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Die
vorliegende Erfindung hat einen ultradünnen piezoelektrischen Resonator
und insbesondere einen Resonator mit sehr kleinen Abmessungen, der
in ebener Konfiguration am Substrat einer gedruckten Schaltung befestigt
werden soll, zum Gegenstand.
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Durch
Verringern der Abmessungen kann die Dicke des piezoelektrischen
Elements gering sein, etwa einige Zehntel Millimeter, weshalb sie
vor jeglichem äußeren Angriff
oder jeglicher äußerer Verunreinigung
geschützt
werden muss, indem es in eine Hülle,
die eventuell unter Schutzatmosphäre oder unter Vakuum gesetzt
wird, hermetisch eingekapselt wird.
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Es
ist wohl offensichtlich, dass diese Hülle trotzdem äußere Mittel
zur elektrischen Verbindung für
die Erregungselektroden aufweisen muss, die beiderseits des piezoelektrischen
Elements angeordnet sind, wobei diese Verbindungsmittel sehr häufig auch die
Mittel zur Befestigung am Substrat bilden.
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Während die
Hüllen,
die durch Glaskolben gebildet sind, die mit hindurch laufenden Verbindungsstäben versehen
sind, die Metallkapseln, die mit Keramikperlen für die Verbindungsstangen versehen
sind, oder Anordnungen des Metall-Keramik-Typs seit langem aufgegeben
wurden, entspricht das neueste Konstruktionsprinzip, auf das sich
die vorliegende Erfindung bezieht, beispielsweise der Vorrichtung,
die im Dokument
US 4 451 754 beschrieben
ist. Diese Vorrichtung umfasst ein rechteckiges Plättchen aus
einem piezoelektrischen Material, das so zugeschnitten ist, dass
es einen Stützrahmen
bildet, an dem das Resonanzelement angebracht ist, das sich im Zentrum
befindet, wobei die zwei Flächen
metallisiert sind, um sowohl die Erregungselektroden als auch auf
der Höhe
des Rahmens Befestigungsmittel für
zwei symmetrische Deckel zu bilden, die so ausgebildet sind, dass
sie über dem
Resonanzelement einen freien Raum lassen.
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Wenn
sie in einem einzigen Stück
hergestellt werden, werden die Deckel tiefgezogen und weisen jeweils
eine Verbindungslasche auf, die sich parallel zum piezoelektrischen
Plättchen
beiderseits hiervon erstreckt. Wenn sie aus zwei Stücken hergestellt
werden, wird jeder Deckel aus einem metallischen Rahmen und einer
rechteckigen Verschlussplatte gebildet, wobei die Verbindungslaschen
dann mit denselben Anordnungen wie vorher durch Verlängerungen des
metallischen Rahmens gebildet werden können.
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Wenn
der Resonator, der gerade kurz beschrieben wurde, eben auf einem Substrat
angeordnet wird, ist zu sehen, dass die Verbindungslaschen in von
der Ebene des Substrats verschiedenen parallelen Ebenen liegen,
was den Nachteil hat, dass die Befestigung am Substrat nur mittels
dieser Verbindungslaschen nicht ermöglicht wird. Nun ist es gut bekannt,
dass ein nicht vernachlässigbarer
Teil der Schwingungsenergie auf das Substrat übertragen wird, was auf die
Dauer einen ungünstigen
Einfluss auf die Qualität
und Lebensdauer des Resonators haben kann, wenn dieser nicht mit
einer wirksamen und vorzugsweise einfachen Befestigung am Substrat
entworfen ist.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile des vorstehend
genannten Standes der Technik zu beseitigen, indem sie einen ultradünnen Resonator
schafft, dessen elektrische Verbindungsmittel in ein und derselben
Ebene liegen, während
sie auch als Mittel zur Befestigung am Substrat einer gedruckten
Schaltung dienen.
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Dazu
hat die Erfindung einen eingekapselten piezoelektrischen Resonator
zum Gegenstand, der einerseits ein mittiges Plättchen aus einem piezoelektrischen
Material, das so zugeschnitten ist, dass es einen Rahmen und ein
mit dem Rahmen verbundenes mittiges Resonanzelement bildet, wobei
die obere Fläche
und die untere Fläche
eine metallische Beschichtung aufweisen, und andererseits einen
unteren Deckel und einen oberen Deckel, die jeweils aus einem Abstandsrahmen
aus Metall oder aus einer Metalllegierung und aus einer Verschlussplatte gebildet
ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der
Elemente, die den Deckel bilden, mit dem Rahmen des mittigen Plättchens
elektrisch verbunden ist und eine Z-förmig gekrümmte Verlängerung aufweist, um seinen
distalen Teil in die Verlängerung
eines Abdeckplättchens
zu bringen und Mittel für
eine elektrische und eine mechanische Verbindung zu bilden, die
sich in derselben Ebene befinden.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
ist jene, in der alle Teile, die die Deckel bilden, metallisch sind, wobei
die Abdeckplatte des oberen Deckels folglich die einzige ist, die
eine Z-förmig
gekrümmte
Verlängerung
aufweist. Gemäß einer
Variante kann die untere Platte auch eine ebene Verlängerung
jenseits des mittigen Plättchens
aufweisen und somit es ermöglichen,
die Befestigung der Verbindungslaschen an einer gedruckten Schaltung
leichter zu machen, beispielsweise mittels eines Laserstrahls.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform werden
die Z-förmig
gekrümmten
Verlängerungen ausgehend
von mindestens einem Abstandsrahmen gebildet. In dem Fall, in dem
jeder Abstandsrahmen mit einer Z-förmigen Verlängerung versehen ist, die offensichtlich
an verschiedenen Stellen auf dem Umfang des Rahmens liegen, können die
obere und die untere Abdeckplatte folglich aus einem isolierenden Material
wie einem dünnen
Glasplättchen
gebildet werden.
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Wenn
die äußeren Teile
der Deckel aus Metall bestehen und isoliert werden müssen, ist
es natürlich
möglich,
gemäß bekannten
Verfahren einen isolierenden Lack aufzubringen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher beim Lesen
der ausführlichen
Beschreibung der Beispiele, die folgen, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 die
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Resonators ist, der zusammengestellt
und auseinander gezogen ist, und
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2 bis 6 Seitenansichten
von verschiedenen Ausführungsformen
sind.
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In 1 wurde
in der Perspektive ein ultradünner
piezoelektrischer Resonator 1 dargestellt, der für ein besseres
Verständnis
in einer auseinander gezogenen Ansicht zerlegt ist, die seine verschiedenen Bestandteilselemente
zeigt. 2 stellt eben diesen Resonator in einer Seitenansicht
dar. Er umfasst in bekannter Weise ein mittiges Plättchen 5 aus
einem piezoelektrischen Material mit sehr kleinen Abmessungen. Als
Beispiel hat das Plättchen
eine rechteckige Oberfläche
von 5 × 1,8
mm und eine Dicke von 0,15 mm und es weist einen mittigen Ausschnitt
auf, der es ermöglicht,
einen Rahmen 6 zu bilden, an dem durch eine seiner kleinen
Seiten ein Resonanzelement 9, das hier durch eine Stimmgabel
dargestellt ist, angebracht wird. Es ist wohl offensichtlich, dass die
Erfindung nicht auf ein Resonanzelement in Form einer Stimmgabel
begrenzt ist und dass jegliche andere Konfiguration von Resonanzelementen
auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar wäre. Die
untere und die obere Fläche
des Rahmens 6 des Resonanzelements 9 weisen eine
dünne leitende
Beschichtung 7 auf, die durch bekannte Verfahren erhalten
wird, wie Abscheidung unter Vakuum. Die äußeren Oberflächen 8 (von
denen eine einzige in 1 sichtbar ist) des Rahmens 6 bilden
die Oberflächen
zum Abstützen
und Lagern der anderen Bestandteilselemente des Resonators. Der
untere Deckel 11, d. h. jener, der auf das Substrat einer
gedruckten Schaltung aufgebracht wird, ist aus zwei Metallteilen
gebildet: einem Abstandsrahmen 12 mit denselben Abmessungen
wie die Oberflächen 8 des mittigen
Plättchens 5 und
einer Abdeckplatte 14. Der obere Deckel, der auch in zwei Metallteilen
gebildet ist, umfasst einen Abstandsrahmen 17, der zum
Rahmen 12 identisch ist, und eine Abdeckplatte 19,
die eine Z-förmig
gekrümmte
Verlängerung 20 aufweist. Wie
noch deutlicher in der Seitenansicht in 2 zu sehen
ist, in welcher die Dicke der zusammengesetzten Elemente stark übertrieben
wurde, spart die erste Krümmung
einen elektrischen Isolationsraum mit dem Stapel der Elemente aus
und das Ende der Verlängerung 20 bildet
einen Flansch 20a, dessen untere Oberfläche in derselben Ebene liegt
wie die äußere Fläche 14a der
unteren Abdeckplatte 14. Die Oberflächen 14a und 20a,
die in ein und derselben Ebene liegen, bilden sowohl die Mittel
zur elektrischen Verbindung der Elektroden als auch die Mittel zur
Befestigung am Substrat einer gedruckten Schaltung, während eine
sehr große
Stabilität
für den
ultradünnen
Resonator sichergestellt wird. Gemäß einer in 3 dargestellten
Variante ist zu sehen, dass die untere Abdeckplatte 14 auch
eine Z-förmig
gekrümmte
Verlängerung
aufweist, wobei die Verlängerung
zur Verlängerung 20 der
oberen Abdeckplatte 19 bezüglich der Medianebene des Resonators
antisymmetrisch ist. Diese Konstruktion weist den Vorteil auf, dass
sie Resonatoren schafft, bei denen es nicht erforderlich ist, die
Richtung in einer Montagelinie zu unterscheiden. Die mechanische
und elektrische Befestigung am Substrat einer gedruckten Schaltung kann
unterschiedslos durch die Oberflächen 20a, 14a,
wobei die Verlängerung 10 folglich
nicht verwendet wird, oder durch die Oberflächen 10a, 19a,
wobei die Verlängerung 20 nicht
verwendet wird, erfolgen.
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Das
Zusammenfügen
der verschiedenen Elemente, die gerade beschrieben wurden, miteinander
wird gemäß bekannten
Mitteln des Schweißens oder
Lötens
oder durch Aufbringen eines leitenden Klebstoffs oder Kitts durchgeführt.
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Gemäß einer
nicht dargestellten Variante können
die Abstandsrahmen 12, 17 aus einer Legierung
hergestellt werden, die es ermöglicht,
die Abdeckplatte 14, 19 an den Rahmen zu schweißen, während ein
ausreichender Raum für
den Bewegungsraum des Resonanzelements 9 ausgespart wird.
Die Rahmen 12, 17 werden beispielsweise aus einer
dünnen
Platte aus einer wärmeschmelzbaren Legierung
wie der Au-Sn-Legierung (80/20) durch Stanzen ausgeschnitten. In äquivalenter
Weise ist es möglich,
die Rahmen 12, 17 mit einer derartigen Legierung
direkt entweder auf den Abdeckplatten 14, 19 oder
auf den Oberflächen 8 des
Rahmens des mittigen piezoelektrischen Elements oder auf beiden gleichzeitig
durch Elektroformung auszubilden. Ebenso ist es möglich, einen
isolierenden Lack auf alle äußeren Oberflächen mit
Ausnahme der Befestigungs- und Ver bindungszonen aufzubringen.
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Gemäß einer
in 4 dargestellten Variante kann die untere Abdeckplatte 14 auch
eine ebene Verlängerung 15 aufweisen,
die die Befestigung des Resonators am Substrat bequemer machen kann. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
die in 5 dargestellt ist, ist das Verbindungsmittel der
oberen Erregungselektrode aus einer Z-förmigen Verlängerung 18 des Abstandsrahmens 17 gemäß denselben Prinzipien
wie den vorher definierten ausgebildet. In diesem Fall hat die Abdeckplatte 19 dieselbe
Kontur wie der Rahmen 17 und kann aus einem isolierenden Material
hergestellt werden.
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In 6 wurde
eine Variante dargestellt, in der der obere Abstandsrahmen 17 und
der untere Abstandsrahmen 12 jeweils eine Z-förmig gekrümmte Verlängerung 18 und 13 aufweisen.
Diese Ausführungsform
ermöglicht
es, dass auch die untere Abdeckplatte 14 aus einem isolierenden
Material besteht.
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In
den Beispielen, die gerade beschrieben wurden, ist (sind) die Z-förmig gekrümmte(n)
Verlängerungen)
in der Breite des Resonators vorgesehen. Es ist wohl offensichtlich,
dass sie in äquivalenter Weise
auf der ganzen oder einem Teil der Länge des Resonators ausgeführt sein
könnten.