CN101667809B - 恒温型晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

一种恒温型晶体振荡器，包括：安装在电路基板的一个主表面上的晶体单元；和片式电阻器，其起加热元件的作用，并且安装在电路基板的另一个主表面上，以便面向该晶体单元的主表面，该片式电阻器加热晶体单元，以保持晶体单元的工作温度恒定。面向晶体单元的主表面的加热金属薄膜设置在电路基板的一个主表面上。导热材料设置在晶体单元的主表面和加热金属薄膜之间，以在它们之间进行热耦合。加热金属薄膜经由多个电极通孔而热耦合于片式电阻器的电极端子。

Description

恒温型晶体振荡器

本申请要求2008年9月2日提交的日本专利申请No.2008-224560的优先权，其整个主题结合于此供参考。

技术领域

本发明涉及使用片式电阻器作为加热元件的恒温型晶体振荡器(下文中称作恒温型振荡器)的技术领域，特别是，涉及一种增强晶体单元的热传导性质的恒温型振荡器。

背景技术

恒温型振荡器保持其晶体单元的工作温度恒定。因此，恒温型振荡器特别用于具有例如0.1ppm或以上的高频稳定性的基站的通信装置。JP-A-2005-341191公开了恒温型振荡器的一个例子，其中尝试通过使用片式电阻器作为加热元件来减小尺寸。

图4A至4C是用于说明现有技术的恒温型振荡器的示意图。图4A是现有技术的恒温型振荡器的剖视图，图4B是其振荡器输出电路的示意图，图4C是其温度控制电路的示意图。

图4A至4C中所示的恒温型振荡器包括振荡器输出电路2和温度控制电路3，该振荡器输出电路2包括晶体单元1。在该恒温型振荡器中，相应的电路元件4与晶体单元1一同安装在第一电路极板5a和第二电路基板5b上。于是，恒温型振荡器构造成将这些安放在振荡器壳体6中。晶体单元1具有晶体元件1a，晶体单元1a形成为，例如，AT切割晶体元件或SC切割晶体元件。晶体元件1a电连接并且机械连接于金属基座1b的一对引线1c，并且用金属盖1d气密地密封。

晶体单元1具有频率温度特性，在高于或等于室温25℃的高温侧的大约80℃为极值，并且振荡频率根据在AT切割晶体元件和SC切割晶体元件二者的任何情况下的温度而变化。例如，在AT切割晶体元件中，频率-温度特性示为三次曲线(图5中的曲线A)，而在SC切割晶体元件中，频率-温度特性示为二次曲线(图5中的曲线B)。顺便说，频率偏移Δf/f沿着该图的纵坐标绘制，其中f是在室温的频率，而Δf是与在室温的频率f的频率差。

振荡器输出电路2包括用作振荡器电路的振荡级2a和具有缓冲放大器等的缓冲级2b。振荡级2a形成为具有分压电容器(未示出)和用于振荡的晶体管的柯匹兹型电路，分压电容器和晶体管与晶体单元1一起形成谐振电路。在这里，例如，在振荡回路中振荡级2a形成为具有压控电容元件4Cv的压控型电路。在附图中，Vcc是电源，Vout是输出，而Vc是控制电压。

在温度控制电路3中，根据温度感测元件(例如，热敏电阻)4th和电阻器4r1的温度感测电压Vt施加于运算放大器40A的一个输入端，而根据电阻器4r2和4r3的参考电压Vr施加于另一个输入端。于是，参考电压Vr和温度感测电压Vt之间的差分电压施加于功率晶体管4Tr的基极，来自电源Vcc的电力供给到用作加热元件的片式电阻器(下文中叫做加热电阻器)4h。在这个例子中，加热电阻器4h(4h1、4h2)的数目是两个。因而，用温度感测元件4th的与温度有关的电阻值来控制到加热电阻器4h的施加电流，并且来自功率晶体管4Tr的热量也加入到其上，以保持晶体单元1的工作温度恒定。

第一和第二电路基板5a和5b二者均用环氧材料制造，并且形成为多级(两级)结构，其中第一电路基板的外周部分用金属销7支撑在第二电路基板5b上，并且其宽面彼此面对。金属销7将电路图形(未示出)电连接在第一和第二电路基板5a和5b上。温度控制电路3的加热电阻器4h1和4h2、功率晶体管4tr以及温度感测元件4th安装在(牢固地固定于)其为第一电路基板的顶面的中心区域上。

然后，晶体单元1的主表面(金属盖1d的主表面)安装在这些元件4(h1、h2、Tr和th)上，以便将导热树脂8插入在其间。在这种情况下，最高的功率晶体管4Tr设置在晶体单元1的前端侧处的主表面上(金属基座1b)，而温度感测元件4th在加热电阻器4h1与4h2之间。从晶体单元1的金属基座1b引出的一对引线1c穿过，以连接于第一电路基板5a。

然后，用于调节的电路元件4，例如微调电容器(未示出)，安装在第一电路基板5a的顶面，并且包括具有对振荡频率起作用的压控电容元件4Cv的振荡级2a的电路元件4，安装在顶面和底面上。例如，第二电路基板5b是在其层压面上具有屏蔽金属膜9的层压板，并且在其外底面上具有安装端子10。然后，缓冲级2b和控制电路3的其他电路元件4安装在第二电路基板5b的内底面上。振荡器壳体6形成为使得金属盖11也连接于用作底板的第二电路基板5b。

顺便说，JP-A-2008-28620也公开了一种现有技术的恒温型振荡器。

然而，在具有上述结构的恒温型振荡器中，由于不仅加热电阻器4h，而且功率晶体管4Tr也用作加热源，电源的能量效率提高，同时，功率晶体管4Tr的高度大于加热电阻器4h1和4h2，这使得在其之间产生台阶。因此，增加了插入在晶体单元1与加热电阻器4h1和4h2之间的导热树脂8的厚度，并且产生了通过导热树脂8的热损失，这导致缺少导热的效率的问题。

而且，相对于晶体单元1，从金属基座1b引出的引线1c被弯曲以连接到第一电路基板5a。然后，将晶体单元1的主表面安装成(层压成)以便面向加热电阻器4h，以便包括功率晶体管4Tr，这导致振荡器的高度尺寸大大增加的问题。

为此，如JP-A-2005-341191所示，例如，电路基板14由陶瓷材料制造，并且用于表面安装而形成的晶体单元2安装在电路基板14的一个主表面上，并且面向晶体单元2的加热电阻器15a和15b安装在另一个主表面上。因而，晶体单元2与加热电阻器15a和15b安装在电路基板14的两个主表面上，以便不被层叠，这减小了振荡器的高度尺寸。于是，由于来自加热电阻器4h的热量通过利用陶瓷材料(第一电路基板5a)的导热性质而传导到晶体单元2的主表面(底面)，因此能够使晶体单元2变热。

然而，在这种情况下，陶瓷材料用作导热材料，同时，陶瓷材料的导热性大约为小于或等于金属的导热性的1/10，这导致缺少导热效率的问题。于是，由于功率晶体管不用作直接的热源，也存在能量效率下降的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种恒温型振荡器，该恒温型振荡器能够减少其高度尺寸，并且能够改善导热性质。

根据本发明的第一方面，提供一种恒温型晶体振荡器，包括：安装在电路基板的一个主表面上的晶体单元；以及片式电阻器，其用作加热元件，并且安装在电路基板的另一个主表面上，以便面向该晶体单元的主表面，该片式电阻器使晶体单元变热，以保持晶体单元的工作温度不变，其中面向晶体单元的主表面的加热金属薄膜设置在电路基板的一个主表面上，其中导热材料插入在晶体单元的主表面和加热金属薄膜之间，以在它们之间进行热耦合，并且其中加热金属薄膜经由多个电极通孔而热耦合于片式电阻器的电极端子。

根据本发明的第二方面，在恒温型晶体振荡器中，其中用于将电能供给到片式电阻器的功率晶体管和沿宽度延伸的导热金属薄膜设置在电路基板的一个主表面上，并且其中，功率晶体管的集电极通过沿宽度延伸的导热金属薄膜连接于加热金属薄膜。

根据本发明的第三方面，在恒温型晶体振荡器中，其中片式电阻器在沿着长边的两侧上包括电极，并且其中片式电阻器包括两个电阻器，该两个电阻器设置成使得长边彼此面向，并且其中温度感测元件设置在片式电阻器之间。

根据本发明的各方面，由于晶体单元和加热电阻器设置在电路基板的彼此相对的表面上，因此振荡器能够保持低的高度尺寸。于是，来自安装在另一个主表面上的加热电阻器的热经由电极通孔而被直接传导至电路基板的一个主表面上的金属薄膜。于是，热经由导热材料从金属薄膜传导至面向该金属薄膜的晶体单元的主表面。因此，由于将具有陶瓷材料的导热性的10倍或更高的导热性的金属用作导热材料，因此能够提高经由金属薄膜从加热电阻器到晶体单元的导热效率。

而且，根据本发明的第二方面，将来自功率晶体管的热也增加到热源。因此，能够以与现有技术相同的方式有效地利用热能。

还有，根据本发明的第三方面，来自加热电阻器的热经由电极沿着电极的长边而传导。因此，热传导能够比沿其短边设置电极的情况更有效。

附图说明

图1A至1C是用于说明根据本发明一个实施例的恒温型晶体振荡器的示意图，其中图1A是该恒温型振荡器的剖视图，图1B是该恒温型振荡器的第一电路基板的平面(俯视)图，图1C是该恒温型振荡器的加热电阻器的平面图；

图2是示出该恒温型振荡器的第一电路基板与温度控制电路之间的电线连接的局部示意图；

图3是示出用于说明根据本发明另一个应用实例的温度控制电路的局部示意图；

图4A至4C是用于说明现有技术的恒温型振荡器的示意图，其中图4A是现有技术的恒温型振荡器的剖视图，图4B是现有技术的恒温型振荡器的振荡器输出电路的示意图，图4C是现有技术的恒温型振荡器的温度控制电路的示意图；以及

图5是根据现有技术的恒温型晶体振荡器的晶体单元的频率-温度特性曲线图。

具体实施方式

图1A至1C是用于说明根据本发明一个实施例的恒温型晶体振荡器的示意图。图1A是该恒温型振荡器的剖视图，图1B是其第一电路基板的平面(俯视)图，而图1C是其加热电阻器的平面图。顺便说，与有关例子相同的部分用相同的符号表示，并且其描述将被简化或省去。

如上所述，恒温型振荡器具有一电路结构，该电路结构具有晶体单元1、振荡器输出电路2、以及温度控制电路3(参考图4A至4C)。顺便提及，温度控制电路3起到晶体单元1的温度补偿电路的作用。晶体单元1和相应的电路元件4安装在都由环氧材料制造的第一和第二电路基板5a和5b上。第二电路基板5b具有安装端子10，并且也用作振荡器壳体6的基座，而金属盖11连接于第二电路基板5b。

与上述相反，晶体单元1被安装为第一电路基板5a的底面，并且两个加热电阻器4h1和4h2、功率晶体管4Tr以及温度感测元件4th如上所述安装在其顶面上。然而，诸如微调电容器的调节元件也安装在该顶面上。然后，具体地，对振荡频率有影响的振荡级2a的电路元件4安装在第一电路基板5a顶面和底面上。而且，对振荡频率几乎没有什么影响的缓冲级2b和温度控制电路3的电路元件4安装在第二电路基板5b上。

金属薄膜12形成在第一电路基板5a的底面的中心区域上，而晶体单元1(金属盖1d)的主表面被安装成面向金属薄膜12。晶体单元1的金属基座1b的伸出的外周边部分插入到设置在第一电路基板5a中的凹口部分(未标号)中，并且形成为薄片形状的导热树脂8插入在晶体单元1的主表面与金属薄膜12之间，以牢固地与其粘结。然后，金属薄膜12具有从晶体单元1的前端一侧(金属盖1d前端侧)伸出从而逐渐变窄的伸出部分12a。

加热电阻器4h1和4h2沿着一个方向形成为矩形形状，并且两者在沿着长边方向的两侧上均有电极端子15a和15b。于是，将加热电阻器4h1和4h2的电极端子15a和15b用焊料(未示出)连接于形成在第一电路基板5a的顶面上的各个电路端子(13a、13b)和(13c、13d)。该各个电路端子(13a、13b)和(13c、13d)经由电极通孔(14a、14b)和(14c、14d)被引出到第一电路基板5a的底面。然后，分别在各个电路端子(13a、13b)和(13c、13d)的内侧处的电路端子13b和13c，连接于设置在底面上的金属薄膜12。与其相反，分别在各个电路端子(13a、13b)和(13c、13d)的外侧处的电路端子13a和13d，与金属薄膜12无关，不与其连接。

也就是说，如图2的局部示意图所示，在功率晶体管4Tr的集电极侧的加热电阻器4h1和4h2的一个端子经由电极通孔14b和14c连接于金属薄膜12，以具有公共连接。即，金属薄膜12起导电路径的作用，通过该金属薄膜12，功率晶体管4Tr的集电极和加热电阻器4h1和4h2的一个端子连接，并且来自加热电阻器4h1和4h2的热直接传导至金属薄膜12。与此相反，在电源(Vcc)一侧处的加热电阻器4h1和4h2的另一个端子连接于环形电极12x。然而，加热电阻器4h1和4h2的该另一个端子不传导，不连接于金属薄膜12。然而，加热电阻器4h1和4h2的另一个端子经由顶面上的线路(未示出)而电连接于电源(Vcc)。

如图1A至1C所示，金属薄膜12的伸出部分12a和面向该伸出部分12a的两个金属薄膜12b和12c用作分别与功率晶体管4Tr的集电极(C)、发射极(E)和基极(B)连接的电路端子13(C)、13(E)和13(B)。于是，形成为表面安装型的功率晶体管4Tr的相应的电极端子连接于电路端子13(C)、13(E)和13(B)。

根据这种结构，来自加热电阻器4h1和4h2的热，经由分别连接于其一个电极端子的电极通孔14b和14c，而直接传导至完全面向晶体单元1的主表面的金属薄膜12。于是，由于晶体单元1的主表面和金属薄膜12被用导热树脂8彼此牢固地粘结，因此来自金属薄膜12的热传导至晶体单元1而没有任何热损失。在这种情况下，由于晶体单元1的金属基座1b的伸出部分插入到第一电路基板5a的凹口部分，因此能够使导热树脂8的厚度最小化。因此，能够使通过导热树脂8的热损失最小化，提高导热效率。

还有，在这里，关于加热电阻器4h1和4h2的另一个端子，来自该加热电阻器4h1和4h2的热经由电极通孔14a和14b而传导至第一电路基板5a的底面。于是，具体地，在这个例子中，加热电阻器4h1和4h2的另一个端子不是连接于金属薄膜12，而是连接于环形电极12x。因此，来自环形电极12x的热经由牢固地粘结于环形电极12x的导热树脂8也传导至晶体单元1的主表面，这进一步提高了导热效率。然而，即便没有环形电极12x，导热的作用也被增强。

于是，由于加热电阻器4h1和4h2在沿其长边的两侧上具有电极端子15a和15b，因此，与电极端子15a和15b设置在沿其短边的两侧的情况相比，使得来自加热电阻器4h1和4h2的热辐射效率更高。而且，功率晶体管4Tr的集电极(C)连接于沿宽度延伸的伸出部分12a(导热金属薄膜的一个例子)，以将热直接传导至金属薄膜12。因此，由于从功率晶体管4Tr的集电极电阻产生的热也被利用，因此提高了能量效率。

于是，功率晶体管4Tr、加热电阻器4h1和4h2以及温度感测元件4th在第一电路基板5a的顶面上，而晶体单元1在其底面上。因此，与在现有例子中的晶体单元的主表面设置在功率晶体管4Tr、加热电阻器4h1和4h2以及温度感测元件4th的顶面的情况相比，即便在利用具有引线1c的晶体单元1的情况下，也能够减少振荡器的高度尺寸。

修改的实施例

在上述的实施例中，电极通孔14逐个地设置到加热电阻器4h1和4h2的各个电极端子15a和15b的每一个上。然而，多个电极通孔14可以设置到它们中的每个上，以提高导热效率。而且，相应的片式电阻器4h1和4h2与功率晶体管4Tr并联设置。但是，例如，如图3所示，功率晶体管4Tr1和4Tr2可以设置在各个片式电阻器4h1和4h2的每一个上。这些根据功率晶体管4Tr的技术规范等确定。

而且，加热电阻器4h是两个。然而，加热电阻器4h的数目可以根据需要随意地确定。于是，恒温型振荡器形成为表面安装型。但是，恒温型振荡器可以应用于引线从金属基座(未示出)引出的类型。具体说，主要具有第一电路基板5a的基板结构的任何恒温型振荡器都包括在本发明的技术范围内。

Claims (3)

1.一种恒温型晶体振荡器，包括：

晶体单元，其安装在电路基板的一个主表面上，和

片式电阻器，其起加热元件的作用，并且安装在所述电路基板的另一个主表面上，以便面向所述晶体单元的主表面，该片式电阻器加热所述晶体单元，以保持所述晶体单元的工作温度恒定，

其中，面向所述晶体单元的主表面的加热金属薄膜设置在所述电路基板的一个主表面上，

其中，导热材料插入到所述晶体单元的主表面和所述加热金属薄膜之间，以在它们之间进行热耦合，并且

其中，所述加热金属薄膜经由多个电极通孔而热耦合于所述片式电阻器的电极端子中的一个。

2.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中，用于向所述片式电阻器供给电能的功率晶体管和沿宽度延伸的导热金属薄膜设置在所述电路基板的一个主表面上，并且

其中，所述功率晶体管的集电极通过沿宽度延伸的所述导热金属薄膜而连接于所述加热金属薄膜。

3.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中，所述片式电阻器包括在沿其长边的两侧上的电极，并且

其中，所述片式电阻器包括两个电阻器，该两个电阻器设置成使得所述长边彼此面向，并且

其中，温度感测元件插入在所述片式电阻器之间。