恆溫型的石英振蕩器的製作方法
2023-07-13 08:12:41
專利名稱：恆溫型的石英振蕩器的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用了表面安裝用的石英振子(以下，稱為表面安裝振子)的恆溫型的石英振蕩器(以下，稱為恆溫型振蕩器)，特別涉及對溫度變化的響應性優異的恆溫型振蕩器。
背景技術：
恆溫型振蕩器一般使用恆溫槽，由於將石英振子的工作溫度維持恆定，所以頻率穩定度高(頻率偏差大約為小於等於0.05ppm)，例如用於作為光通信用的基站等的通信設備。近年來，在這些通信設備中也推進小型化，作為其連帶效應，正在應用表面安裝振子。作為這樣的技術之一，有本申請人提出的技術(日本特願2004-157072號)。
圖1A、圖1B、圖2A以及圖2B是說明一個現有例的圖，圖1A是恆溫型振蕩器的剖面圖，該圖1B是第一基板的平面圖，圖2A是表面安裝振子的剖面圖，該圖2B是底面圖。
恆溫型振蕩器是將表面安裝振子1A、以及與其一起形成振蕩電路的振蕩電路元件1、使表面安裝振子1A的工作溫度恆定的溫度控制元件2配設在電路基板3上、將這些密閉封入金屬容器4內而形成。表面安裝振子1A通過導電性粘接劑6來將石英片7固定在由陶瓷構成的凹狀的容器主體5的內底面上，並罩上金屬蓋8而將其密閉封入。
在容器主體5的外底面(背面)的4個角部具有作為對於無線設備等的固定基板的安裝端子的石英端子9a以及虛設端子9b。石英端子9a(2個)設置在一組對角部上，與石英片的未圖示的激勵電極連接。虛設端子9b(2個)設置在另一組對角部上，通常通過未圖示的通孔等與金屬蓋8連接，成為例如與基板的未圖示的接地圖形連接的接地端子。
溫度控制元件2使表面安裝振子1A的工作溫度為恆定，至少具有發熱用的貼片電阻2a(例如2個)、對其供電的功率電晶體2b、以及檢測表面安裝振子1A的工作溫度的溫度感應電阻2c。此處的溫度感應電阻2c假設是電阻值隨溫度上升而降低的熱敏電阻。並且，功率電晶體2b將根據基於溫度感應電阻2c的溫度的電阻值控制後的電力提供給發熱用的貼片電阻2a。由此，使表面安裝振子1A的工作溫度恆定。
電路基板3由第一基板3a和第二基板3b構成，第二基板3b通過金屬銷10a保持在第一基板3a上。第一基板3a為環氧玻璃材料，在其下面配設了除表面安裝振子1A以外的振蕩電路元件1。第二基板3b為陶瓷材料，在其上面配設了石英振子1A，在其下面配設了溫度控制元件2中的除功率電晶體2b以外的貼片電阻2a以及溫度感應電阻2c。
並且，在第一基板3a和第二基板3b之間塗布了覆蓋貼片電阻2a和溫度感應電阻2c的矽類熱傳導性樹脂11。另外，由於功率電晶體2b的高度高，所以配設在第一基板3a的端部側。金屬容器4由金屬基座4a和蓋4b構成。金屬基座4a的氣密端子10b保持第一基板3a，蓋4b通過電阻焊來進行氣密密封。另外，作為石英振子1A的接地端子的虛設端子9b經由未圖示的導電通路(接地圖形)和金屬銷10a與接地用的氣密端子10b連接。
此處，通過例如圖3A所示的公知的溫度控制電路，向發熱用的貼片電阻2a供電。即，在運算放大器12的一個輸入端上施加通過溫度感應電阻2c和電阻Ra產生的溫度感應電壓，在另一個輸入端上施加通過電阻Rb、Rc產生的基準電壓。並且，將與基準電壓之間的基準溫度差電壓施加給功率電晶體2b的基極，由施加到發熱用貼片電阻2a上的直流電壓DC供電。由此，可以根據取決於溫度感應電阻2c的溫度的電阻值來控制施加到發熱用的貼片電阻2a上的電力。
通常，在金屬基座4a上設置第一基板3a和第二基板3b而接合金屬蓋4b之前，分別測量例如為AT切的表面安裝振子1A的圖3B所示的呈3次曲線的頻率溫度特性。並且，在作為表面安裝振子1A的工作溫度的高溫側的極小值的溫度為例如80℃的情況下，例如調節溫度控制電路的電阻Ra，將表面安裝振子1A的溫度設定為80℃。並且，通過振蕩電路的未圖示的調節電容，來使振蕩頻率f與額定頻率一致。由此，將電阻Ra以及調節電容等的需要更換的調節元件13配設在從第二基板3b水平地突出的第一基板3a的外周上(上述圖1)。
在這樣的結構中，不使用現有的未圖示的恆溫槽，而以貼片電阻2a作為熱源，所以基本上可以促進小型化。並且，配設有表面安裝振子1A、貼片電阻2a、以及溫度感應電阻2c的第二基板3b為熱傳導性良好的陶瓷材料。並且，利用熱傳導性樹脂將它們覆蓋。因此，可以通過溫度感應電阻2c直接檢測表面安裝振子1A的工作溫度，使得對於溫度變化的響應性良好。
但是，在上述結構的恆溫型振蕩器中，雖然表面安裝振子1A和溫度感應電阻2c配置於作為熱傳導性良好的陶瓷材料的第二基板3b的兩主面側，但與例如作為配線圖形的銅(Cu)或金(Au)等相比，熱傳導性小(熱傳導性差)。因此，溫度感應電阻的電阻值不與表面安裝振子的工作溫度連動地立即發生變化，不能實時地檢測工作溫度，所以存在對於周圍溫度的變化的響應性欠缺的問題。
並且，通過金屬銷10a將第一基板3a和第二基板3b上下配置，所以製造工序增多，高度尺寸增大。並且，由於第二基板3b為陶瓷材料，所以與環氧玻璃材料相比價格高。並且，溫度控制元件2的功率電晶體2b的高度高，所以與配設了貼片電阻2a的第二基板3b分開地配置在另外的第一基板3a上。因此，存在妨礙功率電晶體2b的發熱的有效利用等的問題。
發明內容
本發明的目的是提供恆溫型振蕩器，其實現以下三個目的第一、使對於溫度變化的響應性良好；第二、減小高度尺寸而提高生產性；第三、有效利用熱源。
本發明的第一方面的恆溫型石英振蕩器在電路基板上配設表面安裝用的石英振子，其設置了作為安裝端子的2個石英端子和虛設端子、且具有金屬蓋；振蕩電路元件，其與所述石英振子一起形成振蕩電路；以及溫度控制元件，其使所述石英振子的工作溫度恆定，所述溫度控制元件至少具有發熱用的貼片電阻；向所述貼片電阻供電的功率電晶體；以及檢測所述石英振子的工作溫度的溫度感應電阻，其中，與所述石英振子的虛設端子連接的所述電路基板的基板側虛設端子、以及所述溫度感應電阻所連接的基板側電阻端子是通過導電通路而連接的結構(對應於第一～第三實施方式)。
根據上述結構，由於表面安裝振子的虛設端子和溫度感應電阻是通過導電通路來連接的，所以表面安裝振子的溫度直接傳遞到溫度感應電阻。因此，可以實時地響應於表面安裝振子的溫度變化、控制從功率電晶體提供給發熱用的貼片電阻的電力。由此，良好地維持對溫度變化的響應性。
本發明的第二方面，在第一方面中，所述虛設端子與所述石英振子的金屬蓋電連接。由此，到達金屬蓋的外來噪聲經過基板側虛設端子而被發熱用的貼片電阻所消耗，同時連接到(流入)電源中，所以使金屬蓋維持恆定電壓，防止EM工(電磁波幹擾)。在該情況下，不像現有例那樣將虛設端子與電路基板的接地圖形連接，所以防止了經由接地圖形的放熱(對應於第一～第三實施方式)。
第三方面，在第一方面中，所述石英振子的所述虛設端子為2個，在底面的4個角部具有所述虛設端子和所述2個石英端子，在所述電路基板上具有所述基板側虛設端子和所述2個石英端子所連接的基板側石英端子，通過導電通路與所述基板側電阻端子連接的所述基板側虛設端子中的至少一方延伸到與所述石英振子的底面相對的至少中央部區域，使得比所述石英端子的面積大(對應於第二實施方式)。
據此，與基板側電阻端子連接的基板側虛設端子與石英振子的底面相對而較大地形成，所以還吸收來自石英振子的輻射熱。因此，可以通過溫度感應電阻進一步實時地檢測石英振子的工作溫度。
第四方面，在第三方面中，所述2個基板側虛設端子通過所述導電通路而連接在一起(對應於第二實施方式)。由此，進一步增大基板側虛設端子的面積來吸收輻射熱，所以可以進一步實時地檢測石英振子的工作溫度。
第五方面，在第一方面中，所述石英振子配置在所述功率電晶體和所述貼片電阻之間，所述溫度感應電阻與所述石英振子相鄰地配置(對應於第一～第三實施方式)。由此，可以有效地利用功率電晶體的發熱。在該情況下，與現有例相比可以減少一個發熱用的貼片電阻，增強經濟性。
第六方面，在第五方面中，將所述功率電晶體和所述貼片電阻電連接的導電通路形成為橫穿所述石英振子的外底面下側(對應於第三實施方式)。在該情況下，來自將所述功率電晶體和所述貼片電阻電連接的導電通路的輻射熱施加在石英振子的底面上，所以可以進一步有效地利用熱源。
第七方面，在第六方面中，所述導電通路在所述石英振子的4個角部設置的安裝端子之間成為十字狀(對應於第三實施方式)。由此，可以在石英振子的底面的整個面上施加輻射熱，可以更進一步有效地利用熱源。
第八方面，在第一方面中，所述電路基板為單板，由環氧玻璃材料形成(對應於第一～第三實施方式)。由此，因為配設了包括表面安裝振子在內的振蕩電路元件和溫度控制元件的電路基板為單板，所以能夠減小恆溫型振蕩器的高度尺寸。並且，無需像現有例那樣，通過金屬銷上下地配置第一基板和第二基板。並且，環氧樹脂材料也比現有例的陶瓷材料廉價。因此，可提高生產性。
第九方面，在第一方面中，所述石英振子、所述功率電晶體、所述發熱用的貼片電阻以及所述溫度感應電阻被熱傳導性的樹脂所覆蓋(對應於第一～第三實施方式)。由此，使石英振子、功率電晶體、貼片電阻以及溫度感應電阻之間的熱傳導性良好，特別是使表面安裝振子和溫度感應電阻之間的溫度進一步相同。並且，由於來自功率電晶體以及發熱用貼片電阻的熱傳遞到表面安裝振子，所以進一步使對溫度變化的響應性良好。
第十方面，在第一方面中，在金屬基座的氣密端子上保持所述電路基板，所述石英振子、所述發熱用的貼片電阻、所述功率電晶體、以及所述溫度感應電阻配設在與所述金屬基座相對的所述電路基板的下面，所述振蕩電路元件和所述溫度控制元件中的調節元件配設於所述電路基板的上面(對應於第一～第三實施方式)。由此，使例如在金屬基座上蓋住蓋之前的調節元件的調節操作變得容易。
圖1是說明現有例的圖，圖1A是恆溫型振蕩器的剖面圖、圖1B是第二基板的平面圖。
圖2是說明現有例的表面安裝振子的圖，圖2A是剖面圖、圖2B是底面圖。
圖3是說明現有例的圖，圖3A是恆溫型振蕩器的溫度控制電路圖、圖3B是表面安裝振子的頻率溫度特性圖。
圖4是說明本發明的第一實施方式的圖，圖4A是恆溫型振蕩器的剖面圖、圖4B是電路基板的平面圖。
圖5是說明本發明的第二實施方式的圖，圖5A和圖5B是恆溫型振蕩器中的電路基板的平面圖。
圖6是說明本發明的第三實施方式的圖，是恆溫型振蕩器中的電路基板的平面圖。
具體實施例方式
(第一實施方式)圖4是說明本發明的第一實施方式的圖，該圖4A是恆溫型振蕩器的剖面圖、該圖4B是電路基板的平面圖。另外，簡化或省略與上述現有例相同部分的說明。
恆溫型振蕩器是將上述的現有的表面安裝振子1A、與其一起形成振蕩電路的振蕩電路元件1以及用於使工作溫度恆定的溫度控制元件2配設在電路基板3上，該溫度控制元件2至少具有發熱用的貼片電阻2a、功率電晶體2b以及溫度感應電阻2c。然後，將這些密閉封入金屬容器4內。在此處，電路基板3為由環氧玻璃材料形成的單板(一個基板)，使電路基板3的下面與金屬基座4a相對。另外，電路基板雖為單板，但在此處也包括層疊基板。
在電路基板3的上面配設除表面安裝振子1A以外的振蕩電路元件1，在下面配設表面安裝振子1A和溫度控制元件2。將表面安裝振子1A作為電路基板3的中央部，將溫度控制元件2中的發熱用的貼片電阻2a和功率電晶體2b配置於表面安裝振子1A的兩側。並且，由熱敏電阻構成的平面外形最小的溫度感應電阻2c與表面安裝振子1A相鄰地、例如配置在其與功率電晶體2b之間。表面安裝振子1A和溫度控制元件2被熱傳導性樹脂11覆蓋。另外，熱傳導性樹脂11如前所述為矽類，例如相對於空氣具有100倍左右的熱傳導性。
並且，通過焊錫等固定了表面安裝振子1A和溫度控制元件2(貼片電阻2a、功率電晶體2b以及溫度感應電阻2c)的電路基板3的各基板側端子14中、與表面安裝振子1A的前述虛設端子9b中的一個連接的基板側虛設端子14x和與溫度感應電阻2c的未圖示的安裝端子中的一個連接的基板側電阻端子14y通過導電通路14z連接在一起。從而，成為與溫度感應電阻2c的一個安裝端子14y相同的電位(分壓電源電壓)。
包括這些基板側虛設端子14x、電阻端子14y以及導電通路14z的未圖示的配線圖形由熱傳導性比陶瓷材料更好的例如Au或Cu構成。並且，此處的基板側虛設端子14x中的另一個不與固定基板的接地圖形連接而終結(電開放端)。
此處，和上述一樣，將電路基板3設置在金屬基座4a上之後，分別測量表面安裝振子1A的頻率溫度特性。然後，根據頻率溫度特性的極小值，調節溫度控制電路的電阻Ra，將表面安裝振子1A設定為極小值的溫度例如80℃。然後，通過調節電容使振蕩頻率f和額定頻率一致。在此情況下，這些電阻Ra和調節電容等的調節元件13配設在電路基板3的上面。
根據這樣的結構，如發明內容中所說明的那樣，表面安裝振子1A的虛設端子9b和溫度感應電阻2c的安裝端子通過導電通路14z而連接，所以表面安裝振子1A的溫度(熱)直接傳遞給溫度感應電阻2c。因此，溫度感應電阻2c能夠實時地響應表面安裝振子1A的溫度變化，控制從功率電晶體2b提供給發熱用的貼片電阻2a的電力。由此，使對溫度變化的響應性維持良好狀態。
並且，電路基板3為單板，配設有包括表面安裝振子1A在內的振蕩電路元件以及溫度控制元件2，所以易於製造，能夠減小恆溫型振蕩器的高度尺寸。並且，由於電路基板3僅由環氧玻璃材料的單板構成，所以與並用陶瓷材料的情況相比更廉價，提高了生產性。
並且，表面安裝振子1A配置在發熱用的貼片電阻2a和功率電晶體2b之間，溫度感應電阻2c與表面安裝振子1A相鄰地配置。由此，可以有效利用來自功率電晶體2b的放出熱。在此情況下，與現有例相比，可以減少一個發熱用的貼片電阻2a，所以很經濟。
並且，用熱傳導性樹脂11覆蓋表面安裝振子1A和溫度控制元件2(貼片電阻2a、功率電晶體2b、以及溫度感應電阻2c)。由此，使表面安裝振子1A和溫度控制元件2之間的熱傳導性良好，特別是使表面安裝振子1A和溫度感應電阻2c之間的溫度進一步相同。並且，來自功率電晶體2b以及發熱用的貼片電阻2a的熱通過熱傳導性樹脂11傳遞給表面安裝振子1A，所以對溫度變化的響應性更加良好。
並且，此處電路基板3為單板，溫度控制電路的電阻Ra以及振蕩電路的調節電容等的調節元件13配設在電路基板3的上面，所以易於進行它們的調節操作(更換等)。並且，可以配置在上面的任意部位，所以不受限制、可自由進行配置布局。
而且，基板側虛設端子14x的另一個不與接地圖形連接而終結。因此，防止經由接地圖形以及氣密端子10b的放熱，所以可提高熱效率。在此情況下，與表面安裝振子1A的金屬蓋4b電連接的基板側虛設端子14x經由溫度感應電阻2c與電源電壓連接。因此，即使外部噪聲到達金屬蓋4b，外部噪聲也被溫度感應電阻2c消耗，同時被電源電壓吸收，基板側虛設端子14x與另一個端子維持相同電位(直流電壓)的恆定電壓。由此，可以防止EMI等。
(第二實施方式)圖5A和圖5B是說明本發明的第二實施方式的圖，該圖5A和該圖5B均是恆溫型振蕩器中的電路基板的平面圖。另外，對於與上述現有例相同的部分標以相同標號，並簡化或省略其說明。
在第二實施方式中，例如圖5A所示，與表面安裝振子1A的虛設端子9b中的一個連接的基板側虛設端子14x延伸到與表面安裝振子1A的底面相對的至少中央部區域。例如，還延伸到一組對角部的基板側石英端子14和另一組對角部的基板側虛設端子14x之間。並且，在圖5B中，另一組對角部中的一個和另一個基板側虛設端子14x連接在一起。由此，基板側虛設端子14x的一個比基板側石英端子的面積大。
根據這樣的結構，包括與虛設端子14x連接在一起的情況在內、基板側虛設端子14x中的一個與表面安裝振子1A的底面整面地相對。因此，整面地吸收表面安裝振子1A的放出熱，傳遞給溫度感應電阻2c的基板側電阻端子14y。由此，能夠進一步實時地檢測表面安裝振子的工作溫度，可提高對表面安裝振子的溫度的響應性。
(第三實施方式)圖6是說明本發明的第三實施方式的、恆溫型振蕩器中的電路基板的平面圖。另外，對於與上述現有例相同的部分標以相同標號，並簡化或省略其說明。
在第三實施方式中，表面安裝振子1A的基板側虛設端子14x與第一實施方式相同地，通過導電通路14z與溫度感應電阻2c的基板側電阻端子14y連接。此處，配置於表面安裝振子1A的兩側的發熱用的貼片電阻2a與功率電晶體2b熱連接。即，發熱用的貼片電阻2a和功率電晶體2b電連接(參照上述圖3A)。
此處，固定了貼片電阻2a和功率電晶體2b的各基板側端子14通過導電通路14m連接，該導電通路14m橫穿表面安裝振子1A的外底面。例如，表面安裝振子1A的外底面下的導電通路為十字狀。並且，溫度感應電阻的安裝端子中的另一個通過例如通孔15與電路基板3的另一主面或層疊面的導電通路連接。這些當然也可應用於第一和第二實施方式。
根據這樣的結構，與第一實施方式相同地，通過導電通路14z實時地檢測表面安裝振子1A的工作溫度，提高了對表面安裝振子的溫度(熱)控制的響應性。並且，在此處將發熱用的貼片電阻2a和功率電晶體2b電連接的導電通路14m橫穿表面安裝振子1A的外底面下側、整個面地相對。因此，使來自導電通路14m的輻射熱從表面安裝振子1A的外底面施加。由此，可以進一步有效利用熱源。
在上述實施例中，表面安裝振子1A在一組對角部設置石英端子9a、在另一組對角部設置虛設端子9b，但這些配置可以是任意的，至少一個虛設端子9b與溫度感應電阻2c連接即可。並且，將虛設端子9b設為與金屬蓋8連接的接地端子，但也可以電氣地獨立，在本發明中包括這些在內而設為虛設端子9b。
並且，表面安裝振子1A中的另一組對角部的虛設端子14x均與金屬蓋4b連接、將虛設端子14x的另一個作為終端，但也可以僅將虛設端子14x的另一個與金屬蓋4b連接而與接地圖形連接。但是，在這些情況下，要開發新的表面安裝振子1A，所以能夠應用現有品的各實施方式的做法比較現實。而且，金屬容器4為電阻焊接，但也可以是除此之外的其它方法。但是，在電阻焊接的情況下，為密閉結構，所以可以使例如老化特性良好。
權利要求
1.一種恆溫型的石英振蕩器，在電路基板上配設有表面安裝用的石英振子，其在底面設置了作為安裝端子的2個石英端子和虛設端子、且具有金屬蓋；振蕩電路元件，其與所述石英振子一起形成振蕩電路；以及溫度控制元件，其使所述石英振子的工作溫度恆定，所述溫度控制元件至少具有發熱用的貼片電阻；向所述貼片電阻供電的功率電晶體；以及檢測所述石英振子的工作溫度的溫度感應電阻，其特徵在於，與所述石英振子的虛設端子連接的所述電路基板的基板側虛設端子、以及所述溫度感應電阻所連接的基板側電阻端子通過導電通路而連接。
2.根據權利要求1所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，所述虛設端子與所述石英振子的金屬蓋電連接。
3.根據權利要求1所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，所述石英振子的所述虛設端子為2個，在底面的4個角部具有所述虛設端子和所述2個石英端子，在所述電路基板上具有所述基板側虛設端子和所述2個石英端子所連接的基板側石英端子，通過導電通路與所述基板側電阻端子連接的所述基板側虛設端子中的至少一方延伸到與所述石英振子的底面相對的至少中央部區域，使得比所述石英端子的面積大。
4.根據權利要求3所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，所述2個基板側虛設端子通過所述導電通路連接在一起。
5.根據權利要求1所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，所述石英振子配置在所述功率電晶體和所述貼片電阻之間，所述溫度感應電阻與所述石英振子相鄰地配置。
6.根據權利要求5所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，將所述功率電晶體和所述貼片電阻電連接的導電通路形成為橫穿所述石英振子的外底面下側。
7.根據權利要求6所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，所述導電通路在所述石英振子的4個角部設置的安裝端子之間成為十字狀。
8.根據權利要求1所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，所述電路基板為單板，由環氧玻璃材料形成。
9.根據權利要求1所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，所述石英振子、所述功率電晶體、所述發熱用的貼片電阻以及所述溫度感應電阻被熱傳導性的樹脂所覆蓋。
10.根據權利要求1所述的恆溫型的石英振蕩器，其中，所述電路基板保持在金屬基座的氣密端子上，所述石英振子、所述發熱用的貼片電阻、所述功率電晶體、以及所述溫度感應電阻配設在與所述金屬基座相對的所述電路基板的下面，所述振蕩電路元件和所述溫度控制元件中的調節元件配設於所述電路基板的上面。
全文摘要
本發明的恆溫型的石英振蕩器，在電路基板上配設表面安裝用的石英振子，其在底面設置了作為安裝端子的2個石英端子和虛設端子、且具有金屬蓋；振蕩電路元件，其與所述石英振子一起形成振蕩電路；以及溫度控制元件，其使所述石英振子的工作溫度恆定，所述溫度控制元件至少具有發熱用的貼片電阻；向所述貼片電阻供電的功率電晶體；以及檢測所述石英振子的工作溫度的溫度感應電阻，其特徵在於，與所述石英振子的虛設端子連接的所述電路基板的基板側虛設端子、以及所述溫度感應電阻所連接的基板側電阻端子通過導電通路而連接。
文檔編號H03H9/02GK1841920SQ200610066098
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月28日 優先權日2005年3月28日
發明者新井淳一, 關根尚基 申請人:日本電波工業株式會社