Quarze – dank moderner Prozesse so klein und leistungsfähig wie nie

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Jauch Quartz GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

IQD Frequency Products Ltd

Pinnacle Marketing Communications Ltd

Goldbedampfung garantiert ±1ppm Alterung im ersten Jahr

Zum Bedampfen wird der Quarz hinter einer Schablone positioniert und dann in einer Vakuumkammer entweder Silber oder Gold auf die freiliegende Oberfläche aufgedampft. Das verwendete Metall wird je nach Kosten- und Alterungsanforderungen gewählt. Beispiele sind die CFPX-181-Quarze, bei denen durch Goldbedampfung eine Alterung im Bereich von ±1 ppm im ersten Jahr garantiert werden kann, im Vergleich zum CFPX-218-Modell mit garantierter Alterung im Bereich von ±3 ppm im ersten Jahr.

Der bedampfte Quarz wird im Gehäuse montiert

Am montierten Quarz wird die endgültige Frequenz eingestellt

Ist der Quarz im Gehäuse montiert, kann die endgültige Frequenz eingestellt werden. Noch bis vor kurzem wurde dazu eine Nachbedampfung der Quarzelektrode durchgeführt und die Resonanzfrequenz gemessen. Ähnlich wie die erste Bedampfung fand auch dieser Prozess in einer Vakuumkammer mithilfe einer Schablone statt.

Heute trägt ein Ionenstrahl Elektrodenmaterial ab

Im Zuge der Nachfrage nach immer kleineren Komponenten ist diese Methode jetzt an ihre Grenzen gestoßen. Die verwendeten Schablonen sind inzwischen so klein, dass die Auftragung bei Gehäusen, die weniger als 5 mm x 3,2 mm messen, nicht mehr genau genug kontrolliert werden kann. Bei der neuesten Methode wird mit Hilfe eines Ionenstrahls Material von der Elektrode abgetragen. Dadurch wird die Masse verringert und die Frequenz des Quarzes erhöht. Mit dieser Methode ist die Herstellung von sehr kleinen Quarzen wie dem Modell IQXC-26 mit den Maßen 1,6 mm x 1,2 mm möglich.

Metall- oder Glassplättchen dichten das Gehäuse ab

Ist der Quarz fertig bearbeitet, muss das Gehäuse verschlossen werden. Dabei wird das Keramikgehäuse mit einem Metall- oder Glassplättchen verschweißt, was einen hermetischen dichten Verschluss ergibt, der notwendig ist, um eine inerte Innenatmosphäre zu schaffen und übermäßige Alterung zu verhindern. Glasversiegelung ist billiger, allerdings wird bei dieser das Gehäuse in einem Reflow-Prozess Temperaturen von über 350 °C ausgesetzt, was sich auf die interne Struktur auswirken kann. Diese Schweißprozesse finden unter Stickstoffatmosphäre statt. Die neuen kleineren Bauformen lassen sich auch unter Vakuum verschließen.

Neue Keramiken erlauben noch kompaktere Gehäuse

Der Trend zu immer kleineren Komponenten brachte eine Reihe von Hindernissen mit sich, die es zu überwinden galt. So ist es jetzt beispielsweise möglich, Keramik als Gehäusematerial zu nutzen. Diese Grundgehäuse werden aus gebondeten Keramikschichten angefertigt. Am dünnsten und zerbrechlichsten sind die Gehäusewände. Die Wände eines 7-mm-x-5-mm-Gehäuses sind 1,4 mm dick, für 2,5-mm-x-2,0-mm-Bauformen eignet sich diese Verarbeitungsmethode allerdings nicht.

Deshalb mussten Hersteller von Gehäusen neue Keramiken entwickeln, die noch dünner hergestellt und verarbeitet werden können, ohne zu brechen. Die neuen Komponenten verfügen über eine 1,5-mal höhere Biegefestigkeit als die früheren Modelle (620 MPa gegenüber 400 MPa). Die nächste Generation von Miniaturquarzen und -oszillatoren kann damit in Größen von 2 mm x 1,5 mm oder noch kleiner gefertigt werden. Mit der gleichen modernen Methode werden dünnere Gehäuse hergestellt, die sich beispielsweise zur Nutzung für PC-Cards eignen.

* Nick Amey und Paul Smith sind Mitarbeiter bei der IQD Frequency Products Ltd.

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