JP2005341191A - 表面実装用の水晶振動子を用いた恒温型の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【目的】小型化を促進して構造を簡易にした恒温型の水晶発振器を提供する。
【構成】 表面実装用の水晶振動子を発振用素子及び温度制御素子とともに回路基板に装着してなる表面実装用の水晶振動子を用いた恒温型の水晶発振器であって、前記水晶振動子はセラミック基板に配設され、前記セラミック基板には少なくとも発熱用のチップ抵抗及び温度依存性の強い熱高感度素子が配設された構成とする。また、前記水晶振動子は前記セラミック基板の一主面に配設され、前記チップ抵抗及び前記感温素子は前記セラミック基板の他主面に配設されとともに、前記セラミック基板の他主面は前記回路基板の一主面と対向して前記チップ抵抗と前記回路基板との間には熱導伝性の樹脂を設けた構成とする。
【選択図】図１

Description

表面実装用の水晶振動子を用いた恒温型の水晶発振器を技術分野とし、特に簡易構造とした恒温型の水晶発振器に関する。

（発明の背景）水晶発振器は周波数制御素子として知られ、周波数や時間の基準源として各種の電子機器に内蔵される。このようなものの一つに、例えば水晶振動子を恒温槽に収容して恒温型とした高安定用の水晶発振器がある。これらは、例えば周波数安定度を0.05ppm以下として、通信網の基地局等に使用される。

（従来技術の一例）第４図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は恒温型とした水晶発振器の断面図、同図（ｂ）は恒温槽への水晶振動子の挿入図である。

水晶発振器は、第１と第２の回路基板１（ａｂ）に配置（搭載）された水晶振動子２、恒温槽３、発振用素子４及び温度制御素子５を備えてなる。第１回路基板１ａは、金属ベース６を絶縁貫通した外部端子としての金属ピン７ａ（気密端子）に支持される。第２回路基板１ｂは第１回路基板１ａに植設された金属ピン７ｂに支持される。第１及び第２回路基板はいずれもガラスエポキシ材からなる。

水晶振動子２は例えばＡＴカットやＳＣカットの水晶片（付図示）を一対のリード線８が導出した金属ケース９に密閉封入してなる。恒温槽３は金属筒１０に熱線１１を巻回してなり、水晶振動子２を収容する。そして、第２回路基板１ｂの一主面に金属筒１０の主面を対向して、熱導電性の樹脂１２によって熱的に結合する。なお、水晶振動子２の一対のリード線８が折曲して第２回路基板１ｂに接続する。

発振用素子４は水晶振動子２とともに発振回路を構成し、第２回路基板１ｂの他主面に配置される。温度制御素子５は少なくとも温度感温素子としてのサーミスタ５ａを含み、パワートランジスタとともに恒温槽３の温度を制御する温度制御回路を構成する。そして、サーミスタ５ａを除いて第１回路基板１ａの外周に配置される。温度制御回路は例えばサーミスタ５ａを恒温槽３に接合して恒温槽３の温度を検出する。そして、検出温度に基づいて熱線１１に供給する電力を制御し、恒温槽３の槽内温度を一定に維持する。符号１３は金属カバーである。

このようなものでは、恒温槽３によって水晶振動子２の動作温度を一定にするので、温度変化による振動周波数の周波数変化を防止する。換言すると、水晶振動子２の周波数温度特性に基づいた発振周波数の変化を防止する。また、発振用素子４を搭載した第２回路基板１ｂを恒温槽３上に配置するので、回路素子自体の温度特性による周波数変化も防止する。
特開平１−１９５７０６

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の水晶発振器ではリード線８の導出した金属ケース９に水晶片を収容した水晶振動子２を使用するため、基本的に大型になる。また、熱線１１を巻回した恒温槽３を使用するので、高価にして構造を複雑にする。また、水晶振動子２の金属容器９に直接に熱線１１を巻回したものもあるが、この場合でも熱線１１の巻回作業を要し、いずれにしても構造を複雑にする問題があった。

また、これらのものでは周波数安定度を前述のように0.05ppm以下として基地局用に採用されるが、例えばＧＭＳ用では周波数安定度を比較的緩やかな0.1〜0.2ppm以下とするため、オーバースペックになることもあった。このことから、例えば表面実装用とした図示しない温度補償水晶発振器の適用も考えられるが、この場合には周波数安定度が1ppm程度であり、規格を満足することができない問題もあった。

（発明の目的）本発明は小型化を促進して構造を簡易にした恒温型の水晶発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、表面実装用の水晶振動子を発振用素子及び温度制御素子とともに回路基板に装着してなる表面実装用の水晶振動子を用いた恒温型の水晶発振器であって、前記水晶振動子はセラミック基板に配設され、前記セラミック基板には少なくとも発熱用のチップ抵抗及び温度依存性の強い熱高感度素子が配設された構成とする。

このような構成であれば、水晶振動子を表面実装用として、加熱用のチップ抵抗をセラミック基板に配置するので、基本的に小型化を促進して簡易構造とした恒温型の水晶発振器を得る。そして、熱高感度素子を配設するので、例えば感温素子とすれば加熱温度を直接的に検出でき、発振用素子とすればその温度依存性を解消できる。

本発明の請求項２に示したように、請求項１の前記水晶振動子は前記セラミック基板の一主面に配設され、前記チップ抵抗及び前記感温素子は前記セラミック基板の他主面に配設される。これにより、チップ抵抗を水晶振動子に対向して配置でき、熱の効率を高める。また、チップ抵抗と感温素子を近接して配置し、直接的に発熱温度を検出できる。

同請求項３では、請求項１の前記水晶振動子は前記セラミック基板の一主面に配設され、前記チップ抵抗及び前記感温素子は前記セラミック基板の他主面に配設されるとともに、前記セラミック基板の他主面は前記回路基板の一主面と対向して前記チップ抵抗と前記回路基板との間には熱導伝性の樹脂が設けられて密着する。これにより、熱伝導性の樹脂によって、チップ抵抗からの熱が回路基板に効率的に伝播する。

同請求項４では、請求項の３前記セラミック基板と対向する前記回路基板の他主面には発振回路を構成する発振用素子を配設する。これにより、発振用素子に熱が伝播されて温度を均一にする。したがって、発振用素子の温度特性による特性変化を防止する。

同請求項５では、請求項１の前記熱高感度素子は感温素子又は電圧可変容量素子とする。これにより、チップ抵抗の発熱温度を直接的に検出できる。また、温度による容量変化を防止して、制御電圧に対する安定な発振周波数の電圧制御発振器を得られる。

同請求項６では、請求項１の前記回路基板は金属ピンによって表面実装用の回路基板に保持される。これにより、表面実装用とした恒温型の水晶発振器を得られ、さらに小型を促進する。

第１図は本発明の一実施例を説明する図で、同図（ａ）は恒温型とした水晶発振器の断面図、同図（ｂ）はセラミック基板の平面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

水晶発振器は前述同様にガラスエポキシとした第１と第２回路基板１（ａｂ）とを備える。第１回路基板１ａは積層基板からなり、積層面に回路パターン（不図示）を設けて表面実装用の実装端子１６を外表面に有する。第２回路基板１ｂの一主面には、金属ピン７ｂによって保持された熱伝導性のセラミック基板１４が設けられる。そして、他主面の中央領域には発振回路を構成する発振用素子４が、外周部には温度制御回路を構成する温度制御素子５が配設される。

セラミック基板１４の一主面には、表面実装用とした水晶振動子２が配設される。表面実装振動子はセラミック容器内に水晶片を密閉封入し、例えば４角部の底面に実装端子を有する（不図示）。そして、第２回路基板１ｂと対向する他主面の中央領域には、発熱用とした２個のチップ抵抗１５（ａｂ）が水晶振動子２と対向して配設される。

また、チップ抵抗１５（ａｂ）間には温度制御素子のうちの感温素子としてのサーミスタ５ａが配設される。これらの水晶振動子２、チップ抵抗１５（ａｂ）及びサーミスタ５ａは、図示しない半田等のリフローによって各実装端子が一体的に固着される。

そして、チップ抵抗１５（ａｂ）の表面と第２回路基板１ｂとの間に熱伝導性の樹脂１２を介在（密着）させ、金属ピン７ｂによってセラミック基板１４を第２回路基板１ｂの一主面側に設ける。そして、金属カバー１３の開口端面に設けた図示しない爪部が、第１回路基板１ａの外周に設けた孔（不図示）に嵌入して接合される。これにより、第２回路基板１ａを収容する。

このようなものでは、温度制御回路のパワートランジスタを経て発熱用のチップ抵抗１５（ａｂ）に電力を供給する。これにより、チップ抵抗１５（ａｂ）のジュール熱がセラミック基板１４に伝導して加熱される。そして、セラミック基板１４に固着された水晶振動子２が、表面実装用の実装端子を経て同様に加熱される。また、サーミスタ５ａによって、水晶振動子２の直下となるセラミック基板１４の温度を直接的に検出して供給電力を制御する。

そして、第２回路基板１ｂの一主面とチップ抵抗１５（ａｂ）との間に密着した熱導電性の樹脂１２によって、チップ抵抗１５（ａｂ）の熱が第２回路基板１ｂに効率的に伝播される。ここでは、チップ抵抗１５（ａｂ）に対向した部分の第２回路基板１ｂの他主面に発振用素子５を配設するので、温度依存性を解消する。

このような構成であれば、水晶振動子２を表面実装用とするので、リード線の導出した従来の水晶振動子よりも、水晶発振器を基本的に小さくできる。そして、チップ抵抗１５（ａｂ）及びセラミック基板１４を水晶振動子２の加熱源とするので、従来の熱線を巻回するものに比較して構造を簡易にする。そして、熱線の巻回作業もなく安価にする。

そして、ここでは、第１回路基板１ａを実装端子１６を有する表面実装用とするので、従来の金属ベースを不要にしてさらに小型化（低背化）を促進する。

（他の事項）上記実施例では水晶発振器は表面実装用としたが、第２図に示したようにしてもよい。すなわち、従来例と同様に金属ベース６の気密化された金属ピン７ａによって回路基板１を直接に保持してもよい。ここでは、第２回路基板１ｂを不要にする。

また、第３図に示したように、金属ベース６を例えば抵抗溶接用として、第２回路基板１ｂを密閉封入してもよい。この場合、各発振用素子４及び温度制御素子５を密閉封入するので、外部環境を遮断して経年変化特性を良好にする。

また、セラミック基板１４の他主面にはサーミスタ５ａのみを配置したが、例えば温度依存性の高い電圧可変容量素子等の熱高感度素子をも配置して温度による周波数変化をさらに防止するようにしてもよい。また、セラミック基板１４の一主面には加熱用のチップ抵抗１５（ａｂ）のみを配置したが、例えば温度制御回路のパワートランジスタを配置して熱供給用としてもよい。

また、セラミック基板１４の一主面に水晶振動子２を、チップ抵抗１５（ａｂ）及びサーミスタ５ａを他主面に設けたが、セラミック基板１４の熱導電性が良好でマクロ的には熱分布が均一なので、これらは同一主面であったとしても同様の効果を奏する。但し、ミクロ的には熱分布は異なるので、実施例のように両主面に配置した方がよい。

本発明の一実施例を説明する図で、同図（ａ）は恒温型とした水晶発振器の断面図、同図（ｂ）はセラミック基板の平面図である。 本発明の他の実施例を説明する恒温型とした水晶発振器の断面図である。 本発明のさらに他の実施例を説明する恒温型とした水晶発振器の断面図である。 従来例を説明する図で、同図（ａ）は恒温型とした水晶発振器の断面図、同図（ｂ）は恒温槽への水晶振動子の挿入図である。

符号の説明

１ 回路基板、２ 水晶振動子、３ 恒温槽、４ 発振用素子、５ 温度制御素子、６ 金属ベース、７ 金属ピン、８ リード線、９ 金属ケース、１０ 金属筒体、１１ 熱線、１２ 熱伝導性の樹脂、１３ 金属カバー、１４ セラミック基板、１５ チップ抵抗、１６ 実装端子。

Claims (6)

1. 表面実装用の水晶振動子を発振用素子及び温度制御素子とともに回路基板に装着してなる表面実装用の水晶振動子を用いた恒温型の水晶発振器であって、前記水晶振動子はセラミック基板に配設され、前記セラミック基板には少なくとも発熱用のチップ抵抗及び温度依存性の強い熱高感度素子が配設された恒温型の水晶発振器。
2. 請求項１において、前記水晶振動子は前記セラミック基板の一主面に配設され、前記チップ抵抗及び前記感温素子は前記セラミック基板の他主面に配設された恒温型の水晶発振器。
3. 請求項１において、前記水晶振動子は前記セラミック基板の一主面に配設され、前記チップ抵抗及び前記感温素子は前記セラミック基板の他主面に配設されるとともに、前記セラミック基板の他主面は前記回路基板の一主面と対向して前記チップ抵抗と前記回路基板との間には熱導伝性の樹脂が設けられて密着した恒温型の水晶発振器。
4. 請求項３において、前記セラミック基板と対向する前記回路基板の他主面には発振回路を構成する発振用素子を配設した恒温型の水晶発振器。
5. 請求項１において、前記熱高感度素子は感温素子又は電圧可変容量素子である恒温型の水晶発振器。
6. 請求項１において、前記回路基板は金属ピンによって表面実装用の回路基板に保持された恒温型の水晶発振器。

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