CN104836531A - 微小化恒温晶体振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微小化恒温晶体振荡器,其包括外壳、外电路板、内电路板、加热电阻、石英晶体、振荡电路与温控电路,其中外壳与外电路板构成可供其他元件安装于内的密闭的内部空间,加热电阻、石英晶体与振荡电路位于内电路板与外电路板中间,且石英晶体表面与加热电阻底部紧密接触,使得加热电阻可对于石英晶体表面直接加热,其热传效率高,可降低功耗,而振荡电路安装于石英晶体底部,由于受温控的石英晶体与作为发热源的加热电阻位于整个恒温槽结构的中央,使得热能较为集中,不易散失,有助于维持恒温槽的温度稳定度,维持石英晶体的温度特性,以提升振荡器整体频率输出的稳定度。
Description
技术领域
本发明涉及恒温晶体振荡器,特别是指一种可减少发热的功耗的微小化恒温晶体振荡器。
背景技术
恒温晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator,OCXO)的主要特点在于通过温度控制电路与封闭式的结构使石英晶体的温度保持恒定在一特定的工作温度,故可将由周围温度变化引起的输出频率变化量削减到最小,来实现振荡器输出频率的稳定化。
请参照图1,传统恒温晶体振荡器10,其外壳11与底座电路板12所形成的内部空间为恒温槽的区域,并将振荡电路16与石英晶体15设置于外壳11内部电路板13的一侧,通常放置于内部电路板13的上方,加热器14与温控电路17则设置于内部电路板13的另一侧,并凭借加热器14作为发热源对石英晶体15进行加热至一特定的工作温度,以维持恒温槽内石英晶体15的温度稳定。然而,由于发热源(即加热器14)和石英晶体15之间存在有内部电路板13的阻隔,其热传导路径长,维持石英晶体15的工作温度所需的功耗较大。此外,受温控的石英晶体15表面非常接近外壳11,将导致石英晶体15所接收的热能容易受外壳11外围环境温度变化的影响而散失,易受外部气流扰动,而影响温度的稳定。又,因为底座电路板12大面积地接触到外部,也易导致加热器14的热能散失,对温度稳定产生影响。
相对于传统尺寸体积较大的恒温晶体振荡器,微小化恒温晶体振荡器受限于尺寸结构小型化的要求,其恒温槽的温度稳定度不易维持,且易受外界环境温度变化影响而不易维持,因此,本发明的申请人是此特别开发一种微小化恒温晶体振荡器,通过内部结构的设计,能够促使发热源对于石英晶体直接进行加热,缩短热传路径及减低加热器发热的散失,并降低功耗,凭借改善各种影响温度稳定的因素,帮助达到振荡频率的稳定输出,而解决上述现有的问题与缺失。
发明内容
有鉴于此,本发明针对现有技术存在的缺失,其主要目的是提供一种微小化恒温晶体振荡器,系让发热源直接对石英晶体表面进行加热,以提高热传效率,降低功耗,同时,也凭借将受温控的石英晶体与发热源设置于结构中央,使热能能够集中,而不易散失,且据以构成的夹层结构较不易受到外部风扰所造成温度变化的影响,易于维持温度稳定度。
本发明的另一主要目的是提供一种微小化恒温晶体振荡器,系在外电路板设计有断热凹槽,可缩小内部结构与外电路板的接触面积,减低外电路板让热源散失至外部的现象,有助于维持恒温槽温度的稳定。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种微小化恒温晶体振荡器,其特征在于,包含:
一外壳;
一外电路板,安装于该外壳底部,并与该外壳共同界定一密闭的内部空间,且该外电路板顶部具有一第一安装面;
一内电路板,设置于该内部空间内并通过复数金属引线电性连接至该外电路板的该第一安装面,且该内电路板顶部和底部分别具有一第二安装面和一第三安装面;
一温控电路,安装于该内电路板的该第二安装面或该第三安装面;
一加热电阻,安装于该内电路板的该第三安装面,该加热电阻底部具有一第四安装面;
一石英晶体,安装于该加热电阻的该第四安装面;及
一振荡电路,安装于该外电路板的该第一安装面,并位于该外电路板与该石英晶体之间。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:该外壳的材质为金属或塑胶。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:该外电路板的该第一安装面包含一断热凹槽。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:该温控电路包含复数温控电路控制元件,该复数温控电路控制元件安装于该内电路板的该第二安装面或该第三安装面,且该复数温控电路控制元件为离散式电路或集成电路。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:该温控电路包含一温控电路调整元件,该温控电路调整元件安装于该内电路板的该第二安装面。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:还包含一热敏电阻,该热敏电阻安装于该内电路板的该第三安装面。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:该石英晶体由一石英晶片通过至少一导电胶粘着固定于一陶瓷封装内所构成,且该陶瓷封装上方以一金属上盖密封,使该石英晶体内部形成为一气密空间。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:该石英晶体的该金属上盖表面与该加热电阻底部的该第四安装面紧密接触。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:该石英晶体的该金属上盖表面凭借一导热胶粘着固定于该加热电阻底部的该第四安装面。
所述的微小化恒温晶体振荡器,其中:该振荡电路由一集成化的振荡电路晶片通过至少一连结导线接合于一陶瓷封装内所构成。
也就是说,在本发明的微小化恒温晶体振荡器结构中,乃将石英晶体安装于加热电阻底部,让加热电阻可对于石英晶体表面直接加热,有效缩短热传路径,热传效率高,可降低功耗。再者,由于受温控的石英晶体与作为发热源的加热电阻位于整个恒温槽结构的中央,使得热能较为集中,不易散失,有助于维持温度的稳定。进一步,本发明可于外电路板的第一安装面设置有断热凹槽,能防止热能通过外电路板散失,而提高温度的稳定度。
综上所述,可以了解本发明的微小化恒温晶体振荡器,是在外壳与外电路板构成的恒温槽内部结构中,在内电路板下方与外电路板上方设有加热电阻、石英晶体、振荡电路与温控电路的夹层结构,由于石英晶体安装于加热电阻底部,使得加热电阻可对于石英晶体表面直接加热,也就是利用缩短热传路径来达到提升热传效率、降低功耗的目标,再者,更利用将石英晶体与加热电阻设置于整体结构的中央位置,使得热能集中,不易散失,而本发明所采用的夹层结构,较不易受到外部风扰的影响,有助于维持温度的稳定。此外,本发明可将外电路板表面设置有断热凹槽,以减少热传面积,能防止热从外电路板往外逸散,从而提高温度的稳定度。
底下凭借具体实施例详加说明,当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为一种传统恒温晶体振荡器的剖视结构图;
图2为本发明的实施例所提供的恒温晶体振荡器的剖视结构图;
图3为本发明的实施例所提供的恒温晶体振荡器中第一安装面的平面图;
图4为本发明的实施例所提供的恒温晶体振荡器中第二安装面的平面图;
图5为本发明的实施例所提供的恒温晶体振荡器中第三安装面的平面图;
图6为本发明的实施例所提供的恒温晶体振荡器中第四安装面的平面图;
图7为本发明的实施例所提供的恒温晶体振荡器中第五安装面的平面图。
附图标记说明:10-恒温晶体振荡器;11-外壳;12-底座电路板;13-内部电路板;14-加热器;15-石英晶体;16-振荡电路;17-温控电路;20-微小化恒温晶体振荡器;21-外壳;22-外电路板;221-第一安装面;222-断热凹槽;223-外部电极;23-内电路板;231-第二安装面;232-第三安装面;233-金属引线;24-加热电阻;241-第四安装面;25-石英晶体;251-石英晶片;252-导电胶;253-陶瓷封装;254-第五安装面;255-焊锡;256-金属上盖;26-振荡电路;261-振荡电路晶片;262-连结导线;263-陶瓷封装;264-焊锡;265-振荡电路被动元件;271-温控电路控制元件;272-温控电路调整元件;273-温控电路控制元件;28-热敏电阻。
具体实施方式
根据本发明所揭示的微小化恒温晶体振荡器,请参照图2,其绘示本发明的实施例所提供的微小化恒温晶体振荡器20的剖视结构。
本实施例中,微小化恒温晶体振荡器20主要是由外壳21、外电路板22、内电路板23、加热电阻24、石英晶体25、振荡电路26与温控电路(包括温控电路控制元件271及温控电路调整元件272)等所组成,并将影响温度的主要关键的加热电阻24与石英晶体25放置在整个恒温槽结构的中央位置。以下再依序对于各个组成元件作详细介绍。
本实施例的外壳21,其材质为金属或塑胶,相较于陶瓷外壳,具有体积较小,较不易散失热量的优点;若外壳21为金属材质,则可采用热传导率相对较低的金属,例如不锈钢,其热传导系数为16.3W/mK,相较于黄铜与洋白铜的热传导系数分别为115与23~29W/mK,故以热传导率较低的不锈钢作为外壳21的材质为较佳选择。而外电路板22安装于外壳21底部,使外电路板22与外壳21得以共同界定一密闭的恒温槽内部空间,可供其余元件(容后详述)设置于其内,而外电路板22顶部具有一第一安装面221,其余元件都位于第一安装面221上方。请一并参照图3,绘示安装于外电路板22的第一安装面221的元件组成。相较于一般电路板为平板的结构,本发明的外电路板22系于第一安装面221形成有一断热凹槽222,更详细地说,于图2中除了焊锡264为必要的焊接点之外,外电路板22第一安装面221的其余部份是由表面向下凹陷而呈现半镂空状态,使非焊接以外的区域中间形成如图所示的断热凹槽222,以将外电路板22和其余元件的接触面积减少,使热能不易从外电路板22的表面逸散出去。另外,外电路板22底部具有数个外部电极223,以电性连结外部的电子元件。
内电路板23的顶部和底部分别具有一第二安装面231和一第三安装面232,并通过数条金属引线233而电性连接至外电路板22的第一安装面221;且金属引线233可采用热传导率相对较低的金属为的,例如KOVAR铁钴镍合金,其热传导系数为17.3W/mK,相较于黄铜与洋白铜的热传导系数分别为115与23~29W/mK,故以热传导率较低的KOVAR铁钴镍合金作为金属引线233的材质为较佳选择。请一并参照图4与图5,分别绘示安装于内电路板23的第二安装面231与第三安装面232的元件组成。如图4所示,内电路板23的第二安装面231表面设置有使用离散式电路构成的数个温控电路控制元件271及一温控电路调整元件272。另如图5所示,内电路板23的第三安装面232表面也设置有使用离散式电路构成的数个温控电路控制元件273。在实务上,温控电路控制元件273也可采用集成电路,以缩减必要的元件数量。而第三安装面232表面也设置有一加热电阻24与一热敏电阻28。
加热电阻24底部具有一第四安装面241。请一并参照图6,绘示安装于加热电阻24底部的第四安装面241的元件组成,其包括一石英晶体25。
石英晶体25为石英晶片251通过导电胶252粘着固定于陶瓷封装253内所构成,且陶瓷封装253上方是以金属上盖256密封,使石英晶体25内部形成为一气密空间。如前所述,石英晶体25顶部的金属上盖256直接接触设置于加热电阻24底部的第四安装面241,且为使加热电阻24底部与石英晶体25顶部的金属上盖256紧密接触的目的,可凭借采用导热胶等介质予以粘着固定,而石英晶体25底部则具有一第五安装面254。请一并参照图7,绘示安装于石英晶体25底部的第五安装面254的元件组成,其包括利用焊锡255固定的一振荡电路26及数个振荡电路被动元件265。
振荡电路26为集成化的振荡电路晶片261通过连结导线262接合于陶瓷封装263内所构成。如前所述,振荡电路26顶部经由焊锡255焊接结合于石英晶体25底部的第五安装面254,而振荡电路26底部则也经由焊锡264焊接结合于外电路板22的第一安装面221,使得振荡电路26位于外电路板22与石英晶体25之间。而振荡电路26底部和第一安装面221隔着断热凹槽222,且通过焊锡264焊接的方式,使得振荡电路26和外电路板22的第一安装面221的接触面积仅有位于振荡电路26角落的数个焊接点(即焊锡264),能够减少传热面积,避免热能的逸散。
综上所述,可以了解本发明的微小化恒温晶体振荡器,是在外壳与外电路板构成的恒温槽内部结构中,在内电路板下方与外电路板上方设有加热电阻、石英晶体、振荡电路与温控电路的夹层结构,由于石英晶体安装于加热电阻底部,使得加热电阻可对于石英晶体表面直接加热,也就是利用缩短热传路径来达到提升热传效率、降低功耗的目标,再者,更利用将石英晶体与加热电阻设置于整体结构的中央位置,使得热能集中,不易散失,而本发明所采用的夹层结构,较不易受到外部风扰的影响,有助于维持温度的稳定。此外,本发明可将外电路板表面设置有断热凹槽,以减少热传面积,能防止热从外电路板往外逸散,从而提高温度的稳定度。
以上说明对本发明而言只是说明性的,而非限制性的,本领域普通技术人员理解,在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下,可作出许多修改、变化或等效,但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微小化恒温晶体振荡器,其特征在于,包含:
一外壳;
一外电路板,安装于该外壳底部,并与该外壳共同界定一密闭的内部空间,且该外电路板顶部具有一第一安装面;
一内电路板,设置于该内部空间内并通过复数金属引线电性连接至该外电路板的该第一安装面,且该内电路板顶部和底部分别具有一第二安装面和一第三安装面;
一温控电路,安装于该内电路板的该第二安装面或该第三安装面;
一加热电阻,安装于该内电路板的该第三安装面,该加热电阻底部具有一第四安装面;
一石英晶体,安装于该加热电阻的该第四安装面;及
一振荡电路,安装于该外电路板的该第一安装面,并位于该外电路板与该石英晶体之间。
2.如权利要求1所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:该外壳的材质为金属或塑胶。
3.如权利要求1所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:该外电路板的该第一安装面包含一断热凹槽。
4.如权利要求1所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:该温控电路包含复数温控电路控制元件,该复数温控电路控制元件安装于该内电路板的该第二安装面或该第三安装面,且该复数温控电路控制元件为离散式电路或集成电路。
5.如权利要求1所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:该温控电路包含一温控电路调整元件,该温控电路调整元件安装于该内电路板的该第二安装面。
6.如权利要求1所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:还包含一热敏电阻,该热敏电阻安装于该内电路板的该第三安装面。
7.如权利要求1所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:该石英晶体由一石英晶片通过至少一导电胶粘着固定于一陶瓷封装内所构成,且该陶瓷封装上方以一金属上盖密封,使该石英晶体内部形成为一气密空间。
8.如权利要求7所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:该石英晶体的该金属上盖表面与该加热电阻底部的该第四安装面紧密接触。
9.如权利要求8所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:该石英晶体的该金属上盖表面凭借一导热胶粘着固定于该加热电阻底部的该第四安装面。
10.如权利要求1所述的微小化恒温晶体振荡器,其特征在于:该振荡电路由一集成化的振荡电路晶片通过至少一连结导线接合于一陶瓷封装内所构成。
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