RU1801246C - Piezoelectric device and method of manufacturing the same - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к конструированию радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических устройств: резонаторов, генераторов , фильтров. Цель изобретени  - обеспечение стабильности электрических параметров в услови х воздействи  климатических и механических факторов и уменьшение габаритов. В пьезоэлектрическом устройстве рамки 4,5 и платы 8,9 выполнены из керамики и соединены между собой герметично посредством прокладок 11, 12, 13 из пленочного кле . В рамках 4, 5 выполнены сквозные центральные отверсти , а на плоскость рамки 4 нанесены контактные площадки 10 напылением слов Сг, Си и NL 2 ил. вод А (ЛThe invention relates to the design of electronic equipment and can be used in the manufacture of piezoelectric devices: resonators, generators, filters. The purpose of the invention is to ensure the stability of electrical parameters under the influence of climatic and mechanical factors and reduce the size. In the piezoelectric device, the frames 4.5 and the boards 8.9 are made of ceramics and are tightly interconnected by means of gaskets 11, 12, 13 of film glue. In frames 4, 5, through central holes are made, and on the plane of the frame 4, pads 10 are deposited by sputtering the words Cr, Cu and NL 2 il. water A (L

Description

Изобретение относитс  к конструированию радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических устройств, резонаторов, генераторов , фильтров.The invention relates to the design of electronic equipment and can be used in the manufacture of piezoelectric devices, resonators, generators, filters.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение стабильности электрических параметров в услови х воздействи  климатических и механических факторов и уменьшение габаритов . The aim of the invention is to ensure the stability of electrical parameters under the influence of climatic and mechanical factors and reduce the size.

На фиг.1 приведен общий вид пьезоэлектрического устройства; на фиг.2 - вид А - на фиг,1.Figure 1 shows a General view of a piezoelectric device; figure 2 - view a - in figure 1.

Пьезоэлектрическое устройство содержит пьезоэлектрическую пластину 1 с элек- тродами 2 и контактными площадками 3. Кроме того, содержит выполненные из изол ционного материала две рамки 4,.5 с цен- тральным сквозным отверстием 6, 7 соответственно. При этом плата 8, рамки 4, 5 и плата 9 последовательно соединены между собой. На плоскость рамки 4 нанесены контактные площадки 10, Все элементы соединены посредством клеевых прокладок 11, 12, 13. При этом обеспечена возмож- ность электрического присоединени  к контактным площадкам 10 снаружи собранного корпуса. А пьезоэлектрическа  пластина 1 размещена в сквозном отверстии 7 рамки 5 и электрически соединена с контактными площадками 10 рамки 4 посредством проволочных токоотводов или токопровод щего кле  14.The piezoelectric device comprises a piezoelectric plate 1 with electrodes 2 and contact pads 3. In addition, it contains two frames 4, .5 made of insulating material with a central through hole 6, 7, respectively. In this case, the board 8, the frames 4, 5 and the board 9 are connected in series. On the plane of the frame 4, contact pads 10 are applied. All elements are connected by means of adhesive pads 11, 12, 13. At the same time, it is possible to electrically connect to the pads 10 outside the assembled housing. A piezoelectric plate 1 is placed in the through hole 7 of the frame 5 and is electrically connected to the contact pads 10 of the frame 4 by means of wire down conductors or conductive glue 14.

Пьезоэлектрическое устройство реализовано в пьезоэлектрическом фильтре, в ко- тором рам ки 4, 5 и платы 8, 9 выполнены из керамики толщиной 0,5 мм, соединенные между собой герметично посредством прокладок 11, 12, 13 из пленочного кле  толщиной 0,04 мм. В рамках 4, 5 выполнены сквозные центральные отверсти  диаметром 6,6 и 8,4 мм соответственно, а на плоскость рамки 4 по углам нанесены контактные площадки 10 напылением слоев С г, Си, Ni толщиной 1,0 мкм, которые с внешней стороны  вл ютс  коммутирующими элементами, внутри корпуса к ним присоединены пьезоэлектрическа  пластина 1 посредством пайки или приклеивани  токо- провод щим клеем. При этом рамка 5 и пла- та 9 имеют по углам скосы под углом 45°, обеспечива  свободный доступ к контактным площадкам 10 снаружи корпуса.The piezoelectric device is implemented in a piezoelectric filter, in which the frames 4, 5 and the boards 8, 9 are made of ceramics with a thickness of 0.5 mm, sealed to each other by means of gaskets 11, 12, 13 of 0.04 mm thick adhesive film. In frames 4, 5, through holes were made with a diameter of 6.6 and 8.4 mm, respectively, and on the plane of the frame 4, contact pads 10 were deposited at the corners by spraying layers of C g, Cu, Ni with a thickness of 1.0 μm that are connected by switching elements, inside the case, a piezoelectric plate 1 is attached to them by soldering or gluing with conductive glue. In this case, the frame 5 and the board 9 have bevels in the corners at an angle of 45 °, providing free access to the contact pads 10 outside the case.

Способ изготовлени  пьезоэлектрического устройства заключаетс  в следующем. A method of manufacturing a piezoelectric device is as follows.

Изготавливают пьезоэлектрическую пластину 1 с электродами 2 и контактными площадками 3, изготавливают рамки 4, 5 с отверсти ми соответственно 6, 7 и платы 8, 9 из изол ционного материала.A piezoelectric plate 1 with electrodes 2 and contact pads 3 is made, frames 4, 5 with holes 6, 7 and boards 8, 9, respectively, are made of insulating material.

На плоскость рамки 5 нанос т контактные площадки 10, изготавливают прокладки 11,12,13.On the plane of the frame 5, pads 10 are applied, gaskets 11,12,13 are made.

Затем соедин ют герметично по плоскости рамку 4 с рамкой 5 посредством прокладки 12, после чего электрически соедин ют пьезоэлектрическую пластину 1 с контактными площадками 10 рамки 4.Then, frame 4 is sealed in plane plane with frame 5 by means of gasket 12, after which the piezoelectric plate 1 is electrically connected to the contact pads 10 of frame 4.

Затем соедин ют герметично по плоскости рамку 4 с платой 8 посредством прокладки 11, после чего провод т регулировку пьезоэлектрического устройства.Then, the frame 4 is sealed in plane plane with the board 8 by means of a gasket 11, after which the piezoelectric device is adjusted.

Затем соедин ют герметично по плоскости рамку 5 с платой 9 посредством прокладки 13, При этом герметичное соединение осуществл ют при температуре 190+10°С в вакууме не хуже мм рт.ст. с приложением усили  5-7 кГ в течение 60- 80 мин.Then, the frame 5 is sealed in the plane with the board 9 by means of a gasket 13. In this case, the sealed connection is carried out at a temperature of 190 + 10 ° C in a vacuum no worse than mmHg. with the application of efforts of 5-7 kg for 60-80 minutes.

Способ использован при изготовлении фильтров, а именно изготавливали пьезоп- ластину 1 с напыленными электродами 2 и контактными площадками 3; рамки 4, 5 и платы 8, 9 изготавливали шлифовкой заготовок из изол ционного материала, например , керамики, толщиной 0,5 мм; затем в рамках 4, 5 выполн ли отверсти  соответственно 6, 7 с помощью ультразвука; на плоскость рамки 4 наносили контактные площадки 10 напылением слоев Cr, Cu, Ni толщиной 1,0 мкм, которые с внешней стороны  вл ютс  коммутирующими элементами; изготавливали прокладки 11, 12, 13 вырубки из клеевой пленки; склеивали по плоскости изол ционные рамки 5 и 6 посредством прокладки 12, соедин ли пьезоэлектрическую пластину 1 с контактными площадками 10 изол ционной рамки 4 токо- провод щим клеем 14 или пайкой, затем склеивали по плоскости изол ционную рамку 4 с изол ционной платой 8 посредством прокладки 11, проводили регулировку параметров устройства, после чего склеивали по плоскости изол ционную рамку 5 с изол ционной платой 9 посредством прокладки 13. . При этом склеивание изол ционных рамок 5, 6 между собой и с изол ционными платами 8, 9 производили в специальном приспособлении, в котором создавали давление на склеивание детали примерно 6 кГ. Затем помещали приспособление в вакуумную печь, создавали вакуум около 5 -10 мм рт.ст. и выдерживали при температуре примерно 190°С в течение 70 мин. При этом при приклеивании изол ционной платы 9 приспособление предварительно помещали в контейнер, который заполн ли аргоном.The method was used in the manufacture of filters, namely, a piezoelectric plate 1 with sprayed electrodes 2 and contact pads 3 was made; frames 4, 5 and boards 8, 9 were made by grinding blanks of insulating material, for example, ceramics, with a thickness of 0.5 mm; then, in frames 4, 5, holes 6, 7 were respectively made using ultrasound; on the plane of the frame 4, contact pads 10 were applied by sputtering of layers of Cr, Cu, Ni with a thickness of 1.0 μm, which from the outside are commuting elements; gaskets 11, 12, 13 were cut out of the adhesive film; the insulating frames 5 and 6 were glued along the plane by means of a strip 12, the piezoelectric plate 1 was connected to the pads 10 of the insulating frame 4 by conductive glue 14 or by soldering, then the insulating frame 4 was glued along the plane with the insulation board 8 by laying 11, the device parameters were adjusted, after which the insulating frame 5 with the insulating board 9 were glued along the plane by means of a gasket 13.. In this case, the gluing of the insulating frames 5, 6 with each other and with the insulating boards 8, 9 was carried out in a special device in which pressure was applied to the gluing of the part of about 6 kg. Then the device was placed in a vacuum furnace, a vacuum of about 5 -10 mm Hg was created. and kept at a temperature of about 190 ° C for 70 minutes In this case, when gluing the insulating board 9, the device was previously placed in a container that was filled with argon.

В результате использовани  изобретени  удалось реализовать пьезоэлектрический фильтр дл  диапазона частот 15-30 МГц с требуемой стабильностью электрических параметров в диапазоне температур (-60)°-(+70)°С, при воздействии вибрации с ускорением 40д в диапазоне частот -1-5000 Гц, ударов с ускорением 1500д.As a result of using the invention, it was possible to realize a piezoelectric filter for the frequency range 15-30 MHz with the required stability of electrical parameters in the temperature range (-60) ° - (+ 70) ° C, when exposed to vibration with acceleration 40d in the frequency range -1-5000 Hz hits with acceleration of 1500d.

При этом габариты фильтров дл  размера пьезоэлектрической пластины 5x6 мм 10,4x10,4x2,3 мм.At the same time, the dimensions of the filters for the size of the piezoelectric plate are 5 x 6 mm, 10.4 x 10.4 x 2.3 mm.

Цель изобретени  достигаетс  за счет введени  двух герметично соединенных между собой плоских изол ционных рамок со сквозным центральным отверстием и с внешними контактными площадками, размещенными на плоскости одной из изол ционных рамок. При этом пьезоэлектрическа  пластина размещена в сквозном отверстии второй изол ционной рамки и электрически соединена с внешними выводами, размещенными на плоскости первой изол ционной рамки посредством пайки или токопровод щим клеем. А изол ционные платы последовательно герметично соединены с соответствующей изол ционной рамкой, при этом регулировку электрических параметров пьезоэлектрического устройства провод т после герметичного соединени  первой изол ционной платы с соответствующей изол ционной рамкой. Така  конструкци  корпуса пьезоэлектрического устройства позвол ет уменьшить габариты пьезоэлектрического устройства при обеспечении стабильности электрических параметров за счет уменьшени  напр жений в пьезоэлектрической пластине . Кроме того, цель изобретени  достигаетс  за счет того, что герметичное соединение элементов корпуса осуществл ют посредством клеевых прокладок в вакууме не хуже мм рт.ст. при температуре 190±10°С в течение 60-80 мин, с приложением усили  5-7 кГ. Это позволило значительно упростить технологию изготовлени  за счет использовани  групповых методов на всех этапах изготовлени  устройства.The object of the invention is achieved by introducing two hermetically interconnected flat insulating frames with a through central hole and with external contact pads located on the plane of one of the insulating frames. In this case, the piezoelectric plate is placed in the through hole of the second insulating frame and is electrically connected to external terminals placed on the plane of the first insulating frame by soldering or with conductive adhesive. And the insulating boards are sequentially hermetically connected to the corresponding insulating frame, and the electrical parameters of the piezoelectric device are adjusted after the first insulating board is sealed to the corresponding insulating frame. Such a design of the housing of the piezoelectric device makes it possible to reduce the dimensions of the piezoelectric device while maintaining the stability of the electrical parameters by reducing the stresses in the piezoelectric plate. In addition, the purpose of the invention is achieved due to the fact that the sealed connection of the housing elements is carried out by means of adhesive pads in a vacuum no worse than mmHg. at a temperature of 190 ± 10 ° C for 60-80 minutes, with the application of a force of 5-7 kg. This made it possible to significantly simplify the manufacturing technology by using group methods at all stages of manufacturing the device.

Кроме того, дл  осуществлени  герметизации не требуетс  применени  сложного оборудовани , что особенно важно дл  уменьшени  трудоемкости изготовлени  и снижени  стоимости изделий в услови х массового производства. Требуема  стабильность параметров обеспечиваетс  не тол ько за счет конструкции корпуса, обеспечивающей уменьшение напр жений в пьезоэлектрической пластине,но и за счет того, что обеспечена возможность регулировки электрических параметров в процессе изготовлени , а именно, после герметичного присоединени  первой изол ционной платы , а также за счет проведени  операции окончательной герметизации корпуса в среде аргона.In addition, the use of sophisticated equipment is not required for sealing, which is especially important for reducing the laboriousness of manufacturing and lowering the cost of products under conditions of mass production. The required stability of the parameters is ensured not only due to the design of the casing, which provides a reduction in stresses in the piezoelectric plate, but also due to the fact that it is possible to adjust the electrical parameters during the manufacturing process, namely, after tight connection of the first insulating board, as well as the result of the operation of the final sealing of the housing in an argon atmosphere.

Цель изобретени  достигаетс  за счет того, что герметизацию провод т в вакууме не хуже 510 мм рт.ст., при температуре 190±10°С, с приложением усили  5-7 кГ, вThe purpose of the invention is achieved due to the fact that the sealing is carried out in vacuum no worse than 510 mm Hg, at a temperature of 190 ± 10 ° C, with a force of 5-7 kg,

течение 60-80 мин.within 60-80 minutes

При проведении герметизации в вакууме хуже 5 10 мм рт.ст. окисл ютс  контак- тные площадки, что отрицательно сказываетс  на стабильности электрическихWhen sealing in vacuum is worse than 5 10 mm Hg contact pads are oxidized, which negatively affects the stability of electrical

параметров. Более глубокий вакуум не оказывает существенного вли ни  на стабильность электрических параметров, но значительно удлин ет процесс изготовлени .parameters. A deeper vacuum does not significantly affect the stability of electrical parameters, but significantly lengthens the manufacturing process.

При температуре ниже 180°С не обеспечиваетс  надежна  герметизаци , а при температуре выше 200°С происходит интенсивное газовыделение из клеевой пленки,At temperatures below 180 ° C, reliable sealing is not provided, and at temperatures above 200 ° C there is intense gas evolution from the adhesive film,

что приводит к ухудшению стабильности электрических параметров пьезоэлектрического устройства.which leads to a deterioration in the stability of the electrical parameters of the piezoelectric device.

Врем  60-80 мин выбираетс  из услови  обеспечени  надежной герметизацииThe time of 60-80 min is selected from the condition of ensuring reliable sealing

корпуса пьезоэлектрического устройства и включает врем  прогрева приспособлени  и соедин емых деталей, а также врем , необходимое дл  полимеризации клеевой пленки . Если врем  герметизации менее 60 мин,the housing of the piezoelectric device and includes the warm-up time of the device and connected parts, as well as the time required for the polymerization of the adhesive film. If the sealing time is less than 60 minutes,

то необходимо обеспечить надежную герметизацию . Удлинение процесса герметизации более 80 мин не приводит к улучшению герметичности пьезоэлектрического устройства . При усилии меньше 5 кГ не обеспечиваетс  достаточна  герметичность.reliable sealing must be ensured. Lengthening the sealing process for more than 80 minutes does not improve the tightness of the piezoelectric device. With a force of less than 5 kg, a sufficient tightness is not ensured.

Увеличение усили  более 7 кГ приводит к разрушению соедин емых деталей.An increase in the force of more than 7 kg leads to the destruction of the connected parts.

Изобретение позвол ет уменьшить монтажные габариты одного звена до 0,25 см и использовать этажерочное включение в приборе нескольких фильтровых звеньев, а также снизить трудоемкость изготовлени  в 2-3 раза.The invention makes it possible to reduce the mounting dimensions of one link to 0.25 cm and to use a bookcase inclusion in the device of several filter links, as well as to reduce the laboriousness of manufacturing by 2-3 times.

Проведенные испытани  изготовленных образцов показали высокую эксплуатационную надежность и стабильность электрических параметров.Tests of manufactured samples showed high operational reliability and stability of electrical parameters.

Claims (2)

Формула изобретени  1. Пьезоэлектрическое устройство, содержащее корпус, внутри которого расположена пьезоэлектрическа  пластина, на, поверхности которой установлены электроды и контактные площадки, а также изол ционные платы, отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  стабильностиSUMMARY OF THE INVENTION 1. A piezoelectric device comprising a housing, inside of which there is a piezoelectric plate, on the surface of which electrodes and contact pads are installed, as well as insulating boards, characterized in that, in order to ensure stability электрических параметров в услови х воздействи  климатических и механических факторов и уменьшени  габаритов, в него введены две рамки из изол ционного материала с центральным сквозным отверстием, на плоскости одной из которых выполнены контактные площадки, причем перва  изол ционна  плата, рамка с контактными пло- щадками, втора  рамка и втора  изол ционна  плата последовательно гер метично соединены между собой по плоскости посредством клеевых прокладок с возможностью электрического присоединени  к контактным первой рамки снаружи корпуса, при.этом пьезоэлектрическа  пла- стина размещена в сквозном отверстии второй рамки.electrical parameters under the influence of climatic and mechanical factors and size reduction, two frames of insulating material with a central through hole are introduced into it, on the plane of one of which are contact pads, the first is an insulating board, a frame with contact pads, the second frame and the second insulating board are sequentially sealed to each other in a plane by means of adhesive pads with the possibility of electrical connection to the contact of the first frame of the projectile housing, this piezoelectric plate is placed in the through hole of the second frame. 2. Способ изготовлени  пьезоэлектрического устройства, основанный на изготов- лении пьезоэлектрической пластины с электродами и контактными площадками, а также изол ционных плат, герметичном соединении их между собой, а также проведени  электрического соединени  контактных площадок пьезоэлектрической пластины с2. A method of manufacturing a piezoelectric device, based on the manufacture of a piezoelectric plate with electrodes and contact pads, as well as insulating boards, hermetically connecting them together, as well as conducting electrical connection of the contact pads of the piezoelectric plate with внешними выводами пьезоэлектрического устройства и регулировки электрических параметров , отличающийс  тем, что, с целью снижени  трудоемкости, электрическое присоединение контактных площадок пьезоэлектрической пластины с внешними выводами осуществл ют перед герметичным соединением изол ционных плат с соответствующей изол ционной рамкой, размеща  при этом пьезоэлектрическую пластину в сквозном отверстии второй изол ционной рамки, а герметичное соединение изол ционных плат с соответствующей рамкой осуществл ют последовательно, при этом регулировку электрических параметров провод т после герметичного соеди- нени  первой изол ционной платы с соответствующей изол ционной рамкой, причем герметичное соединение осуществл ют посредством клеевых прокладок при температуре 190±10°С при вакууме 5-10 мм рт.ст., в течение 60-80 мин, с приложением усили  5-7 кг, при этом герметичное соединение второй изол ционной платы провод т в среде инертного газа.external terminals of the piezoelectric device and adjusting the electrical parameters, characterized in that, in order to reduce the complexity, the electrical contact pads of the piezoelectric plate with external terminals are carried out before the insulating boards are sealed with the corresponding insulating frame, placing the piezoelectric plate in the through hole the second insulating frame, and the tight connection of the insulating boards with the corresponding frame is carried out by a follower but, at the same time, the adjustment of the electrical parameters is carried out after the tight connection of the first insulating board with the corresponding insulating frame, and the tight connection is carried out by means of adhesive gaskets at a temperature of 190 ± 10 ° C under a vacuum of 5-10 mm Hg, within 60-80 minutes, with a force of 5-7 kg, while the tight connection of the second insulating board is carried out in an inert gas environment.