DE3116799A1

DE3116799A1 - Luftdicht gekapselte, flache piezoelektrische oszillatoranordnung und kapselpackung dafuer

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Publication number: DE3116799A1
Application number: DE19813116799
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Urawa Saitama Nagai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-24
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1982-03-11
Also published as: US4405875A; GB2081007A; GB2081007B; FR2487602A1

Description

3116799 Henkel, Kern, feBer&Hänzei

^T* Registered Representatives

before the European Patent Office

Kiyoshi, Nagai Möhlstraße 37

D-8000 München 80

Urawa-shi, Saitama Prefecture, Japan

. ^F Tel.: 089/982085-67

Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

April 1381

YY-1074

Luftdicht gekapselte, flache piezoelektrische Oszillatoranordnung und Kapselpackung dafür

Be s ehreibung

Die Erfindung betrifft eine luftdicht gekapselte, flache piezoelektrische Oszillatoranordnung mit einer flachen Kapselpackung bzw. Flachkapsel (package), einem Deckel zum Verschließen derselben und einem Metallrahmen für die Kapselpackung; außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen Satz piezoelektrischer Oszillatoranordnungen mit einem Kapselpackungssatz sowie auf einen Deckelsatz.

Ein piezoelektrischer Oszillator liefert ein schwingendes Ausgangssignal, welches der Größe der auf den Oszillator einwirkenden elektrischen, akustischen oder mechanischen Energie unmittelbar proportional ist. Beispiele für piezoelektrische Oszillatoren sind Quarzkristalloszillatoren und Keramikresonatoren.

π b ν y y

Ein Quarzkristall besitzt sehr stabile physikalische und chemische Eigenschaften sowie einen geringen Schwingüngsverlust. Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften wird der Quarzkristall insbesondere für ein piezoelektrisches Schwinger- oder Oszillatorelement als besonders zweckmäßig angesehen. Quarzkristalloszillatoren werden daher auf einer Vielfalt von Anwendungsgebieten verbreitet eingesetzt. Außerdem sind derzeit Quarzkristalloszillatorelemente für zahlreiche praktische Anwendungen verfügbar; insbesondere lassen sich derzeit große Quarzkristalle hoher Güte ohne Schwierigkeiten herstellen und anstelle natürlicher Quarzkristalle in der Praxis verwenden. Als Ergebnis der Entwicklungen auf dem Gebiet der Herstellung von Oszillatorelementen können derzeit zudem große Stückzahlen an Quarzkristalloszillatorelementen ohne Lieferschwierigkeiten und zu einem wirtschaftlichen Preis bezogen werden. Aus diesem Grund finden derartige Elemente z.Zt. verbreitet Verwendung als z.B. Schwingungsgeber bei elektronischen Schaltungen von Uhren, Fernmeldegeräten usw.

Für die Verwendung des Quarzkristalloszillatorelements als Schwingungsgeber bei solchen elektronischen Schaltungen ist es erforderlich, daß der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz auf einem ausreichend niedrigen Pegel liegt, die sekuläre Änderung (secular change) praktisch Null beträgt und der Q-Faktor zufriedenstellend groß ist. Zur Vereinfachung der Handhabung des Schwingungsgebers ist es weiterhin erforderlich, daß das Oszillatorelement für von außen einwirkende Schwingungen stabil bzw. beständig ist und einen einfachen Aufbau besitzt.

Zur Erfüllung dieser Erfordernisse wird das Quarzkristalloszillatorelement im allgemeinen in einer dieses Element einkapselnden Anordnung verwendet, in welcher es in einem zweckmäßigen, luftdicht verschlossenen Behälter eingekapselt und damit vor unerwünschten Umgebungseinflüssen, wie Luftfeuchtigkeit und Atmosphärendruck, sowie Verschmutzung geschützt ist. Beispielsweise wird ein hochstabiles Oszillatorelement mit einem Frequenzänderungsverhältnis von ΙΟ"*⁵ - 10~⁹/Jahr in einen luftdicht verschlossenen Behälter ("Kapsel") eingekapselt, in dessen Innerem ein ausreichend großer Unterdruck von z.B. unter 10~⁴ Hg besteht, so daß das Oszillatorelement vor Änderungen der Luftfeuchtigkeit und des Drucks außerhalb des Behälters geschützt ist. Die Frequenzstabilisierung gegen Änderungen der Betriebsbedingungen der Oszillatorschaltung wird weiterhin durch Erhöhung des Q-Faktors (Güte-Faktors) gewährleistet.

In neuerer Zeit werden Quarzkristalloszillator-Anordnungen, d.h. eingekapselte Oszillatoren oder Schwinger, verbreitet als Schwingungsgeber bzw. -normal für Armbanduhren verwendet. Für diesen Zweck muß die Anordnung notwendigerweise sehr kleine Abmessungen besitzen, dabei aber dennoch die genannten stabilen Schwingungseigenschaften gewährleisten.

Wie erwähnt, können derzeit große Quarzkristalle hoher Güte künstlich hergestellt werden, wobei ein dünnes Plättchen mit der gewünschten Kristallachsenorientierung ohne weiteres durch Spalten großer, künstlich hergestellter Quarzkristalle erhalten werden kann. Das so hergestellte Plättchen wird dann nach einem üblicherweise auf dem Halbleitergebiet angewandten Verfahren,

ι. ο / a a

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wie Photoätzen, zu einem außerordentlich kleinen, U-förmigen Stiirangabel-Oszillatorelement verarbeitet. Ein solches, z.B. bei einer Armbanduhr verwendetes U-förmiges Oszillatorelement besitzt eine Breite von etwa 0,6 mm, eine Länge von etwa 3,5 mm und eine Dicke von etwa 0,05 - 0,15 mm. Damit dieses äußerst kleine Oszillatorelement wie vorgesehen arbeiten kann, wird es, wie erwähnt, unter Bildung einer Oszillatoranordnung, unter einem Unterdruck in einem luftdicht geschlossenen Behälter eingekapselt.

In der Praxis wird das Oszillatorelement im allgemeinen mit einer Zuleitung verbunden, um es mit elektrischer Energie zu speisen, beispielsweise mit einer Spannung zum Induzieren der Schwingung, wobei im allgemeinen eine weitere, isolierte Zuleitung zur Abnahme des Schwingungssignals mit dem Oszillatorelement verbunden ist. Hierbei kann wahlweise die eine Leitung zur Zufuhr der elektrischen Energie oder zur Abnahme des Schwingungssignals benutzt werden.

Ein piezoelektrischer Oszillator, beispielsweise ein Quarzkristalloszillator, besitzt daher im allgemeinen die Form einer Oszillatoranordnung aus einem piezoelektrischen Oszillatorelement, einem luftdicht verschließbaren Behälter (" Kapsel") und mehreren Zuleitungen, die unter Isolierung von außen her in den Behälter eingeführt sind.

Bei einer typischen Quarzkristalloszillatoranordnung, wie sie derzeit als Schwingungsgeber für eine elektronische Armbanduhr verwendet wird, besitzt der Behälter bzw. die Kapsel die Form

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eines kleinen Zylinders. Eine Oszillatoranordnung dieser Art umfaßt einen hohlen Zylinder, dessen oberes Ende geschlossen ist, während sein anderes, unteres Ende offen ist, einen zum luftdichten Verschließen des Zylinders in dessen offene Unterseite eingesetzten Isoliermaterialteil, zwei durch den Isoliermaterialteil von außen her in den Zylinder hinein verlaufende und innerhalb des Zylinders zwei Klemmen bzw. Anschlüsse bildende Zuleitungen sowie ein in den Zylinder eingekapseltes und am einen Ende an den Anschlüssen montiertes Quarzkristalloszillatorelement.

Eine solche zylindrische Quarzkristalloszillatoranordnung wird in großer Zahl als Schwingungsgeber für herkömmliche elektronische Armbanduhren verwendet.

Da in jüngster Zeit der Wunsch für flachere elektronische Armbanduhren erwachsen ist, müssen die in eine derartige Uhr einzubauenden Teile und Vorrichtungen ein verkleinertes Volumen besitzen. Dieses Erfordernis gilt selbstverständlich nicht nur für die Oszillatoranordnung, sondern auch für andere Teile der Armbanduhr. Weiterhin soll auch bei verschiedenen anderen elektronischen Vorrichtungen unter Verwendung von Quarzkristalloszillatoranordnungen das Bauvolumen verkleinert werden. Aus diesen Gründen wird derzeit auf allen einschlägigen Fachgebieten die Verkleinerung des Bauvolumens einer piezoelektrischen Oszillatoranordnung bzw. Quarzkristalloszillatoranordnung angestrebt.

Wie sich aus einem Vergleich zwischen dem dünnen, plättchenförmigen Oszillatorelement und dem zylindrischen Behälter er-

gibt, besitzt die bisherige zylindrische piezoelektrische Oszillatoranordnung keine sehr große Volumenausnutzung (volume efficiency). Zur Verbesserung dieser Volumenausnutzung könnte daran gedacht werden, von einem zylindrischen Querschnitt auf einen ovalen Querschnitt überzugehen. Ein Zylinderbehälter mit ovalem Querschnitt läßt sich jedoch nicht einfach herstellen, weil die dafür nötigen Arbeitsgänge komplizierter sind als bei einem Behälter mit kreisrundem Querschnitt. Aufgrund der komplizierten Fertigungsschritte ist außerdem das Ausbringen an brauchbaren Endprodukten, bezogen auf die Gesamtstückzahl, vergleichsweise mangelhaft. Die beschriebene Abwandlung kann daher nicht als praktisch brauchbar angesehen werden.

Neben der mangelhaften Volumenausnutzung besitzt der zylindrische Behälter bzw. kapsel auch noch Nachteile in anderer Hinsicht. Um dem bestehenden Wunsch nach kleineren und flacheren elektronischen Armbanduhren Rechnung zu tragen, werden die elektronischen Schaltkreise für derartige Armbanduhren derzeit als äußerst kleines Hybridmodul ausgelegt. Die zylindrische Oszillatoranordnung ist aber nicht vorteilhaft an das Hybridmodulsystem angepasst, weil der Zylinder nicht zweckmäßig auf einer Grundplatte dieses Modulsystems montiert werden kann.

Im Hinblick auf diese Erfordernisse könnte daran gedacht werden, den Behälter bzw. die Kapsel der Oszillatoranordnung mit einer flachen Kastenform auszubilden.

In der elektronischen Technik ist ein flacher Behälter bzw. eine flache Kapsel zum luftdichten Einschließen eines Halbleiterele-

ments zwecks Ausbildung einer Halbleiteranordnung bekannt. Ein solcher Flachbehälter besteht im wesentlichen aus zwei Metallrahmen, von denen der eine als Deckel bzw. Abdeckplatte und der andere als Bodenplatte dient, und einem als Seitenwand zum luftdichten Verschließen des Behälters dienenden Isolier- bzw. Glasmaterialabschnitt zwischen den beiden Platten. Bei dieser Anordnung sind mehrere Zuleitungen durch die Seitenwand aus dem Isoliermaterial von außen her in das Innere des Behälters eingeführt. Ein Behälter bzw. eine Kapsel dieser Art wird allgemein für die Herstellung von Halbleiteranordnungen verwendet, deren Abmessungen im Zentimeterbereich liegen.

Die Anpassung dieses beschriebenen, für Halbleiter verwendeten Flachbehälters zur Herstellung einer kleine Abmessungen besitzenden piezoelektrischen Oszillatoranordnung liefert keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich aufgrund der Verkleinerung der Abmessungen des Behälters eine mangelhafte Abdichtbarkeit wegen der entsprechenden Verkleinerung der Dichtfläche ergibt.

Bekanntlich besteht ein gewisser Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einem Metall und einem Isoliermaterial, wie Glas. Auch bei einer sehr gut aneinander angepassten Kombination eines Metalls und eines Isoliermaterials ist unweigerlich noch ein geringfügiger Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorhanden. Infolgedessen entstehen bei der Erwärmung zur Verbindung des Isoliermaterialteils mit den Metallrahmen zwangsläufig gewisse mechanische Spannungen an den Ver-

bindungsflächen. Wenn die Verbindungsfläche groß genug ist, kann sie der möglicherweise zu einem Bruch führenden Verformungskraft dieser mechanischen Spannung in ausreichendem Maße widerstehen. Eine kleine Verbindungsfläche vermag jedoch diese Verformungskraft nicht auszuhalten, so daß die Verbindungsfläche zum Teil oder ganz aufbricht und der Behälter bzw. die Kapsel undicht wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Flachbehälter für Halbleiterelemen.te zu einem Flachbehälter für den piezoelektrischen Oszillator abgewandelt wird. Ein ündichtwerden des Behältters bzw. der Kapsel ist natürlich in der Praxis für die Oszillatoranordnung folgenschwer. Durch den einfachen Ersatz der bisherigen zylindrischen Behälter oder Kapseln für piezoelektrische Oszillatoren durch den allgemein für Halbleiterelemente verwendeten Flachbehälter lassen sich daher die vorstehend angeschnittenen Probleme nicht lösen.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnung, die mit äußerst kleinen Abmessungen ausgebildet werden kann, ausgezeichnete Schwingungseigenschaften besitzt und sich zweckmäßig auf einer Grundplatte des Modulsystems montieren läßt.

Bei dieser Oszillatoranordnung sollen die Schwingungseigenschaften nach der Herstellung einfach einstellbar sein.

Die Erfindung bezweckt damit auch die Schaffung einer flachen Kapselpackung für eine luftdicht^gekapselte, flache piezoelektrische Oszillatoranordnung sowie eines Deckels zum luftdichten Verschließen dieser Kapselpackung. Die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Oszillatoranordnungen sollen sich ohne weiteres auf Massenfertigungsbasis handhaben lassen. Weiterhin bezweckt die Er-

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findung auch die Schaffung eines Satzes flacher Kapselpackungen sowie eines Satzes von Kapsel-Deckeln, die sich zweckmäßig für die Herstellung der luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnungen auf Massenfertigungsbasis eignen.

Die genannte Aufgabe wird bei einer luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnung erfindungsgemäß gelöst durch eine flache Kapselpackung bzw. Flachkapsel aus einem Metallrahmen, einem mit diesem zur Bildung der Flachkapsel verbundenen Isoliermaterialteil und mehreren letzteren durchsetzenden und innerhalb der Flachkapsel Anschlüsse bildenden Zuleitungen sowie einer Öffnung zum Einsetzen eines piezoelektrischen Oszillatorelements, durch ein in die Flachkapsel eingeschlossenes und mit den Anschlüssen der Zuleitungen verbundenes piezoelektrisches Oszillatorelement und durch einen auf die öffnung zum Einsetzen des piezoelektrischen Oszillatorelements aufgesetzten Deckel zum luftdichten Verschließen der Flachkapsel nach dem Einsetzen des Oszillatorelements, wobei zumindest zwei Seitenflächen des Isoliermaterialteils, mindestens teilweise, in dem durch den Metallrahmen umrissenen Raum angeordnet sind und an (je) einer nach innen weisenden Fläche des Metallrahmens anliegen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Darstellung eines bisher verwendeten U-förmigen Stimmgabel-Quarzkristalloszillatorelements,

Fig. 2A und 2B einen lotrechten Schnitt durch eine bisher verwendete zylindrische Quarzkristalloszillatoranordnung bzw. einen Schnitt längs der Linie X-X,

ro / a a

Fig. 3A eine perspektivische Darstellung einer flachen Kapselpackung für eine piezoelektrische OszillatoranOrdnung, die einfach durch Abwandlung einer flachen Kapselpackung für Halbleiteranordnungen hergestellt worden ist,

Fig 3B und 3C Schnitte längs der Linien X-X bzw. Y-Y in Fig. 3A,

Fig. 4A, 4B und 4C eine perspektivische Darstellung einer flachen Kapselpackung für eine erfindungsgemäße Oszillatoranordnung, einen lotrechten Schnitt längs der Linie X-X bzw. einen lotrechten Schnitt längs der Linie Y-Y in Fig. 4A,

Fig. 5A, 5B und 5C bis 13A, 13B und 13C jeweils den Fig. 4A, 4B bzw. 5B ähnelnde Darstellungen abgewandelter Ausführ ungs formen,

Fig. 14'und 15 perspektivische Darstellungen anderer Ausführungsformen der Erfindung mit drei bzw. vier Zuleitungen ,

Fig. 16 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Kapselpackung mit einer anderen Anordnung der Zuleitungen,

Fig. 17A und 17B eine Aufsicht auf einen Deckel zum luftdichten Verschließen der flachen Kapselpackung gemäß der Erfindung bzw. einen lotrechten Schnitt längs der Linie Y-Y in Fig. 17A,

Fig. 18A und 18B den Fig. 17A bzw. 17B ähnelnde Darstellungen eines abgewandelten Deckels für die erfindungsgemäße Kapselpackung,

Fig. 19 bis 21 Aufsichten auf Deckel gemäß abgewandelten Ausführ ungs formen der Erfindung,

Fig. 22 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 23A und 23B einen lotrechten Teilschnitt zur Veranschaulichung der Befestigung der Zuleitungen am Isoliermaterialteil der Kapselpackung bzw. eine Ansicht in Richtung des Pfeils gemäß Fig. 23A,

Fig. 24A und 24B bis 27A und 27B den Fig. 23A bzw. 23B ähnelnde Darstellungen abgewandelter Ausführungsformen zur Befestigung von Zuleitungen am Isoliermaterialteil,

Fig. 28 eine perspektivische Darstellung einer Oszillatoranordnung, bei welcher die Zuleitungen auf die in den Fig. 24A und 24B dargestellte Weise befestigt und die sich nach außen erstreckenden Zuleitungsteile abgeschnitten sind,

Fig. 29 eine perspektivische Darstellung einer Oszillatoranordnung, bei welcher die Zuleitungen auf die in den Fig. 27A und 27B dargestellte Weise befestigt und die nach außen ragenden Zuleitungsteile abgeschnitten sind,

Fig. 30 und 31 perspektivische Darstellungen der Profile von bevorzugt bei der Erfindung verwendeten Zuleitungen,

Fig. 32 bis 34 den Fig. 30 und 31 ähnelnde Darstellungen von Zuleitungen,.die in den in das Isoliermaterial einzubettenden Abschnitten mit öffnungen versehen sind.

O ί lü/OCI

Fig. 35 eine Aufsicht auf einen nach dem Photoätzverfahren zur Bildung eines Satzes aus mehreren Metallrahmen öder Deckeln für die Kapselpackung teilweise bearbeiteten Metallstreifen,

Fig. 36 eine perspektivische Darstellung eines Satzes aus mehreren luftdicht verschließbaren, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnungen gemäß der Erfindung, in welcher die Deckel und die das Oszillatorelement aufnehmenden Kapselpackungen voneinander getrennt dargestellt sind,

Fig. 37 eine Fig. 36 ähnelnde perspektivische Darstellung, in welcher die Deckel und die Kapselpackungen luftdicht miteinander verbunden worden sind, und

Fig. 38 und 39 Teilaufsichten auf Metallstreifen mit jeweils mehreren Fortsätzen unterschiedlicher Form, die als Zuleitungen benutzt werden.

Fig. 1 veranschaulicht ein herkömmlich verwendetes Stimmgabel-Quarzkristalloszillatorelement mit U-förmiger Gestalt, wobei ein derartiges Oszillatorelement jedoch je nach Verwendungszweck und -art auch eine andere Form, beispielsweise eine Streifenform besitzen kann.

Die Erfindung ist keineswegs auf die Quarzkristall-Oszillatoranordnung beschränkt, sondern im folgenden lediglich aus Zweckmäßigkeitsgründen anhand einer solchen Anordnung beschrieben. Allgemein kann gesagt werden, daß die Erfindung auf piezoelektrische Oszillatoranordnungen verschiedener anderer Arten an-

wendbar ist. Das Quarzkristall-Oszillatorelement ist im allgemeinen auf einer Seite oder beiden Seiten mit einer dünnen Metallisierungsschicht versehen, die zur Einstellung der Schwingungseigenschaften auf die gewünschten Werte dient. Beispiele für derartige Metallisierungen sind im Vakuum aufgebrachte Gold-, Silberund Kupfer-Metallisierungen.

In den Fig. 2A und 2B ist eine zylindrische Oszillatoranordnung dargestellt, die ein Quarzkristall-Oszillatorelement als Schwingungsgeber umschließt, wie er allgemein für elektronische Armbanduhren benutzt wird.

Die Quarzkristall-Oszillatoranordnung 21 gemäß den Fig. 2A und 2B besteht aus einer hohlzylindrischen Metallkappe 22 aus Neusilber (Kupfer-Nickel-Zink-Legierung) o.dgl., die am unteren Ende offen und am oberen Ende geschlossen ist. Ein aus einem scheibenförmigen Isoliermaterial-, beispielsweise Glas-Teil 26 bestehender Sockel 23, ein metallener Sockelring 27 aus Eisen-Nickel-Legierung o.dgl. sowie zwei die Isolierscheibe 26 senkrecht durchsetzende Zuleitungen 24a, 24b sind in die Unterseite der Metallkappe 22 eingesetzt. Ein. ü-förmiges, in der Kappe angeordnetes Quarzkristall-Oszillatorelement 25 ist an den Enden (Klemmen oder Anschlüsse) der Zuleitungen 24a, 24b montiert. Die luftdicht gekapselte Oszillatoranordnung 21 besitzt in ihrem Inneren einen beträchtlichen Unterdruck, so daß das Oszillatorelement 25 vor Umgebungseinflüssen geschützt ist. Die beiden Zuleitungen 24a, 24b dienen zur Zufuhr von elektrischer Energie zum Oszillatorelement 25 sowie zur Abnahme des von diesem erzeugten Schwingungssignal.

Die Herstellung der zylindrischen Oszillatoranordnung 21 gemäß Fig. 2A und 2B erfolgt im allgemeinen wie folgt:

An den in die Kappe einzuführenden Anschlüssen der Zuleitungen 24a, 24b wird das Oszillatorelement 25 montiert, beispielsweise angelötet. Die Außenfläche des Sockelrings 27 wird mit- Zinn beschichtet, um die Herstellung einer luftdichten Verbindung zwischen Sockel 23 und Kappe 22 zu gewährleisten. Aus demselben Grund wird auch die Innenfläche der Kappe 22 am Boden mit Zinn beschichtet. Der so vorbereitete, mit dem Oszillatorelement 25 versehene Sockel 23 wird im Vakuum unter Druck- und/oder Wärmeeinwirkung mit der metallbeschichteten Kappe 22 verbunden.

Eine auf diese Weise hergestellte zylindrische Oszillatoranordnung arbeitet an sich zufriedenstellend. Wie eingangs erwähnt, eignet sich die Zylinderform jedoch nicht für die Verkleinerung des Volumens der Anordnung sowie für die Montage auf einer Grundplatte eines Modulsystems.

In den Fig. 3A bis 3C ist eine flache Kapselpackung bzw. eine Flachkapsel für die piezoelektrische Oszillatoranordnung dargestellt, die versuchsweise nach dem Vorbild der flachen Kapselpackungen der Halbleiteranordnungen hergestellt wurde. Diese Flachkapsel· besteht aus einem ais Seitenwand dienenden und mit zwei Zuleitungen 34a, 34b versehenen Glasteil 36 sowie zwei plattenförmigen Meta^rahmen 37a, 37b, wel·che den Gl·asteil· 36 zwischen sich einschließen. Der obere Metallrahmen 37a ist mit einer Öffnung zur Einführung des Oszillatorelements vor dem Verschließen bzw. Abdichten versehen, während der andere Metallrahmen 37b eine einfache, als Bodenplatte dienende flache Platte

ohne öffnung ist.

Die Herstellung der Flachkapsel gemäß Fig. 3A bis 3C kann an sich einfach durch Kombination des herkömmlichen Verfahrens für die Herstellung einer Flachkapsel für Halbleiteranordnungen mit dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der zylindrischen Quarzkristall-Oszillatoranordnung erfolgen. Die Flachkapsel für die Oszillatoranordnung muß jedoch notwendigerweise mit wesentlich kleineren Abmessungen als eine Kapselpackung für die Halbleiteranordnung hergestellt werden. Dieses Erfordernis bedingt eine wesentliche Verkleinerung der Verbindungsfläche zwischen den Metallrahmen 37a, 3 7b und dem Isoliermaterialteil 36. Hierbei kann die mechanische Spannung, die beim Verbindungsvorgang aufgrund des Unterschieds in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Isoliermaterial in die Verbindungs- bzw. Dichtfläche eingeführt wird, zu einem vollständigen oder teilweisen Aufbrechen der Verbindungsfläche führen, so daß die Verbindung undicht wird und in bestimmten Fällen sogar der Isoliermaterialteil aufbricht. Eine derart undichte Fapselpackung ist selbstverständlich nicht für die praktische Verwendung geeignet. Das Ausbringen beim Herstellungsvorgang ist also vergleichsweise gering.

Außerdem kann das erwähnte Aufbrechen der Dichtfläche aufgrund der genannten mechanischen Spannung nicht nur unmittelbar nach der Herstellung der Kapselpackung, sondern auch beim Zusammensetzen der Kapselpackung, eines Oszillatorelements und eines Deckels zur Herstellung der Osζillatoranordnung oder nach Abschluß dieses Montagevorgangs auftreten. Eine derartige Oszillatoranordnung besitzt also keine große Zuverlässigkeit.

J !

Im Gegensatz zur vorstehend beschriebenen Kapselpackung ist die erfindungsgemäße Flachkapsel für mechanische Spannung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Isoliermaterial in höchstem Maße unanfällig.

Die erfindungsgemäße Flachkapsel ist nun im Hinblick auf den Umstand entwickelt worden, daß die Verformungskraft, die durch die mechanische Spannung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hervorgerufen wird, hauptsächlich längs der Ebene der Dichtfläche wirkt, so daß sie auch bei niedrigen mechanischen Spannungswerten zu einem Aufbrechen der Dichtfläche führen kann.

Das charakteristische Merkmal der erfindungsgemäßen Flachpackung oder Kapselpackung liegt in einer Konstruktion, in welcher zumindest zwei Seitenflächen des Isoliermaterialteils zumindest teilweise in dem durch den Metallrahmen festgelegten Raum angeordnet sind und somit mit einer einwärts gerichteten Fläche des Metallrahmens in Berührung stehen. Zusätzlich zur Beständigkeit gegenüber der auf die Dichtfläche in deren Längsrichtung einwirkenden Verformungskraft wird durch diese spezielle Konstruktion der Flachkapsel eine Beständigkeit gegenüber einer Verformungskraft erteilt, die im wesentlichen senkrecht und zumindest nicht parallel zur Dichtfläche zwischen Metallrahmen und Isoliermaterialteil wirkt. Auf diese Weise wird die Beständigkeit gegen ein Aufbrechen der Dichtfläche der Flachkapsel bedeutend verbessert.

Im folgenden sind nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Fig. 4A bis 13C im einzelnen erläutert.

Die Flachkapsel gemäß den Fig. 4A bis 4C besteht aus einem Isoliermaterialteil 46 mit zwei Zuleitungen 44a, 44b und einem einzigen Metallrahmen 47, wobei auf beiden Seiten des Isoliermaterialteils 46 innerhalb des durch den Metallrahmen 47 festgelegten Raums lotrechte Randteile 48a, 48b vorgesehen sind, die mit der angrenzenden, einwärts weisenden Fläche des Metallrahmens 47 verbunden sind bzw. in Berührung stehen. Bei dieser Flachpackung wirkt die Verformungskraft, die durch die mechanische Spannung aufgrund des Unterschieds in den genannten thermischen Ausdehnungskoeffizienten hervorgerufen wird, im wesentlichen auf die Berührungs- bzw. Verbindungsfläche zwischen dem Isoliermaterialteil 46 und dem Metallrahmen 47 weitgehend in waagerechter Richtung mit einer Tendenz zum Aufbrechen der Verbindungsfläche. Die hochgezogenen Randteile 48a, 48b des Isoliermaterialteils wirken jedoch aufgrund der Verbindung mit der lotrechten Innenfläche des Metallrahmens 47 einer Verformungskraft entgegen. Eine Kombination der Widerstandskraft, die aufgrund der Verbindungskraft in waagerechter Richtung auf die Verbindungsfläche wirkt, und der Widerstandskraft, die durch die mechanische Verbindung der Randteile 48a, 48b mit der lotrechten Innenfläche des Metallrahmens 47 geboten wird, verbessert daher in erheblichem Maße die Beständigkeit oder Widerstandskraft gegenüber der Verformungskraft, so daß ein Aufbrechen der Abdichtung der Flachkapsel wirksam verhindert wird.

Die in den Fig. 5A bis 5C dargestellte Flachkapsel besteht ebenfalls aus einem Isoliermaterialteil 56 mit zwei Zuleitungen 54a, 54b und einem einzigen Metallrahmen 57, wobei die hochgezogenen Randteile 58a, 58b auf die vorher beschriebene'Weise auf beiden Seiten des Isoliermaterialteils 56 vorgesehen sind, nur mit dem

Unterschied, daß sie längs der Langseiten der Flachkapsel verlaufen. Mit dieser Ausführungsform wird ebenfalls die beschriebene Wirkung erzielt.

Bei der in den Fig. 6A bis 6C dargestellten Flachkapsel aus einem Isoliermaterialteil 66 mit zwei Zuleitungen 64a, 64b und einem einzigen Metallrahmen 67 sind die hochgezogenen Randteile 68a bis 68d längs aller vier Seiten vorgesehen. Da diese vier Randteile mit der gesamten Innen(rand)fläche des Metallrahmens 67 in Berührung stehen, wird ein Aufbrechen der Kapseldichtung noch wirksamer verhindert.

Die Flachkapsel gemäß den Fig. 7A bis 7C besteht wiederum aus einem Isoliermaterialteil 76 mit zwei Zuleitungen 74a₇ 74b, die vier hochgezogene Randteile 78a bis 78d aufweisen, und einem Metallrahmen. Der Metallrahmen ist hierbei jedoch zweiteilig ausgebildet, nämlich in Form eines Oberteils 77a mit einer Öffnung für das Einsetzen eines Oszillatorelements und eines Unterteils 77b als Bodenplatte der Flachpackung. Die vier hochgezogenen Randteile 78a bis 78d gewährleisten dieselbe Wirkung wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6A bis 6C. An der Verbindung zwischen dem Isoliermaterialteil 76 und dem Unterteil 77b kann eine gewisse Schwäche bezüglich der Beständigkeit gegenüber der durch mechanische Spannung hervorgerufenen Verformungskraft vorhanden sein. Eine zwischen den Zuleitungen 74a, 74b und dem Unterteil 77b vorgesehene und eine Isolierung zwischen ihnen herstellende Isoliermaterialschicht 76a gewährleistet jedoch eine größere Verbindungsflache für den Metallrahmen-Unterteil 77b. Die Verbindung zwischen dem Isoliermaterialteil 76 und dem Unterteil 77b ist daher so fest, daß in

der Praxis kein Aufbrechen der Abdichtung vorkommt. Andererseits verleiht der Metallrahmen-Unterteil der Flachpackung erhöhte mechanische Festigkeit.

Die Flachkapsel gemäß den Fig. 8A bis 8C besteht aus einem Isoliermaterialteil 86 mit zwei Zuleitungen 84a, 84b und einem einzigen Metallrahmen 87 mit zwei Flanschen 87a, 87b, die von seinen Langseiten abwärts abgewinkelt sind. Bei dieser Ausführungsform sind die lotrechten Randteile gemäß Fig. 4A bis 4C nicht vorhanden. Stattdessen sind die Längsränder des Isoliermaterialteils in dem durch den Metallrahmen 87 umrissenen Raum, nämlich innerhalb der beiden Flansche 87a, 87b, mit deren Innenflächen in Berührung stehend, angeordnet. Durch diese Flansche wird das Aufbrechen der Abdichtung unter der genannten Verformungskraft noch wirksamer verhindert als bei den vorher beschriebenen Ausfuhrungsformen. Das Ausbringen bei der Fertigung der Flachkapsel gemäß Fig. 8A bis 8C wird also erheblich verbessert, und die Zuverlässigkeit der luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnung unter Verwendung dieser Flachkapsel wird ebenfalls beträchtlich verbessert.

Die Flachkapsel gemäß den Fig. 9A bis 9C besteht ebenfalls aus einem Isolxermaterialteil 96 mit zwei Zuleitungen 94a, 94b und einem einzigen Metallrahmen 97 mit Flansch. Bei dieser Ausführungsform weist jedoch der Metallrahmen vier Flansche 97a - 97d auf, von denen die Flansche 97a und 97b auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8A bis 8C angeordnet sind, während die beiden anderen Flansche 97c und 97d von den kurzen Seiten nach unten ragen. Durch die größere Zahl von Flanschen wird die Flachkapsel noch widerstandsfähiger gegenüber einer

durch mechanische Spannung bedingten Verformungskraft.

Die Flachkapsel gemäß den Fig. 1OA bis IOC besteht wiederum aus einem Isoliermaterialteil 106 mit zwei Zuleitungen 104a, 104b und einem einzigen, mit Flanschen versehenen Metallrahmen 107. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen weist der Metallrahmen hierbei jedoch drei Flansche 107a 107c mit rechteckigem Querschnitt auf.

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, sind Zahl, Form usw. der vorzugsweise am Metallrahmen der erfindungsgemäßen Flachkapsel vorgesehenen Flansche keinen speziellen Einschränkungen unterworfen.

Die Flachkapsel gemäß den Fig. 11A bis 11C besteht wiederum aus einem Isoliermaterialteil 116 mit zwei Zuleitungen 114a, 114b und einem einzigen Metallrahmen 117. Diese Kapselpackung bzw. Flachkapsel kennzeichnet sich dadurch, daß ihre drei Seitenwände sowie ihr B.oden aus einem einzigen Metallstück, nämlich dem Metallrahmen 117_f bestehen und der Isoliermaterialteile nur an der einen Querseite angeordnet ist, welche von den Zuleitungen 114a, 114b durchsetzt wird. Der Isoliermaterialteil 116 ist daher an drei Seitenflächen vom Metallrahmen 117 umschlossen. Die Flachkapsel mit diesem Aufbau ist nicht nur gegenüber einer Verformungskraft aufgrund einer mechanischen Spannung, sondern auch gegenüber von außen einwirkenden mechanischen Stößen beständig.

Die Flachkapsel gemäß den Fig. 12A bis 12C besteht wiederum aus einem Isoliermaterialteil 126, der nur an der einen Querseite

vorgesehen und mit zwei Zuleitungen 124a, 124b versehen ist, sowie einem einzigen Metallrahmen 127. Der Isoliermaterialteil 126 ist dabei so in den Metallrahmen 127 eingelassen, daß ein Aufbrechen der Verbindungsfläche zwischen beiden Teilen kaum auftreten kann.

Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12A bis 12C besteht die Flachkapsel gemäß den Fig. 13A bis 13C aus einem Isoliermaterialteil 136, der nur an der einen Querseite angeordnet und mit zwei Zuleitungen 134a, 134b versehen ist, sowie einem einzigen Metallrahmen 137. Der einzige Unterschied liegt dabei darin, daß der Metallrahmen 137 im Boden mit einem Fenster 139 aus einem durchsichtigen Material versehen ist.

Das durchsichtige Fenster 139 besitzt folgende Aufgabe: Wie erwähnt, wird das Quarzkristall-Oszillatorelement zur Ermöglichung einer Einstellung seiner Schwingungseigenschaften üblicherweise oberflächlich mit einer Metallisierung aus Gold, Silber, Kupfer o.dgl. versehen. Dicke, Erstreckung, Lage usw. d:eser Metallisierung werden im voraus so festgelegt, daß die Oszillatoranordnung die vorgesehenen Schwingungseigenschaften besitzt. Trotzdem ergeben sich bei der industriellen Fertigung häufig Fehler bei der Aufbringung der Metallisierung, so daß letztlich ungeeignete Oszillatoranordnungen erhalten werden, welche die vorherbestimmten Schwingungseigenschaften nicht besitzen.

Bei der Herstellung der bisherigen zylindrischen Oszillatoranordnungen werden derartige Ausschußanordnungen verworfen.

Das durchsichtige Fenster 139 dient nun zur Nachbesserung einer solchen mangelhaften Anordnung. Genauer gesagt: die Schwingungseigenschaften einer solchen Anordnung können dadurch eingestellt werden, daß ein Teil der Metallisierungsschicht auf dem Oszillatorelement mittels eines durch das Fenster hindurch auf das Oszillatorelement' gerichteten Hochenergie-Elektronenstrahls, etwa eines Laserstrahls, eines Elektronenstrahls o.dgl., abgetragen wird.

Auf die beschriebene Weise kann das Fertigungsausbringen an OsζLllatoranordnungen weiter verbessert werden.

Die Lage des durchsichtigen Fensters für die Einstellung der Schwingungseigenschaften bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 13A bis 13C ist nicht auf die Bodenfläche beschränkt. Wahlweise kann die ganze Bodenfläche der Flachkapsel durchsichtig sein, um leichter mit dem Hochenergie-Elektronenstrahl arbeiten zu können. Lage und Abmessungen des Fensters können somit beliebig variiert werden; weiterhin können Form, Zahl und andere Faktoren des Fensters beliebig an Form, Größe und andere Merkmale des eingekapselten Oszillatorelements angepasst werden. Einige Abwandlungen des Fensters sind im folgenden in Verbindung mit einem Deckel für die Oszillatoranordnung beschrieben.

Wie sich aus vorstehender Beschreibung bezüglich des Fensters ergibt, ist dessen Durchsichtigkeit nicht auf eine solche für sichtbare Strahlung beschränkt. Sofern ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl o.dgl. zum Abtragen eines Teils der Metallisierungsschicht vom Oszillatorelement durch das Fenster hin-

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durchzutreten vermag, kann das Fenster als durchsichtig bzw. transparent angesehen werden. Ein typisches Beispiel für ein geeignetes Material ist durchsichtiges Glas.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 14 ähnelt weitgehend derjenigen gemäß den Fig. 8A bis 8C insofern, als sie-einen Isoliermaterialteil 146 mit mehreren Zuleitungen und einem einzigen Metallrahmen 147 verwendet. Unterschiedlich ist dabei jedoch, daß gemäß Fig. 14 drei Zuleitungen 144a - 144c vorgesehen sind. Eine derartige Flachkapsel eignet sich zweckmäßig für das Einkapseln mehrerer Oszillatorelemente, beispielsweise der sogenannten Doppel- bzw. "Zwillings"-Quarzoszillatorelemente.

Die Flachkapsel gemäß Fig. 15 besteht wiederum aus einem Isoliermaterialteil 156 mit mehreren Zuleitungen und einem einzigen Metallrahmen 157. Hierbei sind jedoch vier Zuleitungen 154a 154d vorgesehen, von denen jeweils zwei Zuleitungen in gegenüberliegenden Schmalseiten angeordnet sind. Diese Flachkapsel· kann für den in Verbindung mit Fig. 14 beschriebenen Zweck verwendet werden.

Die Flachkapsel gemäß Fig. 16 besteht wiederum aus einem Isoliermaterialteil 166 mit mehreren Zuleitungen und einem einzigen Metallrahmen 167, wobei jedoch drei Zuleitungen 164a - 164c vorgesehen sind, wobei die Zuleitung 164a an ihrem Innenende in Form eines weiteren Anschlusses an der gegenüberliegenden Seite der Flachkapsel verlängert ist.

Zahl, Lage, Form und andere Faktoren der Zuleitungen sind ersichtlicherweise keinen speziellen Einschränkungen unterworfen,

sofern mindestens zwei Zuleitungen in zweckmäßiger Weise angeordnet sind.

Die Fig. 17A und 17B veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform eines Deckels zum luftdichten Verschließen der piezoelektrischen Oszillatoranordnung, der über die für das Einsetzen des piezoelektrischen Oszillatorelements vorgesehene öffnung des Metallrahmens aufgesetzt werden soll. Dieser Deckel kann aus einem einfachen massiven, plattenförmigen Materialstück, etwa einem Metallblechstück bestehen. Vorzugsweise besitzt dieser erfindungsgemäße Deckel jedoch ein Fenster aus einem durchsichtigen Material. Die Funktion des Fensters ist vorher bereits erläutert worden. Das Fenster kann dabei im Boden der Flachkapsel und/oder im Deckel vorgesehen sein. Im Hinblick auf die mechanische Festigkeit der Oszillatoranordnung wird das Fenster jedoch vorzugsweise nur im Deckel vorgesehen.

Der Deckel 173 gemäß Fig. 17A und 17B ist eine einfache rechteckige Metall(blech)platte mit einer der Flachkapsel angepassten Form. Im Deckel 173 ist ein kreisrundes Fenster 179 aus durchsichtigem Material angeordnet. Das Fenster 179 besitzt einen abgestuften Querschnitt, dessen Durchmesser an der Oberseite größer ist als an der Unterseite. Der Deckel gemäß Fig. 17A und 17B wird so auf die Flachkapsel aufgelegt, daß die Unterseite des Fensters dem in der Flachkapsel eingeschlossenen Oszillatorelement zugewandt ist, während die Oberseite nach außen weist. Der zwischen Oberseite und Unterseite abgestufte Durchmesser des Fensters, d.h. die Verkleinerung des Fensterdurchmessers von außen nach innen, dient zur Verhinderung eines Hineinfaliens des Fensters in das Innere der Anordnung unter dem

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zwischen dem äußeren Atmosphärendruck und dem inneren unterdruck bestehenden Druckunterschied.

Bei dem in Fig. 18A und 1 8B dargestellten Deckel 183 mit einem kreisförmigen Fenster 189 ist dessen Randfläche sich von außen nach innen verjüngend ausgebildet. Durch diese Form wird wiederum ein Hineinfallen des Fensters in das Innere der Anordnung verhindert.

Ersichtlicherweise ist die Durchmesserverkleinerung des Fensters nicht auf die in den Fig. 17A und 17B bzw. 18A und 18B veranschaulichte Art beschränkt.

Form, Abmessungen, Zahl, Lage und andere Faktoren des Fensters werden zweckmäßig so festgelegt, daß die Einwirkung eines Hochenergie-Elektronenstrahls auf das eingekapselte Oszillatorelement vereinfacht wird.

Beispielsweise können gemäß Fig. 19 zwei kleine Fenster 199a, 199b quer zur Längsachse des Deckels 193 aufeinander ausgerichtet in letzterem vorgesehen sein. Wahlweise können gemäß Fig. zwei Fenster 209a, 209b auf der Längsachse des Deckels 203 angeordnet sein. Gemäß Fig. 21 kann das im Deckel 213 vorgesehene Fenster 219 eine quadratische Form besitzen. Selbstverständlich können auch beliebige andere Formen, etwa ovale, dreieckige und rechteckige Formen für das Fenster verwendet werden.

Fig. 22 zeigt in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung eine beispielhafte Konstruktion der luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen OszillatoranOrdnung gemäß der

311G793

Erfindung. Gemäß Fig. 22 besteht die Flachkapsel 222 aus einem Isoliermaterialteil 226 mit zwei Zuleitungen 224ä, 224b und einem einzigen Metallrahmen 227 mit zwei Flanschen 227a, 227b. Innerhalb der Flachkapsel 222 befindet sich ein piezoelektrisches Oszillatorelement 225, daö an den inneren Anschlüssen der Zuleitungen 224a, 224b montiert ist. Ein auf die Oberseite der Flachkapsel 222 aufzubringender Deckel 223 besteht aus einer flachen Metallplatte mit einem Fenster 229 aus einem durchsichtigen Material, wie Glas.

Die Wahl der Werkstoffe für den Metallrahmen, den Isoliermaterialteil, die Zuleitungen und den Deckel ist nicht kritisch, solange diese Werkstoffe die für das luftdichte Einschließen des Oszillatorelements in Form einer Kapselpackungsanordnung erforderlichen Eigenschaften besitzen. Für alle üblichen Zwecke werden die für die bisherigen zylindrischen oder flachen Quarzkristall-Oszillatoranordnungen bzw. Halbleiteranordnungen verwendeten Werkstoffe benutzt.

Beispiele für Werkstoffe für den Metallrahmen sind Eisen-Nickel-Legierung, die als Kovar bekannte Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung und Kupfer. Der Isoliermaterialteil kann aus einem Glas, wie Hartglas oder Weichglas, hergestellt werden. Für diesen Zweck können jedoch auch andere Isoliermaterialien, wie Keramik und Kunstharz, verwendet werden. Der unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Isoliermaterial, durch den die mechanische Spannung an der Verbindungs- bzw. Dichtfläche hervorgerufen wird, sollte möglichst klein gehalten werden. Aus diesem Grund werden das Metall und das Isoliermaterial im allgemeinen so gewählt, daß sich eine Werkstoffpaarung mit

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möglichst einander entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergibt. Eine bevorzugte Kombination bzw. Werkstoffpaarung besteht aus Kovar-Legierung und Borsilicatglas. Der Isoliermaterialteil kann auf beliebige, an sich bekannte Weise, z.B. durch Photoätzen, Formen bzw. Gießen o.dgl., in die gewünschte Form gebracht werden. Der Deckel' besteht vorzugsweise aus demselben Metall wie der Metallrahmen der Kapselpackung.

Die luftdichte Verbindung oder Abdichtung zwischen Kapselpackung und Deckel an der Oberseite des Metallrahmens erfolgt auf die übliche Weise, wie sie für das Zusammensetzen einer Kappe und eines Sockels bei der zylindrischen Quarzkristall-Oszillator anordnung angewandt wird. Beispielsweise werden eine oder beide Verbindungsflächen vor dem Zusammensetzen mit einem Zinnüberzug versehen, worauf die Verbindung im Vakuum unter Druck- und/oder Wärmeeinwirkung erfolgt. Wahlweise kann Weichlot auf die mit Zinn überzogenen Flächen aufgetragen werden, worauf diese Flächen im Vakuum miteinander verbunden werden können.

Neben den bereits erläuterten Eigenschaften bezüglich der Bruchsicherheit und der Beständigkeit gegenüber der Spannungs-Verformungskraft kann durch die Anordnung des durchsichtigen Fensters an Deckel und/oder Flachkapsel das Fertigungsausbringen an Oszillatoranordnungen weiter verbessert werden.

In den Fig. 23A bis 27B sind verschiedene Möglichkeiten zur Anbringung der Zuleitungen am Isoliermaterialteil der Kapselpackung bzw. Flachkapsel dargestellt.

Die Fig. 23A und 23B veranschaulichen die einfachste Anbringungsart, bei welcher gerade Zuleitungen 234a, 234b am Isoliermaterialteil 236 befestigt werden.

Gemäß den Fig. 24A und 24B sind die Seitenflächen der Zuleitungen 244a, 244b an der Außenseite der Kapselpackung an deren Quer- bzw. Schmalseite an den Isoliermaterialteil 246 heran abgebogen. Bei dieser Befestigungsart wird eine größere Festigkeit als bei der Anordnung nach Fig. 23A und 23B gewährleistet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 24A und 24B können die Zuleitungen an der Basis jeweils so abgeschnitten werden, daß ihre
an der Außenseite der Kapselpackung freiliegenden Seitenflächen als äußere Anschlüsse benutzt werden können. Der Zweck derartiger äußerer Anschlüsse wird nachstehend noch näher erläutert
werden.

Die Fig. 25A und 25B veranschaulichen eine ähnliche Befestigungsart, bei welcher Teile der Seitenflächen der Zuleitungen 254a,
254b an der Außenseite der Kapselpackung derart freiliegen, daß ihre freiliegenden (Seiten-)Flächen praktisch in derselben Ebene wie die Außenfläche des Isoliermaterialteils 256 angeordnet sind. Hierbei liegen die nach außen abgehenden Teile der Zuleitungen 254a, 254b jedoch auf einer Höhe über dem Boden der Kapselpackung.

Gemäß den Fig. 26A und 26B sind Teile der Flächen, d.h. der Unterseiten der Zuleitungen 264a, 264b an der Außenseite der Kapselpackung im wesentlichen in der Höhe der Außenfläche des Isoliermaterialteils 266 an der Unterseite der Kapselpackung angeordnet.

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Die in den Fig. 27A und 27B dargestellte Befestigungsart der Zuleitungen 274a, 274b am Isoliermaterialteil 276 entspricht weitgehend derjenigen gemäß den Fig. 26A und 26B, nur mit dem Unterschied, daß die lotrecht abgebogenen Teile der Zuleitungen 274a, 274b in einer nach vorn versetzten Position eingebettet bzw. eingelassen sind, so daß die nach außen hin freiliegenden Seitenflächen bzw. uQtibesrseiten der Zuleitungen 274a, 274b vergrößert sind.

Fig. 28 veranschaulicht eine Oszillatoranordnung, bei welcher, die Zuleitungen auf die in den Fig. 24A und 24B gezeigte Weise an der Kapselpackung bzw. Flachkapsel befestigt und die nach außen ragenden Zuleitungsstücke an der Basis, dJi. an der Kapseloberfläche abgeschnitten sind. Die Oszillatoranordnung gemäß Fig. 28 umfasst einen Deckel 283 und eine Kapselpackung aus einem Isoliermaterialteil 286, einem Metallrahmen 287 mit Flansch sowie Zuleitungen 284a, 284^tUe an der Außenfläche der Kapselpackung freiliegen.

Fig. 29 zeigt eine Oszillatoranordnung, bei welcher die Zuleitungen auf die in den Fig. 26A und 26B oder 27A und 27B dargestellte Weise an der Kapselpackung befestigt und die nach außen abstehenden Zuleitungsteile an der Basis, d.h. an der Kapselpackungs-Außenflache abgeschnitten sind. Die Oszillatoranordnung gemäß Fig. 29 umfasst einen Deckel 293 und eine Kapselpackung bzw. Flachkapsel aus einem Isoliermaterialteil 296, einem Metallrahmen 297 mit Flansch sowie Zuleitungen 294a, 294b, die am Boden der Kapselpackung nach außen hin freiliegen.

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Die in den Fig. 28 und 29 dargestellten Oszillatoranordnungen, die keine nach außen ragenden Zuleitungsteile aufweisen, lassen sich auf zweckmäßige Weise an einer Grundplatte des Modulsystems befestigen.

Die Fig. 30 bis 34 veranschaulichen verschiedene Formen der Zuleitungen, die in den Isoliermaterialteil eingebettet bzw. eingegossen werden sollen. Die spezielle Form dieser Zuleitungen ist aber nicht kritisch. Erfindungsgemäß werden jedoch bevorzugt Zuleitungen mit. den beispielsweise in den Fig. 30 bis 34 dargestellten Formen verwendet, weil diese aufgrund einer Vergrößerung ihrer Oberfläche oder eines Durchbruchs zu einer erhöhten Montagefestigkeit im Isoliermaterialteil und somit zu einer Verbesserung des luftdichten Abschlusses beitragen.

Gemäß den Fig. 30 und 31 sind eine bzw. beide Hauptseiten der einen rechteckigen Querschnitt besitzenden Zuleitung konkav ausgebildet. Hierdurch wird die Oberfläche vergrößert.

Die Zuleitungen gemäß den Fig. 3-2 bis 34 sind mit rechteckigen, rhombusförmigen bzw. kreisrunden Öffnungen bzw. Durchbrüchen versehen, durch welche die Befestigung der Zuleitung im Isoliermaterialteil verbessert wird.

Der Metallrahmen, der Deckel und die Zuleitungen der Oszillatoranordnungen gemäß der Erfindung können aus einer Metall(blech)-platte, einem Metallstreifen o.dgl. auf herkömmliche mechanische Weise hergestellt werden. Da diese Teile jedoch mit außerordentlich kleinen Abmessungen hergestellt werden müssen, werden sie erfindungsgemäß vorzugsweise durch Photoätzen, Laserstrahl- oder

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Elektronenstrahlbearbeitung geformt. Beispielsweise können die Metallrahmen jeweils einzeln hergestellt werden, doch werden sie vorzugsweise als Satz bzw. Reihe einer Vielzahl solcher Teile auf die in Fig. 35 gezeigte Weise angefertigt.

Fig. 36 veranschaulicht eine Anzahl von Kapselpackungen aus einem Isoliermaterialteil 366 mit zwei Zuleitungen 364a, 364b und einem Metallrahmen 367 in Form eines Satzes, bei dem die Kapselpackungen in einer Reihe mit der einen Seitenkante eines Metallstreifens 361 über die Zuleitungen parallel zueinander verbunden sind und eine bandförmige Anordnung bilden. Fig. 36 zeigt weiterhin einen Satz aus einer Anzahl von Deckeln 363, die über von ihnen abgehende Verbindungsteile 363a mit der einen Seitenkante eines Metallstreifens verbunden und parallel zueinander aufeinanderfolgend in einer bandförmigen Anordnung angeordnet sind. Ein derartiger Teilesatz, bei dem die einzelnen Werkstücke jeweils genau dieselbe Form besitzen und mittels eines Metallstreifens miteinander verbunden sind, läßt sich einfach und genau auf 'einer automatischen Maschine handhaben, so daß die Fertigung dieser Teile sowie die Endmontage zur Herstellung der Oszillatoranordnung vereinfacht werden.

In jede Kapselpackung gemäß Fig. 36 ist jeweils ein Oszillatorelement 365 eingesetzt.

Fig. 37 veranschaulicht einen Satz von luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnungen, die jeweils parallel zueinander und fortlaufend über die nach außen ragenden Zuleitungen 374a, 374b mit der einen Seitenkante eines Metallstreifens verbunden sind und eine bandförmige Anordnung

bilden. Außerdem Sind die Oszillatoranordnungen gemäß Fig. 37 über von den Deckeln abgehende Verbindungsteile 373a mit der einen Seitenkante eines Metallstreifens verbunden.

Bei der Anordnung nach Fig. 37 werden sodann die Verbindungsteile 373a und die Zuleitungen 374a, 374b an passenden Stellen abgeschnitten, so daß letztlich die erfindungsgemäßen Oszillatoranordnungen erhalten werden.

Zur Erleichterung des Trennens der Oszillatoranordnungen können die Zuleitungen 384a, 384b; 394a, 394b gemäß den Fig. 38 und im voraus mit schmäleren Abschnitten oder Durchbrüchen in der Nähe ihrer Anschlußstelle am Metallstreifen 381 bzw. 391 versehen werden.

• 39. Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feuer öHänzel r:": ' t'lPitfe&tan walte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Kiyoshi Nagai

Urawa-shi, Saitatna Prefecture, Japan TeL-089/982085-67

———* Telex: 0529802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

April 1981

YY-1074

Luftdicht gekapselte, flache piezoelektrische Oszi11atoranordnung und Kapselpackung dafür

Patentansprüche

( 1/ Luftdicht gekapselte, flache piezoelektrische Oszillatoranordnung, gekennzeichnet durch eine flache Kapselpackung bzw. Flachkapsel aus einem Metallrahmen (z.B. 47), einem mit diesem zur Bildung der Flachkapsel verbundenen Isoliermaterialteil (z.B. 46) und mehreren letzteren durchsetzenden und innerhalb der Flachkapsel Anschlüsse bildenden Zuleitungen (z.B. 44a, 44b) sowie einer öffnung zum Einsetzen eines piezoelektrischen Oszillatorelements, durch ein in die Flachkapsel eingeschlossenes und mit den Anschlüssen der Zuleitungen (z.B. 44a, 44b) verbundenes piezoelektrisches Oszillatorelement (z.B. 225; Fig. 22) und durch einen auf die öffnung zum Einsetzen des piezoelektrischen Oszillatorelements aufgesetzten Deckel (z.B. 173) zum luftdichten Verschließen der Flachkapsel nach dem Einsetzen des Oszillatorelements, wobei zumindest zwei Seitenflächen des· Isolier-

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materialteils, mindestens teilweise, in dem durch den Metallrahmen umrissenen Raum angeordnet sind und an (je) einer nach innen weisenden Fläche des Metallrahmens anliegen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallrahmen einstückig ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallrahmen zweiteilig ausgebildet ist und daß der eine Metal Irahmen-Teil die Öffnung für das Einsetzen des piezoelektrischen Oszillatorelements aufweist und der andere Teil eine Bodenplatte der Kapselpackung bzw. Flachkapsel bildet.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallrahmen mit einem oder mehreren Flanschen versehen ist und daß zumindest eine Seitenfläche des Isoliermaterials mindestens teilweise an einer einwärts weisenden Fläche des (der) Flansche (s) anliegt.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermaterialteil nur an einer Seite der Flachkapsel angeordnet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden der Flachkapsel ein oder mehrere Fenster aus einem durchsichtigen Material vorgesehen sind.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Flachkapsel aus einem durchsichtigen Werkstoff hergestellt ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Seitenfläche (lateral surface) der Zuleitung an der Außenseite der Flachkapsel so freiliegt, daß sich dieser freiliegende Teil im wesentlichen in derselben Ebene wie die Außenfläche der Flachkapsel befindet.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche der Zuleitung an der Außenseite der Schmal- oder Querseite der Flachkapsel nach außen freiliegt.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche der Zuleitung am Boden der Flachkapsel nach außen freiliegt.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckel ein oder mehrere Fenster aus durchsichtigem Material angeordnet sind.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des Fensters von der Außen- zur Innenfläche kontinuierlich oder intermittierend (stufenweise) verkleinert.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Fenster in Richtung seiner Tiefe von der Außen- zur Innenfläche verjüngt.
14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des Fensters stufenweise (in tiers) verkleinert.
15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß ein Teil der Seitenfläche der Zuleitung, die in den Isoliermaterialteil eingebettet bzw. eingelassen ist, zur Vergrößerung ihrer Oberfläche behandelt ist.
16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung in ihrem in den Isoliermaterialteil eingebetteten bzw. eingelassenen Teil einen Durchbruch aufweist.
17. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Oszillatorelement ein Quarzkristall-Oszillatorelement ist.
18. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermaterialteil aus einem Glaswerkstoff geformt ist.
19. Flachkapsel bzw. flache Kapselpackung zur Herstellung einer luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnung nach den vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch einen Metallrahmen, durch einen mit diesem zur Bildung der Flachkapsel vereinigten Isoliermaterialteil, durch mehrere letzteren durchsetzende und im Inneren der Flachkapsel Anschlüsse bildende Zuleitungen und durch eine Öffnung zum Einsetzen eines piezoelektrischen Elements, wobei zumindest zwei Seitenflächen des Isoliermaterialteils, mindestens teilweise, in dem durch den Metallrahmen umrissenen Raum angeordnet sind und an (je) einer nach innen weisenden Fläche des Metallrahmens anliegen.
20. Flachkapsel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallrahmen einstückig ausgebildet ist.

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21. Flachkapsel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallrahmen mit einem oder mehreren Flanschen versehen ist und daß zumindest eine Seitenfläche des Isoliermaterialteils mindestens teilweise an einer einwärts weisenden Fläche des (der) Flansche (s) anliegt.
22. Flachkapsel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermaterialteil aus einem Glaswerkstoff geformt ist.
23. Deckel zum luftdichten Verschließen einer Flachkapsel bzw, flachen Kapselpackung für eine piezoelektrische Oszillatoranordnung nach Anspruch 19 bis 22, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Fenster aus einem durchsichtigen Werkstoff.
24. Deckel nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des Fensters kontinuierlich oder intermittierend (stufenweise) von der Außenfläche zu der dem piezoelektrischen Oszillatorelement zugewandten Innenfläche verkleinert.
25. Deckel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich

das Fenster in Richtung seiner Tiefe von der Außen- zur Innenfläche verjüngt.
26. Deckel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser des Fensters stufenweise (in tiers) verkleinert.
27. Metallrahmen zur Herstellung einer Flachkapsel bzw. flachen Kapselpackung für eine luftdicht gekapselte piezoelektrische Oszillatoranordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,

daß der Metallrahmen durch Photoätzen oder Laserstrahl- oder Elektronenstrahlbearbeitung aus einer einzigen Metall(blech) platte ausgearbeitet ist.
28. Satz aus luftdicht gekapselten, flachen piezoelektrischen Oszillatoranordnungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die einzelnen Oszillatoranordnungen parallel zueinander in einer Reihe und unter Bildung einer bandförmigen Anordnung über die nach außen ragenden Zuleitungen mit einer Seitenkante (lateral side) eines Metallstreifens verbunden sind.
29. Satz aus Flachkapseln nach Anspruch 19/ dadurch gekennzeichnet/ daß die einzelnen Flachkapseln parallel zueinander in einer Reihe und unter Bildung einer bandförmigen Anordnung über die nach außen ragenden Zuleitungen mit einer Seitenkante (lateral side) eines Metallstreifens verbunden sind.
30. Satz aus Deckeln nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Deckel parallel zueinander in einer Reihe und unter Bildung einer bandförmigen Anordnung über von den Deckeln abgehende Verbindungsteile mit einer Seitenkante eines Metallstreifens verbunden sind.