JP2000196361A - 高安定圧電発振器の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント基板及び各部品に対して水晶振動子
を接着するために使用されていた従来のシリコン系接着
剤の熱伝導率の悪さと接着力の低さに起因して、発熱部
品等からの熱が圧電振動子に伝達されにくく温度変動が
大きくなる等という従来の欠点を解消した高安定圧電発
振器の構造を提供する。 【解決手段】 圧電振動子７と、これを励振するための
増幅器と、該圧電振動子を加熱するためのヒータ５と、
該圧電振動子の温度を検出するための感温素子４と、該
感温素子の出力に基づいて該圧電振動子の温度を一定に
保持する温度制御部３と、これらの構成要素を実装する
プリント基板１と、から構成する高安定圧電発振器であ
って、プリント基板上に、感温素子、ヒータ及び温度制
御部を構成するパワートランジスタ６を隣接配置すると
共に、少なくともヒータ上に圧電振動子を搭載し、少な
くともヒータと圧電振動子とを絶縁性接着剤８により固
定したものにおいて、接着剤として、金属粒子を充填材
とした絶縁性のエポキシ系接着剤を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、恒温槽を利用する
ことなく発熱素子を利用して圧電振動子を一定の温度に
維持することにより保温度の安定化と小型化を実現した
高安定圧電発振器の改良に関し、特に発熱部品からの熱
が圧電振動子に伝達されにくく温度変動が大きいという
欠点を解消した高安定圧電発振器の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶発振器は、通信装置、無線通信機等
の通信機器や、コンピュータ等の電子情報機器において
基準周波数発生源、フィルタ等として多く用いられてお
り、その需要が益々高まると共に、高い周波数安定度が
求められている。特に、セルラー方式の携帯電話の普及
に伴い、多くの基地局に用いられる高安定発振器の需要
は増大の一途をたどっている。周知のように、水晶発振
器は安定した周波数源として広く用いられているが、上
記のような高安定発振が要求される場合には、常温より
も高い温度に設定した恒温槽内に水晶振動子を収容した
比較的大型の恒温槽型水晶発振器が用いられてきた。し
かし、近年の通信機器の小型化に対応して、より構成が
簡略化し、小型化された高安定発振器の開発が望まれて
いた。図３は従来の高安定発振器の構成を示すブロック
図であり、トランジスタ、容量、及び抵抗等から成る増
幅部ＯＳＣと、水晶振動子Ｘtal 、及び該水晶振動子Ｘ
tal の温度を一定に保持する温度制御部ＴＣとから構成
されている。また、図４は高安定発振器の構造を示す断
面図であり、プリント基板ＰＢの上に増幅部ＯＳＣと、
温度制御部ＴＣとをリフロー等により実装した後で、温
度制御部を構成するサーミスタＴｈ（感温素子）、ヒー
タＨ（発熱素子）及びパワートランジスタＴｒの上に重
ねるようにパッケージ化された水晶振動子Ｘtal を搭載
したものである。なお、プリント基板ＰＢ、サーミスタ
Ｔｈ、ヒータＨ及びパワートランジスタＴｒと水晶振動
子Ｘtal とを固定する為に、熱伝導率が約０．５（Ｗ／
ｍＫ）のシリコン系接着剤Ｂが用いられている。水晶振
動子の外周には、電気絶縁のために絶縁テープが巻かれ
る。更に、プリント基板ＰＢに搭載された部品全体を金
属ケースに収容して高安定圧電発振器を構成するのが一
般である。なお、パワートランジスタＴｒは、通電時に
発熱することから、その発熱をも補助熱源として利用す
るべく水晶振動子に近接配置されている。しかし、上記
従来の高安定圧電発振器は、水晶振動子を基板等と接続
する絶縁接着剤として、熱伝導率が約０．５（Ｗ／ｍ
Ｋ）のシリコン系接着剤Ｂを用いていた為、ヒータＨや
パワートランジスタＴｒからの発熱が効率よく水晶振動
子に伝導されず、正確な温度コントロールが困難であっ
た。その結果、水晶振動子の温度変動が大きく、周波数
の所望安定度を確保する上で複雑な温度コントロールが
強いられていた。更に、シリコン系接着剤は、接着力が
弱い為、経時的に各部品と水晶振動子との間に剥離が発
生した場合、密着度が低下し、十分な加熱と、正確な温
度検知ができなくなる虞れがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、恒温槽を利用することなく発熱素子や発振
回路を構成する発熱部品からの発熱を利用して圧電振動
子を一定の温度に維持することにより小型化を実現した
高安定圧電発振器において、プリント基板及び各部品に
対して水晶振動子を接着するために使用されていた従来
のシリコン系接着剤の熱伝導率の悪さと接着力の低さに
起因して、発熱部品等からの熱が圧電振動子に伝達され
にくく温度変動が大きくなる等という従来の欠点を解消
した高安定圧電発振器の構造を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、請求項１の発明は、圧電振動子と、これを励振する
ための増幅器と、該圧電振動子を加熱するためのヒータ
と、該圧電振動子の温度を検出するための感温素子と、
該感温素子の出力に基づいて該圧電振動子の温度を一定
に保持する温度制御部と、これらの構成要素を実装する
プリント基板と、から構成する高安定圧電発振器であっ
て、前記プリント基板上に、前記感温素子、ヒータ及び
温度制御部を構成するパワートランジスタを隣接配置す
ると共に、少なくともヒータ上に圧電振動子を搭載し、
少なくともヒータと圧電振動子とを絶縁性接着剤により
固定したものにおいて、前記接着剤として、金属粒子を
充填材とした絶縁性のエポキシ系接着剤を用いたことを
特徴とする。請求項２の発明は、圧電振動子と、これを
励振するための増幅器と、該圧電振動子を加熱するため
のヒータと、該圧電振動子の温度を検出するための感温
素子と、該感温素子の出力に基づいて該圧電振動子の温
度を一定に保持する温度制御部と、これらの構成要素を
実装するプリント基板と、から構成する高安定圧電発振
器において、前記プリント基板上に絶縁性接着剤を用い
て圧電振動子を搭載すると共に、この圧電振動子上に絶
縁性接着剤を用いてフレキシブル基板を接着し、更に該
フレキシブル基板上に前記感温素子、ヒータ及び温度制
御部を構成するパワートランジスタを実装し、前記接着
剤として、金属粒子を充填材としたとした絶縁性のエポ
キシ系接着剤を用いたことを特徴とする。請求項３の発
明は、上記充填材として、アルミニウム粒子、窒化アル
ミニウム粒子、或はアルミナ粒子を用いたことを特徴と
する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した形態
例によって詳細に説明する。図１は本発明の第１の形態
例の高安定圧電発振器の要部構成を示す縦断面図であ
り、この高安定圧電発振器は、プリント基板１の上に、
増幅部（ＯＳＣ）２を構成する各部品と、温度制御部
（ＴＣ）３を構成する各部品をリフロー等により実装し
た後で、温度制御部を構成するサーミスタＴｈ（感温素
子）４、ヒータＨ（発熱素子）５及びパワートランジス
タＴｒ６の上に重ねるように、金属キャップによりパッ
ケージ化された水晶振動子Ｘtal ７を搭載し、エポキシ
系絶縁接着剤８により接着固定したものである。水晶振
動子Ｘtal ７は、例えば水晶振動素子を気密封止した金
属キャップ７ａと、金属キャップ７ａから延びるリード
端子７ｂとから成り、リード端子７ｂはプリント基板１
に設けたスルーホール１ａ等に挿入されてハンダ等１０
により基板上のランドに固定される。なお、プリント基
板１、サーミスタＴｈ４、ヒータＨ５及びパワートラン
ジスタＴｒ６に対して水晶振動子Ｘtal ７を固定するエ
ポキシ系接着剤８は、例えばアルミニウム等の金属粒子
を充填材として分散させた熱伝導率が約１．８（Ｗ／ｍ
Ｋ）程度の絶縁接着剤である。充填材としては、アルミ
ニウムの他に、窒化アルミニウム、アルミナ等の金属粒
子を用いることができるが、これ以外の金属材料であっ
ても充填材として十分に使用可能である。このエポキシ
系絶縁接着剤８は、熱伝導率がシリコン系接着剤の３倍
程度高まっており、しかも接着力も格段に優れている
為、ヒータ５及びパワートランジスタ６からの発熱がエ
ポキシ系絶縁接着剤８を介して効率よく水晶振動子７の
金属キャップに伝達される。つまり、ヒータ５及びパワ
ートランジスタ６と水晶振動子との間に介在する接着剤
８を介して効率よく熱が水晶振動子に伝導される。ま
た、ヒータ５及びパワートランジスタ６と、水晶振動子
７との間以外の部位に位置する接着剤８に発熱部品５、
６から放熱された熱も効率よく水晶振動子に伝導され、
安定した加熱を行うことができる。

【０００６】また、エポキシ系接着剤８は、その接着力
が強い為に各部品４、５、６と水晶振動子７とが経時的
に剥離することが無く、各発熱部品５、６によって安定
して水晶振動子７を加熱することができると共に、サー
ミスタ４によって正確に温度を測定することができる。
その結果として温度変化等の厳しい状況下においても、
優れて安定した温度周波数特性を発揮することができ
る。次に、図２は本発明の他の形態例の高安定圧電発振
器の要部構成を示す断面図である。この高安定圧電発振
器は、プリント基板１上のパッドに、トランジスタ、容
量、抵抗等からなる増幅部２（ＯＳＣ）と、温度制御部
からサーミスタＴｈ４，ヒータＨ５、及びパワートラン
ジスタＴｒ６を除いた回路部品から成る温度制御回路Ｔ
ｃ３をリフロー等の実装方法によって半田接続し、更に
水晶振動子Ｘtal ７についてはキャップ７ａから延びる
リード端子７ｂを基板のスルーホール１ａに挿入して接
続固定する。一方、フレキシブルプリント基板１５上に
サーミスタＴｈ４、ヒータＨ５及びパワートランジスタ
Ｔｒ６から成る熱関連素子を近接して実装し、フレキシ
ブルプリント基板１５の一端を半田等を用いてプリント
基板上のパッドに対して電気的機械的に接続する。そし
て、水晶振動子Ｘtal ７のキャップ７ａの外周上半分と
フレキシブルプリント基板１５の熱関連素子搭載部分と
が密着するように、熱伝導性が良好でありかつ接着力が
強い絶縁性のエポキシ系接着剤８にて接着固定する。な
お、プリント基板１とキャップ７ａの下部との間も同様
の接着剤８にて接着固定する。この接着剤８は、例えば
アルミニウム等の金属粒子を充填材として分散させた熱
伝導率が約１．８（Ｗ／ｍＫ）程度の絶縁接着剤であ
る。充填材としては、アルミニウムの他に、窒化アルミ
ニウム、アルミナ等の金属粒子を用いることができる
が、これ以外の金属材料であっても充填材として十分に
使用可能である。

【０００７】このエポキシ系絶縁接着剤８は、熱伝導率
がシリコン系接着剤の３倍程度高まっており、しかも接
着力も格段に優れている為、ヒータ５及びパワートラン
ジスタ６からの発熱がフレキシブルプリント基板１５及
びエポキシ系絶縁接着剤８を介して効率よく水晶振動子
７の金属キャップ７ａに伝達される。つまり、ヒータ５
及びパワートランジスタ６を搭載したフレキシブルプリ
ント基板１５と水晶振動子７との間に介在する接着剤８
を介して効率よく熱が水晶振動子７に伝導される。ま
た、ヒータ５及びパワートランジスタ６と、水晶振動子
７との間以外の部位に位置する接着剤８にフレキシブル
プリント基板を介して発熱部品５、６から放熱された熱
も効率よく水晶振動子に伝導され、安定した加熱を行う
ことができる。また、エポキシ系接着剤８は、その接着
力が強い為に各部品４、５、６を搭載したフレキシブル
プリント基板１５と水晶振動子７とが経時的に剥離する
ことが無く、各発熱部品５、６によって安定して水晶振
動子７を加熱することができると共に、サーミスタ４に
よって正確に水晶振動子の温度を測定することができ
る。その結果として温度変化等の厳しい状況下において
も、優れて安定した温度周波数特性を発揮することがで
きるので、プリント基板に搭載された部品全体を収容す
る金属ケースを省略することも可能となり、更なる小型
化を実現できる。なお、水晶振動子７を加温する素子は
少なくともヒータを考えれば良く、もし水晶振動子のサ
イズが小さい場合は、水晶振動子とヒータとサーミスタ
とを上記エポキシ系絶縁接着剤にて連結する。また、接
着剤に混入する金属粒子の量が増大すると、熱伝導率は
大きくなって好ましい一方で、絶縁性が保てなくなる
が、その場合であっても回路間の短絡防止を施せば、同
様に本発明に利用することができる。

【０００８】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成したので、
水晶振動子の温度をより正確に感知するとともに、発熱
部品から見た熱容量負荷が小さくなるので、温度制御部
の応答時間が早くなって温度特性が安定、向上し、その
結果高安定圧電発振器の周波数安定度を改善することが
可能となる。即ち、本発明によれば、恒温槽を利用する
ことなく発熱素子や発振回路を構成する発熱部品からの
発熱を利用して圧電振動子を一定の温度に維持すること
により小型化を実現した高安定圧電発振器において、プ
リント基板及び各部品に対して水晶振動子を接着するた
めの接着剤として金属充填材を充填した絶縁性のエポキ
シ系接着剤を用いたので、従来のシリコン系接着剤の熱
伝導率の悪さと接着力の低さに起因して発熱部品等から
の熱が圧電振動子に伝達されにくく温度変動が大きくな
る等という従来の欠点を解消することができる。また、
エポキシ系接着剤は接着力が経時的に強く維持されるの
で、感温素子と水晶振動子との密着状態を経時的に維持
することができるので、正確な温度測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の本発明の一形態例に係る高安定圧電発
振器の要部断面図。

【図２】本発明の本発明の他の形態例に係る高安定圧電
発振器の要部断面図。

【図３】従来の高安定圧電発振器の構成を示すブロック
図。

【図４】従来の高安定圧電発振器の構造を示す断面図。

【符号の説明】

１ プリント基板、２ 増幅部（ＯＳＣ）、３ 温度制
御部（ＴＣ）、４ サーミスタＴｈ（感温素子）、５
ヒータＨ（発熱素子）、６ パワートランジスタＴｒ、
７ 水晶振動子Ｘtal 、７ａ 金属キャップ、７ｂ リ
ード端子、８ エポキシ系絶縁接着剤、１０ 半田等、
１５ フレキシブルプリント基板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子と、これを励振するための増
   幅器と、該圧電振動子を加熱するためのヒータと、該圧
   電振動子の温度を検出するための感温素子と、該感温素
   子の出力に基づいて該圧電振動子の温度を一定に保持す
   る温度制御部と、これらの構成要素を実装するプリント
   基板と、から構成する高安定圧電発振器であって、前記
   プリント基板上に、前記感温素子、ヒータ及び温度制御
   部を構成するパワートランジスタを隣接配置すると共
   に、少なくともヒータ上に圧電振動子を搭載し、少なく
   ともヒータと圧電振動子とを絶縁性接着剤により固定し
   たものにおいて、 前記接着剤として、金属粒子を充填材とした絶縁性のエ
   ポキシ系接着剤を用いたことを特徴とする高安定圧電発
   振器の構造。
2. 【請求項２】 圧電振動子と、これを励振するための増
   幅器と、該圧電振動子を加熱するためのヒータと、該圧
   電振動子の温度を検出するための感温素子と、該感温素
   子の出力に基づいて該圧電振動子の温度を一定に保持す
   る温度制御部と、これらの構成要素を実装するプリント
   基板と、から構成する高安定圧電発振器において、 前記プリント基板上に絶縁性接着剤を用いて圧電振動子
   を搭載すると共に、この圧電振動子上に絶縁性接着剤を
   用いてフレキシブル基板を接着し、更に該フレキシブル
   基板上に前記感温素子、ヒータ及び温度制御部を構成す
   るパワートランジスタを実装し、 前記接着剤として、金属粒子を充填材としたとした絶縁
   性のエポキシ系接着剤を用いたことを特徴とする高安定
   圧電発振器の構造。
3. 【請求項３】 上記充填材として、アルミニウム粒子、
   窒化アルミニウム粒子、或はアルミナ粒子を用いたこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の高安定圧電発振器の
   構造。