CN101796729A - 恒温箱式振荡器 - Google Patents

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Abstract

恒温箱式振荡器封装包括安装在电路板的相对侧上的至少一个加热器和晶体封装。过孔延伸通过电路板的板体，将热从加热器传递到晶体封装。热传导材料层延伸通过电路板的板体并且和过孔具有热耦合关系，以便将热完全扩散到电路板和安装在其上的其他元件。

Description

恒温箱式振荡器
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年8月24提交的美国临时专利申请No.60/966083的权益，其全部内容通过引用明确包含于此。
技术领域
本申请总的涉及可以在电子设备中提供稳定基准频率信号的振荡器，并且更具体地涉及包含在加热的封套中以增加基准频率信号稳定性的振荡器。
背景技术
已经知道存在多种装置能够提供基准频率或者源。这样的装置称为振荡器。该振荡器典型地包括至少石英晶体或者其他谐振器和适于稳定输出频率的电子补偿电路。
恒温箱式振荡器(0CXO)将振荡器中与环境温度相隔离的温度敏感部分加热到统一的温度来获得更稳定的输出。恒温箱式振荡器包括加热器、温度感测器和控制该加热器的电路。温度控制电路使得晶体和关键电路保持在精确、恒定的温度下。最好的控制器是成比例地提供随着环境温度改变的稳定的加热电流，来将恒温箱(oven)保持在精确的设定点处，通常大约比所期望的最高环境温度高10度。
本发明将解决对于加热器和晶体之间有效热传递的持续需求问题。
发明内容
本发明涉及一种振荡器组件，该振荡器组件至少包括：限定相对的顶部和底部表面的电路板、位于所述电路板的相对的顶部和底部表面的其中之一上的加热器、位于所述电路板的相对的顶部和底部表面的另一个上的晶体封装，和延伸通过所述电路板用于将热从所述加热器传递到所述晶体封装的热传导过孔。
所述过孔限定在所述电路板的所述顶部和底部表面中的相应的开口，并且在一个实施例中，所述振荡器还包括在所述加热器和所述电路板的顶部和底部表面的其中一个之间的第一传导焊盘和在所述晶体封装和所述电路板的顶部和底部表面的另一个之间的第二传导焊盘。所述第一和第二焊盘覆盖在由所述过孔限定的开口之上并且和所述开口具有热耦合关系。
所述组件还可以包括多层热传导材料，其延伸通过所述电路板并且和所述过孔成热耦合关系，用于将热传递到整个所述板并且将热传递到可以装配在所述板上的其他元件。
此外，可以使用一层热传导的环氧或者粘合材料来将晶体封装耦合到所述电路板。
在一个实施例中，所述组件包括悬挂在所述第一电路板的顶部表面上的第二电路板。晶体封装装配到所述第二电路板的底部表面。在所述第一电路板上固定盖子并且该盖子覆盖第二电路板。在所述第一和第二板之间延伸的多个竖立支架被用来在所述第一电路板上悬挂所述第二电路板。
通过在下面对本发明的实施例、附图和所附权利要求的详细描述，本发明的其他优点和特征将变得更加明显。
附图说明
通过在下面对如下附图的描述，可以更好的理解本发明的这些和其他的特征：
图1是根据本发明的恒温箱式振荡器的大体框图；
图2是包括图1的特征的振荡器封装的现实实施例的顶部透视图；
图3是图2的振荡器封装的底部透视图；
图4是图2和图3的振荡器封装移除罩子后的顶部透视图；
图5是图4的振荡器封装的内部的部分正视图、部分垂直横截面视图；
图6是图6的振荡器封装在不具有罩子的情况下的内部的顶部俯视图；和
图7是部分图6的振荡器封装的放大的部分正视图、部分垂直横截面视图，用于描述在加热器下面和晶体上面的区域中延伸穿过电路板的过孔。
具体实施方式
图1示出根据本发明的恒温箱式振荡器(OCX0)10的示意图/框图。恒温箱式振荡器10包括用于容纳和包含各振荡器部件的封套、外壳或者恒温箱12。恒温箱12可以是使用或者不使用绝缘体的封套。和谐振器或者晶体15通信的传统晶体振荡器电路14位于恒温箱12中。振荡器电路14可以是使用石英晶体的Colpitts(考毕兹)振荡器电路。振荡器电路14在输出端子PI N 4提供稳定的基准频率。PIN 3是3.3伏特电源端子。
加热器18位于恒温箱12中。加热器18典型地是晶体管，在该晶体管中，成比例地控制其耗散功率可以加热和保持恒温箱12内部的指定温度水平。温度感测器22位于接近罩子12处。感测器22可以是适于测量晶体温度的负系数传统热敏电阻。加热器控制电路20连接到感测器22和加热器18，以控制加热器18。控制电路20从感测器22接收温度信号作为输入并且提供加热器控制信号作为输出。当温度低于恒温箱的所选数值时，加热器控制器电路20增加给加热器18的功率以增加恒温箱12中的温度。当温度高于恒温箱的所选数值时，加热器控制器电路20降低给加热器18的功率以使得恒温箱12中的温度下降。振荡器封装
图2-7示出根据本发明的恒温箱式振荡器10的一个现实的实施例。恒温箱式振荡器10可以被封装在振荡器组件、电子封装或者振荡器封装800中。振荡器组件或者封装800可以具有的总体尺寸大约为长25mm×宽22mm×高8.5mm，并且包括总的为矩形的印刷电路板122，该印刷电路板122包括预部表面123(图2、4、5和6)，限定振荡器的所有电气和电子部件被合适地安装在该顶部表面123上并且和覆盖所有部件的封套、外壳、盖子或者罩子12相互连。尽管没有示出，但可以理解在所示实施例中，印刷电路板122使用多个传统电绝缘层压板制成。
外壳12限定内部空腔33(图5)并且限定顶部顶板30(图2)和四个向下延伸的侧壁32(图2、3和5)。侧壁32限定相应的下部外围端部表面边缘34(图2)。
印刷电路板122包括相应的前部和后部(顶部和底部)表面123和125以及相应的细长的侧外围端部边缘或者表面124、126、128和130(图2和3)。
参考图2和3，用于限定直接表面安装的焊盘或者引脚的第一多个城堡形件(castel1ation)111沿着板侧边缘126的长度以间隔开且平行的方式形成并延伸。
用于限定直接表面安装的焊盘的第二多个城堡形件111沿着板侧边缘130的长度(并且总体处于其相对端)以间隔开且平行的方式形成并延伸。
每一个城堡形件由总的半圆形拉长的凹槽限定，该凹槽在相应的侧边缘中形成；每一个城堡形件在板122的顶部表面123和底部表面125之间以大体垂直于该表面的取向延伸；并且每一个城堡形件覆盖/涂覆有一层传导材料以限定对于板122的顶部表面123和底部表面125之间的电信号的路径。
城堡形件适于对着在模块800适于直接表面安装到的母板的相应焊盘或者引脚处固定。城堡形件和电路板122中的各种电路线和电镀通孔电连接。
由在板122的相应的顶部表面123和底部表面125中的非接地城堡形件限定的每个凹槽由铜传导材料的区域/层622包围(图6)，该铜传导材料进而由不含传导材料的区域644(图6)包围，以将相应的输入和输出引脚与地隔离。
图4-7描述振荡器封装或者组件800的内部，其中所有的电子部件安装在悬挂的电路板810上。
电路板810包括顶部表面812、底部表面814(图4-7)和四个外围端部边缘或者表面816(图4和6)。凹口818(图5和7)被限定在电路板810的底部表面814中。
顶部表面812具有由电路线830和连接焊盘840构成的图案(图4和6)。电路线830和连接焊盘840可以由铜构成。电路线830和连接焊盘840适于互连全部直接表面安装在板810的顶部表面812上的各种电子部件640、加热器18和温度感测器22。
多个传导支架或者立柱820(图4、5和6)在电路板122和电路板810之间以大体垂直于电路板122和810的取向延伸以便限定竖立支架，该竖立支架可使得板810以间隔开并且平行的关系悬挂在板122之上。传导支架820可以使用传导金属或者类似金属制成。传导支架820提供电路板122和电路板810之间的信号的电连接。每个传导支架或者立柱820具有竖立的、大体垂直的支脚部823和大体平行定位的夹持部824。支脚部823限定第一近端822(图5)，该第一近端822固定在板122的顶部表面中限定的相应的钻孔844(图5)中，并且该支脚部823保持相应的支架820相对于板122成竖立并且垂直的状态。夹持部824由立柱820中已经弯曲来限定接纳板边缘的夹子的一部分来限定。
夹持部824由一对间隔开的、大体平行的叉状件826和828限定，该对叉状件从支架脚820(图4、5和6)的顶部远端部以大体水平的方式向内突出。夹持部824适于安装在板810的外部边缘816上，使得板810的外部边缘816在叉状件826和828之间延伸，该叉状件826和828抓住外部边缘816并且分别与板810的顶部和底部表面成邻接关系来限定指状件。叉状件或者指状件828适于与板810上的连接焊盘840建立电连接(图4、5和6)。叉状件或者指状件828还可以被焊接到连接焊盘840。
电路板122的顶部表面123还限定钻孔844和埋头孔842(图5)。钻孔844和埋头孔842镀有铜。相应的支架820的支脚823的端部822还可以安装在钻孔844中并且由焊料接头832来维持。振荡器封装800可以包括分别位于板810的相应的角落处的四个支架或者立柱820。第五支架820邻接并且平行于其他支架820的其中一个。此外，支脚823可以被压装入钻孔844中。
晶体封装15接附到电路板810的底部表面814，并且更具体地，接附到由在板122和810之间的支架820所限定的空间或者间隙835(图4)中。一层热粘合或者环氧材料860(图5和7)将晶体15D结合到板810的底部表面814，并且其盖子15E的顶部以总的与板122和810垂直的方向延伸并且突出到在板810的下部表面814中限定的凹口818中。电引线15B连接晶体15D和在底部表面814上的连接焊盘(未示)之间。晶体15D可以包含SC或者AT切石英晶体。
通过传导支架820使得电路板810以及晶体封装15悬挂在电路板122上且与电路板122间隔开，这种用法允许晶体封装15在所有侧面上和外壳12以及电路板122之外的周围环境热隔绝。晶体封装15的热隔绝提供了振荡器的更稳定输出频率。
类似于封装600的盖子12的外壳、盖子或者罩子12限定了恒温箱，其固定在板122的顶部表面123上，围绕板810，并且覆盖板810上安装的所有部件。罩子12具有侧壁32，侧壁32的下部外围端面可以使用焊料接头880(图5)固定到板122的顶部表面。盖子12适于固定在图6中所示的板122的区域624上。
在另一个实施例中，盖子12可以使用塑料材料制成并且使用粘合剂安装在电路板122。
具体参考图7描述多层电路板810的构建的进一步细节。
如图7所示，功率晶体管/加热器18以总的对着位于且安装到板810的底部表面的晶体封装的关系被安装在并且位于板810的顶部表面上。由于期望并且需要均匀地间隔晶体管18所产生的到晶体封装15的热并且最小化热点，所以板810包括具有过孔854的中央区域850，该过孔854可以使用任一适合的热传导材料制成，该热传导材料包括镀铜、双层镀铜、填充铜、或者填充焊料的镀铜过孔，该过孔总的垂直地延伸穿过顶部表面812和底部表面814之间的电路板810。
中央区域850还包括传导焊盘870，该传导焊盘870由铜或者类似材料制成并且安装在板810的顶部表面812上，加热器晶体管18的漏极焊接到该顶部表面812。晶体管18优选固定在焊盘870的顶部并且过孔854优选至少在位于焊盘870下面和晶体15上面的板810的区域中延伸。在板810的顶部和底部表面之间以间隔开且大体平行的关系延伸的过孔854建立起热扩散网络或者网格。
热扩散网络或者网格还通过多个间隔开的、大体平行的层872限定，该多个层872由诸如铜的热传导材料构成且以大体和过孔854垂直且交叉的关系而沿大体纵向和水平方向延伸通过板70的板体。层872优选具有足够的长度以允许其位于加热器22和板810上的期望热传递到其上的任一其他元件(诸如元件22)的下面。
传导焊盘870覆盖在板810的顶部表面中由过孔854限定的开口，并且因此热耦合和连接到过孔854。从加热器晶体管18到晶体封装15的热扩散和传导，起初大体沿水平方向通过传导焊盘870，随后大体垂直向下通过每个过孔854，并且之后热被间隔开且大体水平通过传导焊盘874进行扩散(该传导焊盘874覆盖在板810的底部表面中由过孔854限定的开口)，随后热扩散并传导到粘合焊盘860，并且最后到达晶体15D的顶部表面。传导焊盘870和872与过孔854的组合允许由加热器18产生的热均匀分布并且均匀地扩散通过晶体15D的整个长度。
凹口818接受盖子15E并且允许晶体15D平置并且维持热粘合层860和板810的底部表面814之间的良好接触。
此外，可以理解，过孔854也热耦合到热传导铜或者类似材料的板层872，因此也允许热扩散和热传导大体水平地通过板810并且随后大体垂直向上通过板810的其它层876，进入例如到固定在板810的顶部表面812的元件22中。
结论
虽然本发明已经具体参考此实施例进行教导，但是本领域内的普通技术人员可以认识到在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以在形式和细节上做出改变。所描述的实施例在所有方面仅被认为是示例性而非限制性的。从而，本发明的范围是由所附权利要求书而非之前的描述来限定。落入权利要求书的等价含义和范围中的所有改变均包含在权利要求书的范围之中。

Claims (13)

1.一种振荡器组件，至少包括：
限定相对的顶部和底部表面的电路板；
位于所述电路板的所述相对的顶部和底部表面的其中之一上的加热器；
位于所述电路板的所述相对的顶部和底部表面的另一个上的晶体封装；和
延伸通过所述电路板用于将热从所述加热器传递到所述晶体封装的至少一个热传导过孔。
2.权利要求1的振荡器组件，其中，多个过孔限定在所述电路板的所述顶部和底部表面中的相应的开口，所述振荡器还包括所述加热器和所述电路板的项部和底部表面的其中一个之间的第一传导焊盘和在所述晶体封装和所述电路板的顶部和底部表面的另一个之间的第二传导焊盘，所述第一和第二焊盘覆盖在由所述过孔限定的所述开口之上并且和所述开口具有热耦合关系。
3.权利要求1的振荡器组件，还包括多个热传导材料层，该热传导材料层延伸通过所述电路板并且和所述过孔成热耦合关系以便将热传递到整个所述板。
4.权利要求1的振荡器组件，其中，一层热传导环氧或者粘合材料将所述晶体封装耦合到所述电路板。
5.一种振荡器组件，至少包括：
限定相对的顶部和底部表面的电路板；
安装于所述电路板的相对的顶部和底部表面的其中之一上的加热器；
耦合到所述电路板的相对的顶部和底部表面的另一个的晶体封装；
其中所述电路板限定在所述顶部和底部表面之间延伸的多个过孔并且多层热传导材料延伸通过所述电路板的板体并且和所述多个过孔成热耦合关系，所述过孔适于将热从所述加热器传递到所述晶体封装并且传递到所述多层热传导材料，以便将热扩散到整个所述电路板的板体。
6.权利要求5的振荡器组件，其中，所述多个过孔和所述多层热传导材料在所述电路板的所述板体中相交。
7.权利要求5的振荡器组件，其中，所述多个过孔限定所述电路板的所述顶部和底部表面中的相应的开口，并且所述加热器覆盖在所述电路板的所述顶部和底部表面的其中一个中限定的所述开口之上并且和所述开口具有热耦合关系。
8.权利要求7的振荡器组件，还包括所述电路板和所述加热器之间的传导焊盘，所述传导焊盘覆盖由所述多个过孔限定的所述开口。
9.权利要求7的振荡器组件，还包括：
所述电路板和所述晶体封装之间的传导焊盘，所述传导焊盘覆盖在所述电路板的顶部和底部表面的另一个中限定的所述多个过孔的所述开口；和
所述传导焊盘和所述晶体封装之间的一层热传导环氧材料。
10.一种振荡器组件，包括：
限定顶部和底部表面的第一电路板；
限定顶部和底部表面并且悬挂在所述第一电路板的所述顶部表面之上的第二电路板；
安装到所述第二电路板的所述顶部表面的加热器；
安装到所述第二电路板的所述顶部表面的温度感测器；和
安装到所述第二电路板的所述底部表面并且使用热传导材料耦合到所述第二电路板的晶体封装。
11.权利要求10的振荡器组件，其中，在所述第一电路板上固定盖子并且该盖子覆盖所述第二电路板。
12.权利要求10的振荡器组件，其中，多个过孔延伸穿过位于所述加热器下方区域的所述第二电路板的中央区，用于通过所述第二电路板将热从所述加热器传递到所述晶体封装。
13.权利要求10的振荡器组件，还包括多个竖立支架，每一个支架限定支脚部和夹持部，所述支脚部安装到所述第一电路板的所述顶部表面并且所述夹持部耦合到所述第二电路板的外部边缘上，所述传导支架使得所述第一电路板和第二电路板热隔绝。
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