JP2022122459A - crystal oscillator - Google Patents

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憲司 笠原
Kenji Kasahara
直樹 堀口
Naoki Horiguchi
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Abstract

To provide a thermostat-type crystal oscillator having a double-container structure, in which heating means (heater) is provided outside a first container, and which has a structure suitable for temperature control.SOLUTION: A crystal oscillator 10 includes a metal first container 13 containing a crystal vibrator 11 sealed in a container, an oscillator circuit 15 for a crystal vibrator, heating means 17 for the crystal vibrator, a temperature control circuit 19 for the heating means, and a metal second containers 21 containing the first container. The heating means is provided in contact with the bottom surface of the outer surface of the first container, the inside of the first container is a helium atmosphere, and the inside of the second container is a reduced-pressure atmosphere.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、2つの金属製容器を用いた、二重の容器構造を有した、恒温槽型の水晶発振器(OCXO:Oven Controlled Xtal Oscillation)に関する。 The present invention relates to an oven-controlled crystal oscillator (OCXO: Oven Controlled Xtal Oscillation) having a double container structure using two metal containers.

高精度が要求される恒温槽型の水晶発振器では、水晶振動子、発振回路、温度制御手段を内包する容器に対し高い気密性が要求される。そのため、容器として、金属製容器が用いられている。
また、さらなる高精度化を図るため、2つの金属製容器を用いた二重容器構造を有した恒温槽型の水晶発振器(以下、水晶発振器と略称する場合もある。)が、例えば、特許文献1に開示されている。この水晶発振器は、水晶振動子及びヒータを内包している金属製の第1の容器と、この第1の容器を内包している金属製の第2の容器と、を具えている。
In thermostatic chamber type crystal oscillators, which require high precision, high airtightness is required for the container containing the crystal oscillator, the oscillation circuit, and the temperature control means. Therefore, a metal container is used as the container.
Further, in order to achieve even higher precision, a constant temperature bath type crystal oscillator (hereinafter sometimes abbreviated as a crystal oscillator) having a double container structure using two metal containers is disclosed in, for example, Patent Document 1. This crystal oscillator includes a metal first container containing a crystal oscillator and a heater, and a metal second container containing the first container.

この水晶発振器では、水晶振動子として、SCカット、M-SCカット等の2回回転の水晶振動子が用いられている(特許文献1の段落44、60)。また、ヒータとして、複数個のパワートランジスタが用いられている。また、第1の容器内は、窒素などの不活性気体、若しくは、大気圧又は真空とされ(同、段落54)、第2の容器内は、大気圧よりも低い雰囲気とされている(同、段落52)。
この従来の水晶発振器によれば、上記のような二重構造であるため、ヒータによる温度制御を安定に行えるという(同、段落52)。
In this crystal oscillator, a two-turn crystal oscillator such as an SC-cut or M-SC-cut crystal oscillator is used as the crystal oscillator (paragraphs 44 and 60 of Patent Document 1). Also, a plurality of power transistors are used as heaters. Further, the inside of the first container is an inert gas such as nitrogen, or atmospheric pressure or vacuum (same, paragraph 54), and the inside of the second container is an atmosphere lower than atmospheric pressure (same as , paragraph 52).
According to this conventional crystal oscillator, since it has the double structure as described above, it is said that temperature control by the heater can be stably performed (paragraph 52 of the same).

特開2016-225738号公報JP 2016-225738 A

しかしながら、二重容器構造を有した恒温槽型の水晶発振器において、特許文献1に開示されたように、ヒータを第1容器内に実装した場合、第1容器およびその内部の部品で構成された部分に何らかの不具合があると、それら部品全部が無駄になるおそれが高く、当然に、ヒータ自体に不具合がない場合もヒータが無駄になるおそれがある。 However, in a constant temperature oven type crystal oscillator having a double-container structure, when the heater is mounted in the first container as disclosed in Patent Document 1, If there is some problem with a part, there is a high possibility that all of these parts will be wasted.

さらに、特許文献1に開示された構造の場合、水晶振動子及びヒータは第1容器内に設けた第1基板上に配置され、かつ、ヒータは水晶振動子から離れた位置に配置されている(特許文献1の図4)。従って、ヒータの熱は水晶振動子に、第1の基板を介して、及び、第1の容器内の雰囲気を介して、伝わる。すなわち、ヒータの熱は水晶振動子に、エポキシ基板等で構成される第1の基板での熱伝導によって、伝わる。さらに、第1の容器内が窒素封入されている場合は、ヒータの熱は水晶振動子に、窒素の熱伝導率(約0.026W/mK)に律速されて伝わり、第1の容器内が大気雰囲気の場合は、ヒータの熱は水晶振動子に、空気の熱伝導率(約0.027W/mK)に律速されて伝わり、第1の容器内が減圧雰囲気の場合は、ヒータの熱は水晶振動子に、極めて悪い熱伝導率によって伝わる。すなわち、特許文献1の水晶発振器の場合、第1の容器は、比較的、熱伝導を抑制して熱安定性を確保する構造になっている。 Furthermore, in the case of the structure disclosed in Patent Document 1, the crystal oscillator and the heater are arranged on the first substrate provided in the first container, and the heater is arranged at a position away from the crystal oscillator. (Fig. 4 of Patent Document 1). Therefore, the heat of the heater is transmitted to the crystal oscillator through the first substrate and through the atmosphere inside the first container. That is, the heat of the heater is transmitted to the crystal oscillator by heat conduction in the first substrate made of an epoxy substrate or the like. Furthermore, when the inside of the first container is filled with nitrogen, the heat of the heater is transmitted to the crystal oscillator under the control of the thermal conductivity of nitrogen (approximately 0.026 W/mK), and the inside of the first container becomes In the case of an air atmosphere, the heat of the heater is transmitted to the crystal oscillator under the control of the thermal conductivity of the air (approximately 0.027 W/mK). It is transmitted to the crystal oscillator by extremely poor thermal conductivity. That is, in the case of the crystal oscillator of Patent Document 1, the first container has a structure that relatively suppresses heat conduction and ensures thermal stability.

従来の水晶発振器における上記のような状況を考えると、二重容器構造を有した恒温槽型の水晶発振器において、温度制御をするための構造として、他にも好ましい構造があると、この出願に係る発明者は考えた。
この出願は上記の点に鑑みてなされたものであり、従ってこの発明の目的は、二重容器構造を有した恒温槽型の水晶発振器において、加熱手段(ヒータ)を第1の容器の外部に設けた構造であって、かつ、温度制御に好ましいと考えられる構造を有した新規な構造の水晶発振器を提供することにある。
Considering the above-mentioned situation in conventional crystal oscillators, it is proposed in this application that there is another preferable structure for temperature control in a constant temperature oven type crystal oscillator having a double container structure. The inventor concerned thought.
This application has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a thermostatic chamber type crystal oscillator having a double-container structure in which a heating means (heater) is provided outside the first container. It is an object of the present invention to provide a crystal oscillator of a novel structure having a structure which is provided and which is considered preferable for temperature control.

この目的の達成を図るため、この発明の水晶発振器によれば、容器に密封された水晶振動子と、前記水晶振動子を内包する金属製の第1の容器と、前記水晶振動子用の発振回路と、前記水晶振動子を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度制御回路と、前記第1の容器を内包する金属製の2の容器と、を備える水晶発振器において、
前記加熱手段を、前記第1の容器の外側面の適所に接しさせて設けてあり、
前記第1の容器内を、ヘリウム雰囲気としてあり、
前記第2の容器内を、減圧雰囲気としてあること、を特徴とする。
In order to achieve this object, according to the crystal oscillator of the present invention, there is provided a crystal oscillator sealed in a container, a metal first container containing the crystal oscillator, and an oscillator for the crystal oscillator. A crystal oscillator comprising a circuit, heating means for heating the crystal oscillator, a temperature control circuit for the heating means, and two metal containers containing the first container,
The heating means is provided in contact with an appropriate portion of the outer surface of the first container,
The inside of the first container is a helium atmosphere,
The inside of the second container is characterized by having a reduced pressure atmosphere.

この発明を実施するに当たり、前記第2の容器は、金属及びガラスからなるハーメチック構造のベースと、前記第1の容器を第1の面に実装している実装基板と、前記第1の容器及び前記実装基板を当該第2の容器内で浮かすため金属製リードであって、当該水晶発振器内部と外部とを接続するための金属製リードと、前記第1の容器及び前記実装基板を内包する凹部を有し前記ベースに接合される金属製の蓋部材と、を備えることが好ましい。
また、この発明を実施するに当たり、当該第2の容器が、前記実装基板を有する場合は、前記実装基板に設けられ、前記第1の面および前記第1の面の反対面である第2の面を接続する窓部、を備えることがさらに好ましい。
In carrying out the present invention, the second container includes a base having a hermetic structure made of metal and glass, a mounting substrate mounting the first container on a first surface, the first container and Metal leads for floating the mounting board in the second container, the metal leads for connecting the inside and the outside of the crystal oscillator, and a concave portion containing the first container and the mounting board. and a metal lid member joined to the base.
Further, in carrying out the present invention, when the second container has the mounting substrate, the first surface and the second surface opposite to the first surface are provided on the mounting substrate. It is further preferred to have a window connecting the faces.

この発明を実施するに当たり、前記第1の容器は、金属及びガラスからなるハーメチック構造のベースと、当該ベースに設けられ当該第1の容器の内部と外部とを接続する金属製リードと、前記水晶振動子を収容する凹部を有し前記ベースに接合されている金属製の蓋部材と、を備え、
前記加熱手段は、当該ベースの、外側底面の、当該ベースを挟んで前記水晶振動子と対向する領域に、設けてあることが好ましい。
なお、前記第1の容器は、内部に、前記水晶振動子を実装する実装基板を有することが好ましく、然も、前記水晶振動子は、この実装基板の前記ベース側の面に実装することが好ましい。このように水晶振動子を配置すると、加熱手段を当該第1の容器のベースの外側底面に設けた場合に、加熱手段と水晶振動子とがベースのみを介して対向するので、熱伝導を高め易いからである。
In carrying out the present invention, the first container includes a base having a hermetic structure made of metal and glass, a metal lead provided on the base for connecting the inside and the outside of the first container, and the crystal. a metal lid member having a recess for accommodating a vibrator and joined to the base;
It is preferable that the heating means is provided in a region of the outer bottom surface of the base facing the crystal oscillator with the base interposed therebetween.
The first container preferably has a mounting board for mounting the crystal oscillator therein, and the crystal oscillator can be mounted on the surface of the mounting board on the base side. preferable. By arranging the crystal oscillator in this way, when the heating means is provided on the outer bottom surface of the base of the first container, the heating means and the crystal oscillator face each other only through the base, so that the heat conduction is enhanced. Because it is easy.

この発明を実施するに当たり、第2の容器内の減圧雰囲気は、例えば、10Pa以下が良く、より好ましくは1Pa以下が良く、より好ましくは0.5Pa以下とすることが良い。 In carrying out the present invention, the reduced pressure atmosphere in the second container is, for example, preferably 10 Pa or less, more preferably 1 Pa or less, and more preferably 0.5 Pa or less.

この発明の二重容器構造を有する恒温槽型の水晶発振器では、第1の容器内の雰囲気をヘリウムとしてある。ヘリウムの熱伝導率は、約0.144W/mKであるため、特許文献1の第1の容器の雰囲気である窒素(約0.026W/mK)、若しくは、大気(空気の熱伝導率:約0.027W/mK)又は減圧(真空の熱伝導率は実質的に0)に比べて、約5倍以上も高い。従って、加熱手段を第1の容器の外側面に接して設けても、加熱手段の熱は、第1の容器の内部に伝わり易く、従って、第1の容器内の水晶振動子も、上記の加熱手段及び温度制御回路で制御される所定温度にできる。しかも、二重容器構造を有する恒温槽型の水晶発振器の場合、ほとんどの場合、発振回路は第1の容器内に実装される。従って、加熱手段を、第1の容器の外側面の適所に接しさせて設けてあると、発振回路も水晶振動子と同一容器の外壁及び同一雰囲気からの熱を受けるので、発振回路も水晶振動子同様に安定した温度になるから、発振回路の温度特性も最小化できる。
一方、第1の容器を内包する第2の容器内の雰囲気は、減圧雰囲気としてあるので、第2の容器は、下界の雰囲気の第1の容器への影響を、遮断する。
これらことから、加熱手段(ヒータ)を第1の容器の外部に設けた構造であって、かつ、温度制御に好ましいと考えられる構造を有した新規な構造の水晶発振器を提供することができる。
In the thermostatted crystal oscillator having the double-container structure of the present invention, the atmosphere in the first container is helium. Since the thermal conductivity of helium is approximately 0.144 W/mK, nitrogen (approximately 0.026 W/mK), which is the atmosphere of the first container of Patent Document 1, or air (thermal conductivity of air: approximately 0.027 W/mK) or reduced pressure (vacuum thermal conductivity is substantially 0), about five times higher. Therefore, even if the heating means is provided in contact with the outer surface of the first container, the heat of the heating means is easily transmitted to the inside of the first container. A predetermined temperature controlled by a heating means and a temperature control circuit can be obtained. Moreover, in the case of thermostatic oven type crystal oscillators having a double-container structure, in most cases, the oscillation circuit is mounted in the first container. Therefore, if the heating means is provided in contact with the outer surface of the first container, the oscillation circuit also receives heat from the outer wall of the same container and the same atmosphere as the crystal resonator. The temperature characteristics of the oscillator circuit can be minimized because the temperature is stable as well.
On the other hand, since the atmosphere in the second container enclosing the first container is a reduced-pressure atmosphere, the second container blocks the influence of the lower atmosphere on the first container.
From these, it is possible to provide a crystal oscillator having a novel structure in which a heating means (heater) is provided outside the first container and which has a structure that is considered preferable for temperature control.

図1(A)~(C)は、実施形態の二重容器構造を有する恒温槽型の水晶発振器10の、特に、第2の容器内の構造を説明する図である。FIGS. 1A to 1C are diagrams for explaining, in particular, the structure inside the second container of the constant temperature oven type crystal oscillator 10 having the double container structure of the embodiment. 図2(A)~(C)は、実施形態の二重容器構造を有する恒温槽型の水晶発振器10の、特に、第1の容器内の構造を説明する図である。FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining, in particular, the structure inside the first container of the constant temperature oven type crystal oscillator 10 having the double container structure of the embodiment.

以下、図面を参照してこの発明の水晶発振器の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。 Embodiments of the crystal oscillator of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each drawing used for explanation is only schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In addition, in each drawing used for explanation, the same component may be denoted by the same number, and the explanation thereof may be omitted. Also, the shapes, materials, etc. described in the following description are merely preferred examples within the scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited only to the following embodiments.

図1(A)は、実施形態の水晶発振器10の上面図、図1(B)は、実施形態の水晶発振器10の側面図、図1(C)は実施形態の水晶発振器10の底面図である。
また、図2(A)は、実施形態の水晶発振器10の第1の容器13及びその内部構造を説明する上面図、図2(B)は同じく側面図、図2(C)は同じく底面図である。
なお、図1(A)、(B)、図2(A)、(B)の上面図及び側面図は、内部を透視した状態で示してある。
実施形態の水晶発振器は、水晶振動子11、第1の容器13、発振回路15、加熱手段17、温度制御回路19、第2の容器21、実装基板23、及び、窓部25を具えている。そして、本発明の特徴は、加熱手段17を、第1の容器13の外側面の適所に接しさせて設けてあり、第1の容器13内をヘリウム雰囲気としてあり、第2の容器21内を減圧雰囲気とした点にある。以下、各構成成分の具体的構成例を説明する。
1A is a top view of the crystal oscillator 10 of the embodiment, FIG. 1B is a side view of the crystal oscillator 10 of the embodiment, and FIG. 1C is a bottom view of the crystal oscillator 10 of the embodiment. be.
2A is a top view for explaining the first container 13 of the crystal oscillator 10 of the embodiment and its internal structure, FIG. 2B is a side view of the same, and FIG. 2C is a bottom view of the same. is.
1(A), (B), FIGS. 2(A), and 2(B) show the top view and the side view in a see-through state.
The crystal oscillator of the embodiment comprises a crystal resonator 11, a first container 13, an oscillation circuit 15, a heating means 17, a temperature control circuit 19, a second container 21, a mounting substrate 23, and a window portion 25. . A feature of the present invention is that the heating means 17 is provided in contact with the outer surface of the first container 13, the inside of the first container 13 is made into a helium atmosphere, and the inside of the second container 21 is filled with a helium atmosphere. The reason is that the atmosphere is a reduced pressure. A specific configuration example of each component will be described below.

水晶振動子11は、容器に密封されたものである。具体的には、水晶振動子11は、水晶振動片が金属製容器に密封されたもの、又は、水晶振動片がセラミック製容器に密封されたもの等で構成できるが、好ましくは、水晶振動片が金属製容器に密封された、いわゆるリードタイプのものが好ましい。リードタイプのものの方が、高い気密信頼性を有するため、高精度が要求される水晶発振器(OCXO)に適している。水晶振動片としては、周知の2回回転の水晶振動片を用いる。 The crystal oscillator 11 is sealed in a container. Specifically, the crystal vibrator 11 can be configured by sealing a crystal vibrating piece in a metal container, or by sealing a crystal vibrating piece in a ceramic container. is sealed in a metal container, so-called lead type. Since the lead type has higher hermetic reliability, it is suitable for a crystal oscillator (OCXO) that requires high accuracy. As the crystal vibrating piece, a well-known two-rotation crystal vibrating piece is used.

第1の容器13は、ベース13a、金属製リード13b及び金属製の蓋部材13cを具えている。ベース13aは、金属及びガラスからなるハーメチック構造のものである。金属製リード13bは、ベース13aに設けられ第1の容器13の内部と外部とを接続するものである。金属製の蓋部材13cは、水晶振動子11を収容する凹部13caを有し、縁部がベース13aに接合されているものである。これらは、具体的には、以下のものを用いることが好ましい。
ベース13aは、平面形状が四角形状で、例えば、鉄又は洋白で構成されたもので、かつ、金属製リード13bが挿入された部分がハーメチックに適したガラス部となっているものを用いることが好ましい。金属製リード13bは、コバール製のリードを用いることが好ましい。蓋部材13cは、平面形状が四角形状のもので、ステンレス、洋白又は黄銅製のものを用いることが好ましい。ベース13aと蓋部材13cとは、ベースや蓋部材の構成材料に応じた好適な封止方法、例えば、抵抗溶接封止法、半田封止法等によって接合し、気密構造を実現している。
The first container 13 comprises a base 13a, metal leads 13b and a metal lid member 13c. The base 13a has a hermetic structure made of metal and glass. The metal lead 13b is provided on the base 13a and connects the inside and the outside of the first container 13. As shown in FIG. The metal lid member 13c has a recess 13ca for accommodating the crystal oscillator 11, and has an edge joined to the base 13a. Specifically, it is preferable to use the following.
The base 13a should have a square planar shape and be made of, for example, iron or nickel silver, and the part into which the metal lead 13b is inserted should be a glass part suitable for hermetic use. is preferred. It is preferable to use Kovar leads for the metal leads 13b. The lid member 13c has a rectangular planar shape, and is preferably made of stainless steel, nickel silver, or brass. The base 13a and the lid member 13c are joined by a suitable sealing method according to the constituent materials of the base and the lid member, such as a resistance welding sealing method or a solder sealing method, to realize an airtight structure.

発振回路15は、水晶振動子11を安定に発振できる構成であれば、特に限定されず、任意好適なもので良い。なお、この実施形態では、発振回路15を第1の容器13内に設けてあるが、設計によっては、第1の容器13の外に設ける場合があっても良い。
加熱手段17は、任意好適なもので構成できる。例えば、パワートランジスタによって構成できる。パワートランジスタを動作させた際に発生する熱を利用することで、目的の加熱を実現でき、動作時の通電電流を制御することで発熱温度を可変できる。この加熱手段17は、第1の容器13の外側面の適所に接しさせて設けるが、この実施形態では、第1の容器13の外側底面、すなわちベース13aの外側底面の、第1の容器13内に設けた水晶振動子11と対向する領域に、設けてある。こうすると、水晶振動子11と加熱手段17とが対向するため、加熱手段17の熱が水晶振動子11に伝わり易くなる。
温度制御回路19は、温度センサを含み、水晶振動子11の温度を適正に制御できるものであれば任意好適なもので良い。
The oscillation circuit 15 is not particularly limited as long as it has a configuration that can stably oscillate the crystal resonator 11, and any suitable circuit may be used. Although the oscillation circuit 15 is provided inside the first container 13 in this embodiment, it may be provided outside the first container 13 depending on the design.
The heating means 17 can consist of any suitable material. For example, it can be configured by a power transistor. By using the heat generated when the power transistor is operated, the desired heating can be achieved, and the heat generation temperature can be varied by controlling the energized current during operation. This heating means 17 is provided in contact with the outer surface of the first container 13. In this embodiment, the outer bottom surface of the first container 13, that is, the outer bottom surface of the base 13a, the first container 13 It is provided in a region facing the crystal oscillator 11 provided inside. With this configuration, the crystal oscillator 11 and the heating means 17 face each other, so that the heat of the heating means 17 is easily transmitted to the crystal oscillator 11 .
The temperature control circuit 19 includes a temperature sensor, and any suitable circuit may be used as long as it can appropriately control the temperature of the crystal oscillator 11 .

また、この実施形態の場合、特に図2(B)に示したように、第1の容器13内に平
面形状が四角形状の実装基板23を設けてある。この実装基板23は、上記の金属製リード13bによって、第1の容器13内に浮いた状態で設けてある。この実装基板23は、任意好適なプリント配線基板で構成できる。そして、実装基板23のベース13aの側の面に水晶振動子11を設けてあり、その反対面に、発振回路15及び温度制御回路19を設けてある。なお、説明は省略するが、実装基板と水晶振動子、発振回路用部品などの電子部品とは、ハンダ等で接続してある。
Moreover, in the case of this embodiment, as shown in FIG. 2B in particular, a mounting board 23 having a rectangular planar shape is provided in the first container 13 . The mounting substrate 23 is provided in a floating state within the first container 13 by means of the metal leads 13b. This mounting board 23 can be configured by any suitable printed wiring board. A crystal resonator 11 is provided on the surface of the mounting substrate 23 on the side of the base 13a, and an oscillation circuit 15 and a temperature control circuit 19 are provided on the opposite surface. Although the description is omitted, the mounting board and the electronic parts such as the crystal oscillator and the parts for the oscillation circuit are connected by soldering or the like.

一方、第2の容器21は、ベース21a、実装基板21b、金属製リード21c及び金属製の蓋部材21dを具えている。ベース21aは、金属及びガラスからなるハーメチック構造のものである。実装基板21bは、平面形状が四角形状のもので、その第1の面21baに第1の容器13を実装しているものである。金属製リード21cは、第1の容器13及び第1の容器13内の実装基板23を、第2の容器21内で浮かすためのものであって、かつ、当該水晶発振器内部と外部とを接続するためのものである。金属製の蓋部材21dは、第1の容器13及び実装基板21bを内包する凹部21daを有し、縁部がベース21aに接合されているものである。これらは、具体的には、以下のものを用いることが好ましい。 On the other hand, the second container 21 comprises a base 21a, a mounting substrate 21b, metal leads 21c and a metal lid member 21d. The base 21a has a hermetic structure made of metal and glass. The mounting substrate 21b has a rectangular planar shape, and the first container 13 is mounted on the first surface 21ba thereof. The metal lead 21c is for floating the first container 13 and the mounting board 23 in the first container 13 in the second container 21, and connects the inside and the outside of the crystal oscillator. It is for The metal lid member 21d has a recess 21da that encloses the first container 13 and the mounting substrate 21b, and has an edge joined to the base 21a. Specifically, it is preferable to use the following.

ベース21aは、平面形状が四角形状のもので、例えば、鉄又は洋白で構成されたもので、かつ、金属製リード21cが挿入された部分がハーメチックに適したガラス部となっているものを用いることが好ましい。
実装基板21bは、任意好適なプリント配線基板を用いることが好ましい。実装基板21bの第1の面に第1の容器13を実装してある。
なお、この実施形態の場合、実装基板21bは、第1の容器13を実装した領域の周囲の領域に、第1の面21baおよび第2の面21bbを接続する窓部25を備えている。窓部25は、実装基板21bの表裏の熱の移動を促進するので、当該水晶発振器10での温度制御性を高めることができる。この実施形態では、実装基板21bの第1の容器13を実装した領域の周囲の4カ所に、平面視で略くの字形状の窓部25を設けているが、窓部25の個数、平面形状や開口面積は、設計に応じて任意好適なものとできる。
金属製リード21cは、コバール製のリードを用いることが好ましい。蓋部材21dは、平面形状が四角形状のもので、ステンレス、洋白又は黄銅性のものを用いることが好ましい。
ベース21aと蓋部材21dとは、ベースや蓋部材の構成材料に応じた好適な封止方法、例えば、抵抗溶接封止法、半田封止法等によって接合されて、第1の容器13及び加熱手段17を密閉する気密構造を実現している。
The base 21a has a quadrangular planar shape and is made of, for example, iron or nickel silver, and the portion into which the metal lead 21c is inserted is a glass portion suitable for hermetic use. It is preferable to use
Any suitable printed wiring board is preferably used for the mounting board 21b. A first container 13 is mounted on the first surface of the mounting substrate 21b.
In this embodiment, the mounting substrate 21b has a window portion 25 connecting the first surface 21ba and the second surface 21bb in the area around the area where the first container 13 is mounted. The window part 25 promotes heat transfer between the front and back surfaces of the mounting substrate 21b, so that the temperature controllability of the crystal oscillator 10 can be enhanced. In this embodiment, the windows 25 having a substantially dogleg shape in plan view are provided at four locations around the area of the mounting substrate 21b where the first container 13 is mounted. The shape and opening area can be arbitrarily suitable depending on the design.
It is preferable to use Kovar leads for the metal leads 21c. The lid member 21d has a rectangular planar shape, and is preferably made of stainless steel, nickel silver, or brass.
The base 21a and the lid member 21d are joined by a suitable sealing method according to the constituent materials of the base and the lid member, for example, a resistance welding sealing method, a solder sealing method, or the like. An airtight structure that seals the means 17 is realized.

この実施形態の水晶発振器10では、加熱手段17を第1の容器の外側側面に設けてあり、第1の容器13内をヘリウム雰囲気としてあり、第2の容器21内を減圧雰囲気としてある。第1の容器13内をヘリウム濃度は高いほど好ましい。また、第2の容器21内の減圧雰囲気は、高真空度であることが好ましい。 In the crystal oscillator 10 of this embodiment, the heating means 17 is provided on the outer side surface of the first container, the inside of the first container 13 is a helium atmosphere, and the inside of the second container 21 is a reduced pressure atmosphere. It is preferable that the helium concentration in the first container 13 is as high as possible. Moreover, it is preferable that the reduced-pressure atmosphere in the second container 21 has a high degree of vacuum.

この実施形態の水晶発振器では、第1の容器13内のヘリウムの熱伝導率は、約0.144W/mKであるため、特許文献1の第1の容器の雰囲気である窒素(約0.026W/mK)、若しくは、大気(空気の熱伝導率:約0.027W/mK)又は減圧(真空の熱伝導率は実質的に0)に比べて、約5倍以上も高い。従って、加熱手段17を第1の容器13の外側底面面に設けても、加熱手段17の熱は、第1の容器13の内部に伝わり易く、従って、第1の容器13内の水晶振動子11も、加熱手段17及び温度制御回路19で制御されるので、所定温度にできる。また、第1の容器13を内包する第2の容器21内の雰囲気は、減圧雰囲気としてあるので、第2の容器21は、下界の雰囲気の第1の容器13への影響を、遮断できる。
これらことから、加熱手段(ヒータ)17を第1の容器13の外部に設けた構造であって、かつ、温度制御に好ましいと考えられる構造を有した新規な構造の水晶発振器を提供できる。しかも、加熱手段17は、第1の容器13及びその内部部品とは別に組み立てできるため、第1の容器13及びその内部部品に不具合があった場合も、加熱手段が無駄になるおそれを防止できる。
In the crystal oscillator of this embodiment, the thermal conductivity of helium in the first container 13 is approximately 0.144 W/mK. /mK), or about five times higher than the atmosphere (thermal conductivity of air: about 0.027 W/mK) or reduced pressure (thermal conductivity of vacuum is substantially 0). Therefore, even if the heating means 17 is provided on the outer bottom surface of the first container 13, the heat of the heating means 17 is easily transmitted to the inside of the first container 13, so that the crystal oscillator in the first container 13 is heated. 11 is also controlled by the heating means 17 and the temperature control circuit 19, so it can be kept at a predetermined temperature. Further, since the atmosphere in the second container 21 enclosing the first container 13 is a reduced pressure atmosphere, the second container 21 can block the influence of the lower atmosphere on the first container 13 .
From these, it is possible to provide a crystal oscillator having a novel structure in which the heating means (heater) 17 is provided outside the first container 13 and has a structure considered preferable for temperature control. Moreover, since the heating means 17 can be assembled separately from the first container 13 and its internal parts, even if the first container 13 and its internal parts have a problem, the possibility of wasting the heating means can be prevented. .

10:実施形態の水晶発振器 11:水晶振動子
13:第1の容器 13a:ベース
13b:金属製リード 13c:金属製の蓋部材
15:発振回路 17:加熱手段
19:温度制御回路 21:第2の容器
21a:ベース 21b:実装基板
21ba:第1の面 21bb:第2の面
21c:金属製リード 21d:金属製の蓋部材
23:実装基板 25:窓部
10: Crystal Oscillator of Embodiment 11: Crystal Oscillator 13: First Container 13a: Base 13b: Metal Lead 13c: Metal Cover Member 15: Oscillation Circuit 17: Heating Means 19: Temperature Control Circuit 21: Second Container 21a: Base 21b: Mounting substrate 21ba: First surface 21bb: Second surface 21c: Metal lead 21d: Metal lid member 23: Mounting substrate 25: Window

Claims (6)

容器に密封された水晶振動子と、前記水晶振動子を内包する金属製の第1の容器と、前記水晶振動子用の発振回路と、前記水晶振動子を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度制御回路と、前記第1の容器を内包する金属製の第2の容器と、を備える水晶発振器において、
前記加熱手段を、前記第1の容器の外側面の適所に接しさせて設けてあり、
前記第1の容器内を、ヘリウム雰囲気としてあり、
前記第2の容器内を、減圧雰囲気としてあること、を特徴とする水晶発振器。
A crystal oscillator sealed in a container, a metal first container containing the crystal oscillator, an oscillation circuit for the crystal oscillator, a heating means for heating the crystal oscillator, and the heating means and a metal second container encasing the first container,
The heating means is provided in contact with an appropriate portion of the outer surface of the first container,
The inside of the first container is a helium atmosphere,
A crystal oscillator, wherein the inside of the second container is a reduced pressure atmosphere.
前記第2の容器は、金属及びガラスからなるハーメチック構造のベースと、前記第1の容器を第1の面に実装している実装基板と、前記第1の容器及び前記実装基板を当該第2の容器内で浮かすための金属製リードであって、当該水晶発振器内部と外部とを接続するための金属製リードと、前記第1の容器及び前記実装基板を内包する凹部を有し前記ベースに接合される金属製の蓋部材と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の水晶発振器。 The second container includes a base having a hermetic structure made of metal and glass, a mounting substrate mounting the first container on a first surface, and the second container and the mounting substrate. a metal lead for floating in the container of the crystal oscillator, the lead having a metal lead for connecting the inside and the outside of the crystal oscillator, and a recess for enclosing the first container and the mounting substrate on the base 2. The crystal oscillator of claim 1, further comprising a joined metal lid member. 前記実装基板は、前記第1の面およびこの第1の面の反対面である第2の面を接続する窓部、を備えることを特徴とする請求項2に記載の水晶発振器。 3. The crystal oscillator according to claim 2, wherein the mounting substrate has a window portion connecting the first surface and a second surface opposite to the first surface. 前記第1の容器は、金属及びガラスからなるハーメチック構造のベースと、当該ベースに設けられ当該第1の容器の内部と外部とを接続する金属製リードと、前記水晶振動子を収容する凹部を有し前記ベースに接合されている金属製の蓋部材と、を備え、
前記加熱手段は、前記第1の容器の外側底面に接して設けてあることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の水晶発振器。
The first container includes a base having a hermetic structure made of metal and glass, a metal lead provided on the base for connecting the inside and the outside of the first container, and a recess for accommodating the crystal oscillator. and a metal lid member joined to the base,
4. The crystal oscillator according to claim 1, wherein said heating means is provided in contact with the outer bottom surface of said first container.
前記第1の容器は、内部に、前記水晶振動子を実装する実装基板を有し、かつ、前記水晶振動子は、当該実装基板の前記ベース側の面に実装してあることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の水晶発振器。 The first container is characterized in that it has a mounting board for mounting the crystal oscillator therein, and the crystal oscillator is mounted on the surface of the mounting board on the base side. A crystal oscillator according to any one of claims 1 to 4. 前記発振回路は、前記第1の容器内に設けてあることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の水晶発振器。 6. The crystal oscillator according to any one of claims 1 to 5, wherein the oscillator circuit is provided within the first container.
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