DE3144626C2 - Quarzkristallschwinger - Google Patents

Abstract

Ein Quarzkristallschwinger weist ein Quarz kristall schwin ger element auf, das enthält: eine Quarzkristallplatte mit Vorder- und Rückseite, eine erste Erregungselektrode, die an der Vorderseite der Quarzkristallplatte an deren Mittelteil vorgesehen ist, eine erste Verbindungselektrode, die radial von der ersten Erregungselektrode an der Vorderseite weggeführt ist, eine erste Stützelektrode, die mit der ersten Verbindungselektrode verbunden ist und die stückweise längs des gesamten Umfangs der Quarzkristallplatte an deren Vorderseite vorgesehen ist, eine zweite Erregungselektrode, die an der Rückseite der Quarzkristallplatte an deren Mittelteil an einer Stelle vorgesehen ist, die unter der ersten Erregungselektrode liegt, eine zweite Verbindungselektrode, die radial von der zweiten Erregungselektrode an der Rückseite weggeführt ist, und eine zweite Stützelektrode, die mit der zweiten Verbindungselektrode verbunden ist und die stückweise über im wesentlichen den gesamten Kreisbereich vorgesehen ist, der innerhalb des Umfangs der Quarzkristallplatte an der Rückseite so liegt, daß die zweite Stützelektrode nicht die erste Stützelektrode überlappt. Ein erster Anschlußstift ist mit der ersten Stützelektrode an irgendeinem Punkt verbunden und ein zweiter Anschlußstift ist mit der zweiten Stützelektrode an irgendeinem Punkt verbunden.

Description

dadurch gekennzeichnet,

g) daß die erste Stützelektrode (13; 13a, 136, 13c, t3d) über im wesentlichen dem gesamten Umfang der Quarzkristallplatte vorgesehen ist,

h) daß die zweite Stützelektrode (13a' 136', 13c', 13d') über im wesentlichen dem gesamten Kreisbereich der Quarzkristallplatte vorgesehen ist und

i) daß die zweite Stützelektrode innerhalb des Umfangs der Quarzkristallplatte angeordnet ist, so daß die zweite Stützelektrode nicht die erste Stützelektrode überlappt.

2. Quarzkristallschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Verbindungselektrode an der Vorder- und Rückseite so angeordnet sind, daß sie nicht einander überlappen.

3. Quarzkristallschwinger nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine ausgesparte Frequenzeinstellmaske, die einstückig mit der Halterbasis gebildet ist, wobei die Frequenzeinstellmaske ein Fenster zum Einstellen der Frequenz des Quarzkristallschwingerelements und ein Fenster zum Befestigen des Quarzkristallschwingerelements an den Anschlußstiften aufweist.

4. Quarzkristallschwinger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Positioniereinrichtungen innerhalb der Frequenzeinstellmaske zum Halten des Quarzkristallschwingerelements vorgesehen sind.

5. Quarzkristallschwinger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Positioniereinrichtungen innerhalb der Frequenzeinstellmaske zum Halten beider Seitenkanten und der unteren Kante des Quarzkristallschwingerelemcnts vorgesehen sind.

6. Quarzkristallschwinger nach Anspruch 1, ge-

kennzeichnet durch einen Halter zum Halten des Quarzkristallschwingerelements, der eine Halterbasis mit zwei Anschlußstiften und eine ausgesparte Frequenzeinstellmaske enthält, die einstückig mit der Halterbasis gebildet ist wobei die Frequenzeinsteümaske ein Fenster zum Einstellen der Frequenz des Quarzkristallschwingerelements und ein Fenster zum Befestigen des Quarzkristallschwingerelements an den Anschlußstiften aufweist, und wobei die erste und die zweite Stützelektrode des Quarzkristallschwingerelements mit jeweils einem der beiden Anschlußstifte verbunden wird, nachdem das Quarzkristallschwingerelement in die ausgesparte Frequenzeinstellmaske des Halters eingesetzt worden ist

Die Erfindung geht aus von einem Quarzkristallschwinger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Quarzkristallschwinger ergeben sehr stabile Schwingungsfrequenzen und werden deshalb in großem Umfang als Oszillatoren verwendet, um Taktsignale in Computern oder elektronischen Uhren zu erzeugen.

Entsprechend dem Grundaufbau der Quarzkristallschwinger der voranstehend beschriebenen Art ist ein Quarzkristallschwingerelement, wie ein kreis- und plattenförmiger temperaturabhängiger Quarzkristall, mit an dessen beiden Seiten gebildeten Elektroden hermetisch in ein Metallhaltergehäuse eingedichtet, wobei die Elektroden des Schwingers von dem Haltergehäusc mittels äußerer Anschlußstifte, die mit den Elektroden innerhalb des Gehäuses verbunden sind, herausgeführt sind. Das Herstellungsverfahren ist wie folgt. Zuerst wird ein temperaturabhängiges Quarzkristallelement, das eine Ring- oder Rechteckform hat, vorbereitet und beide Seiten des Kristalls werden poliert. Die Seiten können erforderlichenfalls bis zu Spiegelflächen poiiert werden. Als nächstes wird jede Seite des Kristalls mit einer kreisförmigen oder elliptischen Erregerelektrode und mit einem Verbindungsleiter versehen, der sich von der Erregungselektrode zum Umfang des Kristalls längs dessen Oberfläche erstreckt. Dies ergibt das vollständige Quarzkristallschwingerelement. Gleichzeitig wird ein Metallbasisorgan vorgesehen. Das Basisorgan ist von zwei äußeren Anschlußstiften durchdrungen, die gegenüber dem Basisorgan hermetisch abgedichel und elektrisch isoliert sind. Als nächstes werden die oberen Enden der Anschlußstifte in eine ringartige Gestalt gcrundet, um Klammern zu bilden. Die Umfangsteile der verbindenden Leiter an beiden Seiten des Quarzkristallschwingerelements werden zwischen die Klammern eingeklemmt und ein elektrisch leitfähiger Klebstoff wird an den Teilen angebracht, wo die Klemmung ausgeführt wird. Wenn somit der Klebestoff härtet, wird das Quarzkristallschwingerelement fest an den Anschlußstiften festgelegt. Das Quarzkristallschwingerelement wird dann mit einer Maske bedeckt, die Fenster an den Teilen aufweist, die den Erregungselektroden an dem Schwingerelement gegenüberliegen. Während der tatsächlichen Schwingung des Schwingerelements in einem Oszillator wird ein dünner Metallfilm auf den Erregungselektroden durch die entsprechenden Fenster der Maske mittels Dampf niedergeschlagen, wodurch die Schwingungsfrequenz auf einen gewünschten Wert eingestellt wird. Zuletzt wird die Maske cntrcrnt, das Schwingerelement mit einer Metallkappe bedeckt und Stickstoff in den durch den Spalt eingeschlossenen

Raum dicht eingeschlossen.

Bei dom bekannten oben beschriebenen Quarzkristallschwinger entstehen Probleme, wenn das Schwingcrclement zwischen die Klammern, die επ den Enden der Anschiußstifte vorgesehen sind, geklemmt wird. Insbesondere ist es erforderlich, daß das Schwingerelement so in Stellung gebracht wird, daß es die· Verbindungsleiter an seinen beiden Seiten in eine Stellung gegenüber den Klammern bringt und es ist auch erforderlich, daß die Frequenzeinstellmaske angebracht und abgenommen wird. Diese Vorgänge sind arbeits- und zeitaufwendig und verringern somit nicht nur den Wirkungsgrad des Montagevorgangs, sondern machen es auch unmöglich, eine Montage in voll automatischer Weise auszuführen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Quarzkristallschwinger zu schaffen, bei dem bei der Verbindung von zwei äußeren Anschlußstiften mit dem Umfang eines Quarzkristallschwingerelem.-nts, das mit einer Erregerelektrode an jeder Seite versehen ist, einer der äußeren Anschlußstifte immer mit einer der Erregungsclektroden verbunden ist und daß der andere äußere Anschlußstift immer mit der anderen Erregerelektrode verbunden ist, ohne Rücksicht darauf, wo die äußeren Anschlußstifte Kontakt mit dem Umfang des Schwingerelements an dessen Vorder- und Rückenseiten machen. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird auch die Wirkungsgrad der Montage erhöht, indem die Frequenzeinstellmaske einstückig mit der Halterbasis gebildet wird, um die Anbring- und Abnahmeschritte zu vermeiden.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der ist

F i g. l(A) eine abgewinkelte Ansicht eines Quarzkrislallschwingers nach der Erfindung,

F i g. l(B) eine Ansicht zum Erläutern der Lage der in Fig. 1 (A) gezeigten Abwicklung,

K i g. 2 eine Draufsicht einer Maske,

F i g. 3(A) eine perspektivische Ansicht eines Quarzkristallschwingers nach der Erfindung,

F i g. 3(B) eine Vorderansicht des in F i g. 3(A) gezeigten Quarzkristallschwingers,

F i g. 4 bis 7 Ansichten von alternativen Ausführungsformen der Elektrodenmuster nach der Erfindung,

F i g. 8 eine Vorderansicht eines Halters,

Fig.9 eine Draufsicht des in Fig.8 gezeigten Halters,

Fig. 10 eine Vorderansicht des Quarzkristallschwingerelements,

F i g. 11 eine Vorderansicht des Quarzkristallschwingerelements in montiertem Zustand und

F i g. 12 eine Draufsicht der Anordnung der F i g. 11.

Gemäß F i g. l(A) sind die Vorderseite S und die Rückseite R des Quarzkristallschwingers der Erfindung in eine Ebene in den Richtungen und B in Fig. l(B) geöffnet, und zwar gesehen aus der Richtung C. Eine Errcgungselektrode 11 ist in der Mitte der Vorderseite 5 gcbiiuci. Vier Vcrbiiiuuiigscickiruücii i2a, 120, i2c" und 12</sind an der Vorderseite S gebildet, indem diese radial vom Umfang der Erregungselektrode 11 verlaufen. Stützelektroden 13a, 136, 13c und 13c/sind getrennt voneinander benachbart dem Umfang des Quarzkristalls 10 an dessen Vorderseite 5 gebildet, wobei die Stützelektroden sich längs des Umfangs erstrecken, um einen Kreis zu bilden, wobei jede Stützelektrode ungefähr ein Viertel des Kreises einnimmt Das Verbindungselektrodensegment \2s ist mit der Stützelektrode 13a verbunden. In gleicher Weise sind die Verbindungseiektrodensegmente 126,12c und 12c/ jeweils mit den Stützelektroden 136, 13c und 13c/ verbunden. Eine Erregungjelektrode XX' ist in der Mitte der Rückseite R des Quarzkristalls 10 so gebildet daß sie die Erregungselektrode 11 überlappt Vier Elektroden 12a', 126", 12c'und \2d' sind an der Rückseite des Quarzkristalls 10 gebildet, indem diese radial vom Umfang der Erregungselektrode XX' verlaufen, und sie sind so angeordnet, daß sie nicht die Verbindungseiektrodensegmente 12a bis X2d an der Vorderseite S des Quarzkristalls überlappen. Stützelektroden 13a', 136', 13c' und 13c/' sind getrennt voneinander an der Rückseite R des Quarzkristalls an Stelien gebildet, die etwas innerhalb des Umfangs des Kristalls liegen, wobei die Stützelektroden sich längs des Umfangs erstrecken, um einen Kreis zu bilden, bei dem jede Stützelektrode ungefähr ein Viertel des Kreises einnimmt. Die Stützelektroden 13a'bis 13c/'sind so angeordnet, daß sie nicht die Stützelektroden 13a bis 13c/ überlappen. Das Verbindungselektrodensegment 12a'ist mit der Stützelektrode 13a'verbunden. In gleicher Weise sind die Verbindungseiektrodensegmente 126', 12c' und X2d' mit den Stützelektroden 136', 13c', 13c/'verbunden.

Die Erregungselektroden 11 und 11', die Verbindungseiektrodensegmente 12a bis YId und 12a'bis 12c/' und die Stützelektroden 13a bis XZd und 13a' bis X3d' sind auf den jeweiligen Vorder- und Rückseiten des Quarzkristalls in folgender Weise gebildet. Wie F i g. 2 zeigt, werden zuerst für die Vorder- und Rückseiten des Quarzkristalls zwei Masken 14 mit einer öffnung 21 zum Bilden einer Erregungselektrode, mit einer öffnung 21 zum Bilden einer Erregungselektrode, mit einer öffnung 22 zum Bilden eines Verbindungselektrodensegments und mit einer Öffnung 23 zum Bilden einer Stützelektrode vorbereitet Als nächstes werden die beiden Masken so angeordnet, daß sie den Quarzkristall von jeder seiner Seiten überlappen. Dem folgt ein Dampfniederschlag eines dünnen Films aus Aluminium auf beide Seiten des Quarzkristalls über die öffnungen in der Maske, um die erwähnten Elektroden an beiden Seiten des Quarzkristalls gleichzeitig zu bilden.

Das Quarzkristallschwingerelement mit dem voranstehend erläuterten Aufbau ist mit Zuführungsdrähten in der in F i g. 3 gezeigten Art verbunden. Gemäß Fig.3(A) ist ein Ende eines Zuführungsdrahts 50 an einem Punkt des Umfangs des Quarzkristallschwingers an dessen Vorderseite gelegen und ist in Kontakt mit der Stützelektrode, beispielsweise der Stützelektrode 13c, die an diesem Punkt angeordnet ist, gebracht. Die Spitze des Zuführungsdrahts 50 ist an der Stützelektrode 13c durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff festgelegt. Dies ergibt eine elektrische Verbindung zwischen dem Zuführungsdraht 50 und der Erregungselektrode 11 und befestigt den Zuführungsdraht 50 an dem Quarzkristallschwingerelement. In gleicher Weise ist ein Ende des Zuführungsdrahts 60 an einem Punkt an einer Stützelektrode, die an der Rückseite R des Quarzkrisiaüschwingers vorgesehen ist, gelegen und ist daran durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff festgelegt, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Zuführungsdraht 60 und der Erregungselektrode 11' herzustellen und den Zuführungsdraht 60 an dem Quarzkristallschwingerelement zu befestigen. Zum Befestigen des Quarzkristallschwingerelements an einer Basis 4 wird das Quarzkristallelement 10 an der Basis mit einer

Neigung in bezug auf eine Linie angebracht, welche die Zuführungsdrähte 50 und 60 verbindet, wie in F i g. 3(B) gezeigt ist.

Gemäß F i g. 4 bis 7 ist keine Überlappung zwischen den Elektrodensegmenten 12, die von der Erregungselektrode 11 an der Vorderseite wegführen, und den Elektrodensegmenten vorhanden, die von der Erregungselektrode 11' an der Rückseite wegführen, und ist keine Überlappung zwischen den Stützelektroden 13 an der Vorderseite und den Stützelektroden an der Rückseite vorhanden. Die Streukapazität des Quarzkristallschwingers ist somit so klein wie möglich gemacht. Bei der Ausführungsform der F i g. 7 ist die Anordnung derart getroffen, daß die Endteile jeder Stützelektrode 13 schräg geformt sind, so daß benachbart Endteüe einan- t5 der zu überlappen scheinen, und zwar gesehen von der Mitte der Erregungselektrode 11.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der ein Quarzkristallschwingerelement der vorstehend beschriebenen Art in einem Quarzkristall-Schwingerhalter mit einer Maske zur Frequenzfeineinstellung aufgenommen ist

Gemäß den F i g. 8 und 9 enthält bei einem Quarzkristallschwingerhalter eine Halterbasis 111 aus Kunststoff o. dgl. eingesetzte äußere Anschlußstifte 112, die als Organe zum Halten des Quarzkristallelements dienen. Eine Einstellmaske 113 ist an dem oberen Teil der Halterbasis 111 vorgesehen, in dem diese miteinander einstükkig gegossen sind. An beiden Seiten der Einstellmaske 113 sind etwa an deren mittleren Teil Einstellfenster 114, von denen nur eines zu sehen ist, angeordnet An beiden Seiten der Einstellmaske 113 sind des weiteren an den äußeren Kontaktstiften 112 gegenüberliegenden Stellen Fenster 115 vorgesehen, von denen nur eines zu sehen ist Die Einstellmaske 113 begrenzt eine zylindrische öffnung, die an ihrem oberen Teil offen ist 116 bezeichnet ein an der Halterbasis 111 angebrachtes Organ zum Positionieren des Quarzkristallelements, wobei das Positionierorgan 116 eine Führungsnut 117 aufweist, wie in F i g. 9 dargestellt ist. Positionierorgane 118 sind an der Innenfläche der Seite der Einstellmaske 113 vorgesehen und sind wiederum mit Führungsnuten 119 versehen.

F i g. 10 zeigt in der Vergrößerung ein Quarzkristallschwingerelement 120, das gleichartig dem in F i g. 1 gezeigten Element ist Beide Seiten des Quarzkristall-Schwingerelements 120 sind mit Erregungselektroden 121 versehen, von denen nur eine zu sehen ist, die aus Silber oder Aluminium od. dgl. bestehen und durch ein Dampfniederschlagverfahren hergestellt sind, und sind auch mit Stützelektroden 122 versehen, die durch ein Dampfniederschlagverfahren derart gebildet sind, daß sie die Erregungselektroden 121 umgeben und mit diesen verbunden sind. Die Stützelektroden 122 sind so vorgesehen, daß sie meistens den gesamten Umfang bedecken, um zu ermöglichen, daß jede Stelle als Befestigungsstelle verwendet werden kann.

Um das Quarzkristallschwingerelement 120 an dem Halter anzubringen, wird der Schwinger 120 in der öffnung an der Oberseite der Einstellmaske angeordnet und längs der Führungsnut 119 an den Positionierorganen 118 eingesetzt bis es in die Raststellung in der Führungsnut 117 des Positionierorgans 116 kommt Die Stützelektroden 122 werden dann an den äußeren Anschlußstiften 112 mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff befestigt, der durch die Fenster 115, die in der Einstellmaske 113 vorgesehen sind, angebracht ist Dies vervollständigt den Montagevorgang.
Die Frequenz des montierten Quarzkristallschwingers 112 kann in folgender Weise eingestellt werden. Der Halter wird in einer Vakuummetallisiereinrichuing angeordnet und ein Niederschlagsmaterial derselben Art wie die Erregungselektroden 121 wird auf den Errcgungselektroden 121 des Quarzkristallschwingers 120 über die Einstellfenster 114 niedergeschlagen. Dies ergibt einen fertigen Quarzkristallschwinger mit einer gewünschten Frequenz. Nach diesem Schritt wird eine Metallkappe 123 zum Bedecken der Einstellmaske 113 über der Halterbasis 111 angebracht, um die Anordnung zu schützen.

Wie voranstehend beschrieben, kann gemäß der Erfindung ein Zuführungsdraht in Kontakt mit einer Stützelektrode an irgendeiner Stelle gebracht werden, wobei die Stützelektrode stückweise um im wesentlichen den ganzen Umfang des Quarzkristallschwingerelements an dessen Vordeseite vorgesehen ist. Ein weiterer Zuführungsdraht kann in Kontakt mit einer Stützelektrode an irgendeiner Stelle gebracht werden, wobei diese Stützelektrode stückweise an im wesentlichen einer Stellung vorgesehen ist, die innerhalb des Quarzkristallschwingerelements an dessen Rückseite angebracht ist. Dies vermeidet den beim Stand der Technik auftretenden Nachteil, nämlich die Schwierigkeit, die mit dem Positionieren des Quarzkristallschwingerelements und mit dem Verbinden der Zuführungsdrähte mit den Stützeleklroden verbunden ist, und ermöglicht es, den Schwinger vollständig automatisch zu montieren. Da der Schwinger des weiteren so angeordnet ist, daß die Verbindungselektrodensegmente und die Stützelektroden, die an der Vorderseite des Quarzkristalls gebildet sind, nicht die Verbindungselektrodensegmente und die Stützelektroden, die an der Rückseite des Quarzkristall gebildet sind, überlappen, wird die Streukapazität des Quarzkristallschwingers verringert und unnötige Schwingungsteile des Quarzkristalls werden auch verringert, so daß nur eine geringe wilde Schwingung auftritt Da die Halterbasis zusammen mit der die Ausnehmung begrenzenden Einstellmaske einstückig geformt ist die mit Frequenzeinstellfenstern und mit Fenstern zum Befestigen des Quarzkristallschwingers an den Anschlußstiften versehen ist kann eine Feineinstellung der Quarzkristallschwingerfrequenz ausgeführt werden, ohne daß ein Anbringen und Abnehmen einer Einstellmaske wie beim Stand der Technik erforderlich ist Dies erhöht wesentlich den Wirkungsgrad der Herstellung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Quarzkristallschwinger mit einem Quarzkristallschwingerelement, das eine Quarzkristallplatte mit Vorder- und Rückseite enthält und die folgenden Merkmale aufweist:

a) eine erste Erregungselektrode, die an der Vorderseite der Quarzkristallplatte an deren Mittelteil vorgesehen ist,

b) eine erste Verbindungselektrode, die radial von der ersten Erregungselektrode an der Vorderseite wegführt,

c) eine erste Stützelektrode, die mit der ersten Verbindungselektrode verbunden ist und die stückweise längs des Umfangs der Quarzkristallplat'-e an deren Vorderseite vorgesehen ist,

d) eine zweite Erregungselektrode, die an der Rückseite der Quarzkristallplatte an deren Mittelteil an einer Stelle vorgesehen ist, die unter der ersten Erregungselektrode liegt,

e) eine zweite Verbindungselektrode, die radial von der zweiten Erregungselektrode an der Rückseite weggeführt ist,

f) eine zweite Stützelektrode, die mit der zweiten Verbindungselektrode verbunden ist und die stückweise über dem Kreisbereich vorgesehen ist,