恒温型水晶振荡器的制作方法

专利名称：恒温型水晶振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用水晶振子的恒温型水晶振荡器(以下称为“恒温型振荡 器”)，特别是涉及抑制水晶振子以及构成振荡电路的振荡用元件的温度变化的恒温型振荡O背景技术
(发明的背景)
恒温型振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator)，能够将水晶振子的动作 温度维持在一定，因此不会引起依赖于频率温度特性的频率变化，能够获得例如0. Ippm以 下或者Ippb级别的高稳定的振荡频率。并且，这些恒温型振荡器特别是作为通信设备的固 定电台被使用。
(现有技术)
图4是说明专利文献1中记载的一现有例的恒温型振荡器的视图，图4A是恒温型 振荡器的截面图，图4B是从图4A中示出的A方向观看的电路基板的平面图。并且，图4A 是沿图4B的IV-IV线的箭头观看的截面图。
如图4所示，恒温型振荡器1通过将振荡电路以及温度控制电路所形成的电路基 板2密闭封入金属基底3以及金属盖4所组成的容器而构成。在电路基板2上，搭载有如下 元件搭载水晶振子5的导热板6 ；与水晶振子5—起构成振荡电路的振荡用元件7 ；作为检 测水晶振子5的温度的温度传感器的热敏电阻(thermistoiOS ；根据热敏电阻8所检测的 温度对水晶振子5进行加热的加热电阻9 ；以及由构成温度控制电路的功率晶体管(power transistor) IOa等所组成的温度控制元件10。以下进行详细说明。
恒温型振荡器1具有设置了未示出的配线图案的玻璃环氧材料所制成的电路基 板2。如图4B所示，在电路基板2的一侧的面上安装有由铝制成的矩形状的导热板6。导 热板6通过在四角部螺合螺钉11而被螺固于电路基板2。在导热板6的4侧面上，形成有 在导热板6的厚度方向上连通并在该4侧面开放的开放部12a-12d。并且，在导热板6的中 央部形成有中央贯通孔13。
在导热板6上与电路基板2相对面的相反面上，搭载有导线(振子导线14)从外底 面(图4A中的上方)延伸出来的水晶振子5。水晶振子5将SC切割的水晶片(未示出) 收容在其中，并且该水晶片与振子导线14电性连接。振子导线14插通于形成在导热板6 的贯通孔并接合于电路基板2，与构成搭载于电路基板2的振荡电路的振荡用元件7电性连 接。在这里，振荡用元件7除了振荡电路(例如，科耳皮兹(Colpitts)型的必要元件)以 外，还包含对应于不同用途的电容器和感应器以及作为缓冲增幅电路的晶体管等。
并且，在电路基板2上形成有用于将水晶振子5的温度保持在一定的温度控制电 路。该温度控制电路包括热敏电阻8，检测水晶振子5的温度，并且成为温度传感器；加热 电阻9，根据热敏电阻器所检测的温度对水晶振子5进行加热；以及温度控制元件10，由功 率晶体管IOa等构成。
热敏电阻8配置在导热板6的中央贯通孔13内。此外，加热电阻9使用了贴片式 电阻，并配置在开放部12b、12d内。并且，功率晶体管IOa配置在开放部12a、12c内。此外， 功率晶体管IOa与加热电阻9 一起放出的热量用于水晶振子5的加热。
在设置于电路基板2的导热板6的四角部的周围，设置有切口 15，用于防止加热电 阻9和功率晶体管IOa的发热量从导热板6向外部散出，能够高效率地将水晶振子5加热。 像这样的电路基板2被密闭封入由金属基底3以及金属盖4所组成的容器内。
金属基底3俯视为平板状，并在四角部设置有贯通金属基底3的导线(振荡器导 线16a-16d)，成为恒温型振荡器1的连接端子(作为导线的气密端子)。成为地线的振荡 器导线16a使用银焊料17与金属基底3相接合，成为除了地线以外的电源端子和输出端子 的振荡器导线16b-16d使用玻璃18绝缘接合在金属基底3的贯通孔18a内。
电路基板2通过振荡器导线16a_16d被保持，配置在金属基底3的上方。振荡器 导线16a-16d与电路基板2上的振荡用元件7以及温度控制元件10电性连接。并且，金属 基底3通过电阻焊与金属盖4接合，从而将电路基板2密闭封入金属盖4内。
在这样的现有例中，当恒温型振荡器1的周围温度变化使水晶振子5的温度变化 时，热敏电阻8检测水晶振子5的温度变化，通过温度控制电路调整加热电阻9的发热量， 结果使水晶振子5的温度被保持在一定(例如，约85°C )。因此能够抑制振荡频率的变化。
专利文献1 日本特开2005-333315号公报
(发明的概要)
(发明要解决的问题)
(现有技术的问题点)
但是，在研究上述现有的恒温型振荡器1的周围温度变化时的消耗电力的特性 (以下称为“消耗电力特性”)时，加热电阻9(贴片式电阻)与功率晶体管IOa表现出不同 的消耗电力特性。图5中示出了本发明人进行的消耗电力特性的测定结果的概要。在这里， 加热电阻9与功率晶体管IOa的发热量是对应于消耗电力的发热量，而对于加热电阻9，当 周围温度在恒温槽的基准温度85°C以下时，消耗电力增加，发热量也增多。与此相对，对于 功率晶体管10a，当周围温度约为25°C时，消耗电力最大，发热量也最大，在其前后的消耗 电力降低。
图5示出了在低温侧加热电阻(贴片式电阻)9的消耗电力较大，在高温侧功率晶 体管IOa的消耗电力较大。并且，如图4B所示，在现有例中，加热电阻9与功率晶体管IOa 由于配置在不同的开放部12而被分离。因此，在低温侧，加热电阻9附近的温度比功率晶 体管IOa附近的温度高，而在高温侧，功率晶体管IOa附近的温度比加热电阻9附近的温度 高。即，电路基板整体的温度分布不均勻。
在该情况下，例如，在外部温度变化急剧和风从外部吹入的情况下，由于电路基板 2上的温度分布也受到影响，因此如上所述，在原本的温度分布不均勻的情况下，形成超出 预测的复杂的温度分布。因此，当基于接近水晶振子5而配置的热敏电阻8所检测的温度 而供应电力时，即使能够将水晶振子的动作温度控制在规定温度内，也难以控制配置在周 边的各振荡用元件的温度。
并且，各振荡用元件7或多或少的具有由于温度而改变特性的温度特性。因此，难 以控制各振荡用元件7的动作温度，存在例如要求ppb级别的振荡频率的稳定度被破坏的问题。 发明内容
(发明的目的)
本发明的目的在于提供一种能够减缓振荡用元件的温度变化并且获得稳定的振 荡频率的恒温型振荡器。
(解决技术问题的技术方案)
本发明的恒温型水晶振荡器包括导热板，安装于电路基板；水晶振子，搭载于所 述导热板上的所述电路基板的相对面；温度传感器，检测与搭载于所述电路基板的所述水 晶振子一起构成振荡电路的振荡用元件以及所述水晶振子的温度；加热电阻，搭载于所述 电路基板，根据所述温度传感器所检测的温度对所述水晶振子进行加热；以及温度控制元 件，与所述温度传感器以及所述加热电阻一起构成温度控制电路，至少含有搭载于所述电 路基板的功率晶体管。其中，在所述导热板的外周部，在以所述水晶振子为中心的点对称的 位置，至少形成2个以上在所述导热板的厚度方向上连通的开放部，在所有的所述开放部 都分别配置一个以上的同数量的所述功率晶体管以及所述加热电阻。
(发明的效果)
根据这样的构成，由于在所有的开放部都分别配置一个以上的同数量的功率晶体 管以及加热电阻，对于开放部以单位来看，其各自的消耗电力的差别被消除，而消耗电力特 性变得相同。此外在导热板的外周部，在以水晶振子为中心的点对称的位置，形成2个以上 的开放部。因此，当基于接近水晶振子而配置的温度传感器所检测的温度而对功率晶体管 和加热电阻供应电力时，能够将水晶振子的动作温度控制在规定温度内，同时也能够控制 配置在水晶振子的周边的各振荡用元件的温度。即，使电路基板的温度分布均勻。
并且，在外部温度变化急剧和风从外部吹到水晶振荡器的情况下，电路基板上的 温度分布也受到影响。但是，如上所述，在本发明的恒温型振荡器中，由于电路基板的温度 分布均勻，因此这些所受到的影响也为一定，从而不会使各振荡用元件的温度控制变得困 难。因此，能够避免例如要求PPb级别的振荡频率的稳定度被破坏的情况。
(实施方式方面)
在本发明中，所述开放部在所述导热板的侧面开放而形成。因此，即使导热板伴随 恒温型振荡器的小型化而小型化，也能够形成开放部。
在本发明中，所述导热板俯视为矩形状，所述开放部形成在所述导热板的4侧面 的中央部。并且，本发明的构造是，所述导热板为矩形状，所述开放部形成于所述导热板的 四角部。
在本发明中，所述开放部的内侧面被堵塞形成。因此，由于配置在开放部的功率晶 体管以及加热电阻所放出的大部分热量传递至导热板，因此能够对水晶振子进行高效率的 加热。
在本发明中，所述导热板在四角部螺固于所述电路基板而构成。在本发明中，所述 导热板在4边的中央部螺固于所述电路基板而构成。
因此，功率晶体管以及加热电阻所放出的热量经由导热板以及螺钉，传递到电路 基板上导热板相对向的面的相反面。因此，在该相反面中螺钉所包围的区域，除了功率晶体管和加热电阻，螺钉也会被加热，因此其全周基本都被加热。因此，该螺钉所包围的区域的 温度分布均勻，而配置在该螺钉所包围的区域的振荡用元件的温度也保持一定，能够获得 稳定的振荡频率。


图1是示出本发明的第1实施方式的视图，图IA是恒温型振荡器的截面图，图IB 是从图IA中A示出的方向观看的电路基板的平面图。
图2是本发明第2实施方式的电路基板的平面图。
图3是本发明第3实施方式的电路基板的平面图。
图4是说明一现有例的视图，图4A是恒温型振荡器的截面图，图4B是从图4A中 A示出的方向观看的电路基板的平面图。
图5是表示贴片式电阻与功率晶体管的消耗电力特性的视图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1是说明本发明的第1实施方式的视图，图IA是恒温型振荡器的截面图，图IB 是从图IA中A示出的方向观看的电路基板的平面图。此外，图IA是沿图IB的I-I线的箭 头观看的截面图。在这里，对与现有例相同的部分赋予相同的标号，并简略或省略其说明。
如图IA和图IB所示，本实施方式的恒温型振荡器1与现有例相同，是通过将形成 有振荡电路和温度控制电路的电路基板2密闭封入金属基底3和金属盖4所组成的容器内 而构成。在电路基板2上，搭载有如下元件搭载水晶振子5的导热板6 ；与水晶振子5 — 起构成振荡电路的振荡用元件7 ；作为检测水晶振子5的温度的温度传感器的热敏电阻8 ； 根据热敏电阻8所检测的温度对水晶振子5进行加热的加热电阻9 ；以及由构成温度控制 电路的功率晶体管IOa等所组成的温度控制元件10。
并且，在本实施方式中，在导热板6与电路基板2之间配置由高传热性的硅片制成 的放热片19。该放热片19的目的是将导热板6与电路基板2之间密接并提高传热性，同时 起到绝缘材料的作用。只是，放热片19上搭载热敏电阻8、加热电阻9以及功率晶体管IOa 的区域以与这些元件的形状以及尺寸一致的方式被除去，使热敏电阻8等能够焊锡于电路 基板2。此外，在导热板6的4侧面上形成有开放部12a-12d。在开放部12a_12d上分别配 置一个功率晶体管IOa和一个加热电阻9。
根据这样的结构，由于在所有的开放部lh-12d上都分别配置一个功率晶体管 IOa和一个加热电阻9，因此对于开放部12a-12d以单位来看，消耗电力特性相同。并且，开 放部1加-12(1配置在以水晶振子5为中心的点对称的位置。
因此，当基于接近水晶振子5而配置的热敏电阻8所检测的温度而对功率晶体管 IOa和加热电阻9供应电力时，能够将水晶振子5的动作温度控制在规定温度内，同时也能 够控制配置在水晶振子5的周边的各振荡用元件7的温度。S卩，电路基板2的温度分布均 勻。
此外，在外部温度变化急剧或风从外部吹入的情况下，电路基板2上的温度分布 也会受到影响。
但是，如上所述，在本发明的恒温型振荡器中，由于电路基板2的温度分布均勻， 因此温度变化急剧等带来的影响也是一定的，所以各振荡用元件的温度控制不会变得困 难。与此同时，能够避免例如要求PPb级别的振荡频率的稳定度被破坏的情况。
再者，在本发明的恒温型振荡器中，以包围功率晶体管IOa以及加热电阻9的方式 在电路基板2上形成切口 15，并且利用切口 15将传热隔断，因此切口 15所包围的区域难以 受到恒温型振荡器1的周围温度的影响。因此，该区域的温度分布的均勻性较好，并且通过 在该区域配置对振荡频率影响较大的振荡用元件7，能够进一步提高振荡频率的稳定性。
并且，由于开放部1加_12(1形成在导热板6的4侧面，因此即使导热板6伴随恒温 型振荡器1的小型化而小型化，也能够形成开放部12a-12d。
并且，与现有例相同，由于导热板6在其四角部螺固于电路基板2，因此功率晶体 管IOa以及加热电阻9所放出的热量经由导热板6以及螺钉11，传递到电路基板2上与导 热板6相对向的面的相反面。因此，在该相反面上螺钉11所包围的区域，除了功率晶体管 IOa以及加热电阻9，螺钉11也被加热，即其全周基本都被加热。因此，该螺钉11所包围的 区域的温度分布均勻，配置在该区域的振荡用元件7的温度也保持一定，能够获得稳定的 振荡频率。
并且，由于在导热板6与电路基板2之间配置了放热片19，因此导热板6与电路基 板2之间的接触面的间隙被填充而密接。与此同时，导热板6的热量均勻地传递至电路基 板2，振荡用元件7的温度也保持一定，能够获得稳定的振荡频率。
(第2实施方式)
图2是说明本发明的第2实施方式的电路基板的平面图。并且，对与上述实施例 相同的部分赋予相同的标号，并简略或省略其说明。
本实施方式的恒温型振荡器1与第1实施方式的恒温型振荡器1的不同点在于开 放部12a-12d的配置以及导热板6的螺固位置。S卩，在本第2实施方式的恒温型振荡器1 中，在导热板6的四角部形成开放部12a-12d，在开放部1加-12(1分别配置一个功率晶体管 IOa以及一个加热电阻9。并且，导热板6在其4边的中央部被螺固于电路基板2。根据这 样的构成，与第1实施方式相同，振荡用元件7的温度也能够保持均勻，获得稳定的振荡频 率。
(第3实施方式)
图3是说明本发明的第3实施方式的电路基板的平面图。并且，对与上述实施例 相同的部分赋予相同的标号，并简略或省略其说明。
本第3实施方式的恒温型振荡器1与第1实施方式的恒温型振荡器1的不同点在 于开放部12a-12d的配置。S卩，在本第3实施方式的恒温型振荡器1中，从导热板6的4侧 面在内侧的位置形成开放部12a-12d，开放部12a-12d的内侧面被堵塞。即，在导热板6的 4侧面平行地形成略矩形状的贯通槽。并且，在开放部分别配置有一个功率晶体管 IOa和一个加热电阻9。
根据这样的构成，由于配置在开放部12a_12d的功率晶体管IOa和加热电阻9所 放出的大部分热量传递至导热板6，因此能够对水晶振子5进行高效率的加热。
在上述本发明的实施方式中，虽然切口 15形成于电路基板2，但是当由于电路基 板2的小型化等而不能确保在电路基板2上所需的必要面积时，也可以不形成该切口 15。并且，在上述实施方式中，使用收容了 SC切割的水晶片的水晶振子5，也可以使用收容了 AT 切割的水晶片的水晶振子5。
权利要求
1.一种恒温型水晶振荡器，包括 导热板，安装于电路基板的主面；水晶振子，搭载于所述导热板所安装的所述电路基板的面的相反面； 温度传感器，搭载于所述电路基板，检测与所述水晶振子一起构成振荡电路的振荡用 元件以及所述水晶振子的温度；加热电阻，搭载于所述电路基板，根据所述温度传感器所检测的温度对所述水晶振子 进行加热；以及温度控制元件，与所述温度传感器以及所述加热电阻一起构成温度控制电路，并且至 少含有搭载于所述电路基板的功率晶体管； 所述恒温型水晶振荡器的特征在于，在所述导热板的外周部，在以所述水晶振子为中心的点对称的位置，至少形成2个以 上在所述导热板的厚度方向上连通的开放部，在所有所述开放部都分别配置一个以上的同数量的所述功率晶体管以及所述加热电阻。
2.根据权利要求1所述的恒温型水晶振荡器，其特征在于，所述开放部在所述导热板 的侧面开放而形成。
3.根据权利要求2所述的恒温型水晶振荡器，其特征在于，所述导热板俯视为矩形状， 所述开放部形成在所述导热板的4侧面的中央部。
4.根据权利要求2所述的恒温型水晶振荡器，其特征在于，所述导热板俯视为矩形状， 所述开放部形成在所述导热板的四角部。
5.根据权利要求1所述的恒温型水晶振荡器，其特征在于，所述开放部的内侧面被堵 塞形成。
6.根据权利要求3或5所述的恒温型水晶振荡器，其特征在于，所述导热板在其四角部 螺固于所述电路基板。
7.根据权利要求4或5所述的恒温型水晶振荡器，其特征在于，所述导热板在其4边的 中央部螺固于所述电路基板。
全文摘要
本发明提供一种能够减缓振荡用元件的温度变化并且获得稳定的振荡频率的恒温型水晶振荡器。本发明的恒温型水晶振荡器(1)包括导热板(6)，安装于电路基板(2)的一侧的面上；水晶振子(5)，搭载于导热板(6)所安装的电路基板(2)的面的相反面；热敏电阻(8)，检测与水晶振子(5)一起构成振荡电路的振荡用元件(7)以及水晶振子(5)的温度；加热电阻(9)，将水晶振子(5)加热；以及温度控制元件(10)，与热敏电阻(8)以及加热电阻(9)一起构成温度控制电路，并且至少含有功率晶体管(10a)。其中，在导热板(6)的外周部，在以水晶振子(5)为中心的点对称的位置，至少形成2个以上在导热板(6)的厚度方向上连通的开放部(12)，在所有的开放部(12)都分别配置一个以上的同数量的功率晶体管(10a)以及加热电阻(9)。
文档编号H03B5/32GK102035468SQ20101029542
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月27日 优先权日2009年10月1日
发明者伊藤学, 见留博之, 追田武雄 申请人:日本电波工业株式会社