JP2007281913A - 高安定圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶振動子の温度を精度良く安定させ、低消費電力化を可能とする小型の高安定圧電発振器を提供すること。
【解決手段】回路基板５に挿入された水晶振動子４のリード線３に近接して加熱供給体８が配置され、温度制御用素子７が水晶振動子４のグランド線として構成されているリード線３に接するように配置されている。このため、熱伝導経路が加熱供給体８から水晶振動子４のリード線３を経由して水晶振動片１に伝わる構造となっていることから、従来のように熱伝導経路に導熱板が配置された構造と比べて、高安定水晶発振器１０の起動後における水晶振動片へ伝達される熱量の割合が大きくなる。これにより、高安定水晶発振器１０の起動後に、温度変化によって周波数などの特性が変化する水晶振動子４の温度を短時間で精度良く安定させることができる。そして、加熱供給体８から供給される熱量が多く費やされず、低消費電力化を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高安定圧電発振器に関する。

従来から、高安定圧電発振器は、水晶振動子に代表される圧電振動子および発振回路を恒温槽内に備えることにより高い周波数安定度を有し、移動体通信の基地局または測定計測機器などの基準周波数源として用いられている。

近年、高安定圧電発振器の構造を簡易にして小型化を図り、基板に加熱供給体を配置し、基板と水晶振動子との間に導熱板を配置した構造の高安定水晶発振器が知られている。この構造では、加熱供給体から供給された熱量を導熱板に伝え、導熱板に接する水晶振動子の金属ケースに熱量を伝える方法が取られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３３３３１５号公報（５頁、図１）

しかしながら、加熱供給体から水晶振動子に熱量を供給する際、加熱供給体と水晶振動子との間に、基板だけでなく、長い加熱時間を要するような比較的大きな体積を有する導熱板が熱伝導経路として配置されていることから、高安定水晶発振器の起動後に、水晶振動子および発振用素子の温度が安定に保たれ精度良く安定した周波数を出力するまでの間が長時間となっていた。即ち、熱容量が大きい導熱板が存在することで熱伝導経路間での温度がなかなか安定しないばかりでなく、導熱板が加熱されるまで加熱供給体の熱量が導熱板と水晶振動子の容器とに多く吸収されてしまう為に水晶振動子のリード線を伝って水晶振動片へ伝達される熱量が少なく、この結果、肝心な水晶振動片の温度を短時間で精度良く安定させることが困難であった。
また、加熱供給体から導熱板に供給される熱量は、導熱板に吸収される熱量と導熱板から放散される熱量との和であり、この熱量が多く費やされて低消費電力化を阻害している。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、水晶振動子の温度を精度良く安定させ、低消費電力化を可能とする小型の高安定圧電発振器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の高安定圧電発振器は、圧電振動片が容器内部に気密封止され該容器の一部から引出されたリード線とを備えた圧電振動子と、前記圧電振動子のリード線が接続された回路基板と、前記回路基板に配置され、前記圧電振動子に接続された発振用素子と、前記回路基板に配置された温度制御用素子と、前記回路基板に配置され、前記温度制御用素子に接続された加熱供給体と、前記回路基板に接続され、ベース基板に接続ピンと外部に接続される外部接続ピンとを設けたベース部材と、前記回路基板を覆い、前記ベース部材に固定されたカバーとを備え、前記回路基板に挿入された前記圧電振動子のリード線に近接して前記加熱供給体が配置され、前記温度制御用素子が前記圧電振動子のリード線に接していることを特徴とする。

この構成によれば、回路基板に挿入された圧電振動子のリード線に近接して加熱供給体が配置され、温度制御用素子が圧電振動子のリード線に接するように配置されている。このため、熱伝導経路が加熱供給体から圧電振動子のリード線を経由して圧電振動片に伝わる構造となっていることから、従来のように熱伝導経路に導熱板が配置された構造と比べて、高安定圧電発振器の起動後における水晶振動片へ伝達される熱量の割合が大きくなる。これにより、高安定圧電発振器の起動後に、温度変化によって周波数などの特性が変化する圧電振動子の温度を短時間で精度良く安定させることができる。そして、加熱供給体から供給される熱量が多く費やされず、低消費電力化を実現することができる。

本発明の高安定圧電発振器は、前記発振用素子と前記加熱供給体とが前記回路基板に対向して配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、発振用素子と加熱供給体とが回路基板に対向して配置されているため、熱伝導経路が短くなる。これにより、発振用素子の温度を短時間で安定させることができ、発振用素子の特性を一定化することができる。

本発明の高安定水晶発振器は、前記圧電振動子および前記発振用素子が、前記回路基板と前記ベース部材との間に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、圧電振動子および発振用素子が、回路基板とベース部材との間に配置されているため、外部温度の影響を受けにくく圧電振動子および発振用素子の温度が安定に保たれる。これにより、圧電振動子および発振用素子の特性を安定させることができ、精度良く安定した周波数を出力する高安定圧電発振器を提供することができる。

本発明の高安定圧電発振器は、前記回路基板に、前記接続ピンと前記加熱供給体との間の一部を隔てるスリットが形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、回路基板に、接続ピンと加熱供給体との間の一部を隔てるスリットが形成されているため、加熱供給体から供給される熱量がスリットにより遮られ、回路基板から接続ピンなどに放散することを防ぎ、圧電振動子および発振用素子の温度が安定に保たれる。これにより、圧電振動子および発振用素子の特性をさらに安定させることができる。

本発明の高安定圧電発振器は、圧電振動片が容器内部に気密封止され該容器の一部から引出されたリード線とを備えた圧電振動子と、前記圧電振動子のリード線が接続された回路基板と、前記回路基板に配置され、前記圧電振動子に接続された発振用素子と、前記回路基板に配置された温度制御用素子と、前記回路基板に配置され、前記温度制御用素子に接続された加熱供給体と、前記回路基板に接続され、ベース基板に接続ピンと外部に接続される外部接続端子とを設けたベース部材と、前記回路基板を覆い、前記ベース部材に固定されたカバーとを備え、前記回路基板に挿入された前記圧電振動子のリード線に近接して、前記加熱供給体が配置され、前記温度制御用素子が前記圧電振動子のリード線に接していることを特徴とする。

この構成によれば、回路基板に挿入された圧電振動子のリード線に近接して加熱供給体が配置され、温度制御用素子が圧電振動子のリード線に接するように配置されている。このため、熱伝導経路が加熱供給体から圧電振動子のリード線を経由して圧電振動片に伝わる構造となっていることから、従来のように熱伝導経路に導熱板が配置された構造と比べて、高安定圧電発振器の起動後における水晶振動片へ伝達される熱量の割合が大きくなる。これにより、高安定圧電発振器の起動後に、温度変化によって周波数などの特性が変化する圧電振動子の温度を短時間で精度良く安定させることができる。そして、加熱供給体から供給される熱量が多く費やされず、低消費電力化を実現することができる。また、圧電振動子および発振用素子が接続された回路基板は、接続ピンによって高安定圧電発振器内部に配置されていることから、表面実装時のリフロー温度が圧電振動子および発振用素子に直接伝わらず、圧電振動子および発振用素子の特性を悪化させることがなく、表面実装型の高安定圧電発振器を提供できる。

本発明の高安定圧電発振器は、前記発振用素子と前記加熱供給体とが前記回路基板に対向して配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、発振用素子と加熱供給体とが回路基板に対向して配置されているため、熱伝導経路が短くなる。これにより、発振用素子の温度を短時間で安定させることができ、発振用素子の特性を一定化することができる。

本発明の高安定圧電発振器は、前記圧電振動子および前記発振用素子が、前記回路基板と前記ベース部材との間に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、圧電振動子および発振用素子が、回路基板とベース部材との間に配置されているため、外部温度の影響を受けにくく圧電振動子および発振用素子の温度が安定に保たれる。これにより、圧電振動子および発振用素子の特性を安定させることができ、精度良く安定した周波数を出力する高安定圧電発振器を提供することができる。

本発明の高安定圧電発振器は、前記回路基板に、前記接続ピンと前記加熱供給体との間の一部を隔てるスリットが形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、回路基板に、接続ピンと加熱供給体との間の一部を隔てるスリットが形成されているため、加熱供給体から供給される熱量がスリットにより遮られ、回路基板から接続ピンなどに放散することを防ぎ、圧電振動子および発振用素子の温度が安定に保たれる。これにより、圧電振動子および発振用素子の特性をさらに安定させることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（第一実施形態）

以下の実施形態では、高安定圧電発振器として高安定水晶発振器の例を挙げて説明する。
図１は、本実施形態の高安定水晶発振器の構成を示し、図１（ａ）は、概略平面図であり、図１（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う概略断面図である。
図２は、本実施形態の高安定水晶発振器に用いる圧電振動子としての水晶振動子の構成を示し、図２（ａ）は、概略平面図であり、図２（ｂ）は、同図（ａ）Ｂ−Ｂ断線に沿う概略断面図である。

高安定水晶発振器１０は、図１に示すようにベース部材９と、回路基板５と、金属または樹脂などで形成されたカバー１４とを備えている。
ベース部材９は、金属からなる複数の外部接続ピン１３と複数の接続ピン１１とがセラミックまたはガラスエポキシ樹脂などで形成されたベース基板１２に接続されることにより形成されている。
回路基板５は、セラミックまたはガラスエポキシ樹脂などで形成され、主面５Ａ，５Ｂに所定の配線が形成されている。そして、回路基板５には、ベース部材９の複数の接続ピン１１に接続され、水晶振動子４および発振用素子６ならびに温度制御用素子７および加熱供給体８を備えている。また、回路基板５には、加熱供給体８と接続ピン１１との一部を隔てるようにスリット１５が形成されている。

水晶振動子４は、ベース部材９のベース基板１２に対面する回路基板５の主面５Ａに配置され、水晶振動子４の金属の容器２の一部から引出された複数のリード線３により、回路基板５に接続されている。
ここで、水晶振動子４は、図２に示すように圧電振動片としてのＳＣカット水晶振動片１が容器２内に気密封止されている。そして、容器２の一部から引出された複数のリード線３は容器２内にも延長されている。
容器２と少なくとも２本のリード線３とは、ガラスなどの絶縁体により絶縁され、２本のリード線３の一端に水晶振動片１が接続されている。そして、他のリード線３は、容器２に接続され、グランド線として構成されている。

発振用素子６は、回路基板５の主面５Ａに配置され、水晶振動子４に接続され、発振回路を構成している。そして、水晶振動子４および発振用素子６は、回路基板５とベース基板１２との間に配置されている。

温度制御用素子７は、サーミスタなどを用い水晶振動子４のグランド線として構成されているリード線３に接するように配置され、樹脂などで固定されている。
なお、温度制御用素子７は、水晶振動片１に接続された２本のリード線３のいずれかに接するように配置されていてもよい。

加熱供給体８は、チップ抵抗およびパワートランジスタなどを用い回路基板５の主面５Ａと対向する回路基板５の主面５Ｂに配置され、回路基板５に挿入された水晶振動子４の複数のリード線３に近接して配置されている。加熱供給体８から供給された熱量が、リード線３を経由して水晶振動子４に供給可能な構成としている。なお、熱伝導経路を確保するために、リード線３の径は太く形成されていることが好ましい。
そして、加熱供給体８は、温度制御用素子７により水晶振動子４の温度を検知可能にし、加熱供給体８から供給される熱量を制御可能な構成としている。

カバー１４は、回路基板５を覆うようにして配置され、ベース部材９のベース基板１２に固定されている。回路基板５は、カバー１４により外気からが隔てられ、接続ピン１１によって高安定水晶発振器１０内部に配置された構造となっている。

回路基板５に配置された水晶振動子４および発振用素子６ならびに温度制御用素子７および加熱供給体８は、接続ピン１１を経由して外部接続ピン１３に接続され高安定水晶発振器１０の外部との接続を可能にしている。これにより、高安定水晶発振器１０を駆動可能な構成としている。

以下、第一実施形態の効果を記載する。
（１）回路基板５に挿入された水晶振動子４のリード線３に近接して加熱供給体８が配置され、温度制御用素子７が水晶振動子４のグランド線として構成されているリード線３に接するように配置されている。このため、熱伝導経路が加熱供給体８から水晶振動子４のリード線３を経由して水晶振動片１に伝わる構造となっていることから、従来のように熱伝導経路に導熱板が配置された構造と比べて、高安定水晶発振器１０の起動後における水晶振動片へ伝達される熱量の割合が大きくなる。これにより、高安定水晶発振器１０の起動後に、温度変化によって周波数などの特性が変化する水晶振動子４の温度を短時間で精度良く安定させることができる。そして、加熱供給体８から供給される熱量が多く費やされず、低消費電力化を実現することができる。
更に、グランド線としてのリード線３が水晶振動片１に接続されていれば、温度制御用素子７はリード線３を介して正確に水晶振動片１の温度を感知することができるので水晶振動片の温度をより精度良く安定させることができる。
（２）発振用素子６と加熱供給体８とが回路基板５に対向して配置されているため、熱伝導経路が短くなる。これにより、発振用素子６の温度を短時間で安定させることができ、発振用素子６の特性を一定化することができる。
（３）水晶振動子４および発振用素子６が、回路基板５とベース部材９との間に配置されているため、水晶振動子４および発振用素子６の温度が安定に保たれる。これにより、水晶振動子４および発振用素子６の特性を安定させることができ、精度良く安定した周波数を出力する高安定水晶発振器１０を提供することができる。
（４）回路基板５に、接続ピン１１と加熱供給体８との間の一部を隔てるスリット１５が形成されているため、加熱供給体８から供給される熱量がスリットにより遮られ、回路基板５から接続ピン１１などに放散することを防ぎ、水晶振動子４および発振用素子６の温度が安定に保たれる。これにより、水晶振動子４および発振用素子６の特性をさらに安定させることができる。
（第二実施形態）

図３は、本実施形態の高安定水晶発振器の構成を示し、図３（ａ）は、概略平面図であり、図３（ｂ）は、同図（ａ）のＣ−Ｃ断線に沿う概略断面図である。
なお、本実施形態の高安定水晶発振器に用いる圧電振動子としての水晶振動子は、第一実施形態と同様の構成とし、図２に示す水晶振動子４を用いる。

高安定水晶発振器２０は、図３に示すようにベース部材２９と、回路基板２５と、金属または樹脂などで形成されたカバー３４とを備えている。
ベース部材２９は、金属からなる複数の外部接続端子３３と複数の接続ピン３１とがセラミックまたはガラスエポキシ樹脂などで形成されたベース基板３２に接続されることにより形成されている。
回路基板２５は、セラミックまたはガラスエポキシ樹脂などで形成され、主面２５Ａ，２５Ｂに所定の配線が形成されている。そして、回路基板２５には、ベース部材２９の複数の接続ピン３１に接続され、水晶振動子４および発振用素子２６ならびに温度制御用素子２７および加熱供給体２８を備えている。また、回路基板２５には、加熱供給体２８と接続ピン３１との一部を隔てるようにスリット３５が形成されている。

水晶振動子４は、ベース部材２９のベース基板３２に対面する回路基板２５の主面２５Ａに配置され、水晶振動子４の金属の容器２の一部から引出された複数のリード線３により、回路基板２５に接続されている。
ここで、水晶振動子４は、図２に示すように圧電振動片としてのＳＣカット水晶振動片１が容器２内に気密封止されている。そして、容器２の一部から引出された複数のリード線３は容器２内にも延長されている。
容器２と少なくとも２本のリード線３とは、ガラスなどの絶縁体により絶縁され、２本のリード線３の一端に水晶振動片１が接続されている。そして、他のリード線３は、容器２に接続され、グランド線として構成されている。

発振用素子２６は、回路基板２５の主面２５Ａに配置され、水晶振動子４に接続され、発振回路を構成している。そして、水晶振動子４および発振用素子２６は、回路基板２５とベース基板３２との間に配置されている。

温度制御用素子２７は、サーミスタなどを用い水晶振動子４のグランド線として構成されているリード線３に接するように配置され、樹脂などで固定されている。
なお、温度制御用素子２７は、水晶振動片１に接続された２本のリード線３のいずれかに接するように配置されていてもよい。

加熱供給体２８は、チップ抵抗およびパワートランジスタなどを用い回路基板２５の主面２５Ａと対向する回路基板２５の主面２５Ｂに配置され、回路基板２５に挿入された水晶振動子４の複数のリード線３に近接して配置されている。加熱供給体２８から供給された熱量が、リード線３を経由して水晶振動子４に供給可能な構成としている。なお、熱伝導経路を確保するために、リード線３の径は太く形成されていることが好ましい。
そして、加熱供給体２８は、温度制御用素子２７により水晶振動子４の温度を検知可能にし、加熱供給体２８から供給される熱量を制御可能な構成としている。

カバー３４は、回路基板２５を覆うようにして配置され、ベース部材２９のベース基板３２に固定されている。回路基板２５は、カバー３４により外気からが隔てられ、接続ピン３１によって高安定水晶発振器２０内部に配置された構造となっている。

回路基板２５に配置された水晶振動子４および発振用素子２６ならびに温度制御用素子２７および加熱供給体２８は、接続ピン３１を経由して表面実装用としての外部接続端子３３に接続され高安定水晶発振器２０の外部との接続を可能にしている。これにより、高安定水晶発振器２０を駆動可能な構成としている。

以下、第一実施形態の効果に加えて、水晶振動子４および発振用素子２６が接続された回路基板２５は、接続ピン３１によって高安定水晶発振器２０内部に配置されていることから、表面実装時のリフロー温度が水晶振動子４および発振用素子２６に直接伝わらず、水晶振動子４および発振用素子２６の特性を悪化させることがなく、表面実装型の高安定水晶発振器２０を提供できる。

（ａ）は、本実施形態における高安定水晶発振器の概略平面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）Ａ−Ａ断線に沿う概略断面図。 （ａ）は、本実施形態における高安定水晶発振器および高安定水晶発振器に用いる水晶振動子の概略平面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）Ｂ−Ｂ断線に沿う概略断面図。 （ａ）は、本実施形態における高安定水晶発振器２０の概略平面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）Ｃ−Ｃ断線に沿う概略断面図。

符号の説明

１…圧電振動片としてのＳＣカット水晶振動片、２…容器、３…リード線、４…圧電振動子としての水晶振動子、５…回路基板、５Ａ…回路基板５の主面、５Ｂ…回路基板５の主面、６…発振用素子、７…温度制御用素子、８…加熱供給体、９…ベース部材、１０…高安定水晶発振器、１１…接続ピン、１２…ベース基板、１３…外部接続ピン、１４…カバー、１５…スリット、２０…高安定水晶発振器、２５…回路基板、２５Ａ…回路基板２５の主面、２５Ｂ…回路基板２５の主面、２６…発振用素子、２７…温度制御用素子、２８…加熱供給体、２９…ベース部材、３１…接続ピン、３２…ベース基板、３３…外部接続端子、３４…カバー、３５…スリット。

Claims (8)

1. 圧電振動片が容器内部に気密封止され該容器の一部から引出されたリード線とを備えた圧電振動子と、
   前記圧電振動子のリード線が接続された回路基板と、
   前記回路基板に配置され、前記圧電振動子に接続された発振用素子と、
   前記回路基板に配置された温度制御用素子と、
   前記回路基板に配置され、前記温度制御用素子に接続された加熱供給体と、
   前記回路基板に接続され、ベース基板に接続ピンと外部に接続される外部接続ピンとを設けたベース部材と、
   前記回路基板を覆い、前記ベース部材に固定されたカバーとを備え、
   前記回路基板に挿入された前記圧電振動子のリード線に近接して前記加熱供給体が配置され、
   前記温度制御用素子が前記圧電振動子のリード線に接していることを特徴とする高安定圧電発振器。
2. 請求項１に記載の高安定圧電発振器において、
   前記発振用素子と前記加熱供給体とが前記回路基板に対向して配置されていることを特徴とする高安定圧電発振器。
3. 請求項１又は２に記載の高安定圧電発振器において、
   前記圧電振動子および前記発振用素子が、前記回路基板と前記ベース部材との間に配置されていることを特徴とする高安定圧電発振器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の高安定圧電発振器において、
   前記回路基板に、前記接続ピンと前記加熱供給体との間の一部を隔てるスリットが形成されていることを特徴とする高安定圧電発振器。
5. 圧電振動片が容器内部に気密封止され該容器の一部から引出されたリード線とを備えた圧電振動子と、
   前記圧電振動子のリード線が接続された回路基板と、
   前記回路基板に配置され、前記圧電振動子に接続された発振用素子と、
   前記回路基板に配置された温度制御用素子と、
   前記回路基板に配置され、前記温度制御用素子に接続された加熱供給体と、
   前記回路基板に接続され、ベース基板に接続ピンと外部に接続される外部接続端子とを設けたベース部材と、
   前記回路基板を覆い、前記ベース部材に固定されたカバーとを備え、
   前記回路基板に挿入された前記圧電振動子のリード線に近接して、前記加熱供給体が配置され、
   前記温度制御用素子が前記圧電振動子のリード線に接していることを特徴とする高安定圧電発振器。
6. 請求項５に記載の高安定圧電発振器において、
   前記発振用素子と前記加熱供給体とが前記回路基板に対向して配置されていることを特徴とする高安定圧電発振器。
7. 請求項４又は６に記載の高安定圧電発振器において、
   前記圧電振動子および前記発振用素子が、前記回路基板と前記ベース部材との間に配置されていることを特徴とする高安定圧電発振器。
8. 請求項４〜７のいずれか一項に記載の高安定圧電発振器において、
   前記回路基板に、前記接続ピンと前記加熱供給体との間の一部を隔てるスリットが形成されていることを特徴とする高安定圧電発振器。
   

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