CN101686038A - 恒温型晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

一种恒温型晶体振荡器，包括：晶体单元，该晶体单元包括：外壳主体，其中两个晶体端子和两个虚拟端子设置在该外壳主体的外底面上；以及安放在所述外壳主体中的晶体元件；包括震荡级以及缓冲级的震荡输出电路；用于保持晶体单元的工作温度恒定的温度控制电路；以及晶体单元、振荡器输出电路和温度控制电路的电路元件安装在其上的电路基板。所述温度控制电路包括：加热片式电阻器；功率晶体管；以及温度感测元件。虚拟端子连接到在电路基板上的用于虚拟的电路端子。该用于虚拟的电路端子连接到在电路基板上的导电路径，该导电路径与所述加热片式电阻器的一个端子电连接。

Description

恒温型晶体振荡器

本申请要求2008年9月24日提交的日本专利申请No.2008-244373的优先权，其整个主题结合于此供参考。

技术领域

本发明涉及使用用于表面安装的晶体单元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，涉及能够提高来自加热片式电阻器(下文中称为加热电阻器)的热传导效率的恒温型振荡器。

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，即便当环境温度变化时，也能改善频率稳定性。因此，恒温型振荡器用于通信设施中的无线设备，该无线设备例如是基站。近年来，加热电阻器被用作热源，代替其上缠绕加热线圈的传统的恒温槽，以简化恒温结构。于是，存在其中形成用于表面安装的晶体单元的恒温型振荡器，该恒温型振荡器在高度尺寸方面是减小的(参见，例如，JP-A-2006-311496和JP-A2005-341191)。

图6A至图8是用于说明现有技术的恒温型振荡器的一个实例的示意图。图6A是现有技术恒温型振荡器的剖视图，图6B是其电路图。图7A是其晶体单元的剖视图，图7B是其仰视图，而图7C是其频率-温度特性曲线图。图8是其电路基板的仰视图。

恒温型振荡器具有用于表面安装的晶体单元1、形成振荡器输出电路2和温度控制电路3的相应的电路元件4、以及包括晶体单元1的电路元件4安装在其上的电路基板5(见图6A至图6C)。于是，将恒温型振荡器构造成使得电路基板5由金属底板7的引线8保持，该引线8用玻璃6做成气密的，并且这些部件通过电阻焊等用金属盖子9封盖。

关于晶体单元1，例如，晶体元件1A安置在形成为凹面的外壳主体10中，并且例如，其开口端面用金属盖11密封，以气密地封装在两个主表面上具有激励电极(未示出)和引导电极(未示出)的晶体元件1A(见图7A至图7C)。外壳主体10由例如层状陶瓷制成，并且例如在外部底面的一组对角上具有电连接到晶体元件1A的引导电极上的晶体端子12a，并且在另外一组对角上具有虚拟端子(dummyterminal)12b。虚拟端子12b经由包括穿通电极(through electrode)14等的导电路径而电连接到金属盖11上，并且例如连接到地电位。

晶体元件1A形成为，例如，SC-切割晶体元件或AT-切割晶体元件，并且具有将高于或等于室温25℃的高温侧的大约80℃作为极值的频率-温度特性，并且振荡频率根据在SC切割晶体元件和AT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7C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7C中的曲线B)。顺便提及，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(未示出)的柯匹兹(Colpitts)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性元件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的感温电压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和感温电压Vt之间的差分电压施加于功率晶体管4Tr的基极，而来自电源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。因而，用温度感测元件4th的依赖温度的电阻值来控制到加热电阻器4h的电力，以保持晶体单元1的工作温度恒定。例如，工作温度是其为在室温或大于室温时的最小值或者最大值的大约80℃(见图8)。

电路基板5例如由作为基材的玻璃环氧(glass epoxy)制成，并且电路图形(未示出)形成在其上，并且包括晶体单元1的各电路元件4安装在其两个主表面上(见，图6C)。在这个实例中，晶体单元1，以及在温度控制电路中的加热电阻器4h、功率晶体管4Tr、和温度感测元件4th安装在电路基板5的底面上。晶体单元1安装在中心区域，而加热电阻器4h、功率晶体管4Tr、温度感测元件4th安装在其外周上。然而，这里，依赖温度以大大地改变其性质的压控电容性元件4Cv安装在晶体元件1的外周上。用导热树脂13覆盖这些晶体单元1和电路元件4。

于是，振荡器输出电路2和温度控制电路的其他电路元件4安装在电路基板5的顶面上。在这种情况下，例如，用于调节振荡频率的电容器等等安装在电路基板5的顶面上，这使得易于调节振荡频率。然后，具体地，对振荡频率有影响的震荡级2a的各电路元件4设置在电路基板5的顶面上，与用导热树脂13覆盖的区域相面对。

然而，在具有上述结构的恒温型振荡器中，加热电阻器4h和功率晶体管4Th特别地用导热树脂13与晶体单元1热耦合，同时，导热树脂13的导热率小于或者等于诸如作为电路图形的导电路径的例如金(Au)或者铜(Cu)的导热率的1/100，这导致了其导热效率比晶体元件的导热效率差。同时，例如KE-3467的导热树脂13的导热效率为2.4，而用作导电路径的Au和Cu的导热率分别为319和403。

发明内容

本发明的目的是一种恒温型振荡器，其中晶体元件形成为表面安装型，而加热电阻器和功率晶体管用作热源，这提高了热传导的效率。

本申请人已经通过将注意力集中于JP-A-2006-311496的技术而实现了本发明，即，如图8所示，其中与晶体单元1的虚拟端子12b牢固地固定的用于虚拟的电路端子14b连接到导电路径15，该导电路径15与电热调节器(thermistor)4th的一端连接，以直接检测晶体单元1的工作温度。顺便提及，附图中的参考数字14a是与晶体端子12a连接的电路端子。于是，已经通过设想将晶体单元1的虚拟端子12b连接到与加热电阻器连接的导电路径上这一点而实现了本发明，这提高了从加热电阻器到晶体单元的热传导的效率。

根据本发明的第一方面，提供一种恒温型晶体振荡器，其包括：用于表面安装的晶体单元，该晶体单元包括：外壳主体，其具有至少底壁，并且其中用作安装端子的两个晶体端子和两个虚拟端子设置在其外底面上；以及晶体元件，其安放在所述外壳主体中以用盖子气密地封装；震荡输出电路，其包括与晶体单元一起形成的震荡级以及缓冲级；温度控制电路，其保持晶体单元的工作温度恒定；以及电路基板，晶体单元、振荡器输出电路和温度控制电路的电路元件安装在该电路基板上，其中温度控制电路包括：加热片式电阻器；功率晶体管，其将电力供应给所述加热片式电阻器；以及温度感测元件，其检测晶体单元的工作温度，其中晶体单元的虚拟端子连接到在电路基板上的用于虚拟的电路端子，并且其中该用于虚拟的电路端子连接到在电路基板上的导电路径，该导电路径与加热片式电阻器的一个端子电连接。

根据本发明的第二方面，在该恒温型晶体振荡器中，其中加热片式电阻器的一个端子经由电路基板上的导电路径而电连接到功率晶体管的集电极。

根据本发明的第三方面，在该恒温型晶体振荡器中，其中所述用于虚拟的电路端子设置成在电路基板上延伸，以便面向晶体单元的底面的整个中心区域。

根据本发明的第四方面，在该恒温型晶体振荡器中，其中至少晶体单元、加热片式电阻器、功率晶体管、以及温度感测元件安装在电路基板的一个主表面上，以由导热树脂覆盖，并且其中其他的电路元件安装在电路基板的另一个主表面上。

根据本发明的第五方面，在该恒温型晶体振荡器中，其中晶体单元的盖子是金属盖，其中晶体单元设置成晶体元件的两个主表面面向外壳主体的底壁和金属盖，激励电极形成在该两个主表面上，并且其中在外壳主体中，设置在外壳主体的外底面上的虚拟端子经由导电路径而电连接到金属盖。

根据本发明的第六方面，在该恒温型晶体振荡器中，其中多个加热片式电阻器安装成围绕晶体单元的外周，并且从该多个片式电阻器产生的焦耳热设置成一致的。

根据本发明的第七方面，在该恒温型晶体振荡器中，其中多个加热片式电阻器并联连接，该并联线路的一端不仅仅连接到功率晶体管的集电极，而且连接到虚拟端子，而该并联线路的另一端连接到电源。

根据本发明的第八方面，在该恒温型晶体振荡器中，其中晶体单元设置成使得晶体元件的其上形成有激励电极的主表面面向外壳主体的底壁，而其中设置在外壳主体的底面上的虚拟端子设置成在该外壳主体的底壁的中心区域上延伸。

根据本发明的第九方面，在该恒温型晶体振荡器中，其中电路基板的至少4个拐角由形成振荡器外壳的基座的引线所保持，并且其中金属盖结合到该基座，以便覆盖金属基板。

根据本发明的各方面，晶体单元的虚拟端子经由电路基板的导电路径而连接到片式电阻器(加热电阻器)的一个端子。因此，来自加热电阻器的热经由该导电路径而被传导至晶体单元的虚拟端子上，以被直接供给到晶体单元。从而，加热电阻器和晶体单元彼此强烈地热耦合，并且由此能够提高到晶体单元的热传导效率。

根据本发明的第二方面，不仅仅来自加热电阻器的热，而且来自功率晶体管的热也直接经由导电路径供给到晶体单元。因此，可以进一步提高热传导的效率。

根据本发明的第三方面，通过在中心区域中延伸的虚拟端子，来自加热电阻器的热被全部辐射到晶体单元的底面。因此，可以进一步提高热传导的效率。

根据本发明的第四方面，来自加热电阻器和功率晶体管的热经由导热树脂被均匀地传导至晶体单元，这使得晶体单元的热分布均匀，并且使得温度感测元件的检测温度稳定。因此，使得晶体单元的温度控制简单。此外，由于除了这些之外的其他元件安装在电路基板的另一个主表面上，所以也能够使这些电路元件在其工作温度方面稳定。

根据本发明的第五方面，来自加热电阻器的热经由导电路径被传导至金属盖，并且该热从该金属盖进一步辐射到晶体元件的主表面上。从而，晶体元件的主表面被全部加热。因此，可以提高热传导的效率。

根据本发明的第六方面，晶体单元被进一步均匀地加热，并且由此可以使得温度分布均匀。

根据本发明的第七方面，该多个加热电阻器连接到虚拟端子，以将它们加热。因此，与串联连接的情况相比，能够进一步提高热传导的效率。

根据本发明的第八方面，晶体单元的主表面通过设置在整个底壁上的虚拟端子被完全地加热。因此，可以提高热传导的效率。在这种情况下每当将第四方面的结构进一步增加到该第八方面的结构时，可以进一步提高热传导的效率。

根据本发明的第九方面，能够实现恒温型振荡器的最终结构。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的恒温型振荡器的电路基板的仰视图；

图2是恒温型振荡器的温度控制电路的局部示意图；

图3是该恒温型振荡器的电路图；

图4是根据本发明的另一个实施例的恒温型晶体振荡器的电路图；

图5是根据本发明的又一个实施例的恒温型晶体振荡器的晶体单元的仰视图；

图6A和图6B是现有技术的恒温型振荡器的示意图，其中图6A是现有技术的恒温型振荡器的剖视图，而图6B是现有技术的恒温型振荡器的电路图；

图7A至图7C是现有技术的恒温型振荡器的晶体单元的示意图，其中图7A是现有技术的恒温型振荡器的剖视图，图7B是晶体单元的仰视图，而图7C是晶体单元的频率-温度特性图；以及

图8是根据现有技术的恒温型振荡器的仰视图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个实施例的恒温型振荡器的电路基板的仰视图。顺便提及，与相关实例中的部分相同的部分由相同的标记表示，并且简化或者省略其描述。

如上所述，将根据本发明的恒温型振荡器构造成使得电路基板5安放在振荡器外壳6中(见图6A)，其中用于表面安装而形成的晶体单元1、以及振荡器输出电路2和温度控制电路3的各电路元件4被安装在该电路基板5的两个主表面上。顺便提及，该温度控制电路3起到晶体单元1的温度补偿电路的作用。电路基板5的外周部分由振荡器外壳6的金属底板7的引线(密封端子)8保持，以被电连接和机械连接。电路基板5由具有由铜箔制成的布线图案(导电路径)的玻璃环氧材料制成。

晶体单元1、加热电阻器4h、功率晶体管4Tr、温度感测元件4th、还有在温度控制电路3中高度依赖温度的压控电容性元件4Cv被安装在电路基板5的底面(一个主表面)上。然后，包括晶体单元1的这些电路元件4被导热树脂13封盖。包括调节器元件的其他电路元件安装在电路基板5的顶面(另一个主表面)上。

晶体单元1包括在形成为凹面的外壳主体10的外底面上的一对晶体端子12a和一对虚拟端子12b(见图7A和7B)。在一组拐角上的晶体端子12a连接到晶体元件1A，而在另一组拐角上的虚拟端子12b经由包括穿通电极14的导电路径而电连接到金属盖11。

于是，在本实施例中，多个加热电阻器，例如12个，被安装成围绕晶体单元1的外周。这里，单个的功率晶体管4Tr例如被安装在晶体单元1的拐角的外周上，以便与加热电阻器4h一起围绕晶体单元1(见图1)。如在图2的局部电路图中所示，该(12个)加热电阻器4h被连接成使得在第一串联连接中的四个加热电阻器4h和在第二串联连接中的8个加热电阻器4h彼此并联。在该4个和8个加热电阻器4h的并联连接的一端，即，由虚线框所示的加热电阻器组4H的一端连接到功率晶体管4Tr的集电极，并且该加热电阻器组4H的另一端连接到电源Vcc。

在这种情况下，在第一串联连接中的加热电阻器4h和在第二串联连接中的加热电阻器4h之间的电阻值是不同的，而在第一串联连接中的加热电阻器4h和在第二串联连接中的加热电阻器4h的电阻是值分别相同的。从而，基于功率晶体管4Tr的额定值等，在该12个相应加热电阻器4h中产生均匀的焦耳热。顺便提及，在第一串联连接中的四个加热电阻器4h在外形方面大于在第二串联连接中的8个加热电阻器4h。这是由于加热电阻器4h的到电路基板5上的布局等的原因。

于是，这里，在电路基板5上连接加热电阻器组4H和功率晶体管4T r的一端的导电路径(未示出)被连接成用焊料等牢固地固定到用于虚拟的电路端子14b上，晶体单元1的另一组对角上的虚拟端子12b之一连接到该用于虚拟的电路端子14b。然后，将该用于虚拟的电路端子14b设置成在电路基板5上延伸，以便面向晶体单元1的全部底面的中心区域。顺便提及，该布线连接的关系如图3所示。然而，图3中的晶体单元1的环绕框架是外壳主体10的示意性仰视图。晶体单元1的晶体端子12a连接到电路端子14a。

根据该结构，连接加热电阻器4h和功率晶体管4Tr的导电路径(Cu)连接到晶体单元1的所述用于虚拟的电路端子14b上。即，所述用于虚拟的电路端子14b连接到导电路径，加热电阻器组4H(加热电阻器4h)的一个端子电连接到该导电路径。从而，来自加热电阻器4h和功率晶体管4Tr的热经由导电路径传导至所述用于虚拟的电路端子14b。然后，该热经由晶体单元1的虚拟端子12b被供给到由层状陶瓷制成的外壳主体10的底面。因此，来自用作主要热源的加热电阻器4h的特定的热被经由热传导性能优异的导电路径而直接供给到晶体单元1的外壳主体10，这提高了热传导的效率。

然后，在本实例中，所述用于虚拟的电路端子14b形成为在其为晶体单元1的底面的中心区域的电路基板5上延伸，并且全部地面向该晶体单元1的底面。此外，连接到所述用于虚拟的电路端子14b的晶体单元的虚拟端子12b电连接，以经由诸如穿通电极等的导电路径而热耦合到晶体单元1的金属盖11。因此，由于有效地将热传导至在底面的中心区域上的所述用于虚拟的电路端子14b和在顶面上的金属盖11，所以形成了所谓的热管。从而，进一步提高了热传导的效率。

此外，例如，用导热树脂13覆盖用作热源的这些加热电阻器4h和功率晶体管4Tr、晶体单元和温度感测元件4th，并且使得热分布均匀。因此，使得实时温度控制简单。此外，由于加热电阻器4h作为第一和第二串联连接而并联连接，与其中所有的加热电阻器都是串联连接的情况相比，能够增加供给到用于虚拟的电路端子14b的热。

(修改的实施例)

在上述实施例中，所述用于虚拟的电路端子14b连接在加热电阻器组4H和功率晶体管4Tr之间。然而，例如，如图4所示，所述用于虚拟的电路端子14b可以连接在加热电阻器组4H和电源之间。即，所述用于虚拟的电路端子14b连接到加热电阻器组14H(加热电阻器4h)的任何一个端子就足够了。

此外，在晶体单元1中，虚拟端子12b设置在另一组对角上。然而，通过与上述的用于虚拟的电路端子14b相同的方式，虚拟端子12b也可以设置成在晶体单元1(外壳主体10)的底面的中心区域上延伸(见图5)。在这种情况下，该中心区域不仅仅是外底面，而且也是外壳主体10的层压面的内底面。于是，在这些情况下，能够进一步接近成为热管。

此外，功率晶体管4Tr与加热电阻器4h一起排列在晶体单元1的外周上。然而，功率晶体管4Tr可以排列在加热电阻器4h的外侧处。在这种情况下，例如，能够消除由于功率晶体管4Tr和各加热电阻器4h的热量上的差异而引起的温度分布不均匀。顺便提及，通过将功率晶体管4Tr设置在导热树脂的外侧处，以将热源排除之外，进一步提高了温度分布的均匀性。然而，由于浪费了作为热源的能量，所以根据需要选择这种方式。

此外，加热电阻器4h是12个，并且被作为第一和第二串联连接而并联连接。然而，例如，该12个加热电阻器4h可以并联连接。在这种情况下，能够进一步增加供给到所述用于虚拟的电路端子14b的热。然后，加热电阻器4h的数目并不限于12个，而是可以随意选择。此外，将功率晶体管4Tr的数目设定为1个。然而，例如，该振荡器可以形成为功率晶体管4Tr的数目与加热电阻器4h的数目相同。

Claims (9)

1.一种恒温型晶体振荡器，包括：

用于表面安装的晶体单元，该晶体单元包括：

外壳主体，该外壳主体具有至少一个底壁，并且其中用作安装端子的两个晶体端子和两个虚拟端子设置在该外壳主体的外底面上；以及

晶体元件，其安放在所述外壳主体中，以用盖子气密地封装；

震荡输出电路，其包括与所述晶体单元一起形成的震荡级以及缓冲级；

温度控制电路，其保持所述晶体单元的工作温度恒定；以及

电路基板，所述晶体单元、所述振荡器输出电路和所述温度控制电路的电路元件安装在该电路基板上，

其中所述温度控制电路包括：

加热片式电阻器；

功率晶体管，其将电力供应给所述片式电阻器；以及

温度感测元件，其检测所述晶体单元的工作温度，

其中所述晶体单元的虚拟端子连接到在电路基板上的用于虚拟的电路端子，并且

其中所述用于虚拟的电路端子连接到在电路基板上的导电路径，该导电路径与所述加热片式电阻器的一个端子电连接。

2.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中所述加热片式电阻器的一个端子经由电路基板上的导电路径而电连接到所述功率晶体管的集电极。

3.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中所述用于虚拟的电路端子设置成在所述电路基板上延伸，以便整个地面向所述晶体单元的底面的中心区域。

4.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中至少所述晶体单元、所述加热片式电阻器、所述功率晶体管、以及所述温度感测元件安装在所述电路基板的一个主表面上，以由导热树脂覆盖，并且

其中其他的电路元件安装在所述电路基板的另一个主表面上。

5.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中所述晶体单元的盖子是金属盖，

其中所述晶体单元设置成所述晶体元件的两个主表面面向所述外壳主体的底壁和金属盖，激励电极形成在该两个主表面上，并且

其中在所述外壳主体中，设置在所述外壳主体的外底面上的虚拟端子经由所述导电路径而电连接到所述金属盖。

6.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中多个加热片式电阻器安装成围绕所述晶体单元的外周，并且

从所述多个片式电阻器产生的焦耳热被设置成一致的。

7.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中多个加热片式电阻器并联连接，该并联线路的一端不仅仅连接到所述功率晶体管的集电极，而且连接到所述虚拟端子，而该并联线路的另一端连接到电源。

8.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中所述晶体单元设置成使得所述晶体元件的其上形成有激励电极的主表面面向所述外壳主体的底壁，并且

其中设置在所述外壳主体的底面上的虚拟端子设置成在该外壳主体的底壁的中心区域上延伸。

9.根据权利要求1所述的恒温型晶体振荡器，

其中电路基板的至少4个拐角由形成振荡器外壳的基座的引线所保持，并且

其中所述金属盖被结合到所述基座，以便覆盖金属基板。

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