DE8029184U1 - Abgleichbarer elektronischer Uhrenbaustein - Google Patents

Description

• · I

• ■ t

• ■ t

• · 1

FGbm 272
Fg/PU

EUROSIL GMBH, D-8000 München 80

Abgleichbarer elektronischer Uhren-Baustein

Die Erfindung betrifft einen abgleichbaren elektronischen Uhren-Baustein gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Baustein ist aus der DE-OS 26 2o 861 bekannt. Er besteht im wesentlichen aus einem Leiterrahmen, auf den die Anschlüsse einer integrierten Schaltung in herkömmlicher Weise seriell drahtgebondet werden und der Ausformungen zum elektrischen Anschluß und zur mechanischen Halterung eines Schwingquarzes sowie weiterer elektronischer Bauelemente wie Kondenatoren und insbesondere eines Abgleich-Trimmkondensators aufweist. Im übrigen ist der Leiterrahmen derart geometrisch ausgebildet und in Kunststoff eingegossen, daß er zugleich als Werkplatte für das Uhren-Räderwerk dient. Nachteilig bei diesem vorbekannten abgleichbaren Uhren-Baustein ist insbesondere, daß der für den Frequenzabgleich erforderliche Trimmkondensator ein voluminöses, eigens unter Berücksichtigung späterer Zugänglichkeit einzusetzendes elektromechanisches Bauelement darstellt, was einen kostspieligen Aufbau und Abgleich bei aufgrund von Umwelteinflüssen nur mäßiger Langzeitstabilität bedingt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Baustein gattungsgemäßer Art zu schaffen, der auch in hohen Stückzahlen preiswert fertigbar und einfach, dabei mit hoher Lanzeitstabilität, abgleichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Uhren-Baustein gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zusätzlich gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 ausgestaltet ist.

Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Uhren-Bausteins kann also von dem als solchen bekannten Gang- oder Film-Bondverfahren mit paralleler Ausbildung aller Chip-Anschlüsse zu Leiterbahnen-Streifen auf einem Träger-Filmband Gebrauch gemacht werden. Von Vorteil ist dabei, daß auf diesem Filmband bereits ein elektrischer Funktionstest der Schaltkreise durchgeführt werden kann, ehe die funktionstüchtigen der Schaltkreise - ggf. wieder in einem einzigen Arbeitsgang für alle Filmband-Streifen gemeinsam - mit einem herkömmlichen Leiterrahmen elektrisch und mechanisch verbunden werden. Die ersterwähnte Verbindung kann z.B. durch Ultraschall-Schweissen erfolgen, ist in der Regel aber eine Lötverbindung; auch die zweite kann eine Lötverbindung sein, oder sie wird im Punktschweißverfahren realisiert.

Im Rahmen der Erfindung wird darUberhinaus vom als solchen vorbekannten digitalen Abgleich elektronischer Uhrenschaltungen Gebrauch gemacht, bei .dem ein einem Oszillatorschaltkreis nachgeschalteter Teilerschaltkreis über Spannungsbeaufschlagung bzw. Kurzschließen und/oder Öffnen von Abgleich-Eingängen auf ein derartiges Teilerverhältnis eingestellt wird, daß, bei Ansteuerung vom Oszillator-Baustein, am Ausgang des Teiler-Bausteines sich die gewünschte Pulsfolgefrequenz einstellt.

Ein dem eingangs erwähnten vorbekannten Uhren-Baustein gattungsähnlicher kompletter - nämlich Schwingquarz, integrierten Uhren-Schaltkreis und Abgleich-Einrichtungen enthaltender - Uhren-Baustein ist schon in der deutschen Patentanmeldung P 29 31 357.3 vorgeschlagen, bei dem auch schon

durch eine Abgleichöffnung in einer Kunststoff-Einkapseiung hindurch der Abgleich des kompletten Bausteines erfolgt. Dort jedoch ist vorgesehen, durch die Abgleichöffnung hindurch mittels Laserstrahlen einen Teil der Metallisierung auf dem Schwingquarz selbst durch Verdampfung zu entfernen, um die Eigenresonanz des Schwingquarzes zu verändern. Das hat für die Belange der Praxis dagegen den Nachteil, daß nur ganz bestimmte und in lichtdurchlässige Gehäuse eingebaute Schwingquarze innerhalb des Uhren-Bausteines Anwendung finden können} und der Abgleich-Vorgang am betriebsfertig in den Baustein eingesetzten Schwingquarz selbst hat sich als recht kritisch erwiesen, zumal zu umfangreiche Metallisierungs-Verdampfung nicht rückgängig gemacht werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dagegen liefert einen problemlos abgleichbaren, in sich kompletten - d. h. voll funktionstüchtigen - elektronischen Uhren-Baustein, der insbesondere für preisgünstige Massenfertigung hervorragend geeignet ist und günstige Produktions-Ausbeute ergibt; denn die auf das Gang-Filmbonden folgenden Fertigungsschritta finden nur bei denjenigen Schaltkreisen Anwendung, die sich zuvor,beim elektrischen Funktionstest auf dem Träger-Filmband, als funktionstüchtig erwiesen haben; wobei dieser Digital-Abgleich durch Beeinflussung von Leiterbahnen des auch beim komplettierten Baustein noch zugänglichen Abgleich-Netzwerkes zugleich die Möglichkeit eröffnet, Abgleicht ehler oder Abgleichänderungserfordernisse (z.B. aufgrund Alterungserscheinungen des Quarz oder aufgrund Austausches des Quarzes) auch nachträglich noch durch weitere Trenneingriffe in das Netzwerk oder durch Ausbildung von Überbrückungen über schon vorgenommene Abjgleich-Unterbrechungen durchzuführen, letzteres z.B. mittels Leitsilber-Auf lagen.

Insbesondere um einerseits bei Bedarf den Quarz auch beim fertigen Uhren-Baustein noch problemlos austauschen zu können und andererseits ggf. eine Beeinträchtigung der Funktion des Quarzes beim Eingüien der übrigen Baustein-Komponenten in Kunststoff zu vermeiden, ist es zweckmässig, die weiterbildende Maßnahme nach Anspruch 3 zu treffen, und vorteilhaft, dabei die zusätzliche Maßnahme nach ■'■:.-· Anspruch 4 vorzusehen, also die Kunststoff-Einkapselung

des Bausteines derart auszubilden, daß der Quarz erst unmittelbar vor dem Schwingungs-Abgleich, bei im übrigen kom- ■■" plett erstelltem Baustein, - auch hinsichtlich seiner elektrischen Kontaktierung problemlos - eingesetzt werden kann.

Es . kann jedoch vorgesehen sein, nach dem Einsetzen des Quarzes und nach Durchführung des Abgleiche den Baustein insgesamt noch einmal zu umspritzen, um Umwelt-Einflüsse auf das Abgleich-Netzwerk und Halterungs- sowie Kontaktierungsprobleme des Quarzes in seiner Halterungs-Ausnehmung während der späteren Betriebsgegebenheiten des Bausteins zu vermeiden. Dabei kann es für den Fall, daß zum Schwingungsabgleich eine Netzwerk-Leiterbahnenauftrennung mittels Laserstrahlen vorgesehen ist, in als solcher bekannter Weise zweckmäßig sein, jedenfalls im Bereiche oberhalb der Abgleichöffnung über dem Netzwerk diese äussere Umhüllung als für Laserstrahlen durchlässiges Fenster auszubilden, so daß dann der komplett-hermetisch gekapselte Baustein durch, dieses Fenster hindurch abgeglichen werden kann.

Es kann zweckmäßig sein, daß der, den Filmband-Ausschnitt mit aufgeklebtem und an die Metallisierungs-Streifen angelötetem integriertem Schaltkreis sowie den Schwingquarz aufnehmende,Leiterrahmen derart konfiguriert und die

*" 5 —

Geometrie der, die Leiterrahmen-Einzelteile nach Abstanzen der Halterungs-Umrahmung haltenden, Kunststoff-Einkapseiung derart gewählt, wird, daß der komplette, digital abgleichbare elektronische Uhren-Baustein zugleich mechanische Funktionen im Uhrwerk übernimmt, etwa in als solcher bekannter Weise wenigstens teilweise eine herkömmliche Uhrwerksplatine oder Brücke des Werkaufbaus ersetzt. Für universelle Anwendbarkeit des Uhren-Bausteina, zumals im Großuhrenbereich, kann es jedoch zweckmäßiger sein, die Kunststoff-Einkapseiung entsprechend der gängigen Geometrie eines dual-inline-Gehäuses zu wählen, also dabei die weiterbildenden Maßnahmen gemäß Anspruch 5 zu treffen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche vereinfacht, aber vergrößert und angenähert maßstäblich, wiedergegebenen bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Es zeigt:

Fig. 1 einen elektronischen Uhren-rBaustein im

Querschnitt längs der Schnitt-Sichtlinie I-I in Fig. 2,

Fig· 2 den Baustein gemäß Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Träger-Filmband

mit auf seine Metallisierungs-Leiterbahnen im Gang-Bond-Verfahren aufgelöteten integrierten Schaltkreisen bei gleichzeitigem Anschluß an Digitalabgleich-Netzwerke,mit Benennung der typischen Schaltkreis-Anschlüsse eines Uhren-Schaltkreises, und

• · I

■ * t

• · f

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem gemäß Fig. 3 bestückten Träger-Filmband, wobei die Metalli-, sierungs-Leiterbahnen auf dem Filmband an zugeordnete Enden von Leiterrahmen-Stegen angeschweißt sind, wie aus der Querschnitts-Darstellung in Fig. 1 ersichtlich.

Der in Fig. 1 im Querschnitt und in Fig. 2 in Draufsicht dargestellte elektronische Uhren-Baustein 1 besteht aus einem nicht-feinabgeglichenen Schwing-Quarz 2 und einem an ein Abgleich-Netzwerk 3 angeschlossenen integrierten Schaltkreis 4, die an einen aus einer Kunststoff-Einkapseiung 5 herausragenden Leiterrahmen 6 angeschlossen sind. In der Einkapselung 5 ist eine Halterungs-Ausnehmung 7 zur form- und/oder kraftschlüssigen Aufnahme des Schwingquarzes 2 ausgespart, sowie eine fensterförmige Schwingfrequenz-Abgleichöffnung 8, durch die hindurch die Abgleicheinrichtung in Form des Netzwerkes 3 nach komplettem Zusammenbau des Bausteines 1 zugänglich bleibt. Entgegen der Prinzip-Draufsichtdarstellung gemäß Fig. 2 kann der fertig abgeglichene Baustein 1 auch hermetisch umgössen sein, so daß im einsatzfertigen Zustand beim Baustein auch die Ausnehmung 7 und die öffnung 8 gegen Umwelteinflüsse geschützt verschlossen sind.

Die Chip-Anschlüsse 9 des Schaltkreises 4 sind in der als sog. Gang-Filmbonden als solchen bekannten Technologie über Lötbuckel 1o ("Bumps") mit zugeordneten Metallisierungs-Streifen 11 eines Träger-Filmbandes 12 mechanisch und elektrisch verbunden, nämlich verlötet, wobei die Metallisierungs-Streifen 11 als LeiterbrUcken zur elektrischen Verbindung der Chip-Anschlüsse 9 mit zugeordneten, z.B. speichenförmig orientiert ausgestanzten Leiterrahmen-Stegen dienen. Die vom integrierten Schaltkreis 4 abgewandten Enden der Metallisierungs-Streifen 11 sind dafür über z.B. Schweißpunkte 14 mit den zugewandten Enden der Stege 13 elektrisch und mechanisch verbunden.

1·'«.·■ I /l/

t. «» im·*«. *■ It

Abgesehen von den Anschluß-Streifen 11 sind in der Metallisierung 18 des Träger-Filmbandes 12 (vgl.Fig. 3) Abgleich-Leiterbahnen 15 des Netzwerkes 3 gegeneinander abgegrenzt, die sich zwischen Abgleicheingängen 16 am integrierten Schältkreis 4 und einer Sammelschiene 17 in der auf das Kunststoff-Filmband 12 aufkaschierten Metallisierung 18 erstrecken und entweder (wie in Fig.2 und Fig.3 berücksichtigt) für Digitalabgleich durch Unterbrechungen 22 ausgelegt sind, oder für Digitalabgleich durch überbrückung von vorgegebenenen Unterbrechungsstellen. Das Filmband 12 besteht vorzugsweise aus dem unter dem Warenzeichen "Capton" vertriebenen Werkstoff.

Zweckmäßigerweise verlaufen und enden dem elektrischen Anschluß des Quarzes 2 an den integrierten Schaltkreis 4, über zugeordnete Filmband-Metallisierungsstreifen 11, dienende Bereiche des Leiterrahmens 6 - wie in Fig.2 gestrichelt angedeutet - derart, daß der in seine Halterungs-Ausnehmung 7 eingesetzte Schwing-Quarz 2 unmittelbar gegen diese von der Kunststoff-Einkapseiung 5 gehalterten Leiterrahmen-Teile 19 unter Ausbildung der elektrischen Anschluß-Kontaktierung 2o eingesetzt werden kann.

Dieser digital abgleichbare elektronische Uhren-Baustein 1 ist also dadurch gewinnbar, daß die die integrierten Schaltkreise 4 enthaltenden Wafer im Wege des Film-Bondens nebeneinander auf das Träger-Filraband 12 aufgebracht werden (siehe Fig. 3), dessen Metallisierung 18 durch bekannte, z. B. fotolithographische Verfahren, bis auf die Schaltkreis-Anschlußstreifen 11 sowie das ebenfalls an den Schaltkreis 4 anzuschließende Abgleich-Netzwerk 3 in der Umgebung des aufzusetzenden Schaltkreises 4, entfernt ist. Die elektrische und mechanische Verbindung zwischen diesen verbleibenden Teilen der Filmband-Metallisierung 18 und den Schaltkreis- oder Chip-Anschlüssen 9 erfolgt durch

gleichzeitige Ausbildung aller Verbindungsstellen,nach Aufbringen der "Bumps"(z.B.Lötbucksl 1o) auf die Anschlußbereiche der Chip-Anschlüsse 9 oder auf die diesen zugeordneten Enden der Streifen 11 und Netzwerk-Leiterbahnen 15. Derart auf das Träger-Filmband 12 film-gebondet,werden die integrierten Schaltkreise 4 elektrisch getestet und die funktionstüchtigen Schaltkreise 4 sodann mit den Anschluß-Enden der im wesentlichen stern- oder speichenförmig aus dem Leiterrahmen 6 ausgestanzten Stege 13 z.B. verschweißt, die mit ihren gegenüberl^genden Bereichen jedoch noch einstückig zusammenhängen.

Sodann wird dieser Aufbau unter Aussparung der Quarzhalterungs-Ausnehmung 7 und der Abgleichöffnung 8 in Kunststoff eingegossen, wobei die Geometrie dieser Einkapselung 5 gemäß der vorgesehenen Verwendung des Bausteines 1 gewählt wird. Im in Fig. 1 / Fig. 2 dargestellten Beispielsfalle ist die Kunststoff-Einkapselung 5 als Gehäuse eines eigenständig in eine größere Schaltung einzufügenden Bausteins 1 ausgebildet, wobei nach dem Ausstanzen der Leiterrahmen-Stege 13 zum Trennen vom Halterungs-Restteil des Leiterrahmens 6 in als solcher bekannter Weise die nun von der Einkapselung 5 mechanisch gehaltenen Stege 13 außerhalb der Einkapselung 5 zu Baustein-Anschlußstiften 21 abgewinkelt sind.

Es kann aber - abweichend von der Beispiels-Darstellung insbesondere in Fig. 1 - die Kunststoff-Einkapselung 5 und die Formstanzung des Leilcrrahmens 6 auch derart ausgelegt sein, daß dieser digital abgleichbare elektronische Uhren-Baustein 1 zugleich mechanische Halterungsfunktionen in einem Uhr-Werk übernimmt und beispielsweise, wie als solches bekannt, die Lagerfunktion einer Uhrwerks-Platine übernimmt (in der Zeichnung nicht dargestellt).

Der Abgleich des Uhren-Bausteines 1 erfolgt unter Betriebsbedingungen, mit eingesetztem Quarz 2, indem durch die Abgleichöffnung 8 hindurch beim darin gelegenen Abgleich-Netzwerk 3 durch Erosion (z.B. mittels Sandstrahlung oder mittels Laserlichts) oder durch Ausstanzung eine Unterbrechung 22 in wenigstens einigen der Abgleich-Leiterbahnen 15 hervorgerufen wird, bzw. wenigstens eine von mehreren unterbrochen-vorbereiteten Leiterbahnen 15 durch Überbrükkung an einen der Abgleich-Eingänge 16 angeschlossen wird. Dadurch wird in als solcher bekannter Weise eine Zähleroder Treiberschaltung hinter dem quarzstabilisierten Oszillator . innerhalb der integrierten Schaltung 4 derart eingestellt, daß sich, in Hinblick auf die gegebene Schwingfrequenz des Quarzes 2, die gewünschte Ausgangs-Impulsfolgefrequenz am Baustein 1 für die Ansteuerung von Zeitanzeigen einstellt.

Die z.B. in Fig. 1 dargestellte Befestigung des Schaltkreises 4 auf dem Filmband 12 ist fertigungs- und kostengünstiger, als das beim Filmbonden sonst übliche Einsetzen des Schaltkreises 4 in eine Ausnehmung im Filmmaterial, nämlich aufgesetzt auf in diese Ausnehmung hineinragende Metallisierungsenden, einer unter dem Filmband 12 liegenden Metallisierung 18. Das dagegen unter der Metallisierung 18 (mit auf deren Streifen 11 aufgesetztem Schaltkreis 4) ununterbrochen durchlaufende Filmband 12 erspart nämlich Bearbeitungsgänge und ergibt eine bessere mechanische Stabilität dieses testfertigen Zwischenstadiums bei der Fabrikation des Bausteines 1.

, ■ „ ■· . ·

12 -

Zusammenfassung

Bei einem abgleichbaren elektronischen Uhren-Baustein (1), bei dem ein Schwing-Quarz (2) und ein integrierter Schaltkreis (4) an einen Leiterrahmen (6) angeschlossen sind, soll eine flexiblere Abgleichmöglichkeit bei hoher Larjzeitstabilität des abgeglichenen Bausteins (1) erzielt werden. Dazu ist der integrierte Schaltkreis (4) an Metallisierungs-Streifen (11) der Metallisierung (18) eines Trägerfilmbandes (12) gebondet, auf dem auch ein Netzwerk (3) für digitalen Schwingfrequenz-Abgleich des Bausteins (1) durch Unterbrechen von Leiterbahnen (15) bzw. durch Überbrücken von Unterbrechungen (22) in Leiterbahnen (15) ausgebildet ist. Die Schaltkreisanschluß-Streifen (11) auf dem Träger-Filmband (12) sind mit Teilen des Leiterrahmens (6) verbunden, die beispielsweise als Baustein-Anschlußstifte (21) ausgebildet sind. Der Baustein (1) ist durch eine Kunststoff-Einkapselung (5) geschützt, die eine Halterungs-Ausnehmung (7) für den Schwing-Quarz (2) sowie eine Abgleich-Öffnung (8) als Zugang zum Abgleich-Netzwerk (3) aufweist.

(Fig. 1)

ι t t ι a · · ti» f ·

Bezugszeichenliste

1 Baustein

2 Schwing-Quarz

3 Abgleich-Netzwerk

4 Integrierter Schaltkreis

5 Kunststoff-Einkapselung

6 Leiterrahmen

7 Halterungs-Ausnehmung (für 2)

8 Abgleich-Öffnung (über 3)

9 Chip -Anschlüsse

I ο Lötbuckel

II Metallisierungs-Streifen

12 Träger-Filmband

13 Leiterrahmen-Stege

14 Schweißpunkte

15 Abgleich-Leiterbahnen (von 3)

16 Abgleich-Eingänge (bei 4)

17 Sammelschiene

18 Metallisierung (auf 12)

19 Leiterrahmen-Teile

20 Anschlußkontaktierung (von 2 auf 6/19)

21 Baustein-Anschlußstifte

22 Unterbrechung (in 15)

■ · I I

Claims (6)

- 1ο - Schutzansprüche

1. Abgleichbarer elektronischer Uhren-Baustein mit einem an einen Leiterrahmen angeschlossenen Schwing-Quarz und mit einem an den Leiterrahmen angeschlossenen inte-

^;'·■■■"' grierten Schaltkreis, wobei der integrierte Schaltkreis und ein Teil des Leiterrahmens unter Aussparung einer am Leiterrahmen angeschlossenen Abgleicheinrichtung von einer Kunststoff-Einkapselung umgeben sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kunststoff-Einkapselung (5) eine Halterungs-Ausnehmung (7) für den Schwing-Quarz (2) und eine Schwingfrequenz-Abgleichöffnung (8) aufweist und daß die Anschlüsse (9) des integrierten Schaltkreises (4) mit Metallisierungs-Streifen (11) eines Träger-Filmbandes (12) verbunden sind, die ihrerseits mit Leiterrahmen-Stegen (13) verbunden sind, wobei in der Trägerband-Metallisierung (18) eine Anzahl von durch die Abgleichöffnung (8) hindurch zugänglichen Abgleich-Leiterbahnen (15) gegeneinander abgegrenzt sind, die sich,ggf. auch unterbrochen, zwischen Abgleich-Eingängen (16) des integrierten Schaltkreises (4) und einer in der Filmband-Metallisierung (18) ausgebildeten Sammelschiene (17) erstrecken.

2. Uhren-Baustein nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Streifen (11) Verbindungen über Lötbuckel (1o) und über Schweißpunkte (14) aufweisen.

3. Uhren-Baustein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Schwing-Quarz(2) in die Halterungs-Ausnehmung (7) unter Anlage gegen Teile (19) des Leiterrahmens (6) eingesetzt ist. _ΛΛ

- 11 -

4. Uhren-Baustein nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß Enden dieser Leiterrahmen-Teile (19) als elektrische Anschlußkontaktierung (2o) des Schwingquarzes (2) ausgebildet sind.

5. Uhren-Baustein nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Leiterrahmen-Stege (13), zu Baustein-Anschlußstiften (21) abgewinkelt, aus der Kunststoff-Einkapselung (5) herausragen.

6. Uhren-Baustein nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Metallisierungs-Streifen (11) zwischen dem Filmband (12) und dem integrierten Schaltkreis (4) gelegen sind.