RU222294U1 - Конструкция микроминиатюрного тактового генератора с дифференциальными выходами - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в устройствах генерирования и формирования радиосигналов, в телекоммуникационных и навигационных системах, в космической технике, в устройствах мобильной связи, микропроцессорах и т.д., заключается в повышении механической надежности и повышении рабочих частот. Конструкция микроминиатюрного тактового генератора с дифференциальным выходом содержит установленные в прямоугольном корпусе крышку корпуса, выполненную с возможностью образования неразъемного соединения с расположенной на верхней поверхности корпуса монтажной рамкой, кварцевый элемент, выполненный в виде кварцевой пластины, интегральную микросхему и выводы, расположенные на нижней внешней поверхности корпуса. Ниже монтажной рамки внутри верхней части корпуса вдоль одной из коротких сторон установлены с зазором между собой две контактные площадки, на которые установлен кварцевый элемент, содержащий на каждой из поверхностей электрод и две контактные площадки, одна из которых соединена с электродом. Кварцевый элемент сопряжен выводами электродов с контактными площадками верхней части корпуса, нижняя внешняя поверхность корпуса содержит шесть выводов, расположенных вдоль двух противоположных сторон, которые соединены с контактными площадками верхней части корпуса. Интегральная микросхема расположена на дне корпуса и имеет на верхней поверхности вдоль двух противоположных сторон выводы, причем количество выводов на каждой из сторон различно. Ниже двух контактных площадок верхней части корпуса расположены контактные площадки, выполненные с возможностью соединения с помощью проводников с выводами интегральной микросхемы и электрически с выводами нижней внешней поверхности корпуса и с кварцевым элементом. Кварцевый элемент дополнительно опирается на площадку, расположенную внутри верхней части корпуса вдоль короткой стороны, противоположной стороне с двумя контактными площадками.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в устройствах генерирования и формирования радиосигналов, в телекоммуникационных и навигационных системах, в космической технике, в устройствах мобильной связи, микропроцессорах и т.д.

Известен корпус электронного компонента (кварцевого генератора), который содержит углубление, предусмотренное в центральной части верхней части керамической подложки, соединительную контактную площадку, предусмотренную на нижней поверхности углубления или в полочной части ступени для обеспечения электропроводности с полупроводниковым элементом, удерживающую контактную площадку для обеспечения состояния электропроводности путем удержания кварцевого генератора в самой верхней части полки и контактные площадки внешнего соединения, предусмотренные в четырех углах нижней поверхности. Заземляющие клеммы предусмотрены на нижней поверхности многослойной керамической подложки, и каждая из площадок заземляющих клемм имеет состояние электропроводности с удерживающей контактной площадкой (заявка на изобретение JP 2016111242 А, опубликовано 20.06.2016г.).

Недостатком известного корпуса электронного компонента является соединение пьезоэлемента и корпуса только с одной стороны, что при воздействии вибраций и механических факторов может вызвать отрыв пластины пьезоэлемента от корпуса. Наличие большого количества электродов на пьезоэлементе приводит к усложнению специализированной оснастки и применению более высокоточных приборов для изготовления корпуса (установка лазерной резки, координатный станок и т.д.).

Известна конструкция пьезоэлектрического генератора, расположенного в корпусе и содержащего кварцевый генератор и микросхему в углублении корпуса, сформированного из керамического материала. Проводящая схема предусмотрена на обеих сторонах клеммы цепи, соединенной с выходной клеммой микросхемы. Проводящая схема соединена с клеммой заземления вне монтажных клемм (заявка JP 2017050773 А, опубликована 09.03.2017 г.).

К недостаткам известного пьезоэлемента можно отнести наличие большого количества электрических соединений, а, следовательно, и слоев металлокерамического корпуса, что в результате усложняет конструкцию, а также то, что большие размеры возбуждающих электродов не позволяют обеспечить необходимую высокую рабочую частоту и приводят к увеличению динамического сопротивления.

Известна упаковка электронного компонента, содержащая первый слой, на котором установлен кварцевый резонаторный элемент; второй слой, который соединен с первым слоем и на котором установлен элемент микросхемы; третий слой, который соединен с поверхностью второго слоя, которая противоположна по направлению к поверхности второго слоя, на которой смонтирован элемент микросхемы; панель подключения, которая предусмотрена на первом уровне; вывод внешней боковой поверхности, который электрически соединен с контактной площадкой; проводка резонансного элемента, которая электрически соединяет контактную площадку и клемму внешней боковой поверхности друг с другом, в которой проводка резонансного элемента расположена между третьим слоем и вторым слоем, и включает в себя проводку клеммы, которая соединена с клеммой внешней боковой поверхности и межслойная проводка, соединяющая контактную площадку и клеммную проводку (заявка US 2018097474 А, опубликована 05.04.2018 г.).

К недостаткам известного пьезоэлемента можно отнести недостаточно высокую надежность, связанную с верхним монтажом микросхемы, наличием золотых контактов и одной точкой крепления пьезоэлемента. Кроме того, электрическая цепь микросхемы построена таким образом, что заземляющие контакты подключены к нижней поверхности микросхемы, которая, в свою очередь, через токопроводящий клей соединена с заземляющим слоем корпуса, таким образом, все внутренние элементы микросхемы заземлены.

В качестве наиболее близкого технического решения заявляемой полезной модели выбрана конструкция тактового пьезоэлектрического генератора, содержащая основной корпус, имеющий вогнутую часть; крышку, прикрепленную к основному корпусу для образования герметичного соединения; кристаллическую пластину, удерживаемая внутри корпуса; интегральную микросхему, в которой используется кристаллическая пластина, имеющая множество клеммных электродов на одной их главной поверхности; и четыре вывода, расположенных на нижней внешней поверхности корпуса и множество соединительных клеммных участков, сформированных на нижней поверхности вогнутой части, так что каждый из соединительных клеммных участков соответствует одному из клеммных электродов, при этом клеммные электроды и соединительные клеммные части соединены друг с другом через выступ, так что микросхема прикреплена к нижней поверхности (патент на изобретение US 6445254 В, опубликовано 03.09.2002 г.).

К недостаткам ближайшего аналога можно отнести отсутствие возможности использования микросхемы с дифференциальным выходным сигналом, обусловленное наличием только четырех выводов на нижней внешней поверхности корпуса. Кроме того, поскольку контактные площадки электродов находятся на противоположных сторонах пьезоэлемента (электрическое соединение проходит через весь пьезоэлемент), то такая конструкция генератора не позволяет обеспечить высокие рабочие частоты.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается заявляемой полезной моделью, является создание новой конструкции микроминиатюрного тактового генератора с дифференциальными выходом, получение рабочих частот от 6,25 МГц до 250 МГц в серийном производстве и возможность применения пьезоэлементов как на основной гармонике (первый порядок механических колебаний), так и на третьем порядке механических колебаний.

Технический результат, получаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в возможности работы генератора с дифференциальным выходным сигналом в микроминиатюрном металлокерамическом корпусе 5,0×3,2×1,3 мм.

Технический результат достигается тем, что микроминиатюрный пьезоэлектрический генератор с дифференциальными выходами, содержащий установленные в прямоугольном корпусе крышку корпуса, выполненную с возможностью образования неразъемного соединения с расположенным на верхней поверхности корпуса сварным кольцом, кварцевый элемент, выполненный в виде кварцевой пластины, интегральную микросхему и выводы, расположенные на нижней внешней поверхности корпуса, согласно полезной модели ниже сварного кольца внутри верхней части корпуса вдоль одной из коротких сторон установлены две контактные площадки, на которые установлен кварцевый элемент, содержащий на каждой из поверхностей электрод и две контактные площадки, одна из которых соединена с электродом, причем кварцевый элемент сопряжен выводами электродов с контактными площадками верхней части корпуса, нижняя внешняя поверхность корпуса содержит шесть выводов, расположенных вдоль двух противоположных сторон, которые соединены с контактными площадками верхней части корпуса; при этом интегральная микросхема расположена на дне корпуса и имеет на верхней поверхности вдоль двух противоположных сторон выводы, причем количество выводов на каждой из сторон различно; ниже двух контактных площадок верхней части корпуса расположены контактные площадки, выполненные с возможностью соединения с помощью проводников с выводами интегральной микросхемы и электрически с выводами нижней внешней поверхности корпуса и с кварцевым элементом, который дополнительно опирается на площадку, расположенную внутри верхней части корпуса вдоль короткой стороны, противоположной стороне с двумя контактными площадками.

Достижение технического результата обусловлено конструктивными особенностями заявленного генератора, а именно благодаря использованию дополнительных выводов в нижней внешней части корпуса, электрически соединенных с двумя контактными площадками интегральной схемы, что позволяет получать дифференциальный выходной сигнал.

Настоящая полезная модель поясняется чертежами (фиг. 1-5), пример выполнения конструкции микроминиатюрного тактового генератора с дифференциальным выходом на которых, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения заявленного технического результата.

На фиг. 1 представлена схема компоновки тактового пьезоэлектрического генератора, на фиг. 2 - вид генератора снизу, на фиг. 3 изображено сечение генератора по линии А-А на фиг. 1, на фиг. 4 - вид генератора сверху (крышка и пьезоэлемент условно не показаны), на фиг. 5 слева - вид сверху пьезоэлемента, на фиг. 5 справа - вид снизу пьезоэлемента.

Согласно полезной модели конструкция микроминиатюрного тактового генератора с дифференциальным выходом включает корпус генератора 2, кварцевый элемент 11, который присоединен к контактным площадкам 3а и 3b корпуса генератора 2, элемент интегральной схемы 6. Такой генератор используется для произведения опорного сигнала, который применяется в электронном оборудовании и т.д. Корпус генератора является металлокерамическим с размерами 5,0×3,2×1,3 мм. Интегральная микросхема на выходе обеспечивает дифференциальный сигнал в широком диапазоне частот от 6,25 МГц до 250 МГц.

Корпус генератора 2 имеет прямоугольную форму и функционирует в качестве монтажной структурной единицы для установки элемента интегральной схемы 6 и кварцевого элемента 11. В корпусе генератора 2 на верхней поверхности предусмотрены контактные площадки 3а и 3b для установки кварцевого элемента 11. В шести местах нижней поверхности корпуса генератора 2 имеются контактные площадки 4 (далее - выводы 4), как показано на фиг.2.

Корпус генератора 2 сделан из керамического материала и сформирован в цельную конструкцию.

Контактные площадки 3а и 3b предусмотрены в паре на верхней поверхности корпуса генератора 2 и примыкают друг к другу вдоль одной стороны корпуса. Контактные площадки 3а и 3b электрически связаны с выводами 4, которые предусмотрены на нижней поверхности корпуса генератора 2.

Выводы 4 предусмотрены в шести местах нижней поверхности корпуса генератора 2 и конфигурируются первым выводом 4a, вторым выводом 4b, третьим выводом 4c, четвертым выводом 4d, пятым выводом 4e и шестым выводом 4f. Вывод 4с соединен со сварным кольцом 1, как показано на фиг.1, на корпусе генератора 2.

В качестве прибора для измерения электрических характеристик, который используется при измерении характеристик кварцевого элемента 11, используется сетевой анализатор и т.д., который может измерять резонансную частоту и полное сопротивление кварцевого элемента 11, а также индуктивность, емкость и другие аналогичные параметры. Конфигурация контактных штырьков формируется высокоэлектропроводными штырьками, которые получают нанесением позолоты на поверхность сплава из меди, серебра и т.д., и розетками, у которых есть пружинящее свойство ослабления воздействия на контакт. Измерение выполняют путем их контакта с измерительными контактными площадками 4 при нажатии на последние.

Выводы 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f служат для монтажа на монтажной плате электронного оборудования или подобных устройств (фиг. 2).

Кварцевый элемент 11, как показано на фиг.1 и фиг.3, присоединяется к контактным площадкам 3а, 3b, 3с с помощью токопроводящего клея 13. Кварцевый элемент 11 играет роль генератора опорного сигнала электронного аппарата или подобного устройства путем устойчивой механической вибрации и пьезоэлектрического эффекта.

У кварцевого элемента 11 есть структура, как показано на фиг.1, в которой электроды возбуждения 10 (a и b) и выводные электроды 9 (a и b) прикреплены к верхней и нижней поверхности пластины кварцевого элемента 8. Электроды возбуждения 10 формируют путем осаждения металла на верхней и нижней поверхности пластины кварцевого элемента 8 с помощью заранее определенных шаблонов. Электроды возбуждения 10 представлены первым электродом возбуждения 10a на верхней поверхности и вторым электродом возбуждения 10b на нижней поверхности. Как показано на фиг. 5, выводные электроды 9 выводятся из электродов возбуждения 10 по направлению к одной стороне пластины кварцевого элемента 8. Выводные электроды 9 представлены первым выводным электродом 9a на верхней поверхности и вторым выводным электродом 9b на нижней поверхности. Первый выводной электрод 9a выводят из первого электрода использования возбуждения 10a в такой степени, чтобы он вытягивался по направлению к одной стороне пластины кварцевого элемента 8. Второй выводной электрод 9b выводят из второго электрода возбуждения 10b в такой степени, чтобы он вытягивался к одной стороне пластины кварцевого элемента 8. Таким образом, выводные электроды 9 предусмотрены в формах вдоль коротких сторон пластины кварцевого элемента 8. Далее, в настоящем исполнении, кварцевый элемент 11 фиксируется на контактные площадки 3а и 3b корпуса генератора 2 с помощью токопроводящего клея 13, и определяется как неподвижный.

Заявленная полезная модель работает следующим образом.

Кварцевый элемент 11 разработан таким образом, чтобы, когда переменное напряжение с внешней стороны прилагается от выводных электродов 9 через электроды возбуждения 10 к пластине кварцевого элемента 8, пластина 8 вызывала возбуждение в заданных режимах вибрации или частоте.

Кварцевый элемент 11 может быть изготовлен следующим образом. Сначала кварцевый элемент 11 отрезают от искусственного кристалла под заданным углом реза и формируют скос для того, чтобы сделать толщину периферической части пластины кварцевого элемента 8 тоньше для того, чтобы центральная часть пластины кварцевого элемента 8 стала более толстой, чем периферийная часть пластины кварцевого элемента 8. Затем производят кварцевый элемент 11, формируя электроды возбуждения 10 и выводные электроды 9 с помощью осаждения металлических покрытий на двух основных поверхностях пластины кварцевого элемента 8, используя технологию напыления.

Кварцевый элемент 11 закрепляется в корпусе генератора 2 следующим образом. Сначала дозированная часть токопроводящего клея 13 наносится на первую контактную площадку 3a, вторую контактную площадку 3b и третью контактную площадку 3c. Затем токопроводящий клей 13 отверждается и дает усадку при тепловом отверждении. Кварцевый элемент 11 тем самым приклеивается к контактным площадкам 3а, 3b, 3с. То есть первый выводной электрод 9a кварцевого элемента 11 присоединяется ко второй контактной площадке 3b, а второй выводной электрод 9b присоединяется к первой контактной площадке 3a. Контактная площадка 3а электрически соединена с контактной площадкой 5b корпуса генератора 2, а контактная площадка 3b электрически соединена с контактной площадкой 5c корпуса генератора 2.

Токопроводящий клей 13 состоит из силиконовой смолы или другого связующего вещества, в котором содержится проводящий наполнитель, образованный проводящим порошком. В качестве проводящего порошка используют порошок из алюминия, молибдена, вольфрама, платины, палладия, серебра, титана, никеля и пермаллоя или порошок, содержащий комбинацию из указанных элементов. В качестве связующего вещества используют, например, силиконовую смолу, эпоксидную, полиимидную или бисмалеимидную смолы.

В качестве элемента интегральной схемы (ИС) 6 используют, например, прямоугольную ИС, у которой есть множество контактных площадок. Выходной сигнал, который генерируется в данной генераторной схеме, выходит через четвертый вывод 4d корпуса генератора 2 за пределы кварцевого генератора и используется, например, в качестве опорного сигнала такого, как синхронизирующий сигнал.

Элемент интегральной схемы 6, как показано на фиг.1 и фиг.4, имеет прямоугольную форму и семь выводов на верхней поверхности. Четыре вывода 7а, 7b, 7с, 7d располагаются вдоль одной стороны, и три других располагаются вдоль стороны, которая смотрит на первую сторону, при этом выводы 7f и 7g отвечают за формирование выходного дифференциального сигнала.

Проводящий связующий материал 14 состоит, например, из серебряной пасты или припоя, содержащего свинец. Далее, проводящий связующий материал 14 содержит растворитель, который добавляется для регулирования вязкости, облегчающей покрытие.

Элемент интегральной схемы 6, как показано на фиг.1, монтируется на площадке, как показано на фиг.1, корпуса генератора 2 с помощью проводящего связующего материала 14. Далее выводы 7а, 7b, 7с, 7d, 7е, 7f, 7g, как показано на фиг. 1, расположенные в периферийных областях интегральной микросхемы 6, как показано на фиг.1, фиг.3 и фиг. 4 соединяются с контактными площадками 5а, 5b, 5с, 5d, 5е, 5h, 5i корпуса генератора 2 проволокой 15 из золота или алюминия: (7a-5a, 7b-5b, 7c-5c, 7d-5d, 7e-5e, 7f-5h, 7g-5i). Контактные площадки 5a, 5d, 5е, 5h, 5i электрически соединяются посредством схем соединения с выводами 4a, 4c, 4d, 4e, 4f. Контактные площадки 5b и 5c электрически соединяются посредством схем соединения с кварцевым элементом 11. Третий вывод 4c играет роль клеммы заземления посредством соединения с опорной монтажной площадкой, которая соединена с землей в качестве опорного потенциала на монтажной плате электронного оборудования или подобного устройств.

Крышка 12 формируется, например, сплавом, содержащим, как минимум, один из элементов: железо, никель и кобальт. Такая крышка 12, как показано на фиг.1, предназначена для воздухонепроницаемого запечатывания корпуса генератора 2 в вакуумном состоянии, заполненный газом азота или подобным газом. А именно, в заданной атмосфере, крышку 12 помещают на корпус генератора 2, прикладывают заданный ток, и выполняют шовную роликовую сварку таким образом, чтобы сварное кольцо 1 корпуса генератора 2 и герметизирующая структурная единица 16 крышки 12, как показано на фиг.3, были сварены вместе, тем самым крышка 12 прикрепляется к корпусу генератора 2.

Claims (1)

1. Микроминиатюрный пьезоэлектрический генератор с дифференциальными выходами, содержащий установленные в прямоугольном корпусе крышку корпуса, выполненную с возможностью образования неразъемного соединения с расположенным на верхней поверхности корпуса сварным кольцом, кварцевый элемент, выполненный в виде кварцевой пластины, интегральную микросхему и выводы, расположенные на нижней внешней поверхности корпуса, отличающийся тем, что ниже сварного кольца внутри верхней части корпуса вдоль одной из коротких сторон установлены две контактные площадки, на которые установлен кварцевый элемент, содержащий на каждой из поверхностей электрод и две контактные площадки, одна из которых соединена с электродом, причем кварцевый элемент сопряжен выводами электродов с контактными площадками верхней части корпуса, нижняя внешняя поверхность корпуса содержит шесть выводов, расположенных вдоль двух противоположных сторон, которые соединены с контактными площадками верхней части корпуса; при этом интегральная микросхема расположена на дне корпуса и имеет на верхней поверхности вдоль двух противоположных сторон выводы, причем количество выводов на каждой из сторон различно; ниже двух контактных площадок верхней части корпуса расположены контактные площадки, выполненные с возможностью соединения с помощью проводников с выводами интегральной микросхемы и электрически с выводами нижней внешней поверхности корпуса и с кварцевым элементом, который дополнительно опирается на площадку, расположенную внутри верхней части корпуса вдоль короткой стороны, противоположной стороне с двумя контактными площадками.