DE3321776A1

DE3321776A1 - Monolithisches kristallfilter und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3321776A1
Application number: DE3321776A
Authority: DE
Inventors: Gerald Ewing Lynchburg Va. Roberts; Alfred Gordon Evergreen Va. Staples
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-07-07
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1984-01-12
Also published as: GB2125616B; GB2125616A; JPH0712137B2; JPH0475684B2; US4484158A; JPH05191203A; GB8317465D0; JPS5941913A

Description

9O99-45MR-OO352

GENERAL ELECTRIC COMPANY

Monolithisches Kristallfilter und Verfahren zu seiner

Herstellung

Die Erfindung betrifft ein monolithisches Kristallfilter und Verfahren zu seiner Herstellung. Einige Beispiele von bekannten Filtern dieser Art und von bekannten Verfahren zum Abstimmen und/oder Herstellen von solchen Filtern finden sich in: "An Equivalent Circuit Approach To The Design And Analysis Of Monolithic Crystal Filters" von R. C. Rennick, IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Band SU-20, Nr. 4, Oktober 1973, S. 347-354, sowie in den US-Patentschriften 3 596 212, 3 656 180, 3 739 und 4 156 214.

Rennick gibt in dem vorgenannten Aufsatz eine Lösung mit einer Ersatzschaltung zum Entwerfen und Analysieren von monolithischen Kristallfiltern an. Dabei führt er das Konzept der "Abstimmfreguenz" zum Messen von Resona-

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torfrequenzen ein und erläutert ausführlich die Theorie, die gekoppelten Multiresonatorkristallfiltern dieses Typs zugrundeliegt. Die genannten US-Patentschriften beschreiben spezifische monolithische Multiresonatorkristallfilter.

Bekanntlich erfordert die optimale Leistung eines monolithischen Multiresonatorkristallfilters, daß die einzelnen Resonatorgebilde jeweils so eng wie möglich auf die korrekte Resonatorfrequenz abgestimmt werden, die durch die Schleifenresonanzen festgelegt wird. Weil die Resonatoren jeweils immer akustisch mit anderen Resonatoren auf dem Kristallplättchen oder -wafer gekoppelt sind, ist diese Aufgabe nicht trivial. Typisch wird diese Abstimmung durch kontrollierten "Uberzugsauftrag" ("plate loading") erzielt. Kurz gesagt, die Größe, das Material, die Masse (z.B. die Dicke) usw. der Elektrodengebilde, die auf die Fläche eines Kristallplättchens so aufgebracht sind, daß sie mehrere akustisch gekoppelte Resonatorbereiche darin festlegen, bilden Parameter, die so gesteuert werden, daß die gewünschte Resonanzfrequenz für jeden einzelnen gekoppelten Resonator erzielt wird.

Dem Fachmann ist bekannt (z.B. aus dem oben erwähnten Aufsatz von Rennick), daß ein wirksamer Weg zum Messen der Resonanzfrequenz eines bestimmten Resonators erfordert, daß die Möglichkeit besteht, den bewußten Resonator selektiv kurzzuschließen, während sämtliche übrigen Resonatorelektroden mit offenem Stromkreis belassen werden. Nachdem der letzte Abgleich- oder Fertigbearbeitungsprozeß abgeschlossen worden ist, werden die meisten, wenn nicht alle, inneren Elektrodenpaare, die Resonatorbereiche festlegen, kurzgeschlossen, um die endgültige funktionstüchtige Ausführungsform des Filters zu realisieren.

Bekannte Lösungen der physikalischen Realisierung von monolithischen Multiresonatorkristallfiltern (vgl. z.B. die oben erwähnte US-PS 3 569 212 und/oder die oben erwähnte DS-PS 4 156 214) zeigen nicht die Herstellung oder das Fertigungsverfahren und/oder führen zu einem fertigen Filter, das begrenzte Leistungskenndaten aufweist.

Die Erfindung schafft ein wesentlich verbessertes Herstellverfahren, welches das endgültige Abstimmen oder Abgleichen von einzelnen Resonatoren auf die gewünschten Betriebsfrequenzen wesentlich erleichtert, während es gleichzeitig ein fertiges Filter mit guten Temperaturkenndaten und gutem Widerstand des Kristallplättchens gegen mechanische Stöße ergibt.

Die exemplarische Ausführungsform der Erfindung ist auf drei akustisch gekoppelte Resonatoren gerichtet, die auf einem einzigen Quarzplättchen hergestellt sind. Dieses Quarzplättchen ist an einem eine Anschlußfläche aufweisenden Keramiksubstrat mit Abstand von diesem durch mehrere Zuleitungsdrähte befestigt, die in der bevorzugten Ausführungsform aus gebogenen, federnden elektrischen Leitern (z.B. aus Berylliumkupfer) bestehen. Diese Befestigungsanordnung schluckt nicht nur mechanische Stöße, sondern minimiert auch die thermische Leitfähigkeit zwischen dem Kristallkörper und dem übrigen Teil des Filtergebildes. Darüber hinaus sind die geformten (z.B. "gedruckten") Schaltungen auf dem Keramikschnittstellensubstrat so ausgelegt, daß sie gesonderten elektrischen Zugang zu jedem der drei Resonatoren während der letzten Abgleich- oder Fertigbearbeitungsprozesse gewähren und somit ein selektives Anschließen von Kurzschlüssen, offenen Stromkreisen oder jeder anderen vorbestimmten elektrischen Schaltung an die irgendeinen der einzelnen Resonatoren festlegenden Elektroden gestatten. Gleichzeitig sind die

geformten Schaltungen auf dem Schnittstellensubstrat so ausgelegt, daß sie gestatten, einen permanenten Kurzschluß an den Elektroden des mittleren Resonators schnell und wirksam herzustellen (z.B. durch elektrisch leitenden Kitt oder Farbe). Gleichzeitig ist die keramische Schnittstellentragplatte ihrerseits durch mechanische und elektrische Befestigung an einem drei Stifte aufweisenden Standardstiftsockel und dem üblichen Verkapselungsdeckel gehaltert.

Die gegenwärtig bevorzugte exemplarische Ausführungsform eines monolithischen Kristallfilters nach der Erfindung enthält einen Multiresonatorkristallkörper, auf dem mehrere elektrisch leitende Resonatorelektroden-/Anschlußgebilde auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind, die sich zu entgegengesetzten Rändern des Kristallkörpers erstrecken. Ein gesondertes Substratteil hat mehrere elektrisch leitende, geformte oder profilierte Zuleitungsgebilde, die auf wenigstens einer seiner Seiten angeordnet sind, und mehrere elektrisch leitende Halteteile (z.B. Drähte), die den Kristallkörper mit Abstand von dem Substratteil festhalten. Dieselben elektrisch leitenden Halteteile stellen außerdem gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen den Resonatorelektroden-/ Anschlußgebilden auf dem Kristallkörper und den geformten Anschlußgebilden auf dem Substratteil her. Auf diese Weise stellen die geformten Anschlußgebilde auf dem Substratteil einzelne elektrische Verbindungen mit jedem Resonator auf dem Kristallkörper her, so daß die diesen Resonatoren zugeordneten Resonatorelektroden wahlweise kurzgeschlossen (oder mit offenem Stromkreis belassen oder mit irgendeiner anderen gewünschten vorbestimmten elektrischen Schaltung verbunden) werden können, um das selektive einzelne Abstimmen der Resonatoren zu erleichtern. Vorzugsweise umfassen die geformten Anschlußge-

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bilde auf dem Substratteil zwei im wesentlichen benachbarte, aber getrennte Kontaktbereiche, die in dem fertigen Filter elektrisch miteinander verbunden sind (z.B. mit elektrisch leitendem Kitt oder Farbe), um wenigstens ein Resonatorelektrodenpaar kurzzuschließen.

In der gegenwärtig bevorzugten exemplarischen Ausführungsform sind die geformten elektrischen Anschlußgebilde auf dem Substratteil auf der Seite angeordnet, die von dem mit Abstand angeordneten, aber körperlich angeschlossenen Kristallkörper entfernt ist, um die selektive elektrische Verbindung mit diesen geformten Anschlußgebilden während der letzten Fertigbearbeitungsprozesse zu erleichtern. Darüber hinaus ist ein elektrisch leitender Abschirmbereich vorzugsweise auf der Seite des Substratteils angeordnet, die dem mit Abstand angeordneten Kristallkörper am nächsten ist, um so den Kristallkörper von den geformten Anschlußteilen auf der anderen Seite des Substrats abzuschirmen. Wo möglich, wird außerdem bevorzugt, die Anschlußgebilde auf dem Substratteil so zu formen, daß sie im wesentlichen außerhalb des abgeschirmten Bereiches verlaufen, um so die Streukapazität zu minimieren.

Weiter wird, wie oben bereits erwähnt, bei der gegenwärtig bevorzugten exemplarischen Ausführungsform außerdem ein herkömmlicher Stiftsockel verwendet, der mehrere elektrisch leitenden Stifte hat, die sich durch ihn hindurch erstrecken, wobei ein Ende der Stifte das Substratteil trägt und mit dem entsprechenden elektrischen Anschlußgebilde auf dem Substratteil elektrisch verbunden ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist außerdem eine Einkapselungshülle vorgesehen, um das Substrat und den mit diesem verbundenen Kristallkörper zu schützen.

Die bevorzugte Ausführungsfonn des Substratteils enthält eine Anordnung von Durchgangslöchern, so daß die Haltedrähte darin befestigt werden und gleichzeitig die elekrischen Verbindungen durch das Substrat hindurch mit den geformten elektrischen Leitern oder Profilleitern auf dessen von dem Kristallkörper abgewandter Rückseite hergestellt werden können. Jeder dieser Haltedrähte hat vorzugsweise einen ersten gebogenen Teil, der eine Vertiefung festlegt, in der ein Rand des Kristallkörpers befestigt wird (z.B. mit elektrisch leitendem Kitt). Ein sich daran anschließender zweiter gebogener Teil der Haltedrähte ist zwischen dem Kristallkörper und dem Substratteil angeordnet, um für zusätzliche Elastizität für Stoßdämpfungszwecke zu sorgen. Die elektrisch leitenden Elektroden-/Anschlußgebilde an dem Kristallkörper erstrecken sich vorzugweise zu entgegengesetzten Rändern des Kristallkörpers, so daß die Haltedrähte an diesen Rändern mit elektrisch leitendem Kitt befestigt werden können, während die anderen Enden der Haltedrähte sich durch entsprechende Löcher in dem Substratteil erstrecken und mit den geformten elektrischen Leitern auf dessen abgewandter Seite mit elektrisch leitendem Kitt verbunden sind.

Zum Herstellen des exemplarischen monolithischen Kristallfilters werden mehrere Resonatorelektroden zuerst auf entgegengesetzte Flächen eines Kristallplättchens aufgebracht, so daß ein Multiresonatorkristallkörper gebildet wird, der mehrere akustisch gekoppelte Kristallresonatorbereiche hat, die typisch nur ungefähr auf gewünschte Frequenzen abgestimmt sind. Beispielsweise wird am Anfang weniger als die erforderliche Elektrodenmasse aufgebracht. Das Kristallplättchen wird dann an einem Haltesubstrat unter Verwendung von mehreren elektrisch leitenden Haltedrähten befestigt, über die elektrische Schaltungen selektiv mit wenigstens einer der Resonatorelektro-

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den verbunden werden können. Das Substrat dient also nicht nur als mechanisches Halteteil, sondern auch als elektrische Anschlußschnittstelle zwischen dem Kristallplättchen und (1) dem Stiftsockel und/oder (2) den elektrischen Verbindungen, die für die Kristallfertigstellungsprozesse erforderlich sind.

Die Formation der Resonatorelektroden wird dann fertiggestellt oder abgeglichen, indem eine oder mehrere vorbestimmte elektrische Schaltungen selektiv mit wenigstens einer der Resonatorelektroden verbunden werden, um die Resonatorbereiche auf die gewünschten Frequenzen unter Anwendung der bekannten Abstimmfrequenz-Technik abzustimmen. Ein dauerhafter elektrischer Kurzschluß wird daran anschließend an wenigstens einem der Resonatorbereiche über Schaltungen auf dem Substrat hergestellt, und das sich ergebende fertige monolithische Multiresonatorkristallfilter wird dann auf einem Standardstiftsockel verkapselt.

In der bevorzugten exemplarischen Ausführungsform umfassen die Elektroden-ZAnschlußgebilde, die auf entgegengesetzte Flächen des Kristallplättchens aufgebracht sind, außerdem elektrisch leitende Bereiche, die sich bis in die Nähe der entgegengesetzten Ränder des Kristallplättchens erstrecken. Diese entgegengesetzten Ränder des Kristallplättchens werden daran anschließend an Anschlußdraht-Rahmen befestigt, die mehrere elektrische Verbinder haben, welche die elektrischen Verbindungen mit den nahe den Kristallplättchenrändern angeordneten elektrisch leitenden Bereichen herstellen. Die elektrischen Drahtleiter werden anschließend von dem integralen Stegteil des Rahmens, der sie anfänglich in gewünschten parallelen Abständen hält, abgetrennt. Durch dieses Abtrennen bleibt eine Anordnung von einzelnen elektrischen Drähten zurück, die mit den entgegengesetzten Kristallplättchenrändern ver-

bunden sind und von diesen abstehen. Diese abstehenden elektrischen Drähte werden anschließend in eine entsprechende Zeile von Löchern in dem Substrat eingeführt, an dem sie befestigt werden (z.B. mit elektrisch leitendem Kitt), um sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung mit den geformten elektrischen Leitern herzustellen, die auf der abgewandten Seite des Substrats angeordnet sind und über die elektrische Schaltungen selektiv mit den Resonatorelektroden verbunden werden können. Danach wird die Herstellung der Resonatorelektroden abgeschlossen (z.B. wird zusätzliches Nickel und/oder Silber auf sie aufgebracht, um ihre Masse zu vergrößern und auf diese Weise die Resonanzfrequenz zu verringern), während eine vorbestimmte elektrische Schaltung (z.B. ein Kurzschluß oder ein offener Stromkreis) mit verschiedenen Resonatorelektroden selektiv verbunden wird, um so das Abstimmen der einzelnen Resonatorbereiche auf die gewünschten Frequenzen zu erleichtern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in auseinandergezogener perspek

tivischer Darstellung eine Vorderansicht eines monolithischen Kristallfilters nach der Erfindung,

Fig. 2 in teilweise auseinandergezoge

ner Darstellung eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1,

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Fig. 3 in auseinandergezogener Darstellung

eine Vorderansicht der Ausführung sform nach Fig. 1,

Fig. 4 in auseinandergezogener Darstellung

eine Rückansicht der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines

Zwischenschrittes bei der Herstellung der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei mehrere Anschlußdrahtfinger, die an einem Rahmensteg angeformt sind, zuerst an den elektrisch leitenden Bereichen an entgegengesetzten Rändern des Kristallplättchens befestigt werden, bevor sie von dem Steg an vorbestimmten Bruchstellen abgetrennt werden, um eine Anordnung von gesonderten, abstehenden Anschlußdrähten für das Einführen in eine mit ihnen zusammenpassende Zeile von Löchern in dem Keramiksubstrat zu schaffen, und

die Fig. 6 und 7 in Seiten- bzw. Vorderansicht die

gebogenen Berylliumkupferanschlußdrahtfinger, die zum mechanischen und elektrischen Verbinden des Kristallplättchens mit dem Keramiksubstrat in der Ausführungsform nach Fig. 1 dienen.

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Multiresonatorkristallkörper, die mehrere elektrisch leitende Resonatorelektroden-/Anschlußgebilde auf ihren entgegengesetzten Seiten tragen, um ein monolithisches Kristallfilter zu bilden, gehören selbstverständlich zum Stand der Technik. Die hier beispielshalber beschriebene Ausführungsform ist auf ein monolithisches 3-Kanal- oder Dreifachresonatorkristallfilter dieses allgemeinen Typs gerichtet. Der Aufbau und die verwendeten Techniken eignen sich jedoch auch für Filter, die irgendeine Anzahl von Kanälen oder Toren haben.

Typisch bilden der erste und der letzte Resonatorabschnitt Eingangs-/Ausgangskanäle oder -tore für den Anschluß an eine äußere Schaltungsanordnung, während die übrigen inneren Resonatoren mit irgendeiner Impedanz abgeschlossen werden können, so lange jeder so abgeschlossene Resonator auf die gewünschte Mittenfrequenz des Filters abgestimmt ist, wenn sämtliche übrigen Resonatoren kurzgeschlossen sind. Die einfachste, zuverlässigste und damit üblichste Impedanz für diesen Zweck ist ein Kurzschluß an den Elektroden des inneren Resonators. Der Grund dafür sowie die Entwicklung von geeigneten Ersatzschaltungen und die Entwurfsanalyse von solchen Ersatzschaltungen dürften bereits bekannt sein, weshalb das hier nicht ausführlich erläutert wird.

Das in den Fig. 1-4 gezeigte monolithische Kristallfilter enthält ein Kristallplättchen 100, ein keramisches Tragsubstrat 200, sechs gleiche Anschluß- und Haltedrähte 300, einen herkömmlichen, drei Stifte aufweisenden Stiftsockel 400 und eine herkömmliche Verkapselungskappe 500.

Das Kristallplättchen 100 selbst ist ingesamt herkömmlich ausgelegt und aufgebaut. Es hat eine Vorderfläche 102, die in Fig. 3 gezeigt ist, und eine entgegengesetzte Rückfläche

1G4, die in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Flächen haben drei elektrisch leitende Elektrodenpaare 106A, 106B; 108A, 108Bj und 110A, 110B, so daß drei getrennte, aber akustisch gekoppelte Resonatorbereiche zwischen ihnen innerhalb des Kristallplättchens gebildet sind. Die akustische Kopplung zwischen diesen drei gesonderten Resonatorbereichen und deren entsprechende Resonanzfrequenzen werden durch die relativen Abstände, die Größen, die Masse der Elektrodengebilde, die Kristalldicke, die Kristallorientierung, usw. beeinflußt. Elektrisch leitende Anschlußgebilde 112, 114, 116, 118, 120 und 122 werden vorzugsweise gleichzeitig mit den Elektrodengebilden hergestellt und erstrecken sich zu entsprechenden entgegengesetzten Rändern 124, 126 des Kristallplättchens 100.

Zwei oder mehr als zwei Elektrodengebilde können auf einer Seite des Kristallplättchens bei Bedarf als ein integraler Bereich hergestellt werden, so lange getrennte Elektrodenbereiche auf der entgegengesetzten Seite hergestellt werden, um so getrennte Resonatorbereiche festzulegen. Beispielsweise können sämtliche Elektroden 106B, 108B und 110B auf der Rückfläche 104 des Kristallplättchens 100 als ein einziger elektrisch leitender Bereich ebenso wie die elektrisch leitenden Anschlußabschnitte 118, 120 und 122, die zu dem Rand 126 des Kristallplättchens führen, hergestellt werden. Alle diese drei Elektroden-/Anschlußbereiche auf der Rückfläche des Kristalls sind in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit demselben Massepotential gemeinsam verbunden.

Das Kristallplättchen 100 wird typisch zuerst einem Basisüberzugsvakuumbedampfungsprozeß unterworfen, bei dem die geformten elektrisch leitenden Elektroden-ZAnschlußbereiche auf den entgegengesetzten Kristallflächen herge-

-abwerden. Dieser anfängliche Basisüberzugsprozeß hört jedoch typisch beträchtlich vor dem Erreichen der endgültigen überzugsmasse (mass loading) auf, die erwartungsgemäß für den Betrieb bei den gewünschten Resonanzfrequenzen der verschiedenen Resonatoren erforderlich ist. Beispielsweise kann der Basisüberzugsprozeß typisch gestoppt werden, während die Resonatoren noch auf eine Frequenz abgestimmt sind, die bis zu 70 kHz oder mehr höher ist als die gewünschte Betriebsfrequenz - bei einer beträchtlichen Variation (z.B. ^±15 kHz) zwischen den einzelnen Resonatoren bei einem bestimmten Kristallplättchen. Der anfängliche Basisüberzugsprozeß ist also nur vorgesehen, um die endgültige Überzugsmasse und damit die Eigenresonanzfrequenz der verschiedenen gekoppelten Kristallresonatoren grob und ungefähr festzulegen.

Der endgültige Fertigstellungsschritt wird typisch ausgeführt, indem zuerst zusätzliches Nickelmaterial als galvanischer Überzug auf die Basisüberzugselektroden-,/Αη-schlußgebilde aufgebracht wird. Der Vernickelungsprozeß wird typisch entsprechend gleichzeitigen Resonanzfrequenzmessungen gesteuert (z.B. hinsichtlich der Beendigungszeit) , die ausgeführt werden, während die Elektrodenpaare, die die verschiedenen gekoppelten Kristallresonatoren festlegen, selektiv kurzgeschlossen und/oder mit offenem Stromkreis belassen werden. Das Vernickeln ist typisch nur ein Anfangsschritt bei dem Fertigstellungsprozeß, wobei die einzelnen Resonatoren etwas höher als erwünscht in der Frequenz abgestimmt bleiben (beispielsweise etwa 2-10 kHz höher), aber wobei die einzelnen Resonatoren auf einem bestimmten Kristall weniger Variation zwischen den einzelnen Resonanzfrequenzen haben (z.B. innerhalb von ungefähr 2 kHz in bezug aufeinander). Der

endgültige Fertigstellungsprozeß wird typisch im Vakuum ausgeführt, wobei zusätzliches Silber auf die bereits vorhandenen Elektrodengebilde aufgebracht wird, während erneut gleichzeitig Resonanzfrequenzmessungen durchgeführt und Kurzschlüsse und/oder offene Stromkreise an die verschiedenen Resonatorelektroden angeschlossen werden. Statt dessen kann der letzte Silberauftragsschritt bei dem Fertigstellungsprozeß auf der Basis von Berechnungen durchgeführt werden, die unter Verwendung der Ergebnisse von Resonanzfrequenzmessungen gemacht werden, welche in einer früheren Phase gemacht worden sind (z.B. während des Vernickelungsvorgangs oder nach diesem).

Die folgenden Darlegungen werden zeigen, daß die hier beispielshalber beschriebene bevorzugte Ausführungsform ein Gebilde ergibt, welches diese typischen Fertigstellungsprozesse besonders erleichtert.

Das dünne Keramiksubstrat 200 hat eine elektrisch leitende Abschirmung 202 (mit im wesentlichen derselben Größe wie oder etwas größer als das Kristallplättchen 100) auf seiner Vorderfläche 204. Die Rückfläche 206 des Substrats 200 trägt vier geformte, elektrisch leitende Bereiche 208, 210, 212 und 214. Die elektrisch leitenden Bereiche 208 und 212 erstrecken sich um die äußeren Seitenränder, um so die Streukapazitätskopplung mit dem Abschirmleiter auf der entgegengesetzten Seite des Substrats zu minimieren. Die Leiter 208 und 212 bilden Leiterbahnen von Löchern 215 bzw. 216 zu einem unteren Teil des Substrats 200, wo die oberen Enden der Sockelstifte 4 02 und 404 mechanisch und elektrisch (z.B. mit elektrisch leitendem Kitt) angeschlossen sind. Der elektrisch leitende Bereich 214 verbindet Löcher 218, 220 und 222 miteinander und ist weiter mit dem oberen Ende des mittleren Sockelstiftes

mechanisch und elektrisch verbunden. Der Leiter 210 bildet eine elektrische Verbindung zwischen einem Loch 224 in dem Substrat 200 und einem schmalen Spaltbereich 226 zwischen den Leitern 214 und 210. Dieser Spalt ist in dem fertigen Filter mit einem Leiter 228 (z.B. aus elektrisch leitendem Kitt) kurzgeschlossen; während der Fertigstellungsphasen gestattet der Spalt 226 jedoch das wahlweise Anschließen von elektrischen Schaltungen (z.B. vorübergehenden Kurzschlüssen) an die Leiter 210 und 214, um den Abstimmprozeß zu unterstützen.

Die Verbindung zwischen der Gruppe der Löcher 215, 224, 216, 218, 220 und 222 auf der Rückfläche 206 des Substrats 200 und den sechs Kontaktbereichen an den entgegensetzten Rändern 124 und 126 des Kristallplättchens 100 wird über ein Rahmenwerk aus sechs gleichen Haltedrähten 300 hergestellt. Diese Haltedrähte haben typisch eine erste Biegung 302, so daß eine Vertiefung vorhanden ist, in der ein Rand des Kristallplättchens aufgenommen und befestigt wird (z.B. mit elektrisch leitendem Kitt). Der elektrisch leitende Haltedraht hat außerdem typisch eine anschließende zweite Biegung 304, um zusätzliche Elastizität zu schaffen (zur Stoßdämpfung) sowie zum Zurückführen des Haltedrahtes nach außen in eine Linie mit dem betreffenden Loch in dem Substrat 200. Sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Verbindungen zwischen dem Substrat und den Haltedrähten 300 werden typisch unter Verwendung eines elektrisch leitenden Kitts hergestellt.

Das sich ergebende Gebilde umfaßt dann ein monolithisches Multiresonatorkristallfilterplättchen 100, das an seinen entgegensetzten Rändern durch elastische Haltedrähte 300 abgestützt ist. Die Haltedrähte 300 sind ihrer-

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seits durch das keramische Schnittstellensubstrat 200 abgestützt, das seinerseits durch einen herkömmlichen, drei Stifte aufweisenden Stiftsockel 4 00 abgestützt ist. Eine Verkapselungskappe 500 vervollständigt dann den mechanischen Aufbau. Die elektrischen Verbindungen mit den einzelnen Resonatorelektroden werden über integrale, elektrisch leitende Bereiche auf den Kristallplättchenflächen, die Haltedrähte, die geformten elektrischen Leiter auf dem Substrat 200 und die Sockelstifte des Stiftsockels 400 hergestellt.

Es ist zu erkennen, daß alle drei Anschlußpaare der drei gekoppelten Resonatoren während der Fertigung und insbesondere während der letzten Fertigstellungsprozesse, die zu der endgültigen Abstimmung der Resonatoren führen, leicht zugänglich sind. Beispielsweise sind die Anschlüsse, die dem mittleren Elektrodenpaar zugeordnet sind, über die elektrisch leitenden Bereiche 210 und 214 auf der Rückseite des Substrats 200 zugänglich. Die beiden äußeren Resonatorelektrodenpaare sind zwischen dem gemeinsamen elektrisch leitenden Bereich 214 und den getrennten elektrisch leitenden Bereichen 208 bzw. 212, die ebenfalls auf der Rückfläche des Substrats 200 angeordnet sind, zugänglich. Die elektrisch leitenden Bereiche 208 und 212 sind selbstverständlich ebenfalls über die Sockelstifte 402 und 404 einzeln zugänglich, während der gemeinsame elektrisch leitende Bereich 214 über den Sockelstift 406 zugänglich ist. Durch Verbinden eines Fühlers mit dem getrennten elektrisch leitenden Bereich 210 auf der Rückseite des Kristallplättchens 100 und durch Herstellen von üblichen elektrischen Verbindungen mit den Sockelstiften 402, 404 und 406 ist es daher möglich, jede gewünschte Schaltung (einschließlich Kurzschlüssen und offenen Stromkreisen) selektiv an irgendeine Untergruppe oder an sämtliche Resonatorelektroden während der letzten Fertigstellungsprozesse anzuschließen. Dadurch werden die Messungen sehr erleich-

tert, die notwendig sind, um die gewünschte letzte Fertigstellung der Elektrodengebilde auszuführen.

Nachdem die Resonatoren so fertiggestellt und auf ihre gewünschten Frequenzen abgestimmt worden sind, wird in der beispielshalber beschriebenen Ausführungsform das mittlere Elektrodenpaar kurzgeschlossen (ohne daß dadurch auf irgendeine Weise der Kristall selbst gestört wird und so möglicherweise dessen elektrische Kenndaten verändert werden), indem lediglich der Spalt 226 zwischen den elektrisch leitenden Bereichen 210 und 214 kurzgeschlossen wird. Das wird typisch erreicht, indem ein elektrisch leitender Kitt oder eine elektrisch leitende Farbe über dem Spalt 226 unmittelbar vor dem Einkapseln in der Kappe 500 aufgebracht wird. Die sich ergebende Kristall-Substrat-Stiftsockel -Baugruppe wird typisch auf herkömmliche Weise verschlossen, und zwar entweder durch Löten oder durch Widerstandsschweißung.

Ein Filter gemäß der beispielshalber beschriebenen Ausführungsform kann benutzt werden, um praktisch jede Art von Filter zu realisieren. Insbesondere ist es nicht auf die Realisierung von nur einem Filtertyp begrenzt, wie beispielsweise einem Tschebyscheff-Filter, wie es bei einigen bekannten Gebilden der Fall sein kann.

Zum Erleichtern der Herstellung der beispielshalber beschriebenen Ausführungsform wird bevorzugt, eine lineare Anordnung (von z.B. drei) der gebogenen AnSchlußdrähte 300 als ein integrales Teil eines Verbindungssteges in einem Anschlußrahmen 306 herzustellen. Auf diese Weise werden die drei gebogenen Anschlußdrähte am Anfang parallel und in gewünschtem Abstand gehalten, so daß sie genau auf die Randkontaktbereiche an dem Kristallplättchen

100 ausgerichtet sind, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die Herstellung der gebogenen Anschlußdrähte (vorzugsweise aus Berylliumkupferblech) erfolgt unter Anwendung herkömmlicher Metallfonngebungsverfahren, die deshalb hier nicht im einzelnen erläutert werden.

Die Form der einzelnen Anschlußdrähte an dem Anschlußrahmen nach Fig. 5 ist ausführlich in den Fig. 6 und 7 gezeigt, und zwar einschließlich der ersten Biegung 302 und der zweiten Biegung 304. Darüber hinaus ist eine geschwächte vorbestimmte Bruchstelle 308 längs des Schaftes jedes einzelnen Anschlußdrahtes 300 vorgesehen. Nachdem die von dem Rahmen entfernten Enden der gebogenen Anschlußdrähte an dem Kristallplättchenrand festgekittet worden sind, läßt sich der Rahmensteg 306 leicht von den einzelnen Anschlußdrähten wegbrechen (z.B. während diese in einer Spannvorrichtung festgehalten werden, um das Kristallplättchen zu schützen), so daß die einzelnen elektrischen Anschlußdrähte zurückbleiben, die von dem Kristallplättchenrand nach unten abstehen.

Diese sechs abstehenden elektrischen Drähte werden anschließend in die mit ihnen zusammenpassenden sechs Löcher in dem Tragsubstrat 200 eingeführt und darin festgekittet, wie oben beschrieben. Vorzugsweise werden das Kristallplättchen 100, das Substrat 200 und die sie miteinander verbindenden Anschlußdrähte 300, nachdem sie zusasaaengebaut worden sind, ebenfalls an dem Stiftsockel 400 befestigt, bevor die letzten Fertigstellungsprozesse an den Elektroden des Kristallplättchens ausgeführt werden. Der Prozeß des Messens der Resonanzfrequenzen während des selektriven Anschließens von offenen Stromkreisen und/oder Kurzschlüssen an die verschiedenen Resonatorelektroden während des Fertigstellungsprozesses ist an sich bekannt und wird deshalb hier nicht weiter erläutert.

Leerseite

Claims

Ansprüche :

My Monolithisches Kristallfilter, gekennnzeichnet durch: einen Multiresonatorkristallkörper (100) mit mehreren elektrisch leitenden Resonatorelektroden-ZAnschlußgebilden (106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122), die auf entgegengesetzten Seiten desselben angeordnet sind; ein Substrat (200) mit mehreren elektrisch leitenden Bereichen (208, 210, 212, 214), die auf wenigstens einer Seite (206) desselben angeordnet sind; und mehrere elektrisch leitende Halteteile (300), die den Kristallkörper mit Abstand von dem Substrat (200) festhalten und gleichzeitig die Resonatorelektroden-ZAnschlußgebilde (106-122) auf dem Kristallkörper (100) und die elektrisch leitenden Bereiche (208-214) auf dem Substrat elektrisch miteinander verbinden.
2. Kristallfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Bereiche (208-214) auf dem Substrat (200) einzelne elektrische Verbindungen mit jedem Resonator auf dem Kristallkörper (100) bilden,

so daß die zugeordneten Resonatorelektroden (106, 108, 110) wahlweise kurzgeschlossen werden können, um das selektive einzelne Abstimmen der mehreren Resonatoren auf dem Kristallkörper zu erleichtern.
3. Kristallfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Bereiche (208-214) auf dem Substrat (200) Paare von benachbarten, aber getrennten Kontaktbereichen (210, 214) enthalten, die elektrisch miteinander verbindbar sind, um wenigstens ein Resonatorelektrodenpaar kurzzuschließen.
4. Kristallfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Bereiche (208-214) auf dem Substrat (200) auf der von dem Kristallkörper (100) abgewandten Seite (206) des Substrats angeordnet sind und daß ein elektrisch leitender Abschirmbereich (202) auf der dem Kristallkörper benachbarten Seite (204) des Substrats angeordnet ist, um dadurch den Kristallkörper von den elektrisch leitenden Bereichen auf dem Substrat abzuschirmen.
5. Kristallfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmbereich (202) wesentlich weniger als die gesamte verfügbare Fläche auf der dem Kristallkörper benachbarten Seite (204) des Substrats (200) einnimmt und daß wenigstens einige der elektrisch leitenden Bereiche (208, 212) auf der von dem Kristallkörper abgewandten Seite (206) des Substrats im wesentlichen außerhalb des Abschirmbereiches verlaufen, um so die zugeordnete Streukapazität zu minimieren.
6. Kristallkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Stiftsockel (400) mit mehreren elektrisch leitenden Stiften (402, 404, 406), die sich

-durch den Sockel erstrecken und einzeln elektrisch und mechanisch mit einem entsprechenden elektrisch leitenden Bereich (208, 212, 214) auf dem Substrat (200) verbunden sind und dadurch das Substrat und den mit ihm verbundenen Kristallkörper (100) tragen.
7. Kristallfilter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (500), das mit dem Stiftsockel (400) verbunden ist und das Substrat (200) und den mit diesem verbundenen Kristallkörper (100) verkapselt und schützt.
8. Kristallfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (200) eine Gruppe von Durchgangslöchern (215, 216, 218, 220, 222, 224) hat, durch die sich die Halteteile (300) erstrecken.
9. Kristallfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile (300) jeweils einen ersten gebogenen Teil (302) haben, der eine Vertiefung bildet, in der ein Rand des Kristallkörpers (100) befestigt ist, und einen zweiten, daran anschließenden gebogenen Bereich (304), der zwischen dem Kristallkörper (100) und dem Substrat (200) angeordnet ist.
10. Kristallfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halteteil (300) mit dem Kristallkörper

(100) und dem Substratteil (200) mit elektrisch leitendem Kitt verkittet ist.
11. Monolithisches Kristallfilter, gekennzeichnet durch: ein Multiresonatorkristallplättchen (100), das zwei entgegengesetzte Flächen (102, 104) hat, auf denen Resonatorelektroden (106, 108, 110), die mehrere akustisch ge-

koppelte Resonatorbereiche festlegen, und elektrische Leiter (112-122) angeordnet sind, die von den Elektroden zu entgegengesetzten Rändern (124, 126) der entgegengesetzten Flächen führen;

eine Tragplatte (200), die zwei entgegengesetzte Flächen (204, 206) mit mehreren darauf gebildeten elektrischen Leitern (208, 210, 212, 214) und eine Gruppe von vorstehenden elektrischen Anschlußdrähten (300) hat, die von ihr abstehen und an beiden entgegengesetzten Rändern des Kristallplattchens sowie an der Tragplatte befestigt sind, wodurch das Kristallplättchen mit Abstand gegenüber einer Fläche (204) der Tragplatte mechanisch abgestützt und mit den elektrischen Leitern auf der Tragplatte elektrisch verbunden ist.
12. Kristallfilter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (208-214) auf der Tragplatte (200) zwei benachbarte elektrisch leitende Bereiche (210, 214) enthalten, die elektrisch miteinander verbindbar sind, um wenigstens ein Resonatorelektrodenpaar elektrisch kurzzuschließen.
13. Kristallfilter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der elektrischen Leiter (208-214) auf der Tragplatte (200) auf deren von dem Kristallplättchen (100) abgewandter Fläche (206) angeordnet sind und daß sich die vorstehenden Anschlußdrähte (300) durch die Löcher (215, 216, 218, 220, 222, 224) in der Tragplatte erstrecken.
14. Kristallfilter nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen elektrisch leitenden Abschinabereich (202), der auf der dem Kristallplättchen (100) benachbarten Flä-

ehe (204) der Tragplatte (200) gebildet ist und sich ausreichend weit erstreckt, um die Resonatorbereiche von den elektrischen Leitern auf der abgewandten Fläche (206) der Tragplatte im wesentlichen abzuschirmen.
15. Kristallfilter nach Anspruch 11, dadurch' gekennzeichnet, daß die Resonatorelektroden (106, 108, 110) in zusammenpassenden Paaren (106A, 106B; 108A, 108B; 110A, 110B) auf entgegengesetzten Flächen (102, 104) des Kristallplättchens (100) angeordnet sind.
16. Kristallfilter nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (200) einen größeren Flächeninhalt hat als das Kristallplättchen (100).
17. Kristallfilter nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden elektrischen Anschlußdrähte (300) jeweils einen gebogenen Teil (302) haben, der eine Vertiefung bildet, in der ein Rand des Kristallplättchens (100) befestigt ist.
18. Kristallfilter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden elektrischen Anschlußdrähte (100) jeweils einen zweiten gebogenen Teil (304) haben, der zwischen dem Kristallplättchen (100) und der Tragplatte (200) angeordnet ist.
19. Kristallfilter nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlußdrähte (300) jeweils mit dem Kristallplättchen (100) und mit der Tragplatte (200) mit elektrisch leitendem Kitt verkittet sind.
20. Kristallfilter nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch:

einen Stiftsockel (400), der mehrere elektrisch leitende Stifte (402, 404, 406) hat, die sich durch den Sockel erstrecken und mit entsprechenden elektrisch leitenden Bereichen (208, 212, 214) der Tragplatte (200) elektrisch und mechanisch verbunden sind; und ein Gehäuse (500) das mit dem Stiftsockel (400) verbunden ist und die Tragplatte (200) und das mit dieser verbundene Kristallplättchen (100) verkapselt und schützt.
21. Monolithisches Kristallfilter, gekennzeichnet durch: ein Kristallplättchen (100) mit einer ersten Fläche (102) und einer dazu entgegengesetzten zweiten Fläche (104); drei getrennte Elektroden (106A, 108A, 110A), die auf der ersten Fläche (102) zusammen mit drei elektrisch leitenden Zuleitungen (112, 114, 116) gebildet sind, welch letztere sich jeweils von einer Elektrode zu einem vorbestimmten Kontaktbereich an einem Rand (124) des Kristallplättchens (100) erstrecken;

wenigstens eine Elektrodenanordnung (106B, 108B, 110B), die auf der zweiten Fläche (104) gegenüber den drei getrennten Elektroden gebildet ist, um drei entsprechende, akustisch gekoppelte Resonatoren auf dem Kristallplättchen zu bilden, wobei sich wenigstens ein elektrisch leitender Bereich (118, 120, 122) auf der zweiten Fläche von der Elektrodenanordnung zu einem oder mehreren vorbestimmten Kontaktbereichen an einem Rand (126) des Kristallplättchens erstreckt;

ein Tragsubstrat (200), das durch elektrische Leiter (300), die das Kristallplättchen (100) tragen, mit Abstand von dem Kristallplättchen angeordnet ist; wenigstens vier getrennte, elektrisch leitende Bereiche (208, 210, 212, 214), die auf dem Substrat (200) gebildet sind und von denen drei einzeln mit jedem der drei getrennten Elektroden über ihre Kontaktbereiche elektrisch

verbunden sind, während wenigstens einer von ihnen mit der wenigstens einen Elektrodenanordnung über ihren Kontaktbereich oder ihre Kontaktbereiche elektrisch verbunden ist; und

einen Stecksockel, der das Tragsubstrat trägt und drei der getrennten elektrisch leitenden Bereiche (208, 210, 212) darauf mit drei Sockelstiften (402, 404, 406) elektrisch verbindet, die sich von dem Sockel aus erstrecken und zur Verbindung mit äußeren Schaltungen dienen.
22. Verfahren zum Herstellen eines monolithischen Multiresonatorkristallfilters, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Aufbringen von mehreren Resonatorelektroden auf entgegengesetzte Flächen eines Kristallplättchens, um einen MuI-tiresonatorkristallkörper herzustellen, der mehrere akustisch gekoppelte Kristallresonatofbereiche hat, die nur ungefähr auf die gewünschten Frequenzen abgestimmt sind;

Befestigen des Kristallplättchens an einem Tragsubstrat unter Verwendung von mehreren elektrisch leitenden Haltedrähten, über die elektrische Schaltungen wahlweise mit wenigstens einer der Resonatorelektroden verbunden werden können; und

Fertigstellen der Formation der Resonatorelektroden nach dem Befestigungsschritt in Verbindung mit dem selektiven Anschließen einer vorbestimmten elektrischen Schaltung an wenigstens eine der Resonatorelektroden.
23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

Herstellen eines dauerhaften elektrischen Kurzschlusses an wenigstens einem der Resonatorbereiche über Schaltungen auf dem Tragsubstrat nach dem Fertigstellungsschritt; und

Verkapseln des sich ergebenden abgestimmten Gebildes auf einem Stiftsockel.
24. Verfahren zum Herstellen eines monolithischen Multi resonatorkristallfliters, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Aufbringen von mehreren Resonatorelektroden auf entgegengesetzte Flächen eines Kristallplättchens, um einen MuI-tiresonatorkristallkörper herzustellen, der mehrere
akustisch gekoppelte Kristallresonatorberexche hat, die nur ungefähr auf die gewünschten Frequenzen abgestimmt
sind und elektrisch leitende Bereiche enthalten, die
sich bis in die Nähe wenigstens eines Randes des Kristallplättchens erstrecken;

Befestigen der Ränder des Kristallplättchens an wenigstens einem Anschlußdrahtrahmen, der mehrere elektrische Leiter hat, die elektrische Verbindungen mit den elektrisch leitenden Bereichen an dem Kristallplättchenrand herstellen;

Abtrennen der mehreren elektrischen Leiter von einem gemeinsamen Gebilde, so daß einzelne elektrische Drähte
zurückbleiben, die von dem Kristallplättchenrand abstehen;

Einführen der abstehenden elektrischen Drähte in passende Löcher in einem Tragsubstrat und Befestigen derselben, um sowohl eine mechanische Verbindung mit dem Substrat
als auch eine elektrische Verbindung mit geformten elektrischen Leitern herzustellen, die auf einer Seite des Substrats angeordnet sind und über die elektrische Schaltungen wahlweise mit wenigstens einer der Resonatorelektroden verbunden werden können; und

Fertigstellen der Formation der Resonatorelektroden daran anschließend in Verbindung mit dem selektiven Anschliessen einer vorbestimmten elektrischen Schaltung an wenigstens eine der Resonatorelektroden.