Пьезоэлектрическое устройство и способ его изготовления

 

Изобретение относится к конструированию радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических устройств: резонаторов, генераторов , фильтров. Цель изобретения - обеспечение стабильности электрических параметров в условиях воздействия 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 клея. В рамках 4, 5 выполнены сквозные центральные отверстия, а на плоскость рамки 4 нанесены контактные площадки 10 напылением слов Сг, Си и NL 2 ил. вод А (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 03 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

М

10

О

Ю

° Ь

12 (21) 4940152/22 (22) 30.05.91 (46) 07.03.93. Бюл. N 9 (71) Научно-исследовательский институт приборостроения (72) О.А,Мещеряков, В,В.Макеев и

Л.И,Третьяк, В.А.Драгунов, Ю.Л.Королев и

В.А.Бузовкина (73) Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (56) Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов/Под ред, Б.Ф,Высоцкого и

В.В.Дмитриева, Авторское свидетельство СССР

¹ 660099220022, кл. H 03 Н 7/00, 1978. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

„„5U „„1801246 А3 (57) Изобретение относится к конструированию радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических устройств: резонаторов, генераторов, фильтров. Цель изобретения— обеспечение стабильности электрических параметров в условиях воздействия 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 клея. В рамках 4, 5 выполнены сквозные центральные отверстия, а на плоскость рамки 4 нанесены контактные площадки 10 напылением слов Cr, Cu u Ni. 2 ил.

1801246

20

30

Изобретение относится к конструированию радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических устройств, резонаторов, генераторов, фильтров.

Целью изобретения является обеспечение стабильности электрических параметров в условиях воздействия климатических и механических факторов и уменьшение габаритов, На фиг.1 приведен общий вид пьезоэлектрического устройства; на фиг.2 — вид А — на фиг,1, Пьезоэлектрическое устройство содер>кит пьезоэлектрическую пластину 1 с электродами 2 и контактными площадками 3, Кроме того, содержит выполненные из изоляционного материала две рамки 4,,5 с центральным 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 возможность электрического присоединения к контактным площадкам 10снаружи собранного корпуса. А пьезоэлектрическая пластина 1 размещена в сквозном отверстии 7 рамки 5 и электрически соединена с контактными площадками 10 рамки 4 посредством проволочных токоотводов или токопроводящего клея 14, Пьезоэлектрическое устройство реализовано в пьезоэлектрическом фильтре, в котором рамки 4, 5 и платы 8, 9 выполнены из керамики толщиной 0,5 мм, соединенные между собой герметично посредством прокладок 11, 12, 13 из пленочного клея толщиной 0,04 мм. В рамках 4, 5 выполнены сквозные центральные отверстия диаметром 6,6 и 8,4 мм соответственно, а на плоскость рамки 4 по углам нанесены контактные площадки 10 напылением слоев

Cr, Cu, Ni толщиной 1,0 мкм, которые с внешней стороны являются коммутирующими элементами, внутри корпуса к ним присоединены пьезоэлектрическая пластина 1 посредством пайки или приклеивания токопроводящим клеем, При этом рамка 5 и плата 9 имеют по углам скосы под углом 45, обеспечивая свободный доступ к контактным площадкам 10 снаружи корпуса.

Способ изготовления пьезоэлектрического устройства заключается в следующем, Изготавливают пьезоэлектрическую пластину 1 с электродами 2 и контактными площадками 3, изготавливают рамки 4, 5 с отверстиями соответственно 6, 7 и платы 8, 9 из изоляционного материала.

На плоскость рамки 5 наносят контактные площадки 10, изготавливают прокладки

11, 12, 13.

Затем соединяют герметично по плоскости рамку 4 с рамкой 5 посредством прокладки 12, после чего электрически соединяют пьезоэлектрическую пластину 1 с контактными площадками 10 рамки 4.

Затем соединяют герметично по плоскости рамку 4 с платой 8 посредством прокладки 11, после чего проводят регулировку пьезоэлектрического устройства.

Затем соединяют герметично по плоскости рамку 5 с платой 9 посредством прокладки 13, П ри этом герметичное соединение осуществляют при температуре

190+10 С в вакууме не хуже 5 10 мм рт.ст. с приложением усилия 5 — 7 кГ в течение 60—

80 мин, Способ использован при изготовлении фильтров, а именно изготавливали пьезопластину 1 с напыленными электродами 2 и контактными площадками 3; рамки 4, 5 и платы 8, 9 изготавливали шлифовкой заготовок из изоляционного материала, например, керамики, толщиной 0,5 мм; затем в рамках 4, 5 выполняли отверстия 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 являются коммутирующими элементами; изготавливали прокладки 11, 12, 13 вырубки из клеевой пленки; склеивали по плоскости изоляционные рамки 5 и 6 посредством прокладки 12, соединяли пьезоэ-лектрическую пластину 1 с контактными площадками 10 изоляционной рамки 4 токопроводящим клеем 14 или пайкой, затем склеивали по плоскости изоляционную рамку 4 с изоляционной платой 8 посредством прокладки 11, проводили регулировку параметров устройства, после чего склеивали по плоскости изоляционную рамку 5 с изоляционной платой 9 посредством прокладки 13.

При этом склеивание изоляционных рамок 5, 6 между собой и с изоляционными 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 изоляционной платы 9 приспособление предварительно помещали в контейнер, который заполняли аргоном.

В результате использования изобретения удалось реализовать пьезоэлектриче1801246 ский фильтр для диапазона частот 15 — 30

МГц с требуемой стабильностью электрических параметров в диапазоне температур (-60)о — (+70) С, при воздействии вибрации с ускорением 40g в диапазоне частот 1 — 5000

Гц, ударов с ускорением 1500g.

При этом габариты фильтров для размера пьезоэлектрической пластины 5х6 мм

10,4х10,4х2,3 мм, Цель изобретения достигается за счет введения двух герметично соединенных между собой плоских изоляционных рамок со сквозным центральным отверстием и с внешними контактными площадками, размещенными на плоскости одной из изоляционных рамок, При этом пьезоэлектрическая пластина размещена в сквозном отверстии второй изоляционной рамки и электрически соединена с внешними выводами, размещенными на плоскости первой изоляционной рамки посредством пайки или токопроводящим клеем. А изоляционные платы последовательно герметично соединены с соответствующей изоляционной рамкой, при этом регулировку электрических параметров пьезоэлектрического устройства проводят после герметичного соединения первой изоляционной платы с соответствующей изоляционной рамкой, Такая конструкция корпуса пьезоэлектрического устройства позволяет уменьшить габариты пьезоэлектрического устройства при обеспечении стабильности электрических параметров за счет уменьшения напряжений в пьезоэлектрической пластине. Кроме того, цель изобретения достигается за счет того, что герметичное соединение элементов корпуса осуществляют посредством клеевых прокладок в вакууме не хуже 5 10 мм рт.ст. при температуре 190 10 С в течение 60 — 80 мин, с приложением усилия 5 — 7 кГ. Это позволило значительно упростить технологию изготовления за счет использования групповых методов на всех этапах изготовления устройства.

Кроме того, для осуществления герметизации не требуется применения сложного оборудования, что особенно важно для уменьшения трудоемкости изготовления и снижения стоимости изделий в условиях массового производства. Требуемая стабильность параметров обеспечивается не тол ько за счет конструкции корпуса, обеспечивающей уменьшение напряжений в пьезоэлектрической пластине, но и за счет того, что обеспечена возможность регулировки электрических параметров в процессе изго5

55 товления, а именно, после герметичного присоединения первой изоляционной платы, а также за счет проведения операции окончательной герметизации корпуса в среде аргона, Цель изобретения достигается за счет того, что герметизацию проводят в вакууме не хуже 5 10 мм рт.ст., при температуре

-4

190» 10 С, с приложением усилия 5-7 кГ, в течение 60 — 80 мин.

При проведении герметизации в вакууме хуже 5 10 мм рт.ст, окисляются контак-4 тные площадки, что отрицательно сказывается на стабильности электрических параметров. Более глубокий вакуум не оказывает существенного влияния на стабильность электрических параметров, но значительно удлиняет процесс изготовления.

При температуре ниже 180 С не обеспечивается надежная герметизация, а при температуре выше 200 С происходит интенсивное газовыделение из клеевой пленки, что приводит к ухудшению стабильности электрических параметров пьезоэлектрического устройства.

Время 60 — 80 мин выбирается из условия обеспечения надежной герметизации корпуса пьезоэлектрического устройства и включает время прогрева приспособления и соединяемых деталей, а также время, необходимое для полимеризации клеевой пленки. Если время герметизации менее 60 мин, то необходимо обеспечить надежную герметизацию. Удлинение процесса герметизации более 80 мин не приводит к улучшению герметичности пьезоэлектрического устройства. При усилии меньше 5 кГ не обеспечивается достаточная герметичность.

Увеличение усилия более 7 кГ приводит к разрушению соединяемых деталей.

Изобретение позволяет уменьшить монтажные габариты одного звена до 0,25 з см и использовать этажерочное включение в приборе нескольких фильтровых звеньев, а также снизить трудоемкость изготовления в 2 — 3 раза.

Проведенные испытания изготовленных образцов показали высокую эксплуатационную надежность и стабильность электрических параметров.

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрическое устройство, содержащее корпус, внутри которого расположена пьезоэлектрическая пластина, на3 поверхност и которой установлены электроды и контактные площадки, а также изоляционные платы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения стабильности

1801246 электрических параметров в условиях воздействия климатических и механических факторов и уменьшения габаритов, в него введены две рамки из изоляционного материала с центральным сквозным отверстием, на плоскости одной из которых выполнены контактные площадки, причем первая изоляционная плата, рамка с контактными площадками, вторая рамка и вторая изоляционная плата последовательно герметично соединены между собой по плоскости посредством клеевых прокладок с возможностью электрического присоединения к контактным первой рамки снаружи корпуса, при этом пьезоэлектрическая пластина размещена в сквозном отверстии второй рамки, 2. Способ изготовления пьезоэлектрического устройства, основанный на изготовлении пьезоэлектрической пластины с электродами и контактными площадками, а также изоляционных плат, герметичном соединении их между собой, а также проведения электрического соединения контактных площадок пьезоэлектрической пластины с внешними выводами пьезоэлектрического устройства и регулировки электрических параметров,отличающийся тем,что,c целью снижения трудоемкости, электриче5 ское присоединение контактных площадок пьезоэлектрической пластины с внешними выводами осуществляют перед герметичным соединением изоляционных плат с соответствующей изоляционной рамкой, 10 размещая при этом пьезоэлектрическую пластину в сквозном отверстии второй изоляционной рамки, а герметичное соединение изоляционных плат с соответствующей рамкой осуществляют последовательно, 15 при этом регулировку электрических параметров проводят после герметичного соединения первой изоляционной платы с соответствующей изоляционной рамкой, причем герметичное соединение осуществ20 ляют посредством клеевых прокладок при температуре 190+10 С при вакууме 5 10 мм рт.ст., в течение 60 — 80 мин, с приложением усилия 5 — 7 кг, при этом герметичное соединение второй изоляционной платы

25 проводят в среде инертного газа.