CN209881734U - 双层恒温槽晶体振荡器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双层恒温槽晶体振荡器结构，包括外层装配结构和置于外层装配结构内的内层模块单元，内层模块单元包括陶瓷基座槽、多个石英谐振器振子电极、石英晶体谐振器、内层振荡电路、温度检测电路和内层封盖；外层装配结构包括外层底座、外层电路板、至少一个温控电路、放大调理电路、稳压电路和封装外壳。优点，本双层恒温槽晶体振荡器结构，未采用现有技术中的封装结构，而是采用未封装的石英晶体谐振器，和内层振荡电路、温度检测电路、内层振荡电路处于同一个密封腔内，从而降低了从晶片到温度检测电路、内层振荡电路的热梯度，较好的提升了晶体振荡器的温度性能。

Description

双层恒温槽晶体振荡器结构

技术领域

本实用新型涉及新型晶体振荡器结构设计，具体设计一种双层恒温槽晶振结构。

背景技术

恒温槽晶体振荡器简称恒温晶体振荡器，英文简称OCXO(OvenControlledCrystal Oscillator),是利用恒温槽控制温度敏感的石英晶体谐振器的温度，使其保持稳定，避免因环境温度变化引起的晶体振荡器频率的变化，达到较高的频率温度稳定度。恒温晶体振荡器是高精度的频率源器件，其与非恒温晶体振荡器之间的区别在于：对温度敏感的关键器件采用恒温槽控制，保持温度恒定，达到高频率温度稳定度指标。

恒温晶体振荡器根据其频率精度的不同，分为单层恒温晶体振荡器和双层恒温晶体振荡器。单层恒温晶体振荡器主要是将晶体谐振器、温度控制电路、振荡电路等设计装配在单层恒温槽结构中，结构中温度传感器检测环境温度的变化，相应改变加热模块的工作电流，从而保持结构的温度稳定。单层恒温晶体振荡器的加热模块、振荡电路、温度传感器等存在一定的温度梯度，这种温度梯度虽然可以通过合理的热结构的设计来优化，但是难以得到进一步的提升，特别是宽温工作范围的应用领域，频率温度稳定度难以达到10-9量级以下。频率温度稳定度进入10-9量级，一般采用双层恒温槽技术。

在传统的双层恒温晶体振荡器分为内部恒温槽和外部恒温槽，内部恒温槽和外部恒温槽的控温电路原理相同，外部恒温槽对内部恒温槽进行二次恒温，频率温度稳定度的改善因子一般可达10倍。最终获得的频率温度稳定度与内部恒温槽电路和结构直接相关。传统的单层恒温晶体振荡器和双层晶体振荡器中晶体均采用封装的AT切或SC切晶体谐振器，温度传感器、加热模块均为独立封装器件，一定存在热梯度，特别是晶体谐振器和温度传感器之间的热梯度影响更为明显，热结构设计可减少热梯度带来的频率波动，但从控温原理上难以提升。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的恒温晶体振荡器结构在温度范围 (-20℃到+70℃)内波动时，由于晶体谐振器采用独立封装在印制板上，和温度检测电路、温度敏感电路、温度控制电路存在热传导，输出频率精度量级与温度范围、温度变化率均有密切关系，现有技术结构限制最终输出频率精度的进一步提升的技术问题。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种双层恒温槽晶体振荡器结构，包括外层装配结构和置于外层装配结构内的内层模块单元，

内层模块单元包括一体成型工艺制作的陶瓷基座槽，与陶瓷基座槽一起一体成型工艺制作成的焊盘，焊盘位于陶瓷基座槽槽底的背面，在陶瓷基座槽内形成电路装配槽，电路装配槽中印制内层连接电路，内层连接电路的多个电路连接端子位于电路装配槽槽底的边缘，所有电路连接端子与内层连接电路采用金线键合连接实现导通，所有电路连接端子与焊盘金丝键合连接；

多个石英谐振器振子电极，与陶瓷基座槽一体成型设置，石英谐振器振子电极分别与内层连接电路连接；

石英晶体谐振器，采用导电胶粘接装配在所有石英谐振器振子电极的顶部，石英晶体谐振器的连接端子与内层连接电路连接；石英晶体谐振器为未封装的裸晶体；

内层振荡电路，采用导电胶粘接装配在内层连接电路上，内层振荡电路的元器件端子与内层连接电路连接，内层振荡电路位于石英晶体谐振器的周围；

温度检测电路，采用导电胶粘接装配在内层连接电路上且位于石英晶体谐振器的正下方用于检测石英晶体谐振器周边的环境温度，温度检测电路的元器件端子与内层连接电路连接；

内层封盖，置于陶瓷基座槽上并将陶瓷基座槽内腔抽真空形成内层密封结构；

外层装配结构包括外层底座；

外层电路板，置于外层底座上并通过外层电路板上的焊盘孔与外层底座上的金属管脚连接，外层电路板上印制外层连接电路，内层模块单元通过焊盘置于外层电路板上；

至少一个温控电路，置于内层模块单元的四周用于对石英晶体谐振器周边环境加热升温，温控电路采用高温焊接方式装配在外层连接电路上，温控电路的元器件端子与外层连接电路连接；

放大调理电路，置于内层模块单元的周围，放大调理电路采用高温焊接方式装配在外层连接电路上，放大调理电路的元器件端子与外层连接电路连接；

稳压电路，置于放大调理电路元器件的外侧，稳压电路采用高温焊接方式装配在外层连接电路上，稳压电路的元器件端子与外层连接电路连接；稳压电路的输出端连接到温控电路、放大调理电路和内层振荡电路的供电端；

封装外壳，罩在外层底座上并封焊连接。

本实用新型的有益效果是：

本双层恒温槽晶体振荡器结构，未采用现有技术中的封装结构，而是采用未封装的石英晶体谐振器，和内层振荡电路、温度检测电路、内层振荡电路处于同一个密封腔内，从而降低了从晶片到温度检测电路、内层振荡电路的热梯度，较好的提升了晶体振荡器的温度性能。

附图说明

图1是内层封装第一结构示意图(晶体谐振器装配前)。

图2是内层封装第二结构示意图(晶体谐振器装配后未装配内层封盖)。

图3是内层封装第三结构示意图(晶体谐振器装配后装配内层封盖)。

图4是外层封装结构示意图(未装配封装外壳)。

图5是晶体振荡器的示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图5和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图5所示，本实施例中双层恒温槽晶体振荡器结构，包括外层装配结构和置于外层装配结构内的内层模块单元11。

如图1、2和3所示，内层模块单元11包括一体成型工艺制作的陶瓷基座槽3，与陶瓷基座槽3一起一体成型工艺制作成的焊盘，焊盘位于陶瓷基座槽3槽底的背面，在陶瓷基座槽3内形成电路装配槽7，电路装配槽7中印制内层连接电路5，内层连接电路5的多个电路连接端子6位于电路装配槽7槽底的边缘，所有电路连接端子6与内层连接电路5采用金线键合连接实现导通，所有电路连接端子6与焊盘金丝键合连接。

多个石英谐振器振子电极1，与陶瓷基座槽3一体成型设置，石英谐振器振子电极1分别与内层连接电路5连接。

石英晶体谐振器8，采用导电胶粘接装配在所有石英谐振器振子电极1的顶部，石英晶体谐振器8的连接端子与内层连接电路5连接。本实施例中石英晶体谐振器8为采用不封装的石英晶体谐振器，内层结构中石英晶体谐振器，温度传感器和内层振荡电路安装在一个热导空间。

内层振荡电路2，采用导电胶粘接装配在内层连接电路5上，内层振荡电路2的元器件端子与内层连接电路5连接，内层振荡电路2位于石英晶体谐振器8的周围。

温度检测电路4，采用导电胶粘接装配在内层连接电路5上且位于石英晶体谐振器8的正下方用于检测石英晶体谐振器8周边的环境温度，温度检测电路4的元器件端子与内层连接电路5连接。

内层封盖9，置于陶瓷基座槽3上并将陶瓷基座槽3内腔抽真空形成内层密封结构。

本实施例的内层密封结构，包含了可能导致频率波动的主要元件。石英晶体谐振器、温度检测电路和内层振荡电路，从而保证了最终输出频率的稳定度。

如图4所示，外层装配结构包括外层底座12；

外层电路板13，置于外层底座12上并通过外层电路板13上的焊盘孔17与外层底座12 上的金属管脚16连接，金属管脚16和外层底座12通过玻璃绝缘子绝缘处理。外层电路板13上印制外层连接电路18，内层模块单元11通过焊盘置于外层电路板13上；

至少一个温控电路10，置于内层模块单元11的四周用于对石英晶体谐振器8周边环境加热升温，温控电路10采用高温焊接方式装配在外层连接电路18上，温控电路10的元器件端子与外层连接电路18连接。如图4所示，本实施例中温控电路10为三个分布在石英晶体谐振器8的四周，温控电路10在环境温度快速变化的情况下，可以控制内层模块单元11的温度保持相对恒定。

放大调理电路14，置于内层模块单元11的周围，放大调理电路14采用高温焊接方式装配在外层连接电路18上，放大调理电路14的元器件端子与外层连接电路18连接。

稳压电路15，置于放大调理电路14的外侧，稳压电路15采用高温焊接方式装配在外层连接电路18上，稳压电路15的元器件端子与外层连接电路18连接；稳压电路15的输出端连接到温控电路10、放大调理电路14和内层振荡电路2的供电端。

封装外壳19，罩在外层底座12上并封焊连接。

本实施例中恒温晶体振荡器的制造方法，本制造方法中内层模块单元11采用半导体电子装配工艺。外层装配结构采用分立电路板装配工艺。具体为包括如下步骤：

步骤1)采用一体成型工艺制作陶瓷基座槽3，陶瓷基座槽3槽底的背面一体成型有焊盘，在陶瓷基座槽3槽底一体成型形成多个石英谐振器振子电极1，在陶瓷基座槽3内形成电路装配槽7，电路装配槽7中印制内层连接电路5；

步骤2)在陶瓷基座槽3槽底的边缘设置多个电路连接端子6，所有电路连接端子6都与内层连接电路5采用金线键合连接实现导通；

步骤3)装配石英晶体谐振器8，采用导电胶将石英晶体谐振器8粘接装配在所有石英谐振器振子电极1的顶部，石英晶体谐振器8的连接端子与内层连接电路5连接；

步骤4)装配内层振荡电路2，采用导电胶将内层振荡电路2粘接装配在内层连接电路5 上并布置于石英晶体谐振器8的周围，内层振荡电路2的元器件端子与内层连接电路5连接；

步骤5)装配温度检测电路4，采用导电胶将温度检测电路4粘接装配在内层连接电路5 并布置于石英晶体谐振器8的正下方，温度检测电路4的元器件端子与内层连接电路5连接；

步骤6)测试；

步骤7)测试合格后装配内层封盖9，内层封盖9盖合在陶瓷基座槽3上，后将内腔抽真空形成内层密封结构11；

步骤8)制备外层底座12和外层电路板13，外层电路板13上印制外层连接电路18；

步骤9)装配内层密封结构11，内层密封结构11通过焊盘采用高温焊接方式固定在外层电路板13上；

步骤10)装配温控电路10，采用高温焊接方式将温控电路10装配在外层连接电路18上，温控电路10布置于内层模块单元11的四周，温控电路10的元器件端子与外层连接电路18 连接；

步骤11)装配放大调理电路14，采用高温焊接方式将放大调理电路14装配在外层连接电路18上，放大调理电路14布置于内层模块单元11的周围，放大调理电路14的元器件端子与外层连接电路18连接；

步骤12)装配稳压电路15，采用高温焊接方式将稳压电路15装配在外层连接电路18上，稳压电路15布置于放大调理电路14的外侧，稳压电路15的元器件端子与外层连接电路18 连接，将稳压电路15的输出端连接到温控电路10、放大调理电路14和内层振荡电路2的供电端；

步骤13)装配外层底座12和外层电路板13，外层电路板13置于外层底座12上并通过外层电路板13上的焊盘孔17与外层底座12上的金属管脚16连接；

步骤14)装配封装外壳19，封装外壳19罩在外层底座12上并封焊连接。

本实施例双层恒温槽晶体振荡器的工作原理如下：

晶体振荡器中的石英晶体谐振器8在激励电压作用下产生应变，通过内层连接电路转为频率输出信号。温度检测电路4检测石英晶体谐振器及内层振荡电路2的环境温度变化，温度检测电路4检测到环境温度降低时，外层装配结构中的温控电路10启动，加热电流增加，对内层模块单元11进行整体加热。温度检测电路4检测到环境温度升高时，减少温控电路 10的工作电流，降低内层模块单元11的温度，从而补偿环境工作温度变化情况下内层模块11的温度波动。

凡本实用新型说明书中未作特别说明的均为现有技术或者通过现有的技术能够实现，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种双层恒温槽晶体振荡器结构，其特征在于：包括外层装配结构和置于外层装配结构内的内层模块单元(11)，

内层模块单元(11)包括一体成型工艺制作的陶瓷基座槽(3)，与陶瓷基座槽(3)一起一体成型工艺制作成的焊盘，焊盘位于陶瓷基座槽(3)槽底的背面，在陶瓷基座槽(3)内形成电路装配槽(7)，电路装配槽(7)中印制内层连接电路(5)，内层连接电路(5)的多个电路连接端子(6)位于电路装配槽(7)槽底的边缘，所有电路连接端子(6)与内层连接电路(5)采用金线键合连接实现导通，所有电路连接端子(6)与焊盘金丝键合连接；

多个石英谐振器振子电极(1)，与陶瓷基座槽(3)一体成型设置，石英谐振器振子电极(1)分别与内层连接电路(5)连接；

石英晶体谐振器(8)，采用导电胶粘接装配在所有石英谐振器振子电极(1)的顶部，石英晶体谐振器(8)的连接端子与内层连接电路(5)连接；石英晶体谐振器(8)为未封装的裸晶体；

内层振荡电路(2)，采用导电胶粘接装配在内层连接电路(5)上，内层振荡电路(2)的元器件端子与内层连接电路(5)连接，内层振荡电路(2)位于石英晶体谐振器(8)的周围；

温度检测电路(4)，采用导电胶粘接装配在内层连接电路(5)上且位于石英晶体谐振器(8)的正下方用于检测石英晶体谐振器(8)周边的环境温度，温度检测电路(4)的元器件端子与内层连接电路(5)连接；

内层封盖(9)，置于陶瓷基座槽(3)上并将陶瓷基座槽(3)内腔抽真空形成内层密封结构；

外层装配结构包括外层底座(12)；

外层电路板(13)，置于外层底座(12)上并通过外层电路板(13)上的焊盘孔(17)与外层底座(12)上的金属管脚(16)连接，外层电路板(13)上印制外层连接电路(18)，内层模块单元(11)通过焊盘置于外层电路板(13)上；

至少一个温控电路(10)，置于内层模块单元(11)的四周用于对石英晶体谐振器(8)周边环境加热升温，温控电路(10)采用高温焊接方式装配在外层连接电路(18)上，温控电路(10)的元器件端子与外层连接电路(18)连接；

放大调理电路(14)，置于内层模块单元(11)的周围，放大调理电路(14)采用高温焊接方式装配在外层连接电路(18)上，放大调理电路(14)的元器件端子与外层连接电路(18)连接；

稳压电路(15)，置于放大调理电路(14)的外侧，稳压电路(15)采用高温焊接方式装配在外层连接电路(18)上，稳压电路(15)的元器件端子与外层连接电路(18)连接；稳压电路(15)的输出端连接到温控电路(10)、放大调理电路(14)和内层振荡电路(2)的供电端；

封装外壳(19)，罩在外层底座(12)上并封焊连接。