DE3035088A1

DE3035088A1 - Schwingquarzanordnung

Info

Publication number: DE3035088A1
Application number: DE19803035088
Authority: DE
Inventors: Kimio Nara Aizawa; Takashi Ikeda Osaka Nagata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-09-18
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPS6216573B2; GB2063558A; CA1161943A; GB2063558B; JPS5643815A

Description

Schwingquarz anordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingquarz, der bei verhältnismäßig hohen Frequenzen Dickenschwingungen ausführt, und insbesondere einen Schwingquarz eines Aufbaus, der sich leicht herstellen läßt und eine hohe mechanische Festigkeit hat.

Bisher hat man Schwingquarz (einschl. solcher im ÄT-Schnitt) und dergl., die Dickenschwingungen ausführen, in einer Drahtaufhängung gehaltert. Nach diesem Verfahren sind Federelemente, die auch als Zuleitungen dienen, auf einem Grundplättchen angeordnet und die Spitzen der Federelemente und die Elektrodenlaschen des Schwingers sind leitfähig miteinander verbunden. Der aufgehängte Schwingquarz ist in ein Gehäuse hermetisch dicht eingeschlossen. Derartige HF-Schwingquarze bestehen aus dünnen Quarzplättchen und können zerbrechen, wenn man sie fest an die Federelemente ansetzt. Weiterhin sind derartige in den Haltern eingeschlossene Schwinger auch gegenüber Schlägen und Stoßen sehr empfindlich.

Weiterhin mußte man zum Feinabgleich der Schwingfrequenz ein

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kompliziertes Verfahren durchführen, wobei man auf jeden Schwinger eine Maske aufbrachte, dann Elektrodenmaterial hinzugab und schließlich die Maske wieder entfernte.

Demgegenüber schafft die vorliegende Erfindung einen neuartigen Halter, der das Quarzplättchen auf eine sehr einfache und neuartige Weise haltert und der insgesamt zur Sicherung gegen Schläge und Stöße sehr gut geschützt ist.

Dieses Ziel läßt sich erreichen, indem man den dickenschwingenden Schwingquarz nach der vorliegenden Erfindung in eine Vertiefung in einem Isolierstoffsubstrat einsetzt, in deren Boden sich ein Durchgangsloch sowie zwei leitende Anschlußzuleitungen in einer bestimmten Lage befinden. Die Schwingquarzeinheit ist mit Elektroden auf den Hauptflächen des dickenschwingenden Quarzplattchens versehen, die einander durch das Plättchen hindurch gegenüberliegen. An diesen Elektroden sind die Zuleitungen leitend befestigt. Das Quarzplättchen ist in die genannte Vertiefung so eingesetzt, daß eine seiner Elektroden sich an der Mündung des Durchgangslochs im Boden der Vertiefung befindet. Die Zuleitungselektroden sind leitfähig an Befestigungsanschlüssen festgelegt, die an einem Ende jeder Zuleitung vorgesehen sind, so daß der genannte Schwingquarz mit dem genannten Anschlußsubstrat zu einer Einheit zusammengesetzt ist.

Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben werden.

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Fig. IA ist eine Vorderansicht, Fig. IB eine Seitenansicht des Schwingquarzes loo. Er besteht aus einem quadratischen Quarzplättchen 1 auf dessen Hauptflächen ausgebildeten kreisrunden Elektroden 2 und 3, die zwischen sich das Quarzplättchen 1 halten, und Zuleitungselektroden 4, 5, die leitend mit den genannten Elektroden verbunden und so angeordnet sind, daß sie einander nicht gegenüberliegen. Die Gestalt des Quarzplättchens 1 ist nicht auf die eines Quadrats beschränkt, wie es die Zeichnung zeigt; auch andere Formen - beispielsweise runde Scheibchen - können vorgesehen werden.

Bei einem Quarzplättchen, das in Dickenrichtung schwingt, sollte die Dicke im Elektrodenteil des Plättchens umgekehrt proportional zur Frequenz sein. Für diese Dicke muß also ein spezieller Wert gewählt werden.

5oo Die Fig. 2A zeigt das Anschlußsubstrat/in einer Vorderansicht, Fig. 2B als Seitenansicht und Fig. 2C als Schnitt auf der Linie S-S¹ der Fig. 2A. In dieses eigentliche Isolierstoffsubstrat 11 sind die Zuleitungsanschlüsse 12, 13 eingeformt, so daß eine Einheit entsteht, wobei das Substrat 11 in einer seiner ebenen Hauptflächen eine quadratische Vertiefung 16 enthält, die das Quarzplättchen loo der Fig. 1 aufnimmt. Die Zuleitungsanschlüsse 12, 13 verlaufen entlang der Vertiefung 16 frei auf der Hauptfläche des Substrats 11 als Befestigungsanschlüsse 14, 15; auf sie sollen die Zuleitungselektroden 4,5 der Fig. 1 aufgesetzt werden. Am Boden der Vertiefung 16 ist ein Durchgangsloch 81 vorgesehen. Der Durchmesser dieses Lochs muß gleich oder kleiner als der der Elektroden 2, 3 des Quarzplättchens loo sein.

Die Fig. 3A zeigt eine Vorderansicht des Quarzplättchens loo

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im Anschlußsubstrat, Fig. 3B einen Schnitt auf der Linie T-T¹ in Fig. 3A. Das Quarzplättchen loo ist in das Isolierstoffsubstrat so eingesetzt, daß eine seiner Hauptflächen dem Boden der Vertiefung 16 zugewandt ist und daß es nicht über das Niveau der ebenen Hauptfläche des Substrats 11 vorsteht. Die Zuleitungselektroden 4,5 sind auf den Befestigungsanschlüssen 14, 15 mit einem leitfähigen Klebstoff wie bei 21, 22 festgelegt.

Unter diesen Bedingungen erfolgt eine Feineinstellung der Arbeitsfrequenz des Quarzplättchens loo, indem man Elektrodenmaterial durch das Durchgangsloch 81 als Maske hindurch aufträgt. In dieser Hinsicht ist wichtig, daß das Quarzplättchen loo so liegt, daß eine seiner Elektroden (3) sich an der Mündung des Lochs 81 im Boden der Vertiefung 16 befindet. Auf diese Weise kann ein Feinabgleich der Schwingfrequenz erfolgen, indem man Elektrodenmaterial zugibt, ohne daß man die statische Kapazität zwischen den Elektroden 2, 3 des Schwingers loo ändert.

Die Fig. 4A ist eine Vorderansicht eines Schwingquarzes, die Fig. 4B ein Schnitt auf der Linie U-U" der Fig. 4A. Dabei besteht der Schwingquarz aus dem Quarzplättchen loo, dem Anschlußsubstrat 5oo, einem ebenen Isolierstoffplättchen

91, das auf das Isolierstoffsubstrat aufgeklebt ist, das Quarzplättchen schützt und die Vertiefung 92 hermetisch dicht abschließt, sowie einem weiteren ebenen Isolierstoffplättchen

92, das auf die andere Seite des Substrats 11 aufgeklebt ist und das Loch 81 dicht abschließt. Die Plättchen 91, 92 können auf dem Substrat beispielsweise mit einem Klebstoff, durch Ultraschallschweißen, Wärmeschweißen oder dergl. festgelegt werden. Auf diese Weise erhält man einen hermetisch dichten Abschluß für das Quarzplättchen loo.

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Die Erfindung ist gleichermaßen anwendbar, wenn eine Vielzahl von Quarzplättchen loo nach Fig. 1 auf einem gemeinsamen Anschlußsubstrat gehaltert werden sollen.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine Ausführungsform, bei der zwei Quarzplättchen auf einem gemeinsamen Anschlußsubstrat gehaltert sind. Die Fig. 5A ist eine Vorderansicht eines Anschlußsubstrats 6oo, auf dem zwei Quarzplättchen loo gehaltert werden können, und die Fig. 5B zeigt einen Schnitt auf der Linie V-V der Fig. 5A. Diese Anordnung entsteht, indem man in das Isolierstoffsubstrat lol die Zuleitungsanschlüsse Io2, Io3 sowie einen gemeinsamen Zuleitungsanschluß Io4 einformt. Das Substrat lol enthält zwei Vertiefungen Io5, Io6 in einer seiner ebenen Hauptflächen, die Quarzplättchen loo nach der Fig. 1 aufnehmen. In den Böden der Vertiefungen Io5, Io6 sind die Durchgangslöcher 111, 112 vorgesehen und Teile der Zuleitungsanschlüsse Io2, Io3 und des gemeinsamen Zuleitungsanschlusses Io4 liegen am Boden der Vertiefungen Io5, Io6 als Befestigungsanschlüsse Io7, Io8, Io9 und Ho frei.

Die Fig. 6A zeigt eine Vorderansicht von zwei Quarzplättchen loo nach Fig. 1, die in ein Anschlußsubstrat'6oo eingesetzt sind, während die Fig. 6B einen Schnitt auf der Linie W-W der Fig. 6A zeigt. Eines der Quarzplättchen loo ist mit seinen Zuleitungselektroden 4, 5 an den Befestigungsanschlüssen Io7, Io9 in der Vertiefung, das andere Quarzplättchen loo an den Befestigungsanschlüssen Io8, Ho in der Vertiefung Io6 beispielsweise mit einem leitfähigen Klebstoff wie bei 113, 114, 115, 116 festgelegt. In dieser Anordnung der Quarzplättchen muß eine der Elektroden jedes Quarzplättchens zur Mündung des Lochs 111 oder 112 weisen. Dieses Anschlußsubstrat 6oo kann ebenso dicht verschlossen werden wie das bereits erwähnte Substrat.

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Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines solchen dichten Abschlusses. Die Fig. 7A zeigt eine Vorderansicht der Quarzplättchen, Fig. 7B einen Schnitt auf der Linie X-X¹ der Fig. 7A. Diese Schwingquarzanordnung besteht aus zwei Quarzplättchen loo, dem Anschlußsubstrat 6oo, einem auf eine Seite des Isolierstoffsubstrats lol aufgeklebten ebenen Isolierstoffplättchen 121, den hermetisch abzuschließenden Vertiefungen Io5, Io6 und einem weiteren ebenen Plättchen, 122, das auf die andere Seite des Isolierstoffsubstrats aufgeklebt ist, so daß die Löcher 111, 112 hermetisch dicht verschlossen werden.

Die Fig. 8 zeigt eine weitere-Ausführungsform des Schwingquarzes, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Fig. 8A zeigt eine Vorderansicht, die Fig. 8B eine Seitenansicht eines Quarzplättchens loo. Dieser Schwinger weist auf beiden Hauptflächen des Quarzplättchens 1 einander zugewandte kreisrunde Elektroden 2, 3 auf, die das Quarzplättchen 1 zwischen sich halten, weiterhin die Zuleitungselektroden 4 oder 4¹ und 5 oder 5', die mit den erwähnten Elektroden leitfähig verbunden sind, und jeweils bis in die beiden nächstliegenden vier Ecken des Quarzplättchens 1 verlaufen, sowie die Koppelelektroden 94 oder 94' und 95 oder 95', die leitfähig mit den Zuleitungselektroden 4 oder 4' bzw. 5 oder 5' entlang den Seitenflächen des Quarzplättchens verbunden sind. Die Zuleitungselektroden 4 oder 4' und 5 oder 5' liegen einander durch das Quarzplättchen 1 hindurch nicht gegenüber und die Koppelelektroden 94 oder 94' und 95 oder 95' befinden sich auf den gegenüberliegenden Haupt flächen.

Ein Quarzplättchen mit diesem Aufbau zeigt keine Richtungsunterscheidung entweder in Vor- oder Rückwärts- oder in Umfangsrichtung, wenn man die Elektrodenanschlüsse an diagonal gegenüberliegenden Ecken anbringt, so daß diese Befestigungselektroden auf einer der Hauptflächen des Quarzplättchens

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festgelegt und beliebig gerichtet sein können. Indem man die Enden der Zuleitungselektroden 4 oder 4¹ und 5 oder 5" jeweils an einer Seite zu Enden ausbildet und die Koppelelektroden oder 94' und 95 oder 95' quadratisch ausbildet, kann man den Kleber daran hindern, daß er zu den Arbeitselektroden 2, 3 fließt, wenn man den Quarz loo festlegt.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist auch anwendbar auf eine Anordnung, in der die Zuleitungselektroden 4 oder 4¹ und 5 oder 5' sowie die Koppelelektroden 94 oder 94' und 95 oder 95' nicht an den vier Ecken, sondern an den vier Seiten des Quarzplättchens ausgebildet sind.

Um die Zuverlässigkeit von Quarzschwingelementen zu verbessern, ist es oft erforderlich, sie in einem hohen Vakuum oder in einer Inertatmosphäre hermetisch dicht abzuschließen. In solchen Fällen ist es natürlich ebenfalls möglich, die gesamte Schwingquarzanordnung auf dem Isolierstoffsubstrat auf herkömmliche Weise in ein Metall- oder Glasgehäuse dicht einzuschließen.

Die Besonderheiten einer Schwingquarzanordnung nach der vorliegenden Erfindung sind wie folgt:

(a) Die Erfindung bietet ein leichtes Verfahren zum Haltern des Quarzplättchens, das besonders vorteilhaft für kleine und dünne Quarzplättchen ist.

(b) Da das Quarzplättchen in seiner Gesamtheit in einer Vertiefung im Anschlußsubstrat sitzt, ist der spezielle Abstandshalter nicht erforderlich, den man üblicherweise zum Aufrechterhalten der Schwingungen braucht.

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(c) Da das Quarzplättchen unmittelbar auf dem Anschlußsubstrat gehaltert ist, hat die Anordnung gegenüber herkömmlichen drahtgehalterten Schwingquarzen eine bessere mechanische Festigkeit.

(d) Indem man die Gestalt der Vertiefung der des Quarzplättchens anpaßt, läßt sich das Einbringen des Plättchens in die Sollage erheblich erleichtern.

(e) Im Gegensatz zu herkömmlichen Quarzplättchen, die mit Federdrähten gehaltert sind, kann man das hier vorgeschlagene Quarzplättchen auf einer größeren ebenen Fläche anordnen, die Platz für eine Vielzahl von Quarzplättchen bietet.

Wie sich aus der vorgehenden Beschreibung ergibt, schafft die vorliegende Erfindung einen Schwingquarz, der für gewerbliche Anwendungen infolge seiner leichten Herstellbarkeit und Stabilität erhebliche Vorzüge aufweist.

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Leerseite

Claims

BERLIN 33 8MONCHEN80 Augutle-Vik»ori«-Straae 65 n □Mor'UU'CÄ DADTMCD PienzenauerttwBe 2 P«t.-Anw. Dr. In8. Ruidike Uf. KUOOnNC Ol ΓΛΚΙΙΝΕΚ Pa».-Anw. Dipl.-lng. Pat.-Am». ,pi.-ing. PATENTANWÄLTE Hans*·Ruichk· Olaf Ruscf β rftl Cl\ IftlWVftUI U „„,98 03 Teiefon:030/ §»»« BERLIN - MÖNCHEN Telefon: O*" 987258 Telegrammadresse: · Telegramm-Adre...: Quadratur Berlin Quadratur München TELEX: 18378« TELEX: 522787 M 4'245 A München, den 17 .Sept. 198o Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Kadoma Osaka 571 Japan Patentansprüche

1.1 Schwingquarzanordnung, gekennzeichnet durch ein Isolierstoff-Anschlußsubstrat mit einer Vertiefung in einer seiner ebenen Hauptflächen, einem Durchgangsloch im Boden der Vertiefung sowie einer Vielzahl von leitfähigen Anschlußzuleitungen, wobei Befestigungsanschlüsse gebildet sind, indem die in der Vertiefung in der ebenen Hauptfläche des Substrats befindlichen Teile der Zuleitungsanschlüsse freiliegen, und durch ein Dickenschwingungen ausführendes Quarzplättchen, das auf seinen Hauptflächen Elektroden, die einander durch das Quarzplättchen gegenüberliegen, sowie Zuleitungselektroden aufweist, die mit jeweils einer der genannten Elektroden leitfähig verbunden sind, und so liegen, daß sieeinander nicht gegenüberliegen, wobei eine der Elektroden des Quarzplättchens an der Mündung des Durchgangslochs im Boden der Vertiefung liegt, das Quarzplättchen in die Vertiefung eingesetzt ist und die Zuleitungselektroden leitfähig an den Befestigungsanschlüssen festgelegt sind, so daß das Quarzplättchen mit dem erwähnten Anschlußsubstrat eine Einheit bildet.

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2. Schwingquarzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf das Anschlußsubstrat und das Quarzplättchen mit Ausnahme von Teilen der Zuleitungsanschlüsse als Abdeckung eine Isolierstoffkappe aufgesetzt ist, die fest mit dem Isolierstoffsubstrat verbunden ist.

3. Schwingquarzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Koppelelektroden jeweils auf einer Seite des erwähnten Quarzplättchens an den Enden der erwähnten Zuleitungselektroden angebracht sind.

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