DE3446612A1 - Piezoelektrischer resonator - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Resonator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen flachen piezoelektrischen Resonator, der automatisch hergestellt werden kann und dabei in hohem Maße luftdicht ist.

Ein Resonator, der die piezoelektrischen Eigenschaften eines kristallinen Körpers ausnutzt, insbesondere ein Quarzresonator, hat - allgemein gesprochen - extrem günstige Eigenschaften, Folglich werden Quarzresonatoren in großer Anzahl verwendet, beispielsweise in Telekommunikationsgeräten, die eine sehr stabile Resonanzfrequenz benötigen.

Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines herkömmlichen Quarzresonators, der ein Paar von Zufuhrdrähten 1 aufweist, die elektrisch isoliert eine Grundplatte 2 durchdringen. Die gepaarten Zufuhrdrähte 1 sind an dem inneren Ende in Form eines Bügels umgebogen, um die Kante einer Quarzplatte 3 zu halten. Die Quarzplatte ist unter einem vorgegebenen Winkel zur Kristallachse geschnitten, entsprechend der gewünschten Resonanz-Mode und weist die Form einer Platte auf. Auf die Oberfläche der Quarzplatte ist eine Metallschicht als Elektrode abgeschieden, beispielsweise mittels eines Vakuum-Dampf-Verfahrens. Die sich zur Kante der Quarzplatte 3 erstreckende Elektrode wird von der Grundplatte 2 gehalten und zwar in Kontakt mit dem bügelförmigen Abschnitt des Zufuhrdrahtes 1. Die Kante der Öffnung eines Deckels 4, der über die Quarzplatte 3 gestülpt ist, ist gegenüber der Kante der Grundplatte 2 durch Widerstandsschweißen hermetisch abgedichtet.

Dementsprechend beinhaltet die Herstellung des oben beschriebenen, herkömmlichen Quarzresonators folgende Schritte: Anbringen der Quarzplatte 3 an das Paar von Zufuhrdrähten 1, die die Grundplatte 2 durchdringen; Durchführen der Feinabstimmung der Resonanzfrequenz der Quarzplatte 3; und

hermetisches Abdichten der Grundplatte 2 und des Deckels 4. Diese Schritte sind zeit- und arbeitsaufwendig. Auch fordern die oben erwähnten Schritte eine präzise Montage von kleinen Komponenten, was enorme Schwierigkeiten bei der automatischen Herstellung der Quarzresonatoranordnung mit sich bringt.

In jüngster Zeit wurden Quarzresonatoren nicht nur auf dem Gebiet der Telekommunikationsgeräte in weitem Ausmaße akzeptiert sondern auch bei zivilen elektronischen Anwendungen, wie z. B. bei Mikrocomputern, die einen Bezugssignalgenerator benötigen. Weiterhin wurden elektronische Geräte in extremen Ausmaße miniaturi-

siert. Dementsprechend werden Halbleiterelemente, die beispielsweise bei IC oder LSI-Schaltungen eingesetzt werden sowie Schaltungselemente wie Widerstände oder Kondensatoren zunehmend miniaturisiert und zu einer drahtlosen Chip-Anordnung zusammengefaßt. Die Herstellung von chip-förmigen Schaltungselementen bringt den Vorteil, daß die Elemente an vorgegebenen Punkten auf der Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte sicher befestigt werden können unter Verwendung einer automatischen Bestückungsmaschine wie z. B. einer Zufuhreinrichtung für Teile, wodurch die Montage-Effizienz spürbar verbessert wird.

Allerdings hat der in Fig. 1 dargestellte, herkömmliche Quarzresonator den Nachteil, daß es erforderlich ist, die Zufuhrdrähte 1 in einzelne Löcher einzuführen, die in eine bedruckte Leiterplatte gebohrt sind und daß die Drähte 1 sicher befestigt werden müssen, beispielsweise durch Löten, was Schwierigkeiten beim Einsatz einer automatischen Montageeinrichtung mit sich bringt, wie z. B. beim Einsatz eines Bestückungsautomaten. Dies führt zu einer verringerten Effizienz bei der Montage des Quarzresonators. Der herkömmliche Quarzresonator hat weiter den Nachteil, daß sein Inneres dadurch hermetisch abgedichtet ist, daß der Deckel 4 fest gegen die Grundplatte 2 gedrückt wird, beispielsweise unter Verwendung eines Metallteiles, so daß die Kosten von Rohmaterial vergrößert werden. Darüber hinaus ist der in dem Deckel 4 hermetisch abgedichtete, herkömmliche Quarzresonator dicker als beispielsweise ein Schaltungselement, das die Form eines Chips hat. Hierdurch ist es unmöglich, die Dicke bzw. Höhe einer verwendeten Leiterplatte zu verringern. Aus diesen Gründen wurde der beschriebene Quarzresonator für ungeeignet befunden, in Geräten eingesetzt zu werden, die einen kompakten Aufbau haben sollen.

Aufgrund der erwähnten Umstände haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine US-Patentanmeldung (Serial Number 632,408) für einen piezoelektrischen Resonator in Form eines Chips angemeldet. 5

Die vorliegende Erfindung schafft daher einen neuen piezoelektrischen Resonator, der in einem flachen Gehäuse hermetisch abgedichtet werden kann, wobei das Gehäuse die Form eines Chips hat, automatisch hergestellt werden kann und eine automatische Anpassung an die Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte einfach ermöglicht, und schließlich sehr einfach hermetisch abgedichtet werden kann.

Kurz zusammengefaßt schafft die Erfindung einen piezoelektrischen Resonator, der folgendes enthält:

Ein einheitlich hergestelltes, dichtes Gehäuse, dessen an den Kanten paarweise zusammenpassende Kappen einander gegenüberliegen;

ein Paar von Anschlüssen, die die Seitenwände des Gehäuses durchdringen;

einen piezoelektrischen Körper, dessen Treiberelektroden mit den paarweise vorhandenen Anschlüssen verbunden sind; und Aussparungen bzw. Nuten längs der inneren und äußeren Peripherie des oberen Teiles der entsprechenden Kappen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Stirnansicht eines herkömmlichen Quarzresonators;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Quarzresonators nach der Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Außenansicht des flachen Quarzresonators nach der Erfindung;

Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht des Dichtungsteiles des Quarzresonators nach der Erfindung; Fig. 5 eine Draufsicht auf einen weiteren Quarzresonator, der nicht Gegenstand der Erfindung ist und der mit einer Überschußmenge an Dichtungsmaterial versehen ist; Fig. 6 eine Vorderansicht des Quarzresonators der

Fig. 5;

Fig. 7 einen Querschnitt der bei dem Quarzresonator nach der Erfindung verwendeten Kappe; Fig. 8 einen Querschnitt des zusammengesetzten Zustandes der paarweise angeordneten Kappen, die bei dem Quarzresonator der Erfindung verwendet werden;
Fig. 9 eine Draufsicht auf den Quarzresonator nach

der Erfindung, der mit den Kappen gemäß Fig. versehen ist; und
Fig. 10, 11, 12 und 13

Schnittansichten verschiedener Kappen, die bei dem Quarzresonator nach der Erfindung ver

wendet werden.

Im folgenden wird nun ein Quarzresonator nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung. Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung des fertiggestellten piezoelektrischen Resonators. Zunächst sei auf Fig. 3 Bezug genommen. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein flaches Gehäuse, das aus Keramikmaterial oder Glas hergestellt ist und dessen Inneres hermetisch abgedichtet ist. Das Gehäuse 5 wird dadurch hergestellt, daß ein Paar von flachen Kappen 6 gleicher Form zusammengepaßt wird, deren Umfang mit Rahmen 102 (bzw. Wänden) einheitlicher Höhe versehen ist, und zwar so, daß die Rahmen 102 dicht gegeneinander in luftdichter Beziehung gepreßt werden. Ein Paar von Anschlüssen 7 durchdringt das Gehäuse 5 längs dessen Schnittebene. Weiterhin ist

an den Stellen, durch die Endabschnitte der Anschlußpaare 7 nach außen ragen, ein Paar von Ausnehmungen bzw. Nuten 104 ausgeschnitten.

Das Paar von Anschlüssen bzw. Anschlußdrähten 7 ist durch Pressen hergestellt, beispielsweise aus einer dünnen Metallfolie. Der Abschnitt des Anschlußdrahtes 7, der im Gehäuse 5 gehalten ist, hat im wesentlichen eine Form ähnlich einer flachen Schale. Die Vertiefungen der Schalenabschnitte liegen so, daß sie zueinander weisen. In der Mitte der schalenförmigen Abschnitte der jeweiligen Anschlüsse 7 sind bogenförmige Vorsprünge 201 ausgebildet und zwar so, daß die bogenförmigen Vorsprünge 201 zusammen Teile eines Kreises bilden, um eine scheibenförmige Quarzplatte 8 zu halten.

Die oben erwähnte, scheibenförmige Quarzplatte 8 ist durch einen AT-Quarzresonator mit Schnitt-Dicken-Scherschwingungen bearbeitet. An der Mitte der Vorder- und Rückseite der scheibenförmigen Quarzplatte sind Resonanzelektroden 301 angebracht. Zufuhrelektroden 302 sind von den Resonanzelektroden 301 so gezogen, daß sie in entgegengesetzten Richtungen verlaufen und ein Paar von wechselseitig gegenüberliegenden Verbindungselektroden 303 berühren, die mit dem Außenumfang der scheibenförmigen Quarzplatte 8 verbunden sind. Die Verbindungselektrode 303 ist an beiden Seiten der scheibenförmigen Quarzplatte 8 in solcher Weise ausgebildet, daß sie einen Winkel von +_ 35° mit einer Z'-Achse der Quarzplatte 8 bilden. Die Verbindungselektrode 30 3 der scheibenförmigen Quarzplatte 8 ist so durch einen leitfähigen Kleber befestigt, daß sie zu dem bogenförmigen Vorsprung 201 des Anschlußleiters 7 hinweist, wodurch eine elektrische Verbindung und eine mechanische Halterung zwischen der Verbindungselektrode 303 und dem bogenförmigen Vorsprung 201 geschaffen wird.

Bei dem beschriebenen Quarzresonator sollten Vorkehrungen gegen einen Bruch des Gehäuses 5 und einen Verlust der Luftdichtigkeit getroffen werden. Wenn daher das Gehäuse 5 durch Verbinden der Oberflächen der aufeinanderzu weisenden Rahmen 102 der paarweise zugeordneten Kappen 6 mittels Dichtungsmaterial 9 aufgebaut ist, wie in Fig. 4 dargestellt, so ist es erforderlich, die Dicke des Dichtungsmateriales 9 durch Aufbringen eines ausreichend großen Druckes zu verringern, um eine hermetische Dichtung des Inneren des Gehäuses 5 dadurch sicher zu stellen, daß die Klebefestigkeit der Rahmenabschnitte 102 verstärkt wird. Wird in diesem Falle zuviel Dichtungsmaterial 9 aufgebracht, so treten die in der Draufsieht des Quarzresonators der Fig. 5 und dessen Schnittansicht der Fig. 6 dargestellten Probleme auf, nämlich das Dichtungsmaterial 9 von der Oberfläche der Rahmenabschnitte 102 zur Außen- und Innenseite des Gehäuses hin verläuft. Durch die Vergrößerung der Klebefestigkeit der paarweise zugeordneten Kappen 6 wird eine überschüssige Auftragung 401 von Dichtungsmaterial 9 mit dem Nachteil begleitet, daß die Eigenschaften der scheibenförmigen Quarzplatte 8 durch das überschüssige Dichtungsmaterial 401 verschlechtert werden und daß die Überschußmengen 401 an der Außenseite des Gehäuses 5 das Aussehen des Quarzresonators verschlechtern. Wenn gefordert wird, daß der Quarzresonator äußerst genaue Abmessungen hat, so führt die Ablagerung von überschüssigem Dichtungsmaterial 401 zu Abmessungsfehlern und damit zu einer anwachsenden Zahl von Ausschußproduktion von Quarzresonatoren. Wird umgekehrt zu wenig Dichtungsmaterial 9 aufgebracht, so verringert sich die Festigkeit oder die Luftdichtigkeit des Gehäuses 5. Beim Verbinden der paarweisen zugeordneten Kappen 6 sollte daher hinsichtlich der Menge des aufzubringenden Dichtungsmateriales 9 äußerste Sorgfalt angewandt werden, was wiederum die Effizienz bei der Herstellung eines Quarzresonators manchmal

• /!Οι herabsetzt.

Im Hinblick auf die beschriebenen Umstände besteht die Methode zur Herstellung eines Quarzresonators nach der Erfindung darin, daß - wie aus Fig. 7, die einen Querschnitt einer der Kappenteile 6 zeigt, zu erkennen - an der Mitte der Oberfläche der entsprechenden Rahmenabschnitte 102 ein Vorsprung 105 angebracht ist. Wie aus Fig. 8 zu erkennen, bringt dieser Vorsprung 105 den Vorteil, daß, wenn die paarweise zugeordneten Kappenteile 6 miteinander verbunden sind, überschüssiges Dichtungsmaterial 401 in einen Raum fließt, der durch die Vorsprünge 105 an der Oberfläche der Rahmenabschnitte 102 gebildet ist, und diesen Raum ausfüllt. Dadurch wird die Klebefestigkeit des Gehäuses 5 verbessert und zwar über das Maß, das durch die Gesamtoberfläche des Rahmenabschnittes 102 bestimmt ist. Auch wird die Luftdichtigkeit des Inneren des Gehäuses 5 verbessert. Wenn dann ein ausreichend hoher Druck bei der Herstellung des Gehäuses zum Verbinden der paarweise zugeordneten Kappenteile 6 aufgebracht wird, ist es möglich, den Nachteil, daß überschüssiges Dichtungsmaterial 401 zur Außen- und Innenseite des Gehäuses 5 fließt, zu vermeiden, so daß auch die Nachteile von Abmessungsfehlem und Verschlechterungen der Eigenschaften der scheibenförmigen Quarzplatte 8 durch die Ablagerung von überschüssigem Dichtungsmaterial 401 an dessen Oberfläche vermieden werden.

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht eines Quarzresonators, der durch elektrisches und mechanisches Verbinden einer scheibenförmigen Quarzplatte 8 mit den Anschlüssen 7 hergestellt ist, wobei eines der paarweise zugeordneten Kappenteile 6 abgehoben ist.

Es sei hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So ist es möglich, den Vorsprung 105 an der

Oberfläche der Rahmenabschnitte der paarweise zugeordneten Kappenteile 6 derart auszugestalten, daß der Mittelabschnitt (im Querschnitt gesehen) des VorSprunges 105 rechteckige Form hat, während die nach innen und außen weisenden Seiten dieser Vorsprünge 105 aus keilförmigen Abschnitten bestehen, die einen bestimmten Winkel haben. Auch ist es möglich, den Vorsprung schwalbenschwanζförmig auszubilden, wie aus Fig. 11 zu erkennen. Weiterhin ist es möglich - wie in Fig.

dargestellt - den Vorsprung 105 mit bogenförmigem Querschnitt zu gestalten. Schließlich kann - wie in Fig. 13 dargestellt - ein separater Vorsprung 105 an den paarweise zugeordneten Kappenteilen vorgesehen sein, und zwar durch Ablagern von beispielsweise geschmolzenem Glas in der bogenförmig vorspringenden Form.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Piezoelektrischer Resonator mit einem flachen Gehäuse, dessen Inneres hermetisch abgedichtet ist und in welchem eine piezoelektrische Platte (8) gehalten ist, gekennzeichnet durch:

ein Paar von Kappenteilen (6), die an der Mitte der Oberfläche eines Rahmenabschnittes (102), der längs des ümfanges einer Platte (102) ausgebildet ist, einen Vorsprung (105) aufweisen;

ein Dichtungsteil (9) zum hermetischen Verbinden der wechselseitig zueinander weisenden Rahmenabschnitte der paarweise zugeordneten Kappenteile (6) zur Bildung eines Gehäuses;

ein Paar von Anschlußdrähten (7), die seitliche Abschnitte des Gehäuses druchdringen; und einen piezoelektrischer Körper (8), der so aufgebaut ist, daß die paarweise angeordneten Anschlüsse mit zugeordneten Resonanzelektroden (301) verbunden sind.

2. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge an den Rahmenabschnitten einstückig mit diesen aus dem gleichen · Material hergestellt sind.

3. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge an den Rahmenabschnitten aus unterschiedlichem Material gegenüber dem der Rahmenabschnitte hergestellt sind.

4. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge aus geschmolzenem Glas hergestellt sind.