JP2008205886A - Highly stable piezoelectric oscillator - Google Patents
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本発明は、周波数制御デバイス等として使用される高安定圧電発振器の改良に関し、特に圧電振動子をパワートランジスタにより加熱するとともに、温度制御回路によって加熱温度を制御する構成を備えた高安定圧電発振器において、プリント基板によって支持された圧電振動子を加熱するための発熱部品からの熱がプリント基板を過剰に加熱することによってプリント基板上の回路素子に悪影響を与える不具合を解消した高安定圧電発振器に関する。 The present invention relates to an improvement of a highly stable piezoelectric oscillator used as a frequency control device or the like, and particularly in a highly stable piezoelectric oscillator having a configuration in which a piezoelectric vibrator is heated by a power transistor and a heating temperature is controlled by a temperature control circuit. The present invention relates to a highly stable piezoelectric oscillator that eliminates a problem in which heat from a heat-generating component for heating a piezoelectric vibrator supported by a printed circuit board excessively heats the printed circuit board and adversely affects circuit elements on the printed circuit board.
移動体通信機器や伝送通信機器に用いる周波数制御デバイスである水晶発振器等の圧電発振器として、外部の温度変化に影響されることなく高安定な周波数を出力することができる恒温槽型圧電発振器が従来から知られている。更に、近年これらの分野では、各種機器に対して、小型、軽量で携帯可能であることが求められてきているため、それに対応して恒温槽型圧電発振器についても小型、軽量化が市場から求められている。
従来の恒温槽型圧電発振器は、高安定な周波数を得る為に、熱容量が大きい金属ブロック等の恒温槽(oven)の凹所内に圧電振動子を収容し、更に金属ブロックをヒータにより所定の温度に加熱していた。しかし、大型の金属ブロックを用いると、発振器全体の嵩が増大するため、小型、軽量化という要請を満たすことができなかった。また、金属ブロックを介して圧電振動子内部の圧電振動素子を加熱する構成であったため、ヒータからの熱が圧電振動素子に達して、所望周波数に達するまでに長い時間を要するという問題があった。
As a piezoelectric oscillator such as a crystal oscillator, which is a frequency control device used in mobile communication equipment and transmission communication equipment, a thermostatic oven type piezoelectric oscillator that can output a highly stable frequency without being affected by external temperature changes has been conventionally used. Known from. Furthermore, in recent years, in these fields, various devices have been required to be small, light and portable, and accordingly, the thermostatic chamber type piezoelectric oscillator is required from the market to be small and light. It has been.
In order to obtain a highly stable frequency, a conventional thermostatic oven type piezoelectric oscillator houses a piezoelectric vibrator in a recess of a thermostatic oven (even) such as a metal block having a large heat capacity, and further heats the metal block to a predetermined temperature with a heater. It was heated to. However, when a large metal block is used, the bulk of the entire oscillator increases, so that it has not been possible to satisfy the demand for reduction in size and weight. In addition, since the piezoelectric vibration element inside the piezoelectric vibrator is heated via the metal block, there is a problem that it takes a long time for the heat from the heater to reach the piezoelectric vibration element and reach the desired frequency. .
大型の金属ブロックを用いないタイプの高安定圧電発振器として、特許文献1には、プリント基板の下面に水晶振動子を搭載すると共にこの水晶振動子を高温槽により包囲し、更に恒温槽に近いプリント基板面に加熱用の発熱部品及び導熱板を搭載したユニットを、上下の金属カバーで包囲し、更にプリント基板から下方へ突設された金属ピンを下側の金属カバーに設けた穴を介して外部に突出したタイプが開示されている。
この従来例によれば、発熱部品がプリント基板に接しているため、発熱部品の温度(T1)、プリント基板の温度(T2)、恒温槽の温度(T3)、及び水晶振動子の温度(T4)の関係が、T1>T2>T3>T4となり、プリント基板温度が水晶振動子温度よりも高温となる。一般に恒温槽を備えた高安定圧電発振器(OCXO)にあっては、水晶振動子の温度を振動子の零温度係数に合わせて設定しているため、+80℃程度の温度に維持する必要がある。しかし、プリント基板がこの水晶振動子の設定温度以上に高くなると、プリント基板上に搭載された各種回路部品を構成する半導体の使用温度範囲を超えたり、実装している電子部品が熱エージングによって劣化する虞がある。
本来、発熱部品は水晶振動子のみを加熱すれば足りるにも拘わらず、このようにプリント基板上に発熱部品を搭載すると、プリント基板も高温化し、プリント基板上の回路部品の劣化をもたらすという問題があった。
According to this conventional example, since the heat generating component is in contact with the printed circuit board, the temperature of the heat generating component (T1), the temperature of the printed circuit board (T2), the temperature of the thermostat (T3), and the temperature of the crystal resonator (T4). ) T1>T2>T3> T4, and the printed circuit board temperature is higher than the crystal resonator temperature. In general, in a highly stable piezoelectric oscillator (OCXO) equipped with a thermostatic chamber, the temperature of the crystal resonator is set in accordance with the zero temperature coefficient of the resonator, so it is necessary to maintain the temperature at about + 80 ° C. . However, if the printed circuit board becomes higher than the set temperature of this crystal unit, the operating temperature range of the semiconductors that make up various circuit components mounted on the printed circuit board will be exceeded, or the mounted electronic components will deteriorate due to thermal aging. There is a risk of doing.
Originally, it is sufficient to heat only the crystal unit as a heat-generating component. However, if a heat-generating component is mounted on a printed circuit board in this way, the temperature of the printed circuit board will also rise and cause deterioration of circuit components on the printed circuit board. was there.
以上のように従来の高安定圧電発振器にあっては、恒温槽内の圧電振動子を加熱するための発熱部品が圧電振動子を支持するプリント基板に近接して配置されていたため、プリント基板を介して搭載部品を過剰に加熱して劣化させるという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、プリント基板に搭載した圧電振動子を金属キャップにより包囲すると共に、プリント基板から離隔した金属キャップ外面に加熱用の発熱部品を取り付けることにより、圧電振動子を集中して加熱し、プリント基板上の回路部品の熱による劣化を防止するようにした高安定圧電発振器を提供することを目的としている。
As described above, in the conventional high-stability piezoelectric oscillator, the heat generating component for heating the piezoelectric vibrator in the thermostatic bath is disposed in the vicinity of the printed board supporting the piezoelectric vibrator. There is a problem that the mounted components are excessively heated and deteriorated.
The present invention has been made in view of the above, and surrounds a piezoelectric vibrator mounted on a printed circuit board with a metal cap and attaches a heat generating component for heating to the outer surface of the metal cap separated from the printed circuit board. An object of the present invention is to provide a highly stable piezoelectric oscillator in which a child is concentrated and heated to prevent deterioration of circuit components on a printed circuit board due to heat.
上記課題を解決するため、本発明に係る高安定圧電発振器は、表面実装用のベースプリント基板と、該ベースプリント基板上面に立設した導体ピンによって支持されることによって該ベースプリント基板上面との間に所定の間隔を保持して並行に配置された圧電振動子実装用の上部プリント基板と、該上部プリント基板下面に実装された圧電振動子と、該圧電振動子を含む該上部プリント基板下面の空間を包囲する金属キャップと、前記ベースプリント基板上面と非接触の状態で該金属キャップ下面に固定された発熱部品と、該上部プリント基板上面に実装される発振回路部品と、前記各部品を含む該ベースプリント基板上の空間を包囲する金属製発振器ケースと、を備えたことを特徴とする。
発熱部品を上部プリント基板から離間させると共に、金属キャップの下面に直接取り付けたので、金属キャップ及び圧電振動子の温度を高めることができる一方で、上部プリント基板を過剰に加熱することがなくなる。このため、上部プリント基板上に搭載された各種回路部品を構成する半導体の使用温度範囲を超えたり、実装している電子部品が熱エージングによって劣化する不具合がなくなる。
In order to solve the above-described problems, a highly stable piezoelectric oscillator according to the present invention includes a surface-mounted base printed board and a top surface of the base printed board by being supported by conductor pins erected on the upper surface of the base printed board. An upper printed circuit board for mounting piezoelectric vibrators arranged in parallel with a predetermined interval therebetween, a piezoelectric vibrator mounted on the lower surface of the upper printed circuit board, and a lower surface of the upper printed circuit board including the piezoelectric vibrator A metal cap that surrounds the space, a heat-generating component fixed to the lower surface of the metal cap in a non-contact state with the upper surface of the base printed circuit board, an oscillation circuit component mounted on the upper surface of the upper printed circuit board, and the components. And a metal oscillator case surrounding the space on the base printed board.
Since the heat generating component is separated from the upper printed circuit board and attached directly to the lower surface of the metal cap, the temperature of the metal cap and the piezoelectric vibrator can be increased, but the upper printed circuit board is not excessively heated. For this reason, there is no problem that the operating temperature range of the semiconductor constituting the various circuit components mounted on the upper printed circuit board is exceeded or the mounted electronic components are deteriorated by thermal aging.
また本発明は、前記発熱部品はパワートランジスタであり、該パワートランジスタの本体から突出したリード端子を屈曲させることにより該リード端子先端部を前記ベースプリント基板上の配線パターンと半田接続したことを特徴とする。 In the invention, the heat generating component is a power transistor, and the lead terminal tip is solder-connected to the wiring pattern on the base printed board by bending the lead terminal protruding from the main body of the power transistor. And
また本発明は、前記発熱部品はパワートランジスタであり、該パワートランジスタの本体から突出したリード端子を前記ベースプリント基板上面と略平行に引き出した状態で、該ベースプリント基板上に突設した台座プリント基板上の配線パターンと該リード端子先端とを半田付けしたことを特徴とする。
パワートランジスタのリード端子を屈曲加工したり、ベースプリント基板面にリード端子先端を仮止めしつつ手作業によって半田接続を行う等の手数がなくなる分だけ製造手数が削減される。
According to the present invention, the heat-generating component is a power transistor, and a pedestal print projecting on the base printed board in a state in which a lead terminal protruding from the main body of the power transistor is pulled out substantially parallel to the upper surface of the base printed board. The wiring pattern on the substrate and the lead terminal tip are soldered.
The number of manufacturing steps is reduced by eliminating the need for bending the lead terminals of the power transistors or by manually soldering while temporarily fixing the leading ends of the lead terminals to the surface of the base printed board.
以下、本発明を図面に示した形態例に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る高安定圧電発振器の一例としての高安定水晶発振器の構成を示す正面一部縦断面図である。
表面実装用の高安定水晶発振器1は、底部に実装端子を備えた表面実装用のベースプリント基板2と、ベースプリント基板2の上面との間に所定の間隔を介して導体ピン5により並行に支持された圧電振動子実装用の上部プリント基板10と、上部プリント基板10の下面に実装された水晶振動子(圧電振動子)20と、水晶振動子20を含む上部プリント基板下面の空間を包囲する金属キャップ30と、ベースプリント基板2の上面と非接触の状態で金属キャップ30の下面に固定された発熱部品40と、ベースプリント基板2の上面、或いは上部プリント基板10の面上に夫々実装される発振回路部品50、51と、金属キャップ30の外面適所に配置された温度制御素子(サーミスタ)60と、各部品20、30、40、50、51、60を含むベースプリント基板2上の空間を包囲する金属製発振器ケース70と、温度制御素子60による検知温度をフィードバックして発熱部品40の発熱量を制御することにより水晶振動子20の温度を制御する図示しない制御回路と、を備えている。
熱による悪影響を受けやすい回路部品、例えば高周波の発振回路部品50は上部プリント基板10上に搭載し、熱に強い回路部品はベースプリント基板2上に搭載する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a partial front sectional view showing a configuration of a highly stable crystal oscillator as an example of a highly stable piezoelectric oscillator according to an embodiment of the present invention.
A highly stable crystal oscillator 1 for surface mounting is provided in parallel by
A circuit component that is easily affected by heat, for example, a high-frequency
発熱部品40は例えばパワートランジスタであり、トランジスタ本体41と、本体41から突出した三本のリード端子42とから構成されている。本実施形態では、本体41を金属キャップ30の下面に接着等により固定した状態で、クランク状に屈曲加工したリード端子42の先端部をベースプリント基板2上の配線パターンと半田接続している。発熱源となる本体41は上部プリント基板10と離間しているため、発熱部品40からの熱が直接上部プリント基板10に伝達されて搭載された回路部品50を過剰に加熱して劣化させることがない。つまり、発熱部品40は金属キャップ30を介して内蔵された水晶振動子20を先行して加熱する構造であるため、上部プリント基板が水晶振動子の温度を超えて過剰に昇温することが防止される。一方、発熱部品40は、ベースプリント基板上面との間にも十分な空間を保持しているため、ベースプリント基板2を過剰に加熱して搭載部品に悪影響を及ぼす虞もない。
制御回路を構成する回路部品は例えばベースプリント基板2上に搭載し、温度制御素子60から延びるリード端子を制御回路と接続する。
金属製発振器ケース70は、発熱部品40によって昇温した金属キャップ30からの放熱防止、電磁的な悪影響の防止を図っている。
The
Circuit components constituting the control circuit are mounted on, for example, the base printed
The
本発明によれば、発熱時における発熱部品40の温度をT1、上部プリント基板10の温度をT2、金属キャップ(恒温槽)30の温度をT3、水晶振動子20の温度をT4とした時に、これらの関係が、T1>T3>T4>T2となり、上部プリント基板10の温度T2が水晶振動子の温度T4よりも大幅に低温となる。水晶振動子20の温度を+80℃程度に維持した場合、上部プリント基板温度T2を50℃程度に留めることができる。このため、上部プリント基板10上に搭載された各種回路部品50を構成する半導体の使用温度範囲を超えたり、実装している電子部品が熱エージングによって劣化する不具合がなくなる。
According to the present invention, when the temperature of the
次に、図2は本発明の他の実施形態に係る高安定圧電発振器の正面一部縦断面図である。
この実施形態に係る高安定圧電発振器1は、発熱部品40としてパワートランジスタを用い、パワートランジスタ40の本体41から突出した三本のリード端子42をベースプリント基板2の上面と略平行に引き出した状態で(屈曲加工しない状態で)、ベースプリント基板2上に突設した台座プリント基板80上の配線パターンとリード端子先端とを半田付けした構成が特徴的である。
図1の実施形態に係る高安定圧電発振器においては、パワートランジスタ40の本体41から突出したリード端子42をクランク状に屈曲させているが、リード端子をクランク状に屈曲させる作業と、リード端子先端部を半田接続する作業は人手による面倒な作業であり、工数の増大をもたらして生産性を低下させる原因となっている。
本実施形態では、金属キャップ30の下面に固定したパワートランジスタ40の本体41の底部から横方向へ突出したリード端子42を加工することなく、ベースプリント基板2上の予め配置した台座プリント基板80上にリード端子先端部を半田接続しているため、生産性の低下を防止することができる。図1の実施形態においては、屈曲させたリード端子をベースプリント基板上に仮固定した状態で手作業によって半田接続する必要があったが、本発明によればリード端子を台座基板面上にセットした状態で自動的なリフロー工程により接続を行うことが可能となる。
Next, FIG. 2 is a partial front longitudinal sectional view of a highly stable piezoelectric oscillator according to another embodiment of the present invention.
In the highly stable piezoelectric oscillator 1 according to this embodiment, a power transistor is used as the
In the highly stable piezoelectric oscillator according to the embodiment of FIG. 1, the
In the present embodiment, on the base printed
なお、台座プリント基板80は、その上面がリード端子先端部を支持し易い位置関係となるように予めベースプリント基板面上に固定しておく。
なお、上記実施形態では水晶発振器について説明したが、本発明は水晶以外の圧電材料を用いた他の圧電発振器にも適用することができる。
The pedestal printed
Although the crystal oscillator has been described in the above embodiment, the present invention can also be applied to other piezoelectric oscillators using a piezoelectric material other than quartz.
1…高安定水晶発振器、2…ベースプリント基板、5…導体ピン、10…上部プリント基板、20…水晶振動子(圧電振動子)、30…金属キャップ、40…発熱部品(パワートランジスタ)、40…発熱部品、41…トランジスタ本体、42…リード端子、50…発振回路部品、60…温度制御素子、70…金属製発振器ケース、80…台座プリント基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Highly stable crystal oscillator, 2 ... Base printed circuit board, 5 ... Conductor pin, 10 ... Upper printed circuit board, 20 ... Crystal oscillator (piezoelectric vibrator), 30 ... Metal cap, 40 ... Heat generating component (power transistor), 40 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Heat-generating component, 41 ... Transistor main body, 42 ... Lead terminal, 50 ... Oscillator circuit component, 60 ... Temperature control element, 70 ... Metal oscillator case, 80 ... Base printed circuit board.
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