DE3144626A1 - Quarzkristallschwinger - Google Patents
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Description
31U626 3
364/1 *·* NIHON DEMPA K06Y0
Quarzkristall!. Schwinger
Priorität: 10. November 1980 Japan 160410/1980
Die Erfindung betrifft einen QuarzkristaLLschwinger und
insbesondere einen QuarzkristaLLschwinger, bei dem ein
ρlattenförmiges QuarzkristaLLschwingereLement mit daran
gebiLdeten ELektroden in einem HaLtergehäuse aufgenommen
ist.
QuarzkristaLLschwinger ergeben sehr stabiLe Schwingungsfrequenzen und werden deshaLb in großem Umfang aLs
OsziLLatoren verwendet, um TaktsignaLe in Computern oder eLektronisehen 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 Meta LLhaLtergehäuse eingedichtet,
wobei die ELektroden des Schwingers von dem HaLtergehäuse mitteLs äußerer AnschLußstifte, die mit
den ELektroden innerhaLb des Gehäuses verbunden sind, herausgeführt sind. Das Herste L Lungsverfahren ist wie
foLgt. Zuerst wird ein temperaturabhängiges Quarzkri
staLLeLement, das eine Ring- oder Rechteckform hat,
vorbereitet und beide Seiten des KristaLLs werden poLiert. Die Seiten können erforder Lichenfa LLs bis zu SpiegeL-fLächen
poLiert 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 Meta LLbasisorgan vorgesehen. Das Basisorgan ist von zwei äußeren AnschLußstiften durchdrungen.
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die gegenüber dem Basisorgan hermetisch abgedichtet und elektrisch
isoliert sind. ALs nächstes werden die oberen
Enden der AnschLußstifte in eine ringartige Gestalt
gerundet, um Klammern zu bilden. Die Umfangsteile der
verbindenden Leiter an beiden Seiten des Quarzkrista 1I-schwingere
lements werden zwischen die Klammern eingeklemmt und ein elektrisch leitfähiger Klebstoff wird
an den Teilen angebracht, wo die Klemmung ausgeführt wird. Wenn somit der Klebstoff härtet, wird das Quarzkristallschwingerelementfest
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 Erregungs
elektroden durch die entsprechenden Fenster der Maske
mittels Dampf niedergeschlagen, wodurch die Schwingungsfrequenz auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.
Zuletzt wird die Maske entfernt, das Schwingerelement
mit einer Metallkappe bedeckt und Stickstoff in den durch den Spalt eingeschlossenen Raum dicht eingeschlossen.
Bei dem bekannten oben beschriebenen Quarzkristallschwinger
enstehen Probleme, wenn das Schwingerelement zwischen die Klammern, die an den Enden der Anschtußstifte
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 Frequehzeinstellmaske
angebracht und abgenommen wird. Diese
Vorgänge sind arbeits- und zeitaufwendig und verringern
somit nicht nur den Wirkungsgrad des Möntagevorgangs,
sondern machen es auch unmöglich, eine Montage in votl
automatischer Weise auszuführen.
J. U' .1 .1 : j 31U626
-Y-
-S-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Quarzkristallschwinger
zu schaffen, bei dem bei der Verbindung von zwei äußeren Anschlußstiften mit dem Umfang eines
Quarzkristallschwingerelements, das mit einer Erregerelektrode
an jeder Seite versehen ist, einer der äußeren Anschlußstifte immer mit einer der ErregungseLektroden
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 Rückseiten 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 der
Wirkungsgrad der Montage erhöht, indem die Frequenzeinste I Imaske einstückig mit der Halterbasis gebildet
wird, um die Anbring- und Abnahmeschritte zu vermeiden.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind
Fig. 1(A) eine abgewickelte Ansicht eines Quarzkristallschwingers
nach der Erfindung,
Fig. 1(B) eine Ansicht zum Erläutern der Lage der in Fig. 1(A) gezeigten Abwicklung,
Fig. 2 eine Draufsicht einer Maske,
Fig. 3(A) eine perspektivische Ansicht eines Quarzkristallschwingers
nach der Erfindung,
Fig. 3(B) eine Vorderansicht des in Fig. 3(A) gezeigten
Quarzkristallschwingers,
Fig. 4 bis 7 Ansichten von alternativen Ausführungsformen der Elektrodenmuster nach der
Erfindung,
Fig. 8 eine Vorderansicht eines Halters, Fig. 9 eine Draufsicht des in Fig. 8 gezeigten Halters,
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Fig. 10 eine Vorderansicht des QuarzkristaLLschwinger-
e Lements,
Fig. 11 eine Vorderansicht des QuarzkristaIIschwinger-
Fig. 11 eine Vorderansicht des QuarzkristaIIschwinger-
eLements in montiertem Zustand und Fig. 12 eine Draufsicht der Anordnung der Fig. 11.
Gemäß Fig. 1(A) sind die Vorderseite S und die Rückseite R des Quarzkristallschwingers der Erfindung
in eine Ebene in den Richtungen A und B in Fig. 1(B) geöffnet, und zwar gesehen aus der Richtung C. Eine
Erregungselektrode 11 ist in der Mitte der Vorderseite S
gebildet. Vier Verbindungselektroden 12a, 12b, 12c und 12d
sind an der Vorderseite S gebildet, indem diese radial vom Umfang der ErregungseLeketro.de 11 verlaufen. Stüt'zelektroden
13a, 13b, 13c und 13d sind getrennt voneinander benachbart dem Umfang des Quarzkristalls
an dessen Vorderseite S gebildet, wobei die Stützelektroden
sich längs des Umfangs erstrecken, um einen Kre;s
zu bilden, wobei jede Stützelektrode ungefähr ein Viertel
des Kreises einnimmt. Das Verbindungselektrodensegment
12a ist mit der Stützelektrode 13a verbunden. In gleicher
Weise sind die Verbindungselektrodensegmente 12b, 12c
und 12d jeweils mit den Stützelektroden 13b, 13c und 13d verbunden. Eine Erregungselektrode 11" ist in der
Mitte der Rückseite R des Quarzkristalls 10 so gebildet,
daß sie die Erregungselektrode 11 überlappt. Vier
Elektroden 12a1,12b1, 12c1 und 12d" sind an der Rückseite des Quarzkristalls 10 gebildet, indem diese
radial vom Umfang der Erregungselektrode 11' verlaufen,
und sie sind so angeordnet, daß sie nicht die Verbindungselektrodensegmente 12a bis 12d an der Vorderseite S
des Quarzkristalls überlappen. Stützelektroden 13a1,
13b1, 13c1 und 13d1 sind getrennt voneinander an der
Rückseite R des Quarzkristalls an Stellen 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
.:.- - W. .:. ·' 31U626
ungefähr ein Viertel des Kreises einnimmt. Die Stützet
ektroden 13a1 bis 13d' sind so angeordnet, daß sie
nicht· die Stütze Lekt roden 13a bis 13d überLappen. Das
VerbindungseLektrodensegment 12a1 ist mit der Stützelektrode
13a1 verbunden. In gleicher Weise sind die Verbindungselektrodensegmente 12b1, 12c1 und 1Hd1 mit
den Stützelektroden 13b1, 13c1 13d1 verbunden.
Die Erregungselektroden 11 und 11', die Verbindungselektrodensegmente
12a bis 12d und 12a1 bis 12d' und die Stützelektroden 13a bis 13d und 13a' bis 13d' sind
auf den jeweiligen Vorder- und Rückseiten des Quarzkristalls
in folgender Weise gebildet. Wie Fig. 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 22 zum Bilden
eines Verbindungselektrodensegments und mit einer Öffnung 23 zum Bilden einer Stützelektrode vorbereitet.
Als nächtes werden die beiden Masken so angeordnet, daß sie den Quarzkristall an 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 Seite des Quarzkristalls gleichzeitig zu bilden.
Das Quarzkristallschwingerelement mit dem voranstehend erläuterten Aufbau ist mit Zuführungsdrähten in der
in Fig. 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
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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 QuarzkristaLLschwingers 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
Fig. 3 (B) gezeigt i st.
Gemäß Fig. 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 Fig. 7
ist die Anordnung derart getroffen, daß die Endteile jeder Stützelektrode 13 schräg geformt sind, so daß benachbart
Endteile einander 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 Quarzkristallschwingerhalter
mit einer Maske zur Frequenzfeineinstellung aufgenommen
ist.
Gemäß den Fig . 8 und 9 enthält bei einem Quarzkristallschwingerhalter
eine Halterbasis 111 aus Künststoff
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od.dgl. eingesetze äußere Anschlußstifte 112, die als
Organe zum Halten des Quarzkristallelements dienen. Eine
Einstellmaske 113 ist an dem oberen Teil der Halterbasis
111 vorgesehen, indem diese miteinander einstückig gegossen sind. An beiden Seiten der Einstellmaske
sind etwa an deren mittleren Teil Ei nste I Lf enster 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 Einste I Lmaske 113 begrenzt eine zylindrische öffnung,
die an ihrem oberen Teil offen ist. 116 bezeichnet ein an der Halterbasis 111 angebrachtes Organ zum
Positionieren des Quarzkrista I Le lements, wobei das
Positionierorgan 116 eine Führungsnut 117 aufweist, wie
in Fig. 9 dargestellt ist. Positionierorgane 118 sind
an der Innenfläche der Seite der Einste I Lmaske 113 vorgesehen
und sind wiederum mit Führungsnuten 119 versehen.
Fig. 10 zeigt in der Vergrößerung ein Quarzkristallschwingerelement
120, das gleichartig dem in Fig. 1 gezeigten Element ist. Beide Seiten des QuarzkristaIL-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
Dampf niederschlagverfahren 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 Qua rzk ri sta 11 schwi nge r e I ement 120 an dem .Halter
anzubringen, wird .der Schwinger 120 in der öffnung an der Oberseite der EinsteL lmaske angeordnet und längs
der Führungsnut 119 an den Positionierorganen 118 eingesetzt,
bis es in die RaststeI lung 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
vorgesehen sind, angebracht ist. Dies vervollständigt den
Montagevorgang.
Die Frequenz des montierten Quarzkristallschwingers
kann in folgender Weise eingestellt werden. Der Halter wird in einer Vakuummetallisiereinrichtung angeordnet
und ein Niederschlagsmaterial derselben Art wie die
Erregungselektroden 121 wird auf den Erregungselektroden
121 des Quarzkristallschwingers 120 über die Einstellfenster
114 niedergeschlagen. Dies ergibt einen fertigen
Quarzkristallschwinger mit einergewünschten Frequenz.
Nach diesem Schritt wird eine Metallkappe 123 zürn 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 Vorderseite
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 StützeLektroden verbunden ist,
und ermöglicht es, den Schwinger vollständig automatisch
. AA ·
zu montieren. Da der Schwinger des weiteren so angeordnet
ist, daß die VerbindungseLektrodensegmente und
die Stützetektroden, die an der Vorderseite des Quarzkristalls
gebildet sind, nicht die Verbindungselektrodensegmente
und die Stützelektroden, die an der Rückseite des Quarzkristalls gebildet sind, überlappen, wird die
Streukapazität des Quarzkristallschwingers verringert
und unnötige Schwingungsteile des QuarzkristaLIs 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.
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Claims (6)
1.) QuarzkristaLLschwinger mit einem QuarzkristallschwingereLement,
das eine Quarzkristallplatte mit
Vorder- und Rückseite enthält,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
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, di\e 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 Verbi ndungse lekt'rode, 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 Quarzkrista11 plat te
an der Rückseite angeordnet ist, so daß die zweite Stützelektrode
nicht die erste Stützelektrode überlappt.
2. Quarzkrista11schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und die zweite Verbindungselektroden an der Vorder- und Rückseite so angeordnet
sind, daß sie nicht einander überlappen.
· *: ·-; 3H4626
3. QuarzkristaLLschwinger mit einer HaLterbasis
mit zwei Anschlußstiften und mit einem Quarzkristallschwingerelement,
gekennzeichnet durch
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 QuarzkristaIIschwingei—
elements vorgesehen sind.
6. Quar2kristaILschwinger nach Anspruch 1, gekennzeichnet
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 FrequenzeinsteL Imaske ein Fenster zum Einstellen
der Frequenz des Quarzkristallschwingerelements und
ein Fenster zum. Befestigten des Quarzkristallschwingerelements
an den AnschLußstiften aufweist, und wobei
die erste und die zweite Stützelektrode des QuarzkristaLI-schwingere
lements mit jeweils einem der beiden Anschlußstifte
verbunden wird, nachdem das Quarzkristallschwingerelement
in die ausgesparte Frequenzeinstellmaske ^63 Halters
eingesetzt worden ist.
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