JP2010219578A - 恒温型の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装振動子の動作温度を直接的に検出し、金属カバーをアース電位に接地する恒温型発振器を提供する。
【解決手段】容器本体に水晶片を収容して金属カバーによって密閉封入するとともに容器本体の外底面には少なくとも水晶片と電気的に接続した実装端子としての水晶端子を有する表面実装振動子３Ａと、表面実装振動子の動作温度を検出するサーミスタ３Ｒthと、表面実装振動子とともに発振回路を形成する素子、及びサーミスタ３Ｒthとともに形成する温度制御回路の素子を配設する回路基板４とを備えた恒温型の水晶発振器において、サーミスタ３Ｒthは第１と第２の端子電極１５aおよび１５ｂ以外にこれらとは電気的に独立した温度検出電極１５cを有し、温度検出電極１５cは表面実装振動子の水晶端子と回路基板４に形成された回路パターンによって電気的に接続した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は恒温型の水晶発振器（以下、恒温型発振器とする）を技術分野とし、特に水晶振動子の動作温度をリアルタイムに検出する恒温型発振器に関する。

（発明の背景）
恒温型発振器は特に水晶振動子の動作温度を一定に維持することから、周波数温度特性に依存した周波数変化を引き起こすことなく、例えば0.1ppm以下やppbオーダーとした高安定の発振周波数を得られる。そして、これらは、特に通信設備の固定局として適用される。

（従来技術の一例、特許文献１参照）
第２図は一従来例を説明する恒温型発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は概略の回路図である。

恒温型発振器は発振回路１及び温度制御回路２を有し、これらを形成する各素子３を回路基板４に配設する。回路基板４は例えば金属ベース５の表面上に突出したリード線６に保持され、抵抗溶接によって金属カバー７が接合される。発振回路１は表面実装振動子３Ａ及び発振部のコンデンサや発振用増幅器からなり、例えば表面実装振動子３Ａをインダクタ成分としたコルピッツ型とする。

表面実装振動子３Ａは、第３図（断面図、底面図）に示したように、積層セラミックからなる凹状とした容器本体８に例えばＡＴカットやＳＣカットとした水晶片９を収容し、金属カバー１０を接合して密閉封入する。容器本体８の外底面には実装端子１１を有し、一組の対角部には水晶端子１１ａを、他組の対角部にはアース端子１１ｂを有する。

水晶片９は励振電極１６（ａｂ）から引出電極１７（ａｂ）の延出した一端部両側が導電性接着剤１２によって水晶保持端子１３に固着される。そして、外底面の水晶端子１１ａに図示しない外側面の端面電極を含む配線路によって電気的に接続する。金属カバー１０は例えばシーム溶接によって開口端面の金属リング１８に接合し、外底面のアース端子１１ｂに図示しない枠壁の貫通電極を含む配線路によって電気的に接続する。

温度制御回路２は表面実装振動子３Ａの動作温度によって抵抗値の変化するサーミスタ３Ｒthと固定抵抗３Ｒaによる検出電圧及び固定抵抗３Ｒb、３Ｒcによる規準電圧をオペアンプ３０Ａの入力に印加して比較電圧を得る。比較電圧はパワートランジスタ３Trの出力を制御し、チップ抵抗からなる加熱抵抗３Ｒhへの電力を供給する。これにより、表面実装振動子３Ａの動作温度を一定に維持する。

このようなものでは、表面実装振動子３Ａ、加熱抵抗３Ｒh、サーミスタ３Ｒth、及びパワートランジスタ３Trを金属ベース５と対面した回路基板４の下面に配設する。これらの各素子３は熱伝導性樹脂１４によって覆われる。これにより、表面実装振動子３Ａ、加熱抵抗３Ｒh、サーミスタ３Ｒth、及びパワートランジスタ３Trは熱的に結合する。

サーミスタ３Ｒthの両端側に設けられた第１と第２の端子電極１５（ａｂ）のうちの第１端子電極１５ａの接続するサーミスタ用回路端子１５Ａは、特に第４図（一部配線パターン及びサーミスタの図）に示したように、表面実装振動子３Ａのアース端子１１ｂの接続する振動子用回路端子１１Ｂに接続する。これにより、表面実装振動子３Ａの動作温度を直接的に検出する。回路基板４の上面にはこれら以外の発振回路１や温度制御回路２の各素子３が配設される。

特開２００６−３１１４９６号公報 特開２００６−２７８７９３号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の恒温型発振器では、サーミスタ３Ｒthの一端が接続する表面実装振動子３Ａのアース端子１１ｂは水晶片９との電気的な接続はないので、厳格には熱的にも直接的な結合はない。したがって、サーミスタ３Ｒthの一端をアース端子１１ｂに電気的に接続しても、水晶振動子の動作温度即ち水晶片９の動作温度を直接に検出するには至らない問題があった。

また、サーミスタ３Ｒthの一端を表面実装振動子３Ａのアース端子１１ｂに接続するので、アース端子１１ｂはサーミスタ３Ｒthの一端側の電位となる。したがって、恒温型発振器をセット基板に搭載する際、アース端子１１ｂをセット基板のグランドパターンには接続できず、表面実装振動子３Ａの金属カバー１０を接地できない問題があった。

（発明の目的）
本発明は表面実装振動子の動作温度を直接的に検出することを第１目的とし、第２に金属カバーをアース電位に接地する恒温型発振器を提供することを目的とする。

（着目技術）
本発明は特許文献２で示されるサーミスタに着目した。すなわち、第１と第２の端子電極以外にこれらとは電気的に独立した第３の端子電極を有するサーミスタに着目した。
（解決手段）
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、容器本体に水晶片を収容して金属カバーによって密閉封入するとともに前記容器本体の外底面には少なくとも前記水晶片と電気的に接続した実装端子としての水晶端子を有する表面実装振動子と、前記表面実装振動子の動作温度を検出するサーミスタと、前記表面実装振動子とともに発振回路を形成する素子及び前記サーミスタとともに形成する温度制御回路の素子を配設する回路基板とを備えた恒温型の水晶発振器において、前記サーミスタは第１と第２の端子電極以外にこれらとは電気的に独立した温度検出電極を有し、前記温度検出電極は前記表面実装振動子の水晶端子と前記回路基板に形成された回路パターンによって電気的に接続した構成とする。

このような構成であれば、表面実装振動子の外底面の水晶端子とサーミスタの温度検出電極とが回路パターンによって電気的に接続する。したがって、サーミスタの温度検出電極は外底面の水晶端子を経て、水晶片（特に励振電極）と電気的に直接に接続する。これにより、従来例のサーミスタをアース端子に接続する場合よりも、表面実装振動子の動作温度を直接に検出できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記容器本体の外底面には実装端子としてのアース端子を有し、前記アース端子は前記金属カバーに電気的に接続する。これにより、請求項１での効果である表面実装振動子の動作温度を直接に検出できた上で、アース端子をグランドパターンに接地できる。

本発明の一実施形態を説明する恒温型発振器の図で、同図（ａ）は回路基板の一部配線パターンの図、同図（ｂ）はサーミスタの図である。 一従来例を説明する恒温型発振器の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は概略の回路図である。 一従来例を説明する表面実装振動子の図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は底面図、同図（ｃ）は水晶片の平面図である。 一従来例を説明する恒温型発振器の図で、同図（ａ）は回路基板の一部配線パターンの図、同図（ｂ）はサーミスタの図である。

以下、第１図（一部配線パターン及びサーミスタの図）によって、本発明の一実施形態を説明する。なお、従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

恒温型発振器は、前述同様に、容器本体８の外底面に水晶端子１１ａ及びアース端子１１ｂを有して水晶片９を金属カバー１０によって密閉封入した表面実装振動子３Ａを有する発振回路１、及び表面実装振動子３Ａの動作温度を一定に維持する温度制御回路２からなる。そして、これらを形成する各素子３を回路基板４に配設し、回路基板４を金属ベース５上に保持して金属カバー７を接合してなる（前第２図参照）。

温度制御回路２は少なくとも加熱抵抗３Ｒh、パワートランジスタ３Tr及びサーミスタ３Ｒthを有し、回路基板４の下面に配設される。ここでのサーミスタ３Ｒthは特許文献２に示されるように、両端側に第１と第２の端子電極１５（ａｂ）を有し、これらとは電気的に独立した中央領域に温度検出電極１５ｃを有する。そして、サーミスタ３Ｒthは表面実装振動子３Ａに隣接して配設される。

回路基板４には表面実装振動子３Ａの実装端子１１（水晶端子１１ａ及びアース端子１１ｂ）が固着される振動子用回路端子１１（ＡＢ）、さらにサーミスタの端子電極１５（ａｂ）及び温度検出電極１５ｃの固着されるサーミスタ用回路端子１５（ＡＢＣ）を有する。振動子用回路端子１１（ＡＢ）は表面実装振動子３Ａの実装端子１１（ａｂ）に対応する。すなわち、一対の対角部を水晶端子１１ａの固着する振動子用回路端子１１Ａとし、他組の対角部をアース端子１１ｂの固着する振動子用回路端子１１Ｂとする。

サーミスタ用回路端子１５（ＡＢＣ）は、表面実装振動子３Ａの一方の水晶端子１１ａが固着振動子用回路端子１１Ａに隣接して形成される。そして、温度検出電極１５ｃの固着するサーミスタ用回路端子１５Ｃが、水晶端子１１ａの固着する振動子用回路端子１１Ａに配線パターンによって電気的に接続する。

このような構成であれば、サーミスタの温度検出電極１５ｃは表面実装振動子３Ａ（容器本体８）の外底面の水晶端子１１ａと配線パターンによって電気的に接続する。この場合、外底面の水晶端子１１ａは容器本体８内の配線路、水晶保持端子１３を経て水晶片９の引出電極１７（ａｂ）及び励振電極１６（ａｂ）に電気的に接続する。したがって、サーミスタ３Ｒthは、熱伝導性の高い配線路を経て、表面実装振動子の動作温度である水晶片９の励振電極部分の温度を直接的に検出できる。

そして、容器本体８の開口端面を封止する金属カバー１０と電気的に接続したアース端子は、従来例のようにサーミスタ３Ｒthとの電気的な接続はないので、アース端子１１ｂをセット基板のグランドパターンに接地できる。

（他の事項）
上記実施形態では、サーミスタ３Ｒthの温度検出電極１５ｃは実装端子としての一方の水晶端子１１ａに接続したが、他方の水晶端子１１ａに共通接続してもよい。この場合、いずれか一方の水晶端子１１ａによって検出された温度が高い方の抵抗値で動作する。

また、一方の水晶端子１１ａのみならず、いずれの水晶端子１１ａにもそれぞれ独立した２個のサーミスタ３Ｒthを配設して、温度検出電極１５ｃを電気的に接続してもよい。この場合、サーミスタ３Ｒthを直接又は並列に接続して、両方の水晶端子１１ａからの検出温度の平均値を得ることができる。

１ 発振回路、２ 温度制御回路、３ 素子、４ 回路基板、５ 金属ベース、６ リード線、７、１０ 金属カバー、８ 容器本体、９ 水晶片、１１（ａｂ） 実装端子、１１（ＡＢ）、１２ 導電性接着剤、１３ 水晶保持端子、１４ 熱伝導性樹脂、１５（ａｂ） 端子電極、１５ｃ 温度検出電極、１５（ＡＢＣ） 回路端子、１６ 励振電極、１７ 引出電極、１８ 金属リング。

Claims (2)

1. 容器本体に水晶片を収容して金属カバーによって密閉封入するとともに前記容器本体の外底面には少なくとも前記水晶片と電気的に接続した実装端子としての水晶端子を有する表面実装振動子と、前記表面実装振動子の動作温度を検出するサーミスタと、前記表面実装振動子とともに発振回路を形成する素子及び前記サーミスタとともに形成する温度制御回路の素子を配設する回路基板とを備えた恒温型の水晶発振器において、前記サーミスタは第１と第２の端子電極以外にこれらとは電気的に独立した温度検出電極を有し、前記温度検出電極は前記表面実装振動子の水晶端子と前記回路基板に形成された回路パターンによって電気的に接続したことを特徴とする恒温型の水晶発振器。
2. 請求項１において、前記容器本体の外底面には実装端子としてのアース端子を有し、前記
   アース端子は前記金属カバーに電気的に接続した恒温型の水晶発振器。