DE2313574C3

DE2313574C3 - Mikroresonatorelement und Verfahren zu seiner Massenherstellung

Info

Publication number: DE2313574C3
Application number: DE2313574A
Authority: DE
Inventors: Juergen H. Anaheim Calif. Staudte (V.St.A.)
Original assignee: Statek Corp Orange Calif (vsta)
Current assignee: Statek Corp Orange Calif (vsta)
Priority date: 1972-03-22
Filing date: 1973-03-19
Publication date: 1976-01-08
Also published as: FR2176946B1; CH588733B5; US3766616A; DE2313574A1; FR2176946A1; CH1091873A4; DE2313574B2; GB1381996A; JPS498212A; US3969640A; CH566675A5; JPS5247982B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroresonatorelement, bestehend aus einem in einem Gehäuse hermetisch eingeschlossenen piezoelektrischen oder ferroelektrischen Mikroresonator, der mit Gewichten in Form metallischer Schichten versehen ist, wobei das Gehäuse einen lichtdurchlässigen Bereich aufweist, durch welchen eine von einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Strahlungsquelle kommende Lichtstrahlung hindurchtreten kann, um Teile der Gewichte zwecks Abstimmung des Mikroresonators zu entfernen.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfah-

ren zur Massenherstellung einer Vielzahl von derartigen Mikroresonator-Elementen.

Mikroresonatoren, welche die Form einer Stimmgabel aufweisen, werden in der eigenen US-PS 36 83 213 beschrieben. Die »Vlikroresonatoren werden aus piezoelektrischem oder ferroelektrischem Material hergestellt und haben eine Gesamtlänge von etwa 2,5 bis 12,7 mm, eine Gesamtbreite von etwa 0,4 bis 1,3 mm und eine Dicke von weniger als 0,076 mm. Die Verwendung der Stimmgabelform ge- ίο stattet eine einfache Befestigung auf einem Podest. Typische Werte für die Schwingungsfrequenz dieser Mikroresonatoren liegen in dem Frequenzbereich zwischen 10 und 100 kHz mit Stabilitätswerten zwischen 0 und 10 ppm pro ⁰C. Derartige Mikroresonatoren werden bevorzugt als Zeitstandard einer Uhr verwendet. Die geringe Größe gestaltet es, den Mikroresonator zusammen mit einem mikroelektronischen Schwingkreis, einem Frequenzteiler und Treiberschaltungen in einem Gehäuse unterzubringen, welches genügend klein ist, um in eine Damen-Armbanduhr zu passen.

Derartige Mikroresonatoren können zwar in Massenfabrikation hergestellt werden mit Frequenzen, die relativ nahe an dem gewünschten Wert liegen; es ist jedoch nötig, jeden Mikroresonator einzeln abzustimmen, um die exakte Frequenz zu erhalten. Das Abstimmen wird dadurch erleichtert, daß auf jeder Stimmgabelzinke ein aus einer relativ Dicken Metallsicht bestehendes Gewicht vorgesehen ist, welches zur Erzielung der gewünschten Mikroresonator-Frequenz teilweise entfernt wird.

Während des Einkapseins des Mikroresonators in das Gehäuse kann sich die Mikroresonator-Frequenz geringfügig ändern, und zwar z. B. auf Grund der Wärme, die zum Verbinden des Podestes mit dem Substrat oder zur Vervollständigung der hermetischen Abdichtung des Gehäuses erforderlich ist. Dies macht es wünschenswert, die Abstimmung der einzelnen Mikroresonatoren vorzunehmen, nachdem das Einkapseln in das Gehäuse und die Alterung, welche spätere Frequenzänderungen auf ein Minimum herabsetzt, vollendet worden sind. Bei einem bekannten Mikroresonator der eingangs genannten Art (DT-AS 1 ί 66 843) wird zum Abtragen der Schichtgewichte die Strahlung einer im Blitzbetrieb arbeitenden Glimmentladung verwendet, um eine die Mikroresonator-Frequenz laufend messende Regelanordnung schaltet die Glimmentladung automatisch bei Erreichen des Sollwertes der Mikroresonator- so Frequenz ab.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, auch bei sehr geringen Abmessungen des Mikroresonator-EIements eine sehr genaue Frequenzeinstellung desselben in relativ einfacher Weise zu ermöglichen.

Ein Mikroresonator-Element der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroresonator die Form einer mit zwei Zinken versehenen Stimmgabel aufweist, deren Abmessungen nicht größer sind als 12,7 mm, daß der Jo lichtdurchlässige Bereich des Gehäuses zum Hindurchtretenlassen der Strahlung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Lasers ausgebildet ist und daß jede Zinke mit einem Schichtgewicht versehen ist, welches einen ersten Bereich einer ersten Dicke und einen zweiten Bereich einer geringeren Dicke aufweist, derart, daß sie die selektive Entfernung von Material aus dem ersten oder dem zweiten Bereich mittels der Laserstrahlung einer Grob- bzw. Feinabstimmung des Mikroresonators bewirkt.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikroresocator-Element ermöglicht die Anwendbarkeit von Laserstrahlung auf Grund der sehr scharfen Bündelbarkeit dei Laserstrahlung eine Konzentration des Brennfleckes auf einen sehr geringen Bereich und eine zeitliche Reduzierung der Lichteinwirkung auf eine sehr kurze Zeitspanne in der Größenordnung von Nanosekunden. Dadurch wird auch bei sehr kleinen Mikroresonatoren erreicht, daß nur eine Oberflächenverdampfung der Schichtgewichte selbst erfolgt, nicht aber eine Aufheizung des Kristalls, die zu einer Störung der Resonator-Eigenschaften desselben führer könnte. Die beiden Schichtbereiche unterschiedliche! Dicke ermöglichen in Verbindung mit der schar! bündelbaren Laserstrahlung eine sehr genaue Abstimmung des Mikroresonators.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Plättchen aus transparentem Substratmaterial geritzt wird, um eine Vielzahl vor Gehäusesegmenten zu bilden, daß ein Mikroreso· natcr auf jedem dieser Segmente angebracht wird und die elektrischen Verbindungen zu demselben hergestellt werden, daß einzelne Gehäusedeckel ar jedem der Gehäusesegmente befestigt werden, daß jeder Mikroresonator unter Verwendung eines durch den transparenten Bereich jedes Gehäuses hindurchtretenden Laserstrahles durch selektive Entfernung von Teilen der genannten Gewichte abgestimmt wird und daß das geritzte Plättchen zerschnitten wird, urr die Gehäuse nach dem Abstimmvorgang voneinandei zu trennen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Massenherstellung von Mikroresonator-Elementer sehr geringer Abmessungen unter Einhaltung hohei Genauigkeit der erstellenden Resonator-Frequenz.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend in Zusammenhang mit den Zeichnunger näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mikroresonator-Ele ments, wobei zur Deutlichkeit der Deckel von den Substrat getrennt ist,

F i g. 2 eine Draufsicht von unten auf das Gehäusf von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht, welche di( automatische Abstimmung des im Gehäuse eingekap selten Mikroresonators mittels eines Lasers veran schaulicht,

F i g. 4 und 5 eine Draufsicht von unten auf einer bzw. eine Querschnittsansicht durch einen Mikro resonator, der mit Schichtgewichten verschiedene! Dicke versehen ist,

F i g. 6 und 7 Querschnittsansichten weiterer Aus führungsformen von erfindungsgemäßen Mikroreso nator-Elementen,

F i g. 8 bis 11 eine Darstellung, welche die Massen fertigung von Mikroresonator-Elementen der ir F i g. 1 gezeigten Art veranschaulicht,

Fig. 12 und 13 perspektivische Ansichten eine: Substrats, dessen Form es gestattet, den Mikroreso nator freitragend über einer Ausnehmung zu be festigen.

In Fi g. 1 und 2 wird ein Gehäuse 15 gezeigt, wel ches einen Mikroresonator 16 der in der obener wähnten US-PS 36 83 213 beschriebenen Art enthält

Der Mikroresonator 16 hat die grundsätzliche Form einer Stimmgabel und ist mittels eines Podestes 17 auf dem lichtdurchlässigen Substrat 18 aus Glas oder einem ähnlichen Material befestigt.

Die Unterseite jeder Stimmgabelzinke 19 weist ein aus einer Metallschicht bestehendes Gewicht 20 auf, welches durch Niederschlagen im Vakuum während der Herstellung des Mikroresonators 16 daran angebracht worden ist. Die Metallschichtgewichte 20 haben vorzugsweise eine Dicke in der Größenordnung eines Mikrometers und können demzufolge als »dicke Schichten« bezeichnet werden. Die Gewichte 20 sind durch das transparente Substrat 18 hindurch sichtbar, um die in F i g. 3 veranschaulichte, mit Laserlicht erfolgende Abstimmung zu ermöglichen. Der Laserstrahl durchsetzt dabei das Substrat 18, um überschüssiges Material der dicken Schicht zu entfernen und dadurch die Masse der Gewichte 20 zu vermindern und die Frequenz des Mikroresonators 16 auf einen gewünschten Wert zu erhöhen.

Der Mikroresonator 16 kann aus Quarz hergestellt werden, wobei die Zinken 19 parallel zur Y-Achse des Kristalls orientiert sind. Vorzugsweise wird der Kristall unter einem Winkel von 45 bis 70° bezüglich Drehung um die y-Achse und einem Winkel bis zu etwa SVt⁰ bezüglich Drehung um die X-Achse geschnitten. Wie schon vorher erwähnt, ist keine Abmessung des Mikroresonators 16 größer als 12,7 mm, und im allgemeinen wird die Gesamtlänge geringer als dieser Wert sein. Das Substrat 18 ist entsprechend klein gewählt. Ein typischer Mikroresonator 16 weist eine Länge von etwa 6,4 mm auf, wobei das Substrat 18 eine Breite von 5,1 mm und eine Länge von 7,6 mm hat. Natürlich werden die genauen Abmessungen von der Frequenz, d. h. also der Größe des Mikroresonators 16, und von der Anzahl und Größe der anderen in dem Gehäuse 15 befindlichen Komponenten abhängen.

Bei der Ausführungsform der F i g. 1 und 2 weist der Mikroresonator 16 auf seiner oberen Fläche eine erste Dünnschichtelektrode 22 auf, die sich entlang der Ränder des Stimmgabelschlitzes 23 erstreckt und in einem Block 24 endigt. Eine weitere Dünnschichtelektrode 25 verläuft entlang des äußeren Randes jeder Stimmgabelzinke 19 und endigt in einem Block 26. Drähte 27 und 28 sind an den Blöcken 24 und 26 angebracht und dienen als elektrischer Anschluß der Elektroden 22 bzw. 25. Eine Dünnschichtelektrode 29 (F i g. 2) verläuft im wesentlichen über die gefeinte Breite beider Zinken 19 auf den Unterseiten derselben. Die Elektrode 29 kann dabei ein leitendes Segment 29 a aufweisen, um die elektrische Verbindung zu anderen Schaltkreisen über das Podest 17 zu erleichtem. Das Podest 17 selbst kann ein metallisches vorgeformtes Stück 17 α aufweisen, welches an dem Mikroresonator 16 und an dem Substrat 18 durch entspechende leitende Epoxy-Schichten YIb bzw. 17 c befestigt ist. Ein Dünnschichtleiter 31, der auf der oberen Substratfläche 18 a ausgebildet ist, vervollständigt die Schaltungsverbindung.

Weitere Dünnschichtleiter 32 und 33 können auf der Substratoberfläche 18 a vorgesehen sein. Die Leiter 31, 32 und 33 endigen an ihnen zugeordneten Blöcken 34, welche dazu dienen, von außen zu dem 3ehäuse 15 führende elektrische Verbindungen aufzunehmen.

Eine übliche integrierte Schaltung 35, die auf dem Substrat 18 befestigt ist, kann einen Schwingkreis, einen Operationsverstärker, einen Dividierer und an dere in Verbindung mit dem Mikroresonator 16 zi verwendende Schaltungen aufweisen. Bei dem Beispie der Fig. 1 wird die elektrische Verbindung zu dei s integrierten Schaltung 35 über die Drähte 28 und 3( und den Leiter 32 bewirkt. Aus Gründen der Raumersparnis kann die integrierte Schaltung 35 oder eir Teil derselben unter dem Mikroresonator 16 angebracht sein, wobei dafür gesorgt werden muß, dafi ίο die Gewichte 20 für die Sicht von außen nicht verdeckt werden.

Ein Deckel 37 vervollständigt das Gehäuse 15. Die unteren Kanten der Deckelseitenwände 730« sind an dem Substrat 18 mittels eines Epoxy-Harzes oder eines anderen Klebmittels 38 so befestigt, daß das Gehäuse hermetisch abgedichtet ist. Ein Stöpsel 39 verschließt ein Loch 40, welches, wie noch beschrieben wird, das Entweichen von flüchtigen Substanzen während des Zusammenbaus des Gehäuses »ο 15 ermöglicht. Die Leiter 31, 32 und 33 verlaufen durch das abdichtende Klebmittel 38, so daß die Blöcke 34 von dem haubenförmigen Deckel 37 nicht bedeckt werden.

F i g. 3 veranschaulicht, in welcher Weise ein Mi- »5 kroresonator 16, der sich innerhalb des Gehäuses 15 befindet, unter Verwendung eines Lasers 41 automatisch abgestimmt werden kann. Der Mikroresonator 16 ist so geschaltet, daß er als Frequenzquelle eines Schwingkreises 42 fungiert. Diese Schaltungsanordnung kann in dem Gehäuse 15 enthalten sein, und zwar etwa in der integrierten Schaltung 35, oder kann auch außerhalb des Mikroresonatorgehäuses anangeordnet sein. Die Schwingungsfrequenz des Schwingkreises 42 wird durch eine Frequenzmeßstufe 43 ermittelt, weiche entsprechende Signale einer Lasersteuerstufe 44 zuführt.

Wenn der Mikroresonator 16 in Tätigkeit ist· gibt der Schwingkreis 42 auf die Leitung 45 ein Ausgangssignal, dessen Frequenz teilweise durch die Masse der Gewichte 20 bestimmt ist. Zunächst wird diese Frequenz unterhalb des gewünschten Wertes liegen; dementsprechend gibt die Frequenzmeßstufe 43 ein Signal auf die Leitung 46, welches die Lasersteuerstufe 44 zur Einschaltung des Lasers 41 veranlaßt. Der Laserstrahl 47 durchsetzt das lichtdurchlässige Substrat 18, um dadurch einen Teil der Gewichte 20 zu verdampfen. Als Folge davon steigt die Schwingungsfrequenz an und kann schließlich den gewünschten Wert erreichen. Wenn dies eintritt, veranlaßt die Frequenzstufe 43 die Lasersteuerstufe 44 dazu, den Laser 41 abzuschalten. Der Mikroresonator 16 ist dann genau auf die gewünschte Frequenz abgestimmt Der Abstinrnivorgang gemäß Fig. 3 wird also durchgeführt, während sich der Mikroresonator 16 in seinem bestimmungsgemäßen Betrieb befindet.

Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß die Lasersteuerstufe 44 den Laser 41 so führt, daß der Laserstrahl die Gewichte 20 überstreicht, so daß die Entfernung von Material nicht an einer punktförmigen Stelle, sondern entlang eines linear ausgedehnten Bereiches stattfindet. Der Laserstrahl kann auch wie bei einer Rasterabtastung oder gemäß einem anderen Abtastmuster geführt werden. Um eine Grob- und Feinabstimmung mittels des Lasers zu ermöglichen, können die Mikroresonatorgewichte 20 die in den F i g. 4 und 5 gezeigte Ausbildung aufweisen. Gemäß diesen Fieuren enthält

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jedes Gewicht 20' einen Bereich 20α einer ersten Dicke, z. B. 1500 A, und einen zweiten dickeren Bereich 20 ft von z. B. 1 μ. Die Gewichte 20' können dadurch gebildet werden, daß zunächst eine dünne Schicht aus Gold oder einem anderen Metall auf jede Zinke 19 aufgedampft wird. In dem Bereich 20 ft kann dann ein galvanischer Goldniederschlag gebildet werden, um dort die größere Schichtdicke zu erhalten.

Die durch Laserlicht verursachte Verdampfung eines gewissen Flächenstückes des Bereiches 20 ft wird eine größere Frequenzänderung bewirken als die Verdampfung eines gleichen Flächenstückes des Bereiches 20 a. Wenn daher die Mikroresonatorfrequenz noch relativ weit von dem gewünschten Wert entfernt ist, kann die Frequenzmeßstufe 43 die Laserstufe 44 dazu veranlassen, den Laserstrahl auf den Bereich 20 ft größerer Schichtdicke zu richten. Wenn die Frequenz sich relativ nahe an dem gewünschten Wert befindet, wird dagegen die Lasersteuerstufe 44 eine Verdampfung in dem Bereich 20 a bewirken.

In F i g. 3 wird zwar eine Abstimmung mittels eines automatisch gesteuerten Lasers veranschaulicht; dies ist jedoch kein notwendiges Merkmal der Erfindung; die Abstimmung mittels des Lasers kann auch unter manueller Steuerung erfolgen. Ferner muß nicht das gesamte Substrat 18 transparent sein; das Substrat 18 könnte auch lichtundurchlässig sein, wobei lediglich ein geeignetes Fenster die Gewichte 20 freigibt. Eine solche Anordnung kann auch dazu dienen, eine unbeabsichtigte Beschädigung anderer in dem Gehäuse 15 befindlicher Komponenten zu verhindern.

Die F i g. 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsformen von Mikroresonator-Gehäusen ISA bzw.

15 B. Bei dem Gehäuse 15 A trägt ein becherförmiger undurchsichtiger Gehäuseteil 50 den Mikroresonator

16 A und weitere Komponenten wie etwa die integrierte Schaltung 35 A. Ein durchsichtiger Deckel 51 ist auf dem Gehäuseteil 50 so angebracht, daß der Resonator 16/4 hermetisch eingeschlossen wird. Um die Abstimmung mittels des Laserstrahls durch den Deckel 51 zu erleichtern, werden die Gewichte 20 A der Stimmgabelzinken auf der oberen Fläche des Mikroresonators 16/1 gebildet. Bei der Ausführungsform von Fig. 7 enthält das Gehäuse 15B ein ebenes Substrat 52, eine ringförmige Seitenwand 53 und einen ebenen durchsichtigen Deckel 54. Auch hier sind die Gewichte 20 B auf der oberen Seite des Mikroresonators 16B angebracht, um eine Abstimmung mittels Laserlicht durch den Deckel 54 hindurch zu ermöglichen. Es könnte jedoch auch das Substrat 52 durchsichtig sein, wobei dann die Gewichte auf der Unterseite des Mikroresonators 165 angebracht werden.

Schwingkreisanordnungen, wie sie unter Einbeziehung des Mikroresonators 16 typischerweise verwendet werden können, werden in F i g. 6 des bereits erwähnten US-PS 36 83 213 gezeigt. Ein variabler Kondensator, der mit dem Mikroresonator zusammengeschaltet ist, ermöglicht dabei eine frequenzmäßige Feineinstellug des Schwingkreises und kann daher zur genauen Einstellung der Laufgeschwindigkeit einer Uhr verwendet werden, welche den Mikroresonator 16 als Zeitnormal enthält. In den Fig. 1 und 2 wird eine vorteilhafte Ausführung eines derartigen Kondensators 75 gezeigt, der in dieser Weise Verwendung finden kann. Der Kondensator 75 benutzt das Substrat 18 als Dielektrikum, ist innerhalb des Gehäuses 15 elektrisch verbunden und ist auf der Außenseite des Gehäuses 15 einstellbar.

Der Kondensator 75 enthält ein Paar voneinander beabstandeter im wesentlichen rechteckiger Dünnschichtstreifen 76 und 77, die auf der oberen Substralfläche 18a aufgebracht sind. Zu diesen Streifen 76 und 77 führen elektrische Verbindungen über einen Draht 81 und über ein leitendes Dünnschichtsegment 77(j. Auf der äußeren Substratfläche 18ft (Fig. 2)

ίο befindet sich eine erste Gruppe von leitenden Dünnschichtsegmenten 78, und zwar in demselben Bereich des Substrats 18 wie der innen angebrachte als Kondensatorplatte dienende Streifen 76. In ähnlicher Weise ist eine zweite Gruppe von leitenden Dünnschichtsegmenten 79 auf der Fläche 18 ft in demselben Bereich wie der als Kondensatorplatte dienende Streifen 77 abgebildet.

Die leitenden Segmente werden zur Einstellung der Kapazität verwendet. Hierzu wird ein Streifen aus elektrisch leitendem Klebband 80 (F i g. 2) dazu benutzt, einige der Segmente 78 und 79 elektrisch zusammenzuschalten. Die miteinander verbundenen Segmente 78' und 79' bilden eine gemeinsame elektrisch schwimmende Platte des Kondensators 75; die

as Anzahl der solchermaßen kurzgeschlossenen Segmente 78 und 79 bestimmt die wirksame Kapazität. Jedes Segment 78 und 79 kann sehr klein sein, zum Beispiel eine Länge 0,013 mm aufweisen, wobei genügend viel Segmente vorgesehen werden, um eine sehr feine Einstellung der Kapazität zu ermöglichen. Zur frequenzmäßigen Feineinstellung eines typischen Schwingkreises ist ein Kondensator 75 mit einer Kapazität im Bereich zwischen etwa 0,1 bis 2 pF ausreichend. Die Einstellung wird in der Weise durchgeführt, daß eine größere oder kleinere Anzahl der Segmente 78 und 79 zusammengeschlossen werden. Diese Einstellung wird außerhalb des Gehäuses 15 durchgeführt, ohne daß die Notwendigkeit besteht, die Gewichte 20 emeut zurechtzutrimmen oder auf

4= andere Komponenten innerhalb des Gehäuses 15 einzuwirken.

Die Massenherstellung der Mikroresonatorgehäuse 15 wird in Fig. 8 bis 11 dargestellt. Dort wird eine Vielzahl von Gehäusen 15 auf einem einzigen Plättchen 82 aus Glas oder einem anderen Material gebildet, welches so geritzt wird, daß eine Vielzahl von horizontalen und vertikalen Nuten 83 bzw. 84 entsteht. Die Nuten 83 und 84 bilden eine Matrix vieler Substratsegmente 18', die voneinander getrennt werden können, nachdem die Gehäuse 15 alle vollständig montiert worden sind. Typische Werte für die Größe und Dicke des Plättchens sind 32 cm² bzw. 0,25 mm. Ein derartiges Plättchen 82 kann in etwa 416 Segmente 18' unterteilt werden, von denen jedes etwa 7,6 mm lang und 5,1 mm breit ist.

Vor oder nach dem Ritzen des Substrats 82 werden die verschiedenen Dünnschichtelektroden, Dünnschichtblöcke und Dünnschicht-Kondensatorplatten — hier allgemein mit Leiter 86 bezeichnet — gleichzeitig auf allen Segmenten 18' durch übliche Vakuumaufdampfung oder -zerstäubung durch eine geeignete Maske hindurch (nicht gezeigt) gebildet. Die Maske kann bezüglich einer Ecke 85 oder bezüglich einer anderen Bezugsmarke auf dem Substrat 82 ausgerichtet werden. Fi g. 9 zeigt einen vergrößerten Bereich des Substrats 82 nach der Aufbringung der Leiter 86.

Übliche Testverfahren können dann dazu verwen-

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det werden, zu überprüfen, ob die Leiter 86 alle in richtiger Weise auf den Segmenten 18' aufgebracht worden sind. Jedes defekte Segment 18" wird mit einem Tintenfleck 87 markiert.

Als nächster Schritt wird ein Epoxy-Klebmittel oder ein anderes geeignetes Klebmittel auf jedem Segment 18' in denjenigen Bereichen aufgebracht, in denen Schaltungskomponenten wie der Mikroresonator 16 und die integrierte Schaltung 35 aufgebracht werden sollen. Die Schaltungskomponenten selbst werden dann mittels einer automatischen Apparatur auf das Epoxy-Klebmittel aufgebracht. Das Plättchen 82 wird dann mit allen so angebrachten Schaltungskomponenten in einen Ofen gebracht und erhitzt, um das Klebmittel auszuhärten. Als nächstes werden die verschiedenen Drähte 27,28,36 und 81 angeschweißt oder durch Ultraschall oder auf andere Weise mit den Schaltungskomponenten verbunden, wobei alle diese Vorgänge durch die erwähnte automatische Apparatur durchgeführt werden, die mit Bezug auf die Ecke 85 justiert ist.

Ein Epoxy-Klebmittel oder ein anderes Klebmittel wird dann auf jedes Segment 18' zwecks Bildung der Dichtung38 (Fig. 10) aufgebracht. Einzelne Deckel

37 werden dann auf die durch das Klebmittel gebildete Dichtung 38 aufgesetzt, und das ganze Plättchen 82 mit allen daran befestigten Schaltungskomponenten und Deckeln wird erhitzt, um das die Dichtung

38 bildende Klebmittel auszuhärten. Vorzugsweise wird dieses Erhitzen im Vakuum durchgeführt, so daß während des Aushärtens entstehende flüchtige Substanzen aus jedem Gehäuse 15 über das in jedem Deckel 37 befindliche Loch40 (Fig. 11) herausgezogen werden. Als nächstes wird ein vorgeformtes Stück Lötmaterials in jedes Loch 40 gebracht, und die gesamte Anordnung 82 wird wieder im Vakuum oder in einer inerten Gasatmosphäre erhitzt, wodurch das Lötmaterial schmilzt und den Stöpsel 39 (Fig. 1) bildet, der den hermetischen Abschluß jedes Gehäuses 15 vervollständigt.

Eine automatische Apparatur wird dann dazu benutzt, jedes der mit einem Gehäuse 15 versehenen Bauelemente elektrisch zu testen. Bei einem derartigen Test werden mittels Sonden elektrische Verbindungen über die Blöcke 34 zu den einzelnen mit den Gehäusen 15 versehenen Bauelementen hergestellt. Die gesamte Anordnung 82 kann dann für eine gewisse Zeitdauer auf erhöhter Temperatur gehalten werden, um die Mikroresonatoren 16 zu aHern. Die Laseranordnung von F i g. 3 wird dann dazu verwendet, den in jedem Gehäuse 15 auf dem Plättchen 82 befindlichen Mikroresonator 16 individuell abzustimmen. Schließlich wird das Plättchen 82 entlang der Nuten 83 und 84 verteilt, um die fertig hergestellten in die Gehäuse 15 eingekapselten Bauelemente voneinander zu trennen.

In den Fig. 12 und 13 wird eine andere Ausführungsform der Anbringung des Mikroresonators gezeigt. Es wird eine Ausnehmung 90 in einem durchsichtigen oder anderen Substrat 91 gebildet. Der Schaft 92 des Mikroresonators 16 C (F i g. 4 und 5) wird direkt an einem Substratbereich 91 α befestigt, so daß die Zinken 93 über der Ausnehmung 90 (Fig. 13) freitragend sind. Der Bereich einer 91a wirkt damit als Podest für den Mikroresonator 16 C.

Die Zinken-Randelektroden 22' und 25' und die

Blöcke 24' und 26' für den Mikroresonator 16C werden auf der Unterseite desselben gebildet, um in direkten elektrischen Kontakt mit entsprechenden Dünnschichtelektroden und Blöcken 94 in den Substratbereich 91 α zu gelangen. Ein elektrisch leitendes Epoxy-Klebmittel wird nur auf die Blöcke 94 aufge-

bracht, um die elektrische Verbindung mit den Elektroden 22' und 25' zu bewirken und den Mikroresonator 16 C an dem Substrat 91 mechanisch zu befestigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mikroresonatorelement, bestehend aus einem in einem Gehäuse hermetisch eingeschlossenen piezoelektrischen: oder ferroelektrischen Mikroresonator, der mit Gewichten in Form metallischer Schichten versehen ist, wobei das Gehäuse einen lichtdurchlässigen Bereich aufweist, durch welchen eine von einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Strahlungsquelle kommende Lichtstrahlung hindurchtreten kann, um Teile der Gewichte zwecks Abstimmung des Mikroresonators zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroresonator (16) die Form einer mit zwei Zinken (19) versehenen Stimmgabel aufweist, deren Abmessungen nicht größer sind als 12,7 mm, daß der lichtdurchlässige Bereich des Gehäuses zum Hindurchtretenlassen der Strahlung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Lasers ausgebildet ist und daß jede Zinke (19) mit einem Schichtgewicht versehen ist, welches einen ersten Bereich (ZOb) einer ersten Dicke und einen zweiten Bereich (20 a) einer geringeren Dicke aufweist, derart, daß die selektive Entfernung von Material aus dem ersten oder dem zweiten Bereich mittels der Laserstrahlung eine Grob- bzw. Feinabstimmung des Mikroresonators (16) bewirkt.

2. Mikroresonatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein transparentes Substrat (18) vorgesehen ist, daß der Mikroresonator (16) von einem an dem transparenten Substrat (18) befestigten Podest (17) getragen wird, daß die Gewichte (20) sich auf den dem transparenten Substrat (18) zugewandten Zinkenflächen befinden und daß ein Deckel aus thermisch verträglichem Material an dem transparenten Substrat anhaftet.

3. Mikroresonatorelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Substrat (18) aus Glas besteht.

4. Mikroresonatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen becherförmiger Basisteil (50) und ein den Basisteil (50) verschließender und an ihm anhaftender transparenter Deckel (51) vorgesehen sind, daß der Mikroresonator (16 A) an dem Basisteil (50) befestigt ist und daß die Gewichte (2QA) auf den dem transparenten Deckel (51) zugewandten Zinkenflächen angeordnet sind.

5. Mikroresonatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander und im Abstand zueinander angeordnete Platten (52, 54) aus transparentem Material durch einen ringförmigen, die Seitenwände des Gehäuses bildenden Teil (53) getrennt sind.

6. Mikroresonatorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen einstellbaren Kondensator (75) aufweist, der in solcher Weise elektrisch geschaltet ist, daß er für die Frequenz eines den Mikroresonator (16) als Frequenzquelle verwendeten Schwingkreises mitbestimmend ist, daß ein Teil der Gehäusewand als zwischen den Kondensatorplatten angeordnetes Dielektrikum des Kondensators (75) dient und daß die wirksame Fläche der auf der Gehäuseaußenfläche angeordneten

Kondensatorplatte einstellbar ist, um eine Feinabstimmung des Schwingkreises ohne mechanische Änderungen innerhalb des Gehäuses zu ermöglichen.

7. Verfahren zur Massenherstellung einer Vielzahl von Mikroresonatorelementen gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plättchen (82) aus transparentem Substratmaterial geritzt wird, um eine Vielzahl von Gehäuseelementen (18') zu bilden, daß ein^Mikroresonator auf jedem dieser Segmente (18') angebracht wird und die elektrischen Verbindungen zu demselben hergestellt werden, daß einzelne Gehäusedeckel (37) an jedem der Gehäusesegmente (18') befestigt werden, daß jeder Mikroresonator unter Verwendung eines durch den transparenten Bereiches jedes Gehäuses hindurchtretenden Laserstrahles durch selektive Entfernung von Teilen der genannten Gewichte (20 a, 2Qb) abgestimmt wird und daß das geritzte Plättchen (82) zerschnitten wird, um die Gehäuse (15) nach dem Abstimmvorgang voneinander zu trennen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigen des Mikroresonators auf den Segmenten (18') in der Weise erfolgt, daß ein Klebmittel auf ausgewählte Bereiche jedes Segments (18') aufgebracht wird, daß ein Mikroresonator auf dieses Klebmittel aufgebracht wird und daß das Klebmittel ausgehärtet wird, nachdem auf im wesentlichen alle Segmente (18') Mikroresonatoren aufgebracht worden sind.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigen der einzelnen Gehäusedeckel (37) in der Weise erfolgt, daß ein Klebmittel auf jedes Segment jeweils in einem den Mikroresonator umgebenden Muster aufgebracht wird, daß der Gehäusedeckel (37) auf das Klebmittelmuster jedes Segments (18') gebracht wird, wobei jeder Gehäusedeckel (37) ein durchgehendes Loch (40) aufweist, daß das Klebmittel ausgehärtet wird, daß eine Legierung in das Loch (40) jedes Gehäusedeckels (37) gebracht wird und daß das Plättchen (82) mit allen derart angeordneten Deckeln (37) in einem Vakuum unter einer inerten Gasatmosphäre erhitzt wird, um die Legierung zu schmelzen und dadurch jedes der genannten Löcher (40) zu verschließen, wodurch die hermetische Abdichtung jedes Gehäuses vervollständigt wird.