausgenutzt werden kann, erhält man eine vorteilhafte

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Vereinfachung des resultierenden Aufhaus.

Wie oben beschrieben, weist nach der vorliegenden Erfindung ein Qaurzschwingerelement zwei Elektrodenzuleitungen auf, die einander nicht überdecken; weiterhin ist ein Durchgangsloch vorgesehen, dem eine Hauptelektrode des Quarzschwingers zugewandt ist. Auf einem Anschlußsubstrat befinden sich Leiterbahnen, an die die Elektrodenzulei tung«. η angeschlossen werden. Eine der Hauptelektroden des Quar/.schwingerelements die dem Durchgangs loch zugewandt lieqen soll, wird auf dieses ausgerichtet, wenn die Elektrodenzuleituncjen des Schwingerelements mit den Leiterbahnen des Anschlußsubstrats verbunden werden. Infolge dieses Aufbaus läßt ein Quarzschwingerelement sich unmittelbar auf das Anschlußsubstrat aufbringen, so daß die herkömmliche Federdrahtauthänqung entfallen kann; auf diese Weise erhält man eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit der Anordnung. Weiterhin läßt der bei der Herstellung der Anordnung erforderliche Aufwand für die Handbearbeitung sich erheblich verringern. Die Anordnung läßt sich auch einfacher zusammensetzen unter Verwendung automatisierter Vorrichtungen. Da wieterhin das Anschlußsubstrat selbst als Maske für das Ablagern zusätzlichen Elektrodenmaterials zum Feinabgleich der Schwingungsfrequenz dienen kann, läßt der Herstellungsvorgang sich erheblich vereinfachen,

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Claims

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL COMPANY, L¹J¹I).

1006 Kadoma, Osaka, Japan

Pa tentansprüche

. 'Quarzschwingeranordnung, gekennzeichnet durch ein Anschlußsubstrat aus einem elektrisch isolierenden Unterlageplättchen mit zwei an diesem befestigten elektrischen Leitern und einem Durchgangsloch sowie durch ein Quarzschwirujerelement aus einem Quarzkristallelement mit zwei gegenüberliegenden Hauptelektrode auf gegenüberliegenden Hauptflächen des Elements sowie zwei Elektrodenzuleitungen, die mit den Hauptelektroden elektrisch verbunden und so angeordnet sind, daß sie einander auf dem Quarzkristallelement nicht überdecken, wobei weiterhin das Quarzschwingerelement auf dem Anschlußsubstrat so angeordnet ist, daß eine der Hauptelektroden dem Durchgangsloch im Anschlußsubstrat zugewandt liegt und die beiden Elektrodenzuleitungen an den beiden elektrischen Leitern auf dem

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Anschlußsubstrat leitfähig festgelegt sind, so daß das Anschlußsubstrat mit dem Quarzschingerelement eine Einheit bildet.
2. Quarzschingeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Unterlage aus Keramik besteht.
3. Quarzschwinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch im AnschJußsubstrat gleich groß wie oder kleiner als die Hauptelektrode des Quarzschwingerelements ist.
4. Quarzschwingerelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,daß das Quarzkristallelement ein rechteckiges Plättchen ist und die ElektrodenZuleitungen des Quarzschwingereleinents auf einer Diagonale des rechteckigen Plättchens ausgebildet sind.

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