专利名称：温度补偿晶体振荡器结构及其制造方法
技术领域：
本发明是关于一种晶体振荡器装置及其制造方法，特别是关于一种温度补偿晶体振荡器装置及其制造方法。
背景技术：
晶体振荡器一般是用于需要稳定输出频率的应用装置中，例如用于手机中，作为频率参考源使用。然而，传统晶体振荡器其输出频率会随着振荡器周围温度而呈现函数变化。请参阅
图1所示的典型未补偿石英晶体的振荡频率对周围温度的表现曲线图。如图1所示，曲线100具有如三次曲线的形状，其大致可区分为三个温度区域。在低温度区域(-35℃至大约+10℃)中，此曲线具有正斜率的线性部分以及曲线斜率改变的非线性区域。中温度区域(+10℃至+50℃)中，此曲线具有为负斜率的线性部分。高温度区域(+50℃至+90℃)中，此曲线具有为正斜率的线性部分以及曲线斜率改变的非线性部分。其中转折点102处位在中温度区域中约+28℃处。
有多种技术可用于补偿晶体的这种频率变化，一般可利用一集成电路来产生一补偿曲线104，此补偿曲线104与曲线100互为反相，因此可通过补偿曲线104的补偿，来修正改变输出频率，以产生稳定的输出频率。
通常这种产品由一个谐振元件(石英晶体片)和一个集成电路组成，其结构大致有两种，第一种结构是把谐振元件和集成电路同时封装在同一个陶瓷容器中。然而，在这种结构中，由于是同时封装谐振元件与集成电路，因此在粘覆或焊接集成电路时，其所挥发出的树脂或者焊接留下的残留物会对谐振元件造成影响，而影响其作为参考频率源的特性。
第二种结构是将谐振元件(石英晶体片)和集成电路分别封装在两个陶瓷容器中，首先把谐振元件放在一个陶瓷容器并密闭好，再把集成电路放在另一个陶瓷容器中，最后再将此两陶瓷容器连接起来。这种结构虽可避免如第一种结构那样在封装集成电路时，造成挥发出的树脂或者焊接留下的残留物对谐振元件形成影响，但其需使用另一陶瓷容器承载集成电路，此陶瓷容器是由多层陶瓷通过低温共烧工艺制造而成，只有少数几个公司能大量生产，故成本很高。
另一方面，上述两种结构中，在最终产品上都会带有数个用来对集成电路做程序输入的外接电极，当输入完成后这些电极即没有其它用途，但在使用过程中，这些无用的电极对客户会造成干扰，例如必须考虑是否有与其它电路造成短路的可能性，使得产品设计较复杂。另一方面，由于温度补偿振荡器结构越来越小型化，造成数个外接电极之间的距离越来越小，因此要想使这些外接电极与控制信号保持良好的接触就越来越困难。
发明内容
鉴于上述传统温度补偿振荡器结构均有其缺陷存在，如把谐振元件和集成电路同时封装在同一个陶瓷容器中，会使得粘覆或焊接集成电路所挥发出的树脂或者焊接留下的残留物对谐振元件造成影响。而对于分别封装谐振元件和集成电路的结构中，因需使用另一陶瓷容器承载集成电路，会提高制造成本。且上述两种结构，在最终产品上会带有数个没有作用的电极，在使用过程中对客户会造成干扰。
因此，本发明的主要目的在于针对上述的缺点，提出一种成本低廉的温度补偿振荡器结构，其在所需的温度范围具有高度稳定的输出频率。
本发明的另一目的在于提供一种温度补偿振荡器结构，其在最终产品上没有不必要的电极，因此不会对使用者造成干扰。
本发明的又一目的在于提供一种温度补偿振荡器结构，其将所使用的电极都引到温度补偿振荡器结构元件之外，且一些信号相同的电极可以连接在一起，因此不会增加因为底面积减小而带来的信号接触上的困难。
根据本发明的温度补偿振荡器结构，其包括一已封装的石英晶体及一温度补偿集成电路。其中该石英晶体具有在一特定温度范围内变化的谐振频率，该谐振频率可由一三次曲线定义；该温度补偿集成电路可产生一控制信号，此控制信号在此特定温度范围内大致与石英晶体谐振频率的三次曲线成反比，因此可使得振荡器的整体输出频率，在整个温度范围内大致稳定。
其中该温度补偿集成电路装设在一印刷电路板(PCB)上，其首先由若干条晶体连接板以平行排列的方式通过焊接或使用导电胶连接在印刷电路板上。接着若干颗具温度补偿功能的集成电路装设在任意两相邻的晶体连接板之间，并使用填充树脂涂布于任意两相邻的连接板之间，而将集成电路加以封装。当封装完成后，在每一颗集成电路的正上方装设一颗石英晶体，其中每一颗石英晶体跨接于两相邻的晶体连接板上，从而覆盖住相对应的集成电路。
本发明的优点在于，本发明的温度补偿晶体振荡器结构是由一个已封装完成的石英晶体与一个具有温度补偿功能的集成电路构成，因此可避免杂质对石英晶体谐振特性的影响，另一方面，承载集成电路的部分是由印刷电路板制成，因此具有低成本与易生产的特性。且如果某部分坏了(如集成电路)，其余好的部分(如石英晶体)还可重新利用。每一个在封装过程中所使用的电极都引到元件之外，并在封装完成后会被切除，因此在最终产品上没有不必要的电极，而不会对使用者造成干扰。且由于电极是引到温度补偿晶体振荡器外部进行连接，因此温度补偿晶体振荡器可以做得很小，也不会造成信号接触上的困难。
附图简要说明下面结合附图，通过对本发明的较佳实施例的详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。附图中，图1为现有的典型未补偿石英晶体的振荡频率对周围温度的表现曲线图。
图2为根据本发明完成后的温度补偿振荡器立体示意图。
图3A为在未使用填充树脂封装前的温度补偿晶体振荡器阵列的侧视图。
图3B为在未使用填充树脂封装前的温度补偿晶体振荡器阵列的俯视图。
图4A为进行填充树脂封装后的温度补偿振荡器阵列的侧视图。
图4B为进行填充树脂封装后的温度补偿振荡器阵列的俯视图。
图5为切割前整个温度补偿振荡器(TCXO)基板的背面示意图。
图6为切割前整个温度补偿振荡器(TCXO)基板的背面示意图，其采用另一种电极垫设计方式。
具体实施例方式
在不限制本发明的构思及应用范围的情况下，以下即以一实施例来介绍本发明的实施；本领域的普通技术人员在了解本发明的构思后，可在各种不同的应用中使用本发明的温度补偿振荡器，借助于本发明的结构，可避免因为同时封装于一个陶瓷容器中，集成电路的粘覆过程所形成的杂质对谐振元件造成的影响。同时本发明的结构中，集成电路是封装在印刷电路基板上，并不需使用另一陶瓷容器，因此可降低制造成本。且本发明的结构，将所使用的电极都引到结构元件之外，使得一些信号相同的电极可以连接在一起，可增加使用的方便性。本发明的应用不应仅限于以下所述的较佳实施例。
请参阅图2，其所示为根据本发明完成后的单个温度补偿振荡器立体图，该单个温度补偿振荡器主要由一陶瓷容器封装的石英晶体202与其上承载一集成电路206的温度补偿振荡器(TCXO)基板208所组成，其中石英晶体202是焊接在基板208上的两晶体连接板204上，而此两晶体连接板204是通过焊接或用导电胶来与温度补偿振荡器(TCXO)基板208进行连接，且每个晶体连接板204具有两个上下相连的连接垫(Pad)210，用来将石英晶体202的电极连接在温度补偿振荡器(TCXO)基板208上。集成电路206位于此两连接板204与温度补偿振荡器(TCXO)基板208所形成的凹陷区域中，并以填充胶粘贴于温度补偿振荡器(TCXO)基板208上。
温度补偿振荡器(TCXO)基板208为双层或多层印刷电路板，此集成电路206为一具温度补偿功能的电路，利用键合(Wire Bounding)或倒装焊接(Flip-Chip)的方式连接在温度补偿振荡器(TCXO)基板208上，并用填充树脂加以封装。在温度补偿振荡器(TCXO)基板208的四周分别具有连接垫(Pad)210，用来与陶瓷容器封装的石英晶体202进行接合。值得注意的是，本发明所使用的石英晶体202例如是采用完成封装后的石英晶体。其中石英晶体202对周围温度具有的在一特定温度范围内变化的谐振频率，可由一三次曲线定义。而集成电路206，可产生一控制信号，此控制信号在此特定温度范围内大致与石英晶体的三次曲线成反比，因此当结合此石英晶体202与集成电路206，可使得振荡器的整体输出频率，在整个温度范围内大致稳定。在一电路板上形成温度补偿晶体振荡器的方法如下所示。
图3A所示为在未使用填充树脂封装前的温度补偿晶体振荡器阵列300的侧视图，而图3B所示为其俯视图，请同时参阅图3A与图3B。一温度补偿振荡器阵列300形成在一温度补偿振荡器(TCXO)基板302上，其中温度补偿振荡器(TCXO)基板302可以是双层或多层印刷电路板。当形成此补偿振荡器阵列300时，首先由若干条晶体连接板304以平行排列的方式通过焊接或使用导电胶连接在此温度补偿振荡器(TCXO)基板302上。接着若干颗具温度补偿功能的集成电路308装设在任意两相邻的晶体连接板304之间，其利用键合(WireBounding)或倒装焊接(Flip-Chip)的方式连接在温度补偿振荡器(TCXO)基板302上，而形成如图3B所示的温度补偿振荡器阵列300，其中在每一颗集成电路308相邻的晶体连接板304上，如图3B中所示的区域310中，均具有两个上下相连的连接垫(Pad)312，其被用来提供后续石英晶体306的电极与温度补偿振荡器(TCXO)基板302电性连接之用。
图4A所示为进行填充树脂封装后的温度补偿振荡器阵列300的侧视图，而图4B所示为其俯视图，请同时参阅图4A与图4B。当完成集成电路308与温度补偿振荡器(TCXO)基板302的连接后，使用填充树脂314涂布于任意两相邻的连接板304之间，从而将集成电路308加以封装。当封装完成后，在每一颗集成电路308的正上方再装设一颗石英晶体306。本发明所使用的石英晶体306例如是采用完成封装后的石英晶体，其中每一颗石英晶体306跨接于两相邻的晶体连接板304上，从而覆盖住相对应的集成电路308，而石英晶体306是利用焊锡与所跨接的晶体连接板304上的连接垫312(如图3B所示)进行接合，及完成本发明的温度补偿振荡器阵列300。
图5所示为切割前整个温度补偿振荡器(TCXO)基板302的背面示意图，其包括本发明的温度补偿振荡器阵列300，在每一个温度补偿振荡器318的四周具有提供给使用者使用的电极垫316，其中这些电极垫316是全部形成在温度补偿振荡器318上，接着即可进行切割而得到单个的温度补偿振荡器，并在切割完后再进行温度补偿，此方法具有可优先切割的优点，然而，却会在温度补偿振荡器(TCXO)基板302的背面留下一些不需要的电极垫316。
图6所示为温度补偿振荡器(TCXO)基板302背面电极垫的另一种设计示意图，在本实施例中，封装过程中所需使用的电极垫320与322都引到温度补偿振荡器318之外，因此一些信号相同的电极垫320与322可以连接在一起，这样可以减少连接点的数量或增加接触的可靠性。即可使整个温度补偿振荡器318的面积减小，但由于电极是引到温度补偿振荡器318之外再进行连接，因此并不会造成信号接触上的困难。温度补偿振荡器318之外的部分在完成与石英晶体封装后会被切除，换句话说，封装过程中所使用的电极垫320与322在与石英晶体封装完成后，并不会出现在整体温度补偿振荡器之上，因此其在最终产品上没有不必要的电极，所以也不会对使用者造成干扰。
由于本发明的温度补偿晶体振荡器结构是由一个已封装完成的石英晶体与一个其具温度补偿功能的集成电路所构成，因此可避免杂质对石英晶体谐振特性的影响，且另一方面，承载集成电路的部分是由印刷电路板制成，因此具有低成本与易生产的特性，且如果某部分坏了(如集成电路)，其余好的部分(如石英晶体)还可以重新利用。每一个在封装过程中所使用的电极都引到元件之外，并在封装完成后会被切除，因此其在最终产品上没有不必要的电极，所以不会对使用者造成干扰。且由于电极是引到温度补偿晶体振荡器外部进行连接，因此其面积可以做得很小，也不会造成信号接触上的困难。
虽然本发明内容已揭露于上述的一较佳实施例中，然而其并非用来限定本发明，本领域的任何普通技术人员在不脱离本发明的构思和范围内，均可作各种的修改与改进，因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种温度补偿振荡装置，其特征在于，其至少包含两条设置在一印刷电路板上的晶体连接板；一位于该两晶体连接板之间的补偿机构，且其具有一封装在该印刷电路板上并与该印刷电路板电性连接的温度补偿集成电路；一位于该补偿机构上的晶体组件，且其通过该两晶体连接板与该印刷电路板电性连接。
2.如权利要求1所述的温度补偿振荡装置，其特征在于该晶体组件为石英晶体。
3.如权利要求1所述的温度补偿振荡装置，其特征在于该两晶体连接板上具有若干个连接垫(Pad)，当该晶体组件与该补偿机构进行封装时，该连接垫可与该晶体组件上的连接垫接合。
4.如权利要求3所述的温度补偿振荡装置，其特征在于该印刷电路板上具有若干个连接垫(Pad)，当该两晶体连接板与该印刷电路板进行封装时，这些连接垫可与该两晶体连接板上的这些连接垫接合。
5.如权利要求4所述的温度补偿振荡装置，其特征在于该印刷电路板上的部分连接垫(Pad)位于该温度补偿振荡装置相对应位置之外。
6.如权利要求1所述的温度补偿振荡装置，其特征在于该两晶体连接板与印刷电路板通过导电胶或焊锡而相连接。
7.如权利要求1所述的温度补偿振荡装置，其特征在于该晶体组件在特定温度范围内具有一以三次曲线定义的谐振频率。
8.如权利要求7所述的温度补偿振荡装置，其特征在于该补偿机构在该特定温度范围内可输出一控制信号，其中该控制信号与该三次曲线成反比。
9.一种温度补偿振荡器制造方法，其特征在于，该方法至少包含在一印刷电路板上设置两晶体连接板；在该两晶体连接板之间设置一补偿机构，该补偿机构具有一封装在该印刷电路板上并与该印刷电路板电性连接的温度补偿集成电路；在该补偿机构上设置一晶体组件，其中该晶体组件可通过该两晶体连接板电性连接该印刷电路板。
10.如权利要求9所述的温度补偿振荡器制造方法，其特征在于该温度补偿集成电路以键合(Wire Bounding)或倒装焊接(Flip-Chip)的方式与印刷电路板相连接。
11.一种温度补偿振荡装置，其特征在于，其至少包含若干条以平行排列的方式设置在一印刷电路板上的晶体连接板；若干个以阵列排列的方式排列在该印刷电路板上的补偿机构，其中每一补偿机构均与两对应的晶体连接板邻接，且每一补偿机构具有一封装在该印刷电路板上并与该印刷电路板电性连接的温度补偿集成电路；若干个分别位于对应的该补偿机构上的晶体组件，且其通过与该补偿机构邻接的两晶体连接板与该印刷电路板电性连接。
全文摘要
本发明提供一种形成在一印刷电路板上的温度补偿晶体振荡器结构。其首先由若干条晶体连接板以平行排列的方式设置在印刷电路板上，接着若干颗具温度补偿功能的集成电路装设在任意两相邻的晶体连接板之间，并使用填充树脂加以封合。当封合完成后，再在每一颗集成电路的正上方粘贴一颗石英晶体，其中每一颗石英晶体跨接于两相邻的晶体连接板上，从而覆盖住相对应的集成电路。
文档编号H03B5/00GK1581677SQ0315401
公开日2005年2月16日 申请日期2003年8月8日 优先权日2003年8月8日
发明者刘贵枝 申请人:台达电子工业股份有限公司