JP5912566B2 - 恒温槽付水晶発振器 - Google Patents

Description

本発明は、恒温槽付水晶発振器に係り、特に、高さ（厚さ）寸法を低減して低背化を図り、製造工程を簡略化すると共に、周波数温度特性を良好にすることができる恒温槽付水晶発振器に関する。

［先行技術の説明］
恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ；Oven Controlled Crystal Oscillator）は、水晶振動子の動作温度を一定に維持することから、周波数温度特性に依存した周波数変化を引き起こすことなく、高安定の発振周波数が得られるものである。
水晶振動子は、恒温槽に収納され、恒温槽は、温度制御回路によってその槽内の温度を一定に保持するよう制御される。

［従来の恒温槽付水晶発振器の構成：図５］
従来の恒温槽付水晶発振器の構成について図５を用いて説明する。図５は、従来の恒温槽付水晶発振器の断面説明図である。
図５に示すように、従来の恒温槽付水晶発振器は、ガラエポ等から成る第１の基板１１と、第１の基板より小さい第２の基板１２と、第２の基板１２上に搭載された水晶振動子１３、パワートランジスタ１４、ヒータ抵抗１５等の電子部品を備えている。

そして、第２の基板１２は、複数のピン（リードピン）１６によって、第１の基板１１から所定の間隔で浮かせた状態で保持され、半田１７によって固定されると共に上下の基板が電気的に接続されている。
そして、第２の基板１２及びその上に搭載された電子部品を覆うように、第１の基板１１上にカバー２０が搭載されて、封止された構成となっている。

上記構成の恒温槽付水晶発振器においては、パワートランジスタ１４、ヒータ抵抗１５等により温度制御回路が形成されて、水晶振動子の温度を一定に保持するよう制御している。
尚、第２の基板１２を第１の基板１１から浮かせた構成とすることにより、発熱体からの熱がＯＣＸＯの外部に発散しにくくして、空間内の温度を維持するための消費電力を低減するものである。

図５に示した従来の恒温槽付水晶発振器の構成では、ピンの数が多く、ピンと基板とを接続する半田面積が広くなって、電子部品を実装する面積が狭くなり、高密度実装を行わなければならない。
更に、熱源として用いられるヒータ抵抗１５の発熱量は電流に依存するが、その変化は線形（直線的）ではないため、周囲温度の変化が生じたときに発熱量のバランスが崩れ、発振器出力の周波数温度特性を劣化させる一因となっていた。

［関連技術］
尚、恒温槽付水晶発振器に関する技術としては、特開２００７−００６２７０号公報「圧電発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献１）、特開２０１０−１７７７３２号公報「恒温型圧電発振器」（エプソントヨコム株式会社、特許文献２）、実開平０４−９１４１１号公報「クロックオシレータ」（株式会社富士通ゼネラル、特許文献３）、特開２００６−３１１４９６号公報「恒温型の水晶発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献４）がある。

特許文献１には、基板表面に形成された凹部と、基板に固着された支持部材とを備え、支持部材により圧電振動子が凹部内に収まり且つ基板から浮いた状態で支持された圧電発振器が記載されている。

特許文献２には、基板の下側に設けられた凹部内に加熱用素子を格納し、凹部の開口部に水晶振動子を接合し、基板の上面に感温素子、発振用素子、温度制御用素子が接合されている恒温型圧電発振器が記載されている。

特許文献３には、ステムに凹部を形成して回路部品を収納し、ステムの上にセラミック基板を搭載して、その上に水晶振動子を搭載したクロックオシレータが記載されている。
特許文献４には、基板の下側に水晶振動子と温度制御素子が搭載され、上側に発振回路が搭載され、基板が別の基板に気密端子によって支持されて全体がカバーで覆われた恒温型の水晶発振器が記載されている。

特開２００７−００６２７０号公報 特開２０１０−１７７７３２号公報 実開平０４−９１４１１号公報 特開２００６−３１１４９６号公報

しかしながら、従来の恒温槽付水晶発振器では、２枚の基板を一定の間隔で接続するため高さ方向の寸法が大きく、薄型のデバイスへの使用が困難であり、また、ピンの数が多く工程が煩雑であり、更に、ヒータ抵抗からの非線形な発熱により発振器の周波数温度特性が劣化することがあるという問題点があった。

尚、特許文献１〜４には、ピンを用いず、第１の基板（ベース基板）を途中までくり抜いて形成した凹部の開口部上に第２の基板を密着して搭載し、第２の基板の下面に水晶振動子やパワートランジスタを搭載して凹部に収納し、第２の基板に形成されたスルーホールを介して、第２の基板の上下の面が電気的に接続された構成は記載されていない。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、ピンを無くして低背化を図り、薄型デバイスへの適用を可能とすると共に工程を簡略化し、良好な周波数温度特性を得ることができる恒温槽付水晶発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ベース基板となる第１の基板と、水晶振動子が搭載された第２の基板とを備え、温度センサと、パワートランジスタと、ヒータ抵抗とを有する温度制御回路によって温度が一定に制御される恒温槽付水晶発振器であって、温度制御回路は、ヒータ抵抗を流れる電流を制限する電流制限回路を備え、第１の基板の上面に凹部が形成され、凹部の開口部を覆うように第２の基板が第１の基板上に密着して搭載され、第２の基板は、上面又は下面のいずれか一方の面に水晶振動子と温度センサとが搭載され、他方の面にパワートランジスタが搭載され、水晶振動子とパワートランジスタとが、第２の基板を挟んで対向する位置に搭載されると共に、上面と下面とを接続するスルーホールが、水晶振動子とパワートランジスタとに挟まれた領域に複数形成され、スルーホールは、水晶振動子及びパワートランジスタに当接しており、第２の基板に搭載された水晶振動子又はパワートランジスタのいずれか一方が凹部に格納されていることを特徴としている。

また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、凹部が、第１の基板の一方の短辺寄りに形成されると共に、他方の短辺寄りには第２の基板が搭載されていない領域を備え、当該他方の短辺寄りの第２の基板が搭載されていない領域にヒータ抵抗が搭載されていることを特徴としている。

また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、ヒータ抵抗が、第２の基板の上面に搭載されていることを特徴としている。

また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶振動子が、表面実装型であることを特徴としている。

また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶振動子が、リードタイプであることを特徴としている。

また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、凹部が、第１の基板をくり抜いて形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、ベース基板となる第１の基板と、水晶振動子が搭載された第２の基板とを備え、温度センサと、パワートランジスタと、ヒータ抵抗とを有する温度制御回路によって温度が一定に制御される恒温槽付水晶発振器であって、温度制御回路は、ヒータ抵抗を流れる電流を制限する電流制限回路を備え、第１の基板の上面に凹部が形成され、凹部の開口部を覆うように第２の基板が第１の基板上に密着して搭載され、第２の基板は、上面又は下面のいずれか一方の面に水晶振動子と温度センサとが搭載され、他方の面にパワートランジスタが搭載され、水晶振動子とパワートランジスタとが、第２の基板を挟んで対向する位置に搭載されると共に、上面と下面とを接続するスルーホールが、水晶振動子とパワートランジスタとに挟まれた領域に複数形成され、スルーホールは、水晶振動子及びパワートランジスタに当接しており、第２の基板に搭載された水晶振動子又はパワートランジスタのいずれか一方が凹部に格納されている恒温槽付水晶発振器としているので、第１の基板と第２の基板とを接続するピンを不要として、高さ方向の寸法を大幅に小さくして用途を拡大すると共に、製造工程を簡易にし、また、熱源を線形に制御することにより、発振器の周波数温度特性を良好にすることができ、更に、パワートランジスタからの熱が、複数のスルーホールを介して水晶振動子に伝わり、水晶振動子の金属カバーから空間に放射されることにより水晶振動子が格納された空間を効率的に温めることができ、消費電力を低減できる効果がある。

また、本発明によれば、凹部が、第１の基板の一方の短辺寄りに形成されると共に、他方の短辺寄りには第２の基板が搭載されていない領域を備え、当該他方の短辺寄りの第２の基板が搭載されていない領域にヒータ抵抗が搭載されている上記恒温槽付水晶発振器としているので、ヒータ抵抗を水晶振動子からできるだけ離れた位置に搭載することができ、非線形な発熱の影響を小さくして、発振器の周波数温度特性を良好にすることができ、また、第２の基板の大きさを小さくしてコストを低減できる効果がある。

また、本発明によれば、ヒータ抵抗が、第２の基板の上面に搭載されている上記恒温槽付水晶発振器としているので、全ての電子部品を第２の基板に実装することにより、第１の基板の実装工程を不要とし、製造工程を簡易にすることができる効果がある。

また、本発明によれば、凹部が、第１の基板をくり抜いて形成されている上記恒温槽付水晶発振器としているので、第１の基板の側面には複数の部材を接合した場合に形成される接合部がなく、側面に形成される電極や端子等が断線するのを防ぐ効果がある。

本発明の第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の断面説明図であり、（ａ）は第１の構成、（ｂ）は第２の構成を示している。 第１の恒温槽付水晶発振器の温度制御回路の回路図である。 本発明の第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の断面説明図である。 本発明の第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の断面説明図であり、（ａ）は第１の構成、（ｂ）は第２の構成を示している。 従来の恒温槽付水晶発振器の断面説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］

本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、温度制御回路に、ヒータ抵抗への電流を制限する電流制限回路を備えて、熱源をパワートランジスタとし、ベース基板となる第１の基板に、くり抜きによって凹部が形成され、当該凹部の開口部上に第２の基板が搭載され、第２の基板の上面又は下面のいずれか一方の面に水晶振動子及び温度センサが搭載されると共に、第２の基板の他方の面にパワートランジスタが搭載され、第２の基板に形成されたスルーホールを介して第２の基板の上面と下面とが電気的に接続され、第１の基板上に全体を覆うカバーを搭載した構成としており、ピンを不要として低背化を図り薄型の装置に搭載可能とし、用途を拡大させることができ、また、部品実装面積を拡大でき、製造工程を簡易にすると共に、熱源を線形に制御でき、発振器の周波数温度特性を良好にすることができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、更に、凹部が第１の基板のいずれかの短辺寄りの領域に形成されており、第１の基板の凹部が形成されていない領域の凹部からできるだけ離れた位置にヒータ抵抗が搭載された構成としており、ヒータ抵抗からの非線形な熱による影響を低減して、発振器の周波数温度特性を良好にすることができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、水晶振動子を、表面実装型又は丸型ブランクを備えたリードタイプとしており、用途に応じた水晶振動子を用いて、低背化を図り、薄型の装置に搭載可能とし、発振器の周波数温度特性を良好にすることができるものである。

［第１の実施の形態：図１］
本発明の第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の断面説明図であり、（ａ）は第１の構成、（ｂ）は第２の構成を示している。
［第１の構成例：図１（ａ）］
まず、図１（ａ）を用いて説明する。
図１（ａ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第１の恒温槽付水晶発振器）の第１の構成は、第１の基板３１と、第２の基板３２と、カバー３０と、水晶振動子１３、パワートランジスタ１４、ヒータ抵抗等１５の複数の電子部品とから構成されている。
第１の恒温槽付水晶発振器の水晶振動子１３は、表面実装型としている。

第１の基板３１は、ベース基板であり、ガラスエポキシ樹脂（ガラエポ）又はセラミックで構成されている。
第１の恒温槽付水晶発振器の特徴として、第１の基板３１の上面には、凹部３３が形成されている。ここで、凹部３３は、第１の基板３１の上面部をエッチング等により途中までくり抜いて（削って）形成されたものである。
凹部３３を第１の基板３１をくり抜いて形成することにより、端子（配線）が形成される第１の基板３１の側面部に段差や接合部が形成されず、端子の断線を防ぐことができるものである。

また、凹部３３が形成される位置は、第１の基板３１の中央部ではなく、いずれかの短辺寄りの位置に形成されている。図１の例では、凹部３３は、第１の基板３１の向かって左側の短辺寄りに形成されている。
また、凹部３３の大きさは、第１の構成では水晶振動子１３を収容可能な程度の大きさとしている。

つまり、第１の恒温槽付水晶発振器では、第１の基板３１の略半面には凹部３３が形成され、他の半面には配線等が形成され、電子部品が搭載可能な領域となっている。更に、側面及び底面にも電極が形成されている。凹部３３の内部には配線や電極は形成されていない。

そして、凹部３３の開口部を覆うようにガラエポ等から成る第２の基板３２が搭載されている。第２の基板３２の大きさは凹部３３の開口部より大きく、第１の基板３１より小さいものである。第１の基板３１と第２の基板３２とは、接触面において半田又は接着剤により直接接合されている。
これにより、本実施の形態の恒温槽付水晶発振器では、第１の基板と第２の基板とを接続するピンを不要として、高さ方向の寸法を大幅に低減することができるものである。

第２の基板３２の上面及び下面には、配線が形成され、両面に電子部品を搭載可能としており、更に第２の基板３２の上面と下面とを接続するスルーホール３４が形成されている。スルーホール３４は、後述するように、水晶振動子１３とパワートランジスタ１４とが対向して搭載される領域に複数形成されている。

また、第２の基板３２の大きさは、第１の基板３１に形成される凹部３３の大きさで決まるため、第１の恒温槽付水晶発振器では、凹部３３を第１の基板の半分程度とし、第２の基板３２を最低限の大きさですむようにしている。

つまり、第１の恒温槽付水晶発振器では、第２の基板３２には、一方の面に水晶振動子１３と温度センサ１８、他方の面にパワートランジスタ１４を搭載し、その他の部品は第１の基板３１の上面に搭載することにより、第２の基板３２を小さく形成してコストを低減できるものである。

そして、第１の基板３１及び第２の基板３２上の電子部品等を覆うように、第１の基板３１上にカバー３０が搭載されて、封止された構成となっている。
第１の恒温槽付水晶発振器では、図５に示した従来の構成に比べて、ピンを用いずに２枚の基板を直接貼り合わせているため、高さ方向の寸法を小さくすることができるものである。

そして、図１（ａ）に示すように、第１の恒温槽付水晶発振器の第１の構成例では、水晶振動子１３が第２の基板３２の下面に搭載され、パワートランジスタ１４が第２の基板３２の上面に搭載されている。また、第２の基板３２の下面には温度センサ１８が搭載されている。
つまり、第１の恒温槽付水晶発振器の第１の構成例では、水晶振動子１３と温度センサ１８とが凹部３３の小さい空間に収納されて、第２の基板３２によって空間が閉じられた構成となっている。

水晶振動子１３と温度センサ１８のＧＮＤ端子又はＮＣ端子とは、Ｃｕ（銅）の配線パターンにより接続されている。Ｃｕは熱伝導性がよいため、温度センサ１８は、水晶振動子１３の温度を正確に検出することができ、精度の高い温度制御を行って良好な周波数温度特性が得られるものである。

そして、第２の基板３２の上面及び下面に搭載された電子部品は、第２の基板３２の上面及び下面の配線（及び電極）、第２の基板３２の側面に形成された配線、第１の基板３１の上面及び側面に形成された電極（端子）を介して、第１の基板３１の裏面に形成された端子に接続されている。

また、第１の恒温槽付水晶発振器では、温度制御回路において、ヒータ抵抗１５に流れる電流を制限する電流制限回路を設けて、パワートランジスタ１４を熱源として使用することにより、発熱量を線形に制御可能とし、良好な温度周波数特性が得られるようにしている。温度制御回路については後述する。

また、水晶振動子１３とパワートランジスタ１４とは、電気的に接続されるものではないが、第２の基板３２を挟んで上下に対向するよう搭載されており、パワートランジスタ１４で発生した熱が、水晶振動子３１とパワートランジスタ１４との間に形成されている複数のスルーホール３４及び水晶振動子１３の底面（図１（ａ）の上側）に形成されたグランド端子を介して水晶振動子１３の金属製のカバーに伝わるため、凹部３３の全体を効率よく温めることができるものである。

更に、ヒータ抵抗１５も少しは発熱するため、第１の恒温槽付水晶発振器では、ヒータ抵抗１５は、第１の基板３１の上面において、凹部３３から遠いほうの短辺の近くに搭載されている。
つまり、第１の構成例では、熱源をパワートランジスタ１４として発熱量を線形に制御すると共に、ヒータ抵抗１５を、水晶振動子１３が格納された凹部３３からできるだけ遠い位置に搭載しているものであり、これにより、検出された温度に応じて精度よく発熱量を制御し、更に水晶振動子１３に対する非線形な発熱の影響を抑えて、発振器出力の周波数温度特性を向上させることができるものである。

［第２の構成例：図１（ｂ）］
次に、第１の恒温槽付水晶発振器の第２の構成について図１（ｂ）を用いて説明する。
図１（ｂ）に示すように、第１の恒温槽付水晶発振器の第２の構成では、第１の基板３１、第２の基板３２、カバー３０の構成は（ａ）に示した第１の構成と同様であるが、電子部品の搭載の仕方が第１の構成とは異なっている。

図１（ｂ）に示すように、第２の構成では、第２の基板３２の上面に水晶振動子１３及び温度センサ１８が搭載され、下面にパワートランジスタ１４が搭載されている。第２の構成では、凹部３３は、パワートランジスタ１４が収納可能な程度の大きさに形成されている。
ヒータ抵抗１５は、第１の構成と同様に、第１の基板３１の、凹部３３から遠いほうの短辺の近くに搭載されている。
これにより、水晶振動子１３とヒータ抵抗１５との距離を遠くして、ヒータ抵抗１５の熱が水晶振動子１３に与える影響を低減し、発振器出力を良好な周波数温度特性とするものである。

また、水晶振動子１３と、パワートランジスタ１４とは第２の基板３２の表裏に対向して接着されているため、パワートランジスタ１４で発生する熱が、スルーホール３４及び水晶振動子１３の底面（図１（ｂ）の下面）に形成されたグランド端子を介して水晶振動子１３の金属製のカバーに伝わり、水晶振動子１３のカバーの側面及び上面を介してカバー３０で覆われた空間全体を効率よく温めることができ、消費電力を低減するものである。

［温度制御回路：図２］
次に、第１の恒温槽付水晶発振器の温度制御回路について図２を用いて説明する。図２は、第１の恒温槽付水晶発振器の温度制御回路の回路図である。
図２に示すように、第１の恒温槽付水晶発振器の温度制御回路では、ヒータ抵抗（ＨＲ）４１の一端には電源電圧ＤＣが印加され、ヒータ抵抗４１の他端はパワートランジスタ１４としてのＭＯＳＦＥＴ（ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ）４２のソースに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ４２の代わりに、ＰＮＰ型バイポーラパワートランジスタを用いてもよい。
ＭＯＳＦＥＴ４２のドレインはグランド（ＧＮＤ）に接地されている。

また、抵抗Ｒ１の一端には電源電圧ＤＣが印加され、抵抗Ｒ１の他端が温度センサとしてのサーミスタ（ＴＨ）４３の一端に接続され、サーミスタ４３の他端が接地されている。
抵抗Ｒ２の一端には電源電圧ＤＣが印加され、抵抗Ｒ２の他端が抵抗Ｒ３の一端に接続され、抵抗Ｒ３の他端がＧＮＤに接地されている。

そして、抵抗Ｒ１の他端とサーミスタ４３の一端との間の点が、オペアンプ４４の一方の入力端子（−端子）に接続され、抵抗Ｒ２の他端と抵抗Ｒ３の一端との間の点が、オペアンプ４４の他方の入力端子（＋端子）に接続されている。
オペアンプ４４の出力端子は、ＭＯＳＦＥＴ４２のゲートに接続されている。

更に、ヒータ抵抗４１の他端（ＭＯＳＦＥＴ４２のソース側）が、電流制限回路（図では「電流制限」と記載）４５を介してオペアンプ４４の出力端子（ＭＯＳＦＥＴ４２のゲート側）に接続されている。
電流制限回路４５は、トランジスタ等で構成され、ヒータ抵抗４１に流れる電流を制限するものであり、これにより、熱源をパワートランジスタのみとして、発熱量を線形に制御可能とするものである。

［第１の実施の形態の効果］
本発明の第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器によれば、温度制御回路に、ヒータ抵抗１５に流れる電流を制限する電流制限回路４５を設け、第１の基板３１の一方の短辺寄りの上面に、凹部３３がくり抜きによって形成され、凹部３３の開口部を覆うように第２の基板３２が搭載され、第２の基板３２の上面又は下面のいずれか一方の面に表面実装型の水晶振動子１３と温度センサ１８とが搭載され、他方の面にパワートランジスタ１４が搭載され、第２の基板３２の上面と下面とがスルーホール３４によって接続され、第１の基板３１の他方の短辺寄りの上面に、ヒータ抵抗１５が搭載され、全体がカバー３０によって封止された構成としているので、ピンを用いない構成として低背化して薄型デバイスに搭載可能とし、ピン及び半田によって占有される面積を無くして部品実装を容易にし、製造工程を簡易にして、コストを低減することができ、更に、非線形な発熱による影響を小さくして、良好な周波数温度特性を得ることができる効果がある。
また、本恒温槽付水晶発振器を搭載する無線通信システムの基地局や、ネットワーク機器を薄型に成型することができる効果がある。

また、第１の恒温槽付水晶発振器によれば、第２の基板３２の大きさを、一方の面に水晶振動子１３と温度センサ１８が搭載できる程度に小さく形成することにより、コストを低減することができる効果がある。

特に、第１の恒温槽付水晶発振器の第１の構成では、小さい空間内に水晶振動子１３と温度センサ１８とが一緒に格納されているので、温度センサ１８が、水晶振動子１３の温度を正確に検出することができ、精度の高い温度制御を行って一層良好な周波数温度特性とすることができる効果がある。

［第２の実施の形態：図３］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器について図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の断面説明図である。
本発明の第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第２の恒温槽付水晶発振器）は、上述した第１の恒温槽付水晶発振器の第２の構成とほぼ同様の構成であるが、水晶振動子として、表面実装型ではなく、丸型の水晶ブランクを用いたリードタイプの水晶振動子を用いている点が異なっている。

図３に示すように、第２の恒温槽付水晶発振器は、第１の恒温槽付水晶発振器と同様に、ガラエポ又はセラミックで形成された第１の基板３１の上面に、凹部３３がくり抜きにより形成され、凹部３３の上部の開口部を覆うようにガラエポ等で形成された第２の基板３２が搭載されて、第１の基板と接合されている。
第２の基板３２の両面には金属配線が形成されており、複数のスルーホール３４によって上下の面が電気的に接続されている。

そして、第２の基板３２の上面には、丸型ブランクを備えたリードタイプの水晶振動子１３′が搭載されている。
水晶振動子１３′は、丸型の水晶ブランクの主面が第２の基板３２の上面に略平行になるよう水平に保持され、裏面が半田によって第２の基板３２上の電極に接着されている。また、水晶振動子１３′の２本のリード端子の先端部分は下向きに９０度程度曲げられて、第２の基板３２の上面の配線に半田によって固定されている。

また、第２の基板３２の上面には温度センサ１８が搭載され、下面にはパワートランジスタ１４が搭載されている。
更に、第１の基板３１の凹部３３から遠いほうの短辺寄りに、ヒータ抵抗１５が搭載されている。
そして、全体がカバー３０によって封止されている。

また、第２の恒温槽付水晶発振器の温度制御回路は、図２に示した第１の恒温槽付水晶発振器の温度制御回路と同じであり、電流制限回路を用いてヒータ抵抗１５に流れる電流を制限し、発熱源をパワートランジスタ１４のみとして、発熱量を線形に制御するようにしている。

これにより、第２の恒温槽付水晶発振器では、丸型ブランクを備えたリードタイプの水晶振動子を用いて、低背化を図ると共に、良好な温度周波数特性を備えた恒温槽付水晶発振器を実現することができるものである。

［第２の実施の形態の効果］
本発明の第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器によれば、温度制御回路に、ヒータ抵抗１５に流れる電流を制限する電流制限回路４５を設け、第１の基板３１のいずれかの短辺寄りの上面に、凹部３３がくり抜きによって形成され、凹部３３の開口部を覆うように第２の基板３２が搭載され、第２の基板３２の上面又は下面のいずれか一方の面に、温度センサ１８と丸型ブランクを備えたリードタイプの水晶振動子１３′が第２の基板３２とほぼ平行に搭載され、他方の面にパワートランジスタ１４が搭載され、第２の基板３２の上面と下面とがスルーホール３４によって接続され、第１の基板３１の凹部３３から遠いほうの短辺寄りの上面に、ヒータ抵抗１５が搭載され、全体がカバー３０によって封止された構成としているので、丸型ブランクを備えたリードタイプ水晶振動子を用いて、低背化を図り薄型デバイスに搭載可能とし、製造工程を簡易にして、コストを低減することができ、また、熱源をパワートランジスタ１４のみとして発熱を線形制御可能とし、更に非線形な発熱による影響を小さくすることができ、良好な周波数温度特性を得ることができる効果がある。

［第３の実施の形態：図４］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器について図４を用いて説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の断面説明図であり、（ａ）は第１の構成、（ｂ）は第２の構成を示している。
図４（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第３の恒温槽付水晶発振器）は、ガラエポ又はセラミックで形成された第１の基板３１及び第２の基板３２と、カバー３０と、表面実装型の水晶振動子１３、パワートランジスタ１４、ヒータ抵抗１５等から構成されている。

第３の恒温槽付水晶発振器は、第１の基板３１の上面にくり抜きによって形成された凹部３３を備え、その開口部を覆うように第２の基板３２が第１の基板に密着して搭載されている。
第３の恒温槽付水晶発振器は、凹部３３の大きさを第１の恒温槽付水晶発振器より大きくしており、それに伴って第２の基板３２の大きさも大きくなっている。

つまり、第３の恒温槽付水晶発振器では、水晶振動子１３、パワートランジスタ１４、ヒータ抵抗１５、温度センサ１８等の電子部品を全て第２の基板に搭載する構成としている。
これにより、第１の基板は、エッチング等により凹部３３を形成する工程と、上面、側面、及び底面に金属配線パターンを形成する工程のみで完成し、電子部品を実装する工程は不要となるため、製造工程を簡易にすることができるものである。

図４（ａ）に示すように、第３の恒温槽付水晶発振器の第１の構成は、第２の基板３２の下面に水晶振動子１３と、温度センサ１８とが搭載され、上面にパワートランジスタ１４と、ヒータ抵抗１５とが搭載されている。下面に搭載された水晶振動子１３と温度センサ１８とは、第１の基板３１の凹部３３に格納され、凹部３３は第２の基板３２によって密封されている。
ヒータ抵抗１５は、水晶振動子１３からできるだけ遠い位置に搭載されている。
第２の基板３２には、上面と下面とを接続するスルーホール３４が形成されている。

また、第３の恒温槽付水晶発振器は、第１の恒温槽付水晶発振器と同様の温度制御回路を備えており、熱源をパワートランジスタ１４のみとして、温度変化に対して発熱量を線形に制御するものである。
更に、ヒータ抵抗１５が、水晶振動子１３とは反対側の面の、水晶振動子１３からできるだけ離れたところに搭載されていることにより、第３の恒温槽付水晶発振器では、良好な温度周波数特性が得られるものである。

第３の恒温槽付水晶発振器においても、水晶振動子１３と、パワートランジスタ１４とを第２の基板３２を挟んで対向するように搭載することにより、パワートランジスタ１４からの熱をスルーホール３４及び水晶振動子１３の金属カバーを介して放熱させて、水晶振動子１３が搭載されている空間を効率よく温めることができ、消費電力を低減する効果がある。

また、図４（ｂ）に示すように、第３の恒温槽付水晶発振器の第２の構成は、第２の基板３２の下面にパワートランジスタ１４が搭載され、上面に、水晶振動子１３と、温度センサ１８と、ヒータ抵抗１５とが搭載されている。

尚、図４では、水晶振動子１３及びパワートランジスタは、第２の基板の中央部に搭載されているが、どちらかの短辺寄りに搭載してもよく、その場合には、他方の短辺寄りにヒータ抵抗１５を搭載することにより、水晶振動子１３とヒータ抵抗１５との距離を長くして、非線形な発熱の影響をより低減することができるものである。

［第３の実施の形態の効果］
本発明の第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器によれば、温度制御回路に、ヒータ抵抗１５に流れる電流を制限する電流制限回路４５を設け、第１の基板３１の上面に、凹部３３がくり抜きによって形成され、凹部３３の開口部を覆うように第２の基板３２が搭載され、第２の基板３２の上面又は下面のいずれか一方の面に水晶振動子１３と温度センサ１８とが搭載され、他方の面にパワートランジスタ１４が搭載され、第２の基板３２の上面と下面とがスルーホール３４によって接続され、全体がカバー３０によって封止された構成としているので、低背化して薄型デバイスに搭載可能とし、第２の基板のみに部品実装を行うことにより製造工程を簡易にして、コストを低減することができ、また、熱源をパワートランジスタ１４のみとして発熱を線形制御可能とし、良好な周波数温度特性を得ることができる効果がある。

本発明は、低背化を図り、薄型のデバイスに搭載可能とし、製造工程を簡略化し、周波数温度特性を良好にすることができる恒温槽付水晶発振器に適している。

１１，３１...第１の基板、 １２，３２...第２の基板、 １３...水晶振動子、 １４...パワートランジスタ、 １５，４１...ヒータ抵抗、 １６...ピン、 １７...半田、 １８...温度センサ、 ２０，３０...カバー、 ３３...凹部、 ３４...スルーホール、 ４２...ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、 ４３...サーミスタ、 ４４...オペアンプ、 ４５...電流制限回路

Claims (6)

1. ベース基板となる第１の基板と、水晶振動子が搭載された第２の基板とを備え、温度センサと、パワートランジスタと、ヒータ抵抗とを有する温度制御回路によって温度が一定に制御される恒温槽付水晶発振器であって、
   前記温度制御回路は、前記ヒータ抵抗を流れる電流を制限する電流制限回路を備え、
   前記第１の基板の上面に凹部が形成され、前記凹部の開口部を覆うように前記第２の基板が前記第１の基板上に密着して搭載され、
   前記第２の基板は、上面又は下面のいずれか一方の面に前記水晶振動子と前記温度センサとが搭載され、他方の面に前記パワートランジスタが搭載され、前記水晶振動子と前記パワートランジスタとが、前記第２の基板を挟んで対向する位置に搭載されると共に、前記上面と前記下面とを接続するスルーホールが、前記水晶振動子と前記パワートランジスタとに挟まれた領域に複数形成され、前記スルーホールは、前記水晶振動子及び前記パワートランジスタに当接しており、
   前記第２の基板に搭載された水晶振動子又はパワートランジスタのいずれか一方が前記凹部に格納されていることを特徴とする恒温槽付水晶発振器。
2. 凹部が、第１の基板の一方の短辺寄りに形成されると共に、他方の短辺寄りには第２の基板が搭載されていない領域を備え、前記他方の短辺寄りの第２の基板が搭載されていない領域にヒータ抵抗が搭載されていることを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
3. ヒータ抵抗が、第２の基板の上面に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
4. 水晶振動子が、表面実装型であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。
5. 水晶振動子が、リードタイプであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。
6. 凹部が、第１の基板をくり抜いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。

Images