附恒温槽的水晶振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种附恒温槽的水晶振荡器，既可实现低背化又可提高温度稳定性，且可在回流焊接时将水晶振子安装于规定位置。本发明的附恒温槽的水晶振荡器是：在水晶振子的一端，在整个外周具备向外侧突出的凸缘，电路基板具备使凸缘插入的狭缝，温度控制电路具备成为热源的功率晶体管、作为温度传感器的热敏电阻以及金属图案，该金属图案共同连接水晶振子的接地端子、功率晶体管的集电极及热敏电阻的接地端子，水晶振子将凸缘的一部分插入狭缝而受到定位，并连接于金属图案，从而将来自热源的热有效地导向水晶振子及热敏电阻，并且降低高度方向的尺寸。
【专利说明】附恒温槽的水晶振荡器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种附恒温槽的水晶振荡器(Oven Controlled CrystalOscillator, 0CX0)，尤其涉及一种既可实现低背化又可提高温度稳定性，进而可在回流焊接时，将水晶振子安装于规定位置的附恒温槽的水晶振荡器。
【背景技术】
[0002][现有技术的说明:图4(a)、图4 (b)]
[0003]附恒温槽的水晶振荡器由于将水晶振子的动作温度维持为固定，因此不会引起依存于频率温度特性的频率变化，可获得高稳定的振荡频率。
[0004]使用图4(a)、图4(b)来说明现有的附恒温槽的水晶振荡器。图4(a)、图4(b)是表示现有的附恒温槽的水晶振荡器中所用的振荡器的结构的示意说明图，图4(a)为分解说明图，图4 (b)为外观说明图。
[0005]如图4(a)所示，现有的附恒温槽的水晶振荡器呈如下结构，即，在电路基板41的一个面(此处为下表面)具备:热源42、温度传感器(sens0r)43、散热绝缘片(sheet)44、水晶振子45及热筒46。
[0006]热源42包含晶体管(transistor)或电阻体，且放出热。
[0007]温度传感器43包含热敏电阻(thermistor)，且检测水晶振子45的温度。
[0008]散热绝缘片44覆盖搭载于电路基板41上的热源42及温度传感器43，且设在后述的热筒46与热源42及温度传感器43之间。
[0009]水晶振子45以特定的频率振荡。水晶振子45采用被封入金属制壳体(case)内的结构，从壳体突出有2根导线(lead)端子。
[0010]热筒46是除了导线端子以外覆盖水晶振子45整体的金属制的筒，将来自热源42的热，效率良好地传导至水晶振子45。热筒46例如包含铝等。
[0011]并且，现有的附恒温槽的水晶振荡器呈如下结构，即，如图4(a)、图4(b)所示，在电路基板41的一个面，搭载有热源42及温度传感器43，并经由散热绝缘片44而搭载有收纳于热筒46中的水晶振子45。水晶振子45的导线端子贯穿金属底座(base)而引出至另一面。
[0012]并且，虽省略图示，但搭载有各电子零件的电路基板41 (图4 (b))进而被收纳于具备凹部空间的金属罩(cover)中，并利用接脚(pin)而固定于金属底座,该金属底座覆盖金属罩的凹部空间的开口部。即，搭载有零件的电路基板41被收纳在金属罩内部的空间内，并由金属底座予以密封，从而构成附恒温槽的水晶振荡器。由金属罩与金属底座密封的空间成为恒温槽。
[0013][现有的附恒温槽的水晶振荡器的温度控制电路:图5]
[0014]使用图5来说明现有的附恒温槽的水晶振荡器中所用的温度控制电路。图5是现有的附恒温槽的水晶振荡器的温度控制电路的电路图。
[0015]现有的附恒温槽的水晶振荡器的温度控制电路如图5所示，基本上具有:热敏电阻TH、差动放大器(OPAMP(operational amplifier,运算放大器))集成电路(IntegratedCircuit, IC) 10、功率晶体管(power transistor) Trl 及加热器(heater)电阻 HR。
[0016][连接关系]
[0017]对于加热器电阻HR的一端，施加有电源电压DC，加热器电阻HR的另一端连接于功率晶体管Trl的集电极(collector),功率晶体管Trl的发射极(emitter)接地至接地端(GND(Ground))。
[0018]而且，对于热敏电阻TH的一端，亦施加有电源电压DC，热敏电阻TH的另一端连接于电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端接地。
[0019]而且，对于电阻R2的一端，亦施加有电源电压DC，电阻R2的另一端连接于电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地。
[0020]而且,对于差动放大器IC10,虽未图不,但施加有电源电压DC以作为驱动用，且亦连接于GND。
[0021]并且，热敏电阻TH的另一端与电阻Rl的一端之间的点经由电阻R4而连接于差动放大器ICio的一个端子(-端子)，电阻R2的另一端与电阻R3的一端之间的点连接于差动放大器IClO的另一个端子(+端子)。
[0022]进而，差动放大器IClO的输出端子与-端子是经由电阻R5而连接。
[0023]并且，差动放大器IClO的输出端子是连接于功率晶体管Trl的基极。
[0024][各部分]
[0025]热敏电阻TH是电阻值会根据温度而变化的感温元件，且检测水晶振子的温度。
[0026]对于差动放大器IClO的一个输入端子(_端子)，经由电阻R4而输入有热敏电阻TH与电阻Rl之间的电压，并且经由电阻R5而反馈地输入有差动放大器IClO的输出；对于另一个输入端子(+端子)，输入有电阻R2与电阻R3之间的电压，对两输入端子的电压的差值进行放大并输出。
[0027]功率晶体管Trl为NPN型的晶体管，对于基极输入有差动放大器IClO的输出，对应于基极电流而使电流流经集电极与发射极之间，由此也使电流流经加热器电阻HR。
[0028]加热器电阻HR对应于流经的电流而发热。
[0029]此处，功率晶体管Trl与加热器电阻HR成为热源。
[0030]在0CX0中，只要可使热源、热敏电阻TH的传感器、水晶振子一体化，便可提高温度特性的性能，但实际上，上述3个部分并未电性相连，因此无法物理连接。
[0031]因此，将3个部分尽可能靠近地配置，并经由上述的散热绝缘片44等的绝缘物来设置。
[0032]而且，在热源中，功率晶体管Trl的集电极端子部分为发热，但始终产生电位。加热器电阻HR的母材为陶瓷(ceramic)，在该加热器电阻HR的上表面形成有发热的电阻膜，该部分会发热。
[0033]但是已知的是:功率晶体管Trl与加热器电阻HR的热源是:根据周围温度的变化而发热量存在差异。
[0034][圆柱型的水晶振子:图6(a)、图6 (b)]
[0035]而且，作为使频率长期稳定的水晶振子，有圆柱型的水晶振子。
[0036]使用图6 (a)、图6 (b)来说明圆柱型的水晶振子。图6 (a)、图6 (b)是圆柱型的水晶振子的概观图，图6(a)为俯视图，图6(b)为侧视图。
[0037]如图6(a)、图6(b)所示，圆柱型的水晶振子呈如下结构，即，搭载有水晶坯体(blank)的底座51由金属制的罩52予以覆盖，导线端子53从底座51朝下突出，相当于罩52的周边部分的凸缘(flange) 54与底座51通过焊料而接合。
[0038]另外，亦有时将壳体的凸缘54与底座51接合，从而，从水晶振子本体向外侧突出的部分整体称作凸缘。
[0039]当将图6 (a)、图6 (b)的水晶振子用于附恒温槽的水晶振荡器时，必须通过金属件或绝缘散热材来对水晶振子导热，这些金属件或绝缘散热材比起铜等的金属来，导热率下降，因此无法效率良好地导热，温度的稳定性降低。
[0040][关联技术]
[0041]另外，作为与附恒温槽的水晶振荡器相关的技术，有日本专利第4739387号公报“恒温槽型的水晶振荡器”(日本电波工业股份有限公司，专利文献I)。
[0042]于专利文献I中记载有如下结构:在附恒温槽的水晶振荡器中，在电路基板上，介隔着包含树脂片的第I导热性树脂而搭载水晶振子，水晶振子、片式(chip)电阻与温度感温元件是通过液状树脂硬化而成的第2导热性树脂而热结合。
[0043]现有技术文献
[0044]专利文献
[0045]专利文献1:日本专利第4739387号公报
[0046]但是，在现有的附恒温槽的水晶振荡器中，若使用热筒，则难以降低高度方向的尺寸，而且，若不使用热筒，则存在温度的稳定性不够充分的问题。
[0047]而且，现有的使用圆柱型水晶振子的附恒温槽的水晶振荡器中，存在无法效率良好地导热，温度的稳定性低的问题。
[0048]进而，如果不采用热筒而将水晶振子直接焊接(回流安装)于基板，则虽可实现低背化，但当对于导线型(lead type)的水晶振子进行回流安装时，在回流时焊料会流动，从而存在水晶振子的安装位置发生偏离的问题。
[0049]另外，在专利文献I中并未记载如下内容，即:对于温度控制电路，采用将发热部即晶体管的集电极与热敏电阻及水晶振子的罩，经由金属的共同图案(pattern)而连接于基板的接地(GND)层的结构，从而有效地导热，以提高温度稳定性。
【发明内容】
[0050]本发明是有鉴于上述实际状况而完成，其目的在于提供一种附恒温槽的水晶振荡器，既可实现低背化又可提高温度稳定性，进而，可在借助回流焊接的安装时，将水晶振子安装于规定位置。
[0051]用于解决上述现有例的问题的本发明是:在电路基板搭载有水晶振子、及对水晶振子的温度进行控制的温度控制电路，所述附恒温槽的水晶振荡器的特征在于，在水晶振子的一端，在整个外周具备向外侧突出的凸缘，电路基板具备使凸缘的一部分插入的凹部，温度控制电路包括:成为热源的功率晶体管、作为温度传感器的热敏电阻以及金属图案，所述金属图案共同连接水晶振子的接地端子、功率晶体管的集电极与热敏电阻的接地端子；水晶振子在凸缘的一部分被插入凹部的状态下受到定位，且连接于金属图案。[0052]而且，本发明的特征在于，在上述附恒温槽的水晶振荡器中，温度控制电路包括:加热器电阻，一端被供给有电源电压而发热；作为温度传感器的热敏电阻，一端被供给有电源电压，另一端接地，根据温度来使电阻值可变，且在一端输出与温度相应的电压；差动放大器，电源电压与热敏电阻的一端之间的电压被输入一个输入端子，并且与热敏电阻并联设置的信号线的电压被输入另一个输入端子，输出是经由电阻而反馈给一个输入端子，对输入另一个输入端子的电压与输入一个输入端子的电压的差值进行放大，并作为控制电压而输出；PNP型功率晶体管，具有:加热器电阻的另一端所连接的发射极、输入差动放大器的输出的基极、及接地的集电极；以及PNP型限流用晶体管，具有:被供给电源电压的发射极、输入加热器电阻的另一端与功率晶体管的发射极之间的电压的基极、及连接于功率晶体管的基极的集电极，功率晶体管的集电极与热敏电阻的另一端是通过共同连接的金属图案而连接并接地。
[0053]而且，本发明的特征在于，在上述附恒温槽的水晶振荡器中，凹部是贯穿电路基板的狭缝。
[0054]而且，本发明的特征在于，在上述附恒温槽的水晶振荡器中，凹部是未贯穿电路基板的槽。
[0055]用于解决上述现有例的问题的本发明是一种附恒温槽的水晶振荡器，在电路基板搭载有圆柱型的水晶振子及对水晶振子的温度进行控制的温度控制电路，所述附恒温槽的水晶振荡器的特征在于:水晶振子在接合于电路基板的面的整个外周，具备向外侧突出的凸缘，在凸缘连接有水晶振子的接地端子，电路基板在搭载水晶振子的部分形成有凹部，在凹部的周围具备与水晶振子连接的焊接图案，温度控制电路具备:成为热源的功率晶体管、作为温度传感器的热敏电阻以及金属图案，所述金属图案共同连接水晶振子的接地端子、功率晶体管的集电极与热敏电阻的接地端子，水晶振子将接地端子与电路基板的焊接图案予以焊接，并连接于金属图案。
[0056]而且，本发明的特征在于，在上述附恒温槽的水晶振荡器中，温度控制电路包括:加热器电阻，一端被供给有电源电压而发热；作为温度传感器的热敏电阻，一端被供给有电源电压，另一端接地，根据温度来使电阻值可变，且在一端输出与温度相应的电压；差动放大器，电源电压与所述热敏电阻的一端之间的电压被输入一个输入端子，并且与热敏电阻并联设置的信号线的电压被输入另一个输入端子，输出是经由电阻而反馈给一个输入端子，对输入另一个输入端子的电压与输入一个输入端子的电压的差值进行放大，并作为控制电压而输出；PNP型功率晶体管，具有:加热器电阻的另一端所连接的发射极、输入差动放大器的输出的基极及接地的集电极；以及PNP型限流用晶体管，具有:被供给电源电压的发射极、输入加热器电阻的另一端与功率晶体管的发射极之间的电压的基极、及连接于功率晶体管的基极的集电极，功率晶体管的集电极与热敏电阻的另一端通过共同连接的金属图案而连接并接地。
[0057]而且，本发明在上述附恒温槽的水晶振荡器中，也可取代功率晶体管而具备P沟道(channel)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET)。
[0058](发明的效果)
[0059]根据本发明，采用一种附恒温槽的水晶振荡器，在电路基板搭载有水晶振子及对水晶振子的温度进行控制的温度控制电路，其中，在水晶振子的一端，在整个外周具备向外侧突出的凸缘，电路基板具备使凸缘的一部分插入的凹部，温度控制电路具备成为热源的功率晶体管、作为温度传感器的热敏电阻以及金属图案，所述金属图案共同连接水晶振子的接地端子、功率晶体管的集电极与热敏电阻的接地端子，水晶振子在凸缘的一部分被插入凹部的状态下受到定位，且连接于金属图案，因此能够将来自成为热源的功率晶体管的热经由导热率大的金属图案而有效地传导至水晶振子及热敏电阻，即便不使用热筒也可提高热响应性及温度稳定性，可实现温度特性优异的振荡器，而且，可实现低背化，进而，即使在回流焊接时焊料发生流动，也能够将水晶振子固定地安装于规定位置。
[0060]而且，根据本发明，所采用的上述附恒温槽的水晶振荡器中，温度控制电路包括:加热器电阻，一端被供给有电源电压而发热；作为温度传感器的热敏电阻，一端被供给有电源电压，另一端接地，根据温度来使电阻值可变，且在一端输出与温度相应的电压；差动放大器，电源电压与热敏电阻的一端之间的电压被输入一个输入端子，并且与热敏电阻并联设置的信号线的电压被输入另一个输入端子，输出是经由电阻而反馈给一个输入端子，对输入另一个输入端子的电压与输入一个输入端子的电压的差值进行放大，并作为控制电压而输出；PNP型功率晶体管，具有加热器电阻的另一端所连接的发射极、输入差动放大器的输出的基极及接地的集电极；以及PNP型限流用晶体管，具有被供给电源电压的发射极、输入加热器电阻的另一端与功率晶体管的发射极之间的电压的基极、及连接于功率晶体管的基极的集电极，功率晶体管的集电极与热敏电阻的另一端通过共同连接的金属图案而连接并接地，因此具有如下效果:能够将水晶振子的接地端子与功率晶体管和热敏电阻的接地端子连接于共同的金属图案，从而能够有效地使来自功率晶体管的热进行传导，提高热响应特性及温度稳定性，可实现温度特性优异的振荡器。
[0061]而且，根据本发明，采用一种附恒温槽的水晶振荡器，在电路基板搭载有圆柱型的水晶振子及对水晶振子的温度进行控制的温度控制电路，其中，水晶振子在接合于电路基板的面的整个外周，具备向外侧突出的凸缘，在凸缘连接有水晶振子的接地端子，电路基板在搭载水晶振子的部分形成有凹部，在凹部的周围具备与水晶振子连接的焊接图案，温度控制电路具备成为热源的功率晶体管、作为温度传感器的热敏电阻以及金属图案，所述金属图案共同连接水晶振子的接地端子、功率晶体管的集电极与热敏电阻的接地端子，水晶振子将接地端子与电路基板的焊接图案予以焊接，并连接于金属图案，因此具有如下效果:能够将来自成为热源的功率晶体管的热经由导热率大的金属图案而有效地传导至水晶振子及热敏电阻，可提高热响应性及温度稳定性，可实现长期使频率特性良好且温度特性优异的振荡器，并且防止以焊料未附在设有导线端子的水晶振子的底面中央部的方式来连接导线端子与接地端子。
[0062]而且，根据本发明，所采用的上述附恒温槽的水晶振荡器中，温度控制电路包括:加热器电阻，一端被供给有电源电压而发热；作为温度传感器的热敏电阻，一端被供给有电源电压，另一端接地，根据温度来使电阻值可变，且在一端输出与温度相应的电压；差动放大器，电源电压与热敏电阻的一端之间的电压被输入一个输入端子，并且与热敏电阻并联设置的信号线的电压被输入另一个输入端子，输出是经由电阻而反馈给一个输入端子，对输入另一个输入端子的电压与输入一个输入端子的电压的差值进行放大，并作为控制电压而输出；PNP型功率晶体管，具有加热器电阻的另一端所连接的发射极、输入差动放大器的输出的基极及接地的集电极；以及PNP型限流用晶体管，具有被供给电源电压的发射极、输入加热器电阻的另一端与功率晶体管的发射极之间的电压的基极、及连接于功率晶体管的基极的集电极，功率晶体管的集电极与热敏电阻的另一端通过共同连接的金属图案而连接并接地，因此具有如下效果:能够将水晶振子的接地端子与功率晶体管和热敏电阻的接地端子连接于共同的金属图案，从而能够有效地使来自功率晶体管的热进行传导，提高热响应特性及温度稳定性，可实现温度特性优异的振荡器。
【专利附图】
【附图说明】
[0063]图1 (a)、图1 (b)是表示本发明的第I实施方式的附恒温槽的水晶振荡器中所用的振荡器的结构的示意说明图，图1(a)为分解说明图，图1(b)为外观说明图。
[0064]图2是本发明的实施方式的温度控制电路的电路图。
[0065]图3 (a)、图3 (b)是表示本发明的第2实施方式的附恒温槽的水晶振荡器中所用的振荡器的结构的示意说明图，图3(a)为外观说明图，图3(b)为局部说明图。
[0066]图4(a)、图4(b)是表示现有的附恒温槽的水晶振荡器中所用的振荡器的结构的示意说明图，图4(a)为分解说明图，图4(b)为外观说明图。
[0067]图5是现有的附恒温槽的水晶振荡器的温度控制电路的电路图。
[0068]图6(a)、图6(b)是圆柱型水晶振子的概观图，图6 (a)为俯视图，图6 (b)为侧视图。
[0069]符号的说明:
[0070]10:差动放大器IC
[0071]11、21、41:电路基板
[0072]12、22、42:热源
[0073]13、23:热敏电阻
[0074]14、24、45:水晶振子
[0075]14a、24a、54:凸缘
[0076]15:狭缝
[0077]16、25:金属图案
[0078]26:凹部
[0079]27:焊接用图案
[0080]43:温度传感器
[0081]44:散热绝缘片
[0082]46:热筒
[0083]51:底座
[0084]52:罩
[0085]53:导线端子
[0086]DC:电源电压
[0087]HR:加热器电阻
[0088]R1、R2、R3、R4、R5:电阻
[0089]TH:热敏电阻[0090]Trl:功率晶体管
[0091]Tr 2:限流用晶体管
【具体实施方式】
[0092]参照附图来说明本发明的实施方式。
[0093][实施方式的概要]
[0094]本发明的实施方式的附恒温槽的水晶振荡器采用如下结构:作为温度控制电路，使用如下电路，该电路使用金属的共同图案来将PNP型功率晶体管的集电极侧与热敏电阻的一端连接于接地电平(level)，并设有对流经加热器电阻的电流进行限制的PNP型限流用晶体管，所述加热器电阻连接于功率晶体管的发射极，将水晶振子直接焊接安装于基板的共同图案，而且，将壳体的凸缘的一部分插入形成在基板的狭缝内，从而能够将来自功率晶体管的集电极的热有效地传导至共同连接的水晶振子及热敏电阻，即便不使用热筒也可提高热响应性及温度稳定性，能够实现低背化并且温度特性优异的振荡器，进而，在通过回流焊接来安装水晶振子时，能够防止水晶振子移动，而将水晶振子安装于规定的安装位置。
[0095]而且，本发明的附恒温槽的水晶振荡器采用如下结构:使用圆柱型的水晶振子与上述温度控制电路，在基板上，在搭载水晶振子的区域形成有凹部，将该凹部的外周部与水晶振子的凸缘背面予以焊接，以通过共同图案来连接水晶振子、功率晶体管的集电极侧与热敏电阻，从而能够使来自功率晶体管的集电极的热有效地传导至共同连接的水晶振子及热敏电阻，可提高热响应性及温度稳定性，而且，能够防止水晶振子的导线端子与接地(GND)端子通过焊料而连接。
[0096][第I实施方式:图1(a)、图1 (b)]
[0097]使用图1 (a)、图1 (b)来说明本发明的第I实施方式的附恒温槽的水晶振荡器的结构。图1 (a)、图1 (b)是表示本发明的第I实施方式的附恒温槽的水晶振荡器中所用的振荡器的结构的示意说明图，图1(a)为分解说明图，图1(b)为外观说明图。
[0098]如图1 (a)、图1 (b)所示，本发明的第I实施方式的附恒温槽的水晶振荡器(第I附恒温槽的水晶振荡器)的振荡器呈如下结构，即:在电路基板11的一个面，具备:热源12、热敏电阻13及水晶振子14。
[0099]S卩，第I附恒温槽的水晶振荡器为:不具备图5所示的现有的附恒温槽的水晶振荡器中所用的散热绝缘片44及热筒46的结构，而呈水晶振子14被直接焊接于电路基板11的结构。
[0100]此处，水晶振子14通过回流焊接而安装于电路基板11。
[0101]由于不具备热筒46，因而能够降低高度方向的尺寸，进而，不需要导热率低的散热绝缘片44，取而代之，通过介隔金属图案，从而有效地导热，提高温度的稳定性。
[0102]并且，如图1(b)所示搭载有电子零件的电路基板11被收纳于金属罩(未图示)的凹部内，并通过接脚而固定于覆盖金属罩的凹部开口部的金属底座并密封,从而构成第I附恒温槽的水晶振荡器。由金属罩与金属底座密封的空间成为恒温槽。另外，在第I附恒温槽的水晶振荡器中，电路基板11以搭载有水晶振子14或热源12的面与金属底座相向的方式，而被收纳于金属罩中。
[0103][各部分][0104]对第I附恒温槽的水晶振荡器的各部分进行说明。
[0105]第I附恒温槽的水晶振荡器中，使用PNP功率晶体管来作为热源12。另外，图1(a)、图1(b)中，示出了具备2个成为热源12的PNP功率晶体管的结构。
[0106]热敏电阻13是对水晶振子14的温度进行检测的温度传感器。
[0107]水晶振子14采用:安装于底座(base)的水晶坯体被封入金属制壳体内的结构，从金属壳体突出有2根导线端子。另外，在水晶振子14的壳体中，在突出有导线的一侧的整个外周，设有向外侧突出的缘(边(boarder)、沿(brim))状的凸缘14a。
[0108]并且，水晶振子14将罩的一面(相当于GND端子)直接通过焊接而接合于电路基板11上形成的金属图案16、并进行接地。
[0109][狭缝I5][0110]作为第I附恒温槽的水晶振荡器的特征，电路基板11具备:使水晶振子14的凸缘14a的一部分(图1(a)、图1(b)的例子中，为凸缘14a的下侧的缘)插入的狭缝15。
[0111]通过设置狭缝15，当水晶振子14被搭载于电路基板11上时，凸缘14a的一部分被收入狭缝15，使成为水晶振子14的GND端子的罩的一面密接于电路基板11，可促进热的传导，并且可实现低背化。
[0112]进而，狭缝15将水晶振子14固定于规定位置，且狭缝15以如下方式形成，即:当将水晶振子14搭载于电路基板11的正确的位置时，凸缘14a的一部分插入狭缝15。即，水晶振子14通过将凸缘14a的一部分插入狭缝15，从而被定位于规定位置。
[0113]具体而言，在通过回流焊接而将水晶振子14搭载于电路基板11时，即使电路基板11与水晶振子14之间的焊料因回流而流动，由于在狭缝15内插入有凸缘14a的一部分，因此仍能够将水晶振子14的位置固定于预定的规定位置，能够防止水晶振子14的位置偏离，从而可将水晶振子14安装于适当的位置。
[0114]而且，通过设置狭缝15，当水晶振子14过热时，能够将热散发至外部。
[0115]另外，也可取代狭缝15，而在电路基板11的相当于凸缘14a的位置设置凹部(槽(groove)、沉头孔(counter boring)),该凹部具备与狭缝15为同程度的开口部,且不贯穿电路基板11。
[0116]在设有沉头孔的情况下，由于凸缘14a的一部分也插入沉头孔中，因此也能够以在回流时水晶振子14不会偏离规定位置的方式予以固定。
[0117][金属图案16]
[0118]并且，第I附恒温槽的水晶振荡器中，通过对温度控制电路采用后述的结构，从而水晶振子14的GND端子、作为热源12的功率晶体管的集电极、与热敏电阻13的GND端子将通过形成在电路基板11上的共同的金属图案16而电性连接。
[0119]金属图案16是由铜等的金属形成，且导热性优异。
[0120]因此，能够使来自热源12的热无损失地传导至水晶振子14及热敏电阻13，从而也使水晶振子14、热源12、热敏电阻13进行热结合。
[0121]进而，通过将水晶振子14的凸缘14a的一部分插入狭缝15，从而水晶振子14密接于GND图案的面积变广，使热的传导更为良好。
[0122][导热性的比较]
[0123]现有，设置于水晶振子与热源之间的散热绝缘片的导热率相当低，为6.5W/(m.K)。而且，现有的附恒温槽的水晶振荡器中所用的热筒的代表性的材质即铝的导热率为 237W/(m.K)。
[0124]与此相对，共同的GND图案中所用的铜的导热率良好，为398W/(m.K)。
[0125]第I附恒温槽的水晶振荡器中，未使用散热绝缘片，水晶振子14与热源12仅经由包含铜的共同的GND图案即金属图案16来接触，因此与现有相比，热非常容易传递，能够提高温度稳定性。
[0126]进而，第I附恒温槽的水晶振荡器不具备热筒，因此振荡器整体的热容量比现有低。由此，在振荡器的启动时，能够缩短水晶振子达到某固定温度而成为温度稳定的状态为止的时间。
[0127]这样，第I附恒温槽的水晶振荡器中，与现有相比，提高了导热率，且降低了热容量，从而，在启动时缩短直至频率稳定为止的时间，随后的温度稳定性也能够提高。
[0128][低背化]
[0129]第I附恒温槽的水晶振荡器中，不需要现有被用作有效地使热传导的机构的热筒，通过设置了将水晶振子14的凸缘14a插入的狭缝15或沉头孔，能够降低振荡器整体的高度方向的尺寸，而实现低背化。
[0130][电路基板11上的配置:图1(a)、图1(b)]
[0131]接下来，使用图1 (a)、图1(b)来说明第I附恒温槽的水晶振荡器在电路基板11上的配置。
[0132]如图1 (a)、图1(b)所示，在电路基板11的一个面(此处为上表面)，以水晶振子14的凸缘14a被收纳至狭缝15中的方式来搭载水晶振子14，导线端子经由电路基板11上形成的贯穿孔而引出至另一个面。
[0133]作为热源12的PNP功率晶体管是在水晶振子14的正旁边密接或靠近地配置，进而，热敏电阻13也是在水晶振子14及热源12的正旁边密接或靠近地配置。如上所述，水晶振子14、热源12、热敏电阻13连接于电路基板11上的共同的金属图案16。
[0134]这样，通过使水晶振子14、热源12、热敏电阻13之间的距离为最短，能够更有效地导热，提高温度稳定性。
[0135]另外，图1 (a)、图1 (b)中，使用2个PNP功率晶体管，进一步提高温度稳定度。
[0136][温度控制电路:图2]
[0137]接下来，使用图2来说明本发明的实施方式的附恒温槽的水晶振荡器的温度控制电路。图2是本发明的实施方式的温度控制电路的电路图。另外，图2的温度控制电路被用于第I附恒温槽的水晶振荡器及后述的第2附恒温槽的水晶振荡器。
[0138]本发明的实施方式的附恒温槽的水晶振荡器的温度控制电路(本温度控制电路)控制恒温槽的温度，作为其结果，控制了水晶振子的温度。
[0139]本温度控制电路如图2所示，基本上具有:热敏电阻TH、差动放大器(OPAMP) IC10、功率晶体管Trl、加热器电阻HR及限流用晶体管Tr2。
[0140]并且，功率晶体管Trl与限流用晶体管Tr2成为PNP型晶体管。
[0141][本温度控制电路中的连接关系]
[0142]对于加热器电阻HR的一端，施加有电源电压DC，加热器电阻HR的另一端连接于功率晶体管Trl的发射极，功率晶体管Trl的集电极接地至接地端(GND)。[0143]而且，对于电阻Rl的一端，施加有电源电压DC，电阻Rl的另一端连接于热敏电阻TH的一端，热敏电阻TH的另一端接地至GND。
[0144]而且，对于电阻R2的一端，施加有电源电压DC，电阻R2的另一端连接于电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地至GND。
[0145]并且，电阻Rl的另一端与热敏电阻TH的一端之间的点是:经由电阻R4而连接于差动放大器ICio的一个输入端子(-端子)；电阻R2的另一端与电阻R3的一端之间的点是:连接于差动放大器IClO的另一个输入端子(+端子)。
[0146]进而，将差动放大器IClO的输出端子与输入端子(_端子)经由电阻R5而反馈地连接。
[0147]并且，差动放大器IClO的输出端子连接于功率晶体管Trl的基极。
[0148]另外，虽未图示，但对于差动放大器IClO施加有电源电压DC以用于动作，而且连接于GND。
[0149]而且，对于限流用晶体管Tr2的发射极施加有电源电压DC，加热器电阻HR的另一端与功率晶体管Trl的发射极之间的点是连接于限流用晶体管Tr2的基极，且限流用晶体管Tr2的集电极连接于功率晶体管Trl的基极。
[0150][本温度控制电路的各部分]
[0151][热敏电阻TH]
[0152]热敏电阻TH是电阻值根据温度而变化的感温元件，对水晶振子的动作温度进行检测。
[0153]本温度控制电路中，在下述方面具有特征，即:热敏电阻TH的另一端与功率晶体管Trl的集电极以接地电平(ground level)而连接于共同的GND层。
[0154]S卩，热敏电阻TH的另一端与功率晶体管Trl的集电极能够经由GND层而物理且电性地连接，从而能够提高热响应性，所述GND层包含导热性良好的铜。
[0155][差动放大器IC10]
[0156]对于差动放大器IClO的一个输入端子(_端子)，经由电阻R4而输入电阻Rl与热敏电阻TH之间的电压，并且经由电阻R5而反馈地输入差动放大器IClO的输出；对于另一个输入端子(+端子)，输入电阻R2与电阻R3之间的电压，而对两输入端子的电压的差值进行放大并输出。
[0157][功率晶体管Trl]
[0158]功率晶体管Trl为PNP型晶体管，对基极输入差动放大器IClO的输出，对应于对基极的施加电压，使电流流经发射极与集电极之间，由此使电流也流经加热器电阻HR。
[0159]功率晶体管Trl通过限流用晶体管Tr2的动作来限制流经加热器电阻HR的电流，由此不使加热器电阻HR成为热源，而仅有功率晶体管Trl成为热源。尤其，功率晶体管Trl的集电极(GND侧)发热。
[0160]另外，也可使功率晶体管Trl包含P沟道M0SFET。
[0161][加热器电阻HR]
[0162]加热器电阻HR被施加有电源电压DC，且通过功率晶体管Trl的动作，对应于流经的电流而发热。
[0163]但是，加热器电阻HR通过限流用晶体管Tr2的动作来限制流经的电流，因此，与不具备限流电路的现有的温度控制电路相比，加热器电阻HR不会成为热源。
[0164]另外，图1 (a)、图1(b)的例子中，将功率晶体管Trl及限流用晶体管Tr2表示作热源12。
[0165][限流用晶体管Tr2]
[0166]限流用晶体管Tr2的基极被施加有将加热器电阻HR的另一端与功率晶体管Trl的发射极予以连接的线(line)上的点的电压，根据被施加的电压，对流经发射极与集电极的电流进行控制，所述发射极连接于电源电压DC，所述集电极连接于功率晶体管Trl的基极。
[0167]S卩，对应于流经功率晶体管Trl的发射极的电流，对限流用晶体管Tr2的基极施加的电压为可变，流经限流用晶体管Tr2的发射极与集电极的电流也为可变。
[0168]具体而言，当流经功率晶体管Trl的发射极的电流变大时，通过限流用晶体管Tr2与电流检测电阻来决定最大电流，加热器电阻HR的发热量受到限制，主要由功率晶体管Trl来消耗。
[0169]而且，当流经功率晶体管Trl的发射极的电流变小时，流经限流用晶体管Tr2的发射极与集电极的电流也变小，限流用晶体管Tr2不进行动作。
[0170][第I实施方式的效果]
[0171]根据本发明的I个实施方式的附恒温槽的水晶振荡器，采用如下结构:作为温度控制电路，使用如下电路，该电路将作为热源12的PNP型功率晶体管Trl的集电极侧与热敏电阻13的一端连接于包含铜的共同的GND图案(金属图案16)，并设有对流经加热器电阻HR的电流进行限制的PNP型限流用晶体管Tr2，该加热器电阻HR连接于功率晶体管Trl的发射极，在电路基板11设置狭缝15，在将水晶振子14的凸缘14a插入狭缝15的状态下，将水晶振子14的壳体(GND端子)直接焊接安装于上述共同的GND图案，将热源设为一个功率晶体管Trl以防止热分散，将来自功率晶体管Trl的集电极的热通过导热率高的铜的金属图案16而有效地传导至水晶振子14及热敏电阻13，从而具有如下效果:即便不使用热筒也能够提高热响应性及温度稳定性，能够实现温度特性优异的振荡器，而且，能够实现低背化，并且通过将凸缘14a的一部分插入狭缝15或沉头孔，从而将水晶振子14固定于电路基板11上的规定位置，能够在回流焊接时，防止水晶振子14的位置发生偏离。
[0172][第2实施方式:图3(a)、图3(b)]
[0173]接下来，使用图3(a)、图3(b)来说明本发明的第2实施方式的附恒温槽的水晶振荡器的结构。图3(a)、图3(b)是表示本发明的第2实施方式的附恒温槽的水晶振荡器中所用的振荡器的结构的示意说明图，图3(a)为外观说明图，图3(b)为局部说明图。
[0174]本发明的第2实施方式的附恒温槽的水晶振荡器(第2附恒温槽的水晶振荡器)具备:图6(a)、图6(b)所示的圆柱型的水晶振子、及图2所示的温度控制电路。
[0175]如上所述，圆柱型的水晶振子具备长期稳定的频率特性，从而在第2附恒温槽的水晶振荡器中，实现了温度稳定性进一步提高的附恒温槽的水晶振荡器。
[0176]如图3 (a)所示，第2附恒温槽的水晶振荡器的振荡器采用如下结构:在电路基板21的一个面(此处为上表面)，搭载有热源22、热敏电阻23及图6 (a)、图6 (b)所示的圆柱型的水晶振子24。
[0177]在水晶振子24的下表面外周，形成有向外侧突出的凸缘24a。另外，此处，将使底座与壳体接合而向外侧突出的部分整体称作凸缘。
[0178]作为热源22，使用PNP功率晶体管，但也可采用P沟道M0SFET。另外，此处，具备
2个热源22，从而进一步提高温度稳定性。
[0179]而且，第2附恒温槽的水晶振荡器中采用如下结构:也使用上述的图2所示的温度控制电路，且水晶振子24的相当于凸缘24a背侧的底座、热源22与热敏电阻23连接于共同的金属图案25并接地。金属图案25是由铜等所形成，导热性高。
[0180]由此，能够将来自热源22的PNP功率晶体管Trl的集电极的热有效地传导至热敏电阻23及水晶振子24，从而能够提高温度稳定性。
[0181]并且，图3(a)的振荡器被收纳于金属罩的凹部内，通过接脚固定于覆盖凹部的金属底座并密封，从而构成第2附恒温槽的水晶振荡器。
[0182]作为第2附恒温槽的水晶振荡器的特征，如图3(b)所示，在电路基板21的上表面，在搭载水晶振子24的部分，形成有具备比水晶振子24的凸缘24a小的开口部的凹部(沉头孔)26。
[0183]而且，在电路基板21形成有金属图案25，该金属图案25将水晶振子24、PNP功率晶体管Trl及热敏电阻23共同连接并接地。
[0184]并且，在凹部26的底面，形成有水晶振子24的导线端子所贯穿的贯穿孔27，导线端子被引出至电路基板21的背面。
[0185]进而，在第2附恒温槽的水晶振荡器中，在凹部26的开口部外周，形成有环状的焊接用图案26a(以涂黑的部分所示)。即，凹部26是形成在焊接用图案26a的内侧。
[0186]焊接用图案26a连接于金属图案25，由此，热源22、热敏电阻23与水晶振子24电性连接于共同的金属图案25，进而也热结合。
[0187]并且，在将水晶振子24搭载于电路基板21时，仅对相当于凸缘24a背侧的底座(base)的背面(此处为下表面)进行焊接，将底座背面的外周部、与电路基板21的凹部26的外周部分所形成的焊接用图案26a予以接合。
[0188]此处，当对水晶振子24的整个底座背面进行焊接时，水晶振子24的底座与导线有可能以焊料而连接，但通过在电路基板21上具备凹部26而设置空间，并将凹部26的外周部分与水晶振子24的凸缘24a的下表面予以焊接，从而能够避免焊料附于导线端子，以防止连接于GND的底座部分与导线相连接。
[0189][第2实施方式的效果]
[0190]根据本发明的第2实施方式的附恒温槽的水晶振荡器，采用如下结构:作为温度控制电路，使用如下电路，该电路将作为热源22的PNP型功率晶体管Trl的集电极侧与热敏电阻23的一端连接于包含铜的共同的金属图案25并接地，并设有对流经加热器电阻HR的电流进行限制的PNP型限流用晶体管Tr2，该加热器电阻HR连接于功率晶体管Trl的发射极，将圆柱型水晶振子24的凸缘24a的背面、热源22与热敏电阻23共同连接于电路基板21的金属图案25，因此具有如下效果:可使来自热源22的热效率良好地传导至热敏电阻23及水晶振子24，从而提高热响应性及温度稳定性，能够实现长期使频率特性良好且温度特性优异的振荡器。
[0191]而且，根据第2附恒温槽的水晶振荡器，采用如下结构:在电路基板21的搭载水晶振子24的部分，形成比水晶振子24的外周小的凹部26，将水晶振子24的凸缘24a的背面、与凹部26的外周所形成的焊接图案26a予以焊接，因此具有如下效果:能够避免焊料附于水晶振子24的底座背面的外周以外的内侧部分，以防止底座与导线通过焊料相连接。
[0192]产业上的可利用性
[0193]本发明适用于既可实现低背化又可提高温度稳定性，进而可在回流焊接时，将水晶振子安装于规定位置的附恒温槽的水晶振荡器。
【权利要求】
1.一种附恒温槽的水晶振荡器，在电路基板搭载有水晶振子、及对所述水晶振子的温度进行控制的温度控制电路，所述附恒温槽的水晶振荡器的特征在于， 在所述水晶振子的一端，在整个外周具备向外侧突出的凸缘， 所述电路基板具备使所述凸缘的一部分插入的凹部， 所述温度控制电路具备:成为热源的功率晶体管、作为温度传感器的热敏电阻以及金属图案，所述金属图案共同连接所述水晶振子的接地端子、所述功率晶体管的集电极与所述热敏电阻的接地端子， 所述水晶振子在所述凸缘的一部分被插入所述凹部的状态下受到定位，且连接于所述金属图案。
2.根据权利要求1所述的附恒温槽的水晶振荡器，其特征在于， 所述温度控制电路包括: 加热器电阻，一端被供给有电源电压而发热； 作为温度传感器的热敏电阻，一端被供给有电源电压，另一端接地，根据温度来使电阻值可变，且在一端输出与温度相应的电压； 差动放大器，所述电源电压与所述热敏电阻的一端之间的电压被输入一个输入端子，并且与所述热敏电阻并联设置的信号线的电压被输入另一个输入端子，输出是经由电阻而反馈给所述一个输入端子，对输入所述另一个输入端子的电压与输入所述一个输入端子的电压的差值进行放大，并作为控制电压而输出； PNP型功率晶体管，具有:所述加热器电阻的另一端所连接的发射极、输入所述差动放大器的输出的基极、及接地的集电极；以及 PNP型限流用晶体管，具有:被供给所述电源电压的发射极、输入所述加热器电阻的另一端与所述功率晶体管的发射极之间的电压的基极、及连接于所述功率晶体管的基极的集电极， 所述功率晶体管的集电极与所述热敏电阻的另一端是通过共同连接的金属图案而连接并接地。
3.根据权利要求1或2所述的附恒温槽的水晶振荡器，其特征在于，所述凹部是贯穿所述电路基板的狭缝。
4.根据权利要求1或2所述的附恒温槽的水晶振荡器，其特征在于，所述凹部是未贯穿所述电路基板的槽。
5.一种附恒温槽的水晶振荡器，在电路基板搭载有圆柱型的水晶振子、及对所述水晶振子的温度进行控制的温度控制电路，所述附恒温槽的水晶振荡器的特征在于， 所述水晶振子在接合于所述电路基板的面的整个外周，具备向外侧突出的凸缘，在所述凸缘连接有所述水晶振子的接地端子， 所述电路基板在搭载所述水晶振子的部分形成有凹部，在所述凹部的周围具备与所述水晶振子连接的焊接图案， 所述温度控制电路具备:成为热源的功率晶体管、作为温度传感器的热敏电阻以及金属图案，所述金属图案共同连接所述水晶振子的接地端子、所述功率晶体管的集电极与所述热敏电阻的接地端子， 所述水晶振子将所述接地端子与所述电路基板的焊接图案予以焊接，并连接于所述金属图案。
6.根据权利要求5所述的附恒温槽的水晶振荡器，其特征在于， 所述温度控制电路包括: 加热器电阻，一端被供给有电源电压而发热； 作为温度传感器的热敏电阻，一端被供给有电源电压，另一端接地，根据温度来使电阻值可变，且在一端输出与温度相应的电压； 差动放大器，所述电源电压与所述热敏电阻的一端之间的电压被输入一个输入端子，并且与所述热敏电阻并联设置的信号线的电压被输入另一个输入端子，输出是经由电阻而反馈给所述一个输入端子，对输入所述另一个输入端子的电压与输入所述一个输入端子的电压的差值进行放大，并作为控制电压而输出； PNP型功率晶体管，具有:所述加热器电阻的另一端所连接的发射极、输入所述差动放大器的输出的基极、及接地的集电极；以及 PNP型限流用晶体管，具有:被供给所述电源电压的发射极、输入所述加热器电阻的另一端与所述功率晶体管的发射极之间的电压的基极、及连接于所述功率晶体管的基极的集电极， 所述功率晶体管的集电极与所述热敏电阻的另一端通过共同连接的金属图案而连接并接地。
7.根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的附恒温槽的水晶振荡器，其特征在于，取代功率晶体管，而具备P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
8.根据权利要求3所述的附恒温槽的水晶振荡器，其特征在于，取代功率晶体管，而具备P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
9.根据权利要求4所述的附恒温槽的水晶振荡器，其特征在于，取代功率晶体管，而具备P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。
【文档编号】H03L1/04GK103546148SQ201310284681
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】吉村崇弘, 新井淳一 申请人:日本电波工业株式会社