JP5135018B2

JP5135018B2 - 恒温型の水晶発振器

Info

Publication number: JP5135018B2
Application number: JP2008076224A
Authority: JP
Inventors: 憲司笠原
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009232239A

Description

本発明は表面実装用の水晶振動子（以下、表面実装振動子とする）を用いた恒温型の水
晶発振器（以下、恒温型発振器とする）を技術分野とし、特に、放熱を防止して小型化に適した恒温型発振器に関する。

（発明の背景）
恒温型発振器は一般には恒温槽が用いられ、水晶振動子の動作温度を一定に維持するこ
とから周波数安定度が高く（周波数偏差が概ね0.05ppm以下）、例えば光通信用とした基
地局等の通信設備に使用される。近年では、これらの通信設備でも小型化が浸透し、その
一貫として表面実装振動子が適用されつつある。このようなものの一つに本出願人による
ものがある（特許文献１）。

（従来技術の一例、特許文献１、２）
第４図（ａｂｃ）一従来例を説明する図で、同図（ａ）は恒温型発振器の断面図、同図（ｂ）は表面実装振動子の底面図、同図（ｃ）は温度制御回路の図である。

恒温型発振器はベース基板１、第１基板２及び第２基板３を備える。ベース基板１は４角部にてリード線４が絶縁貫通した、所謂気密端子を有する金属ベースからなる。ここでは外底面側に導出したリード線４を実装端子とし、内底面側に立設したリード線４を金属ピン４ａとする。

第１基板２はガラスエポキシからなり、ベース基板１に面対向して４角部が金属ピン４ａによって支持される。第２基板３はセラミックからなり、第１基板２よりも外形を小さくして面対向し、４角部が第１基板２に立設した金属ピン４ｂに支持される。

第２基板３の両主面には回路素子６が配設され、回路素子６は少なくとも表面実装振動子５と、発振回路を形成する発振用素子６ａと、表面実装振動子５の動作温度を一定にする温度制御素子６ｂとからなる。表面実装振動子５は容器本体５ａに水晶片６を収容して金属カバー５ｂを接合して封入し、外底面には水晶片６と電気的に接続した水晶端子７ａと金属カバー５ｂに電気的に接合したダミー端子７ｂを有する。

温度制御素子６ｂは発熱用のチップ抵抗６ｂ1、温度感応素子６ｂ2、及びチップ抵抗６ｂ1に電力を供給するパワートランジスタ６ｂ3を少なくとも有する。ここでは、表面実装振動子５を第２基板３の上面側として発熱用のチップ抵抗６ｂ1の複数個を下面側として対向させる。そして、温度感応素子６ｂ2をチップ抵抗６ｂ1の間に配置し、パワートランジスタ６ｂ3は表面実装振動子５に隣接して配置する。

温度制御素子６ｂからなる具体的な制御回路は、オペアンプ８の一方の入力端には温度感応抵抗と抵抗による温度感応電圧を、他方の入力端には抵抗による基準電圧を印加する。そして、基準電圧との基準温度差電圧をパワートランジスタ６ｂ3のベースに印加し、発熱用チップ抵抗６ｂ1へ直流電圧ＤＣから電力を供給する。

これにより、温度感応素子６ｂ2の温度に依存した抵抗値によって発熱用チップ抵抗６ｂ1への電力を制御し、表面実装振動子の動作温度を一定にする。この例では、表面実装振動子５のダミー端子は温度感応素子６ｂ2に接続して、表面実装振動子５の動作温度を直接的に検出する。

通常では、金属ベースａに金属カバー５ｂを接合する前に、表面実装振動子１の３次曲線となる周波数温度特性を個々に測定する。そして、表面実装振動子１の動作温度とする高温側の極小値の温度が８０℃の場合には、例えば温度制御回路の抵抗Ｒａを調整して表面実装振動子１の動作温度を８０℃に設定する。さらに、発振回路の図示しない調整コンデンサによって発振周波数ｆを公称周波数に一致させる。このことから、抵抗Ｒａ及び調整コンデンサ等の交換を要する調整素子６ｃは、例えば第２基板３の外周表面上（上面）に配設される。

このようなものでは、第２基板３は熱伝導性を良好とするセラミックとするので、発熱用チップ抵抗６ｂ1による伝熱効率を高める。また、第１基板２は熱伝導性に劣るガラスエポキシとするので、熱遮蔽板として機能して例えばリード線４（金属ピン）を経ての放熱を抑制する。したがって、表面実装振動子５を適用したことによって小型化を図れ、効率のよい恒温構造として、る。なお、金属カバー５ｂは例えば抵抗溶接によって容器本体５ａに接合される。
特開２００５−３４１１９１号公報特開２００６−３１１４９６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、表面実装振動子５、発振用素子６ａ及び温度制御素子６ｂを配設した第２基板３は、第１基板２に立設した金属ピン４ｂによって支持される。したがって、第２基板３をセラミック、第１基板をガラスエポキシとして恒温構造の効率化は図れても、高さ寸法が大きくなる問題があった。

（発明の目的）
本発明は恒温構造の効率化を維持して高さ寸法を小さくした恒温型発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように外底面側に実装端子を有して内底面側に金属ピンが立設したベース基板と、前記金属ピンに支持されて前記ベース基板に面対向してセラミックよりも熱伝導性に劣るた第１基板と、前記第１基板に面対向したセラミックからなる第２基板とを備え、前記第２基板の両主面には、少なくとも、表面実装用の水晶振動子と、前記水晶振動子とともに発振回路を形成する発振用素子と、前記水晶振動子の動作温度を一定にする温度制御素子とからなる回路素子が配設され、前記温度制御素子は発熱用のチップ抵抗と、前記水晶振動子の動作温度を検出する温度感応素子と、前記チップ抵抗へ電力を供給するパワートランジスタを含む恒温型の水晶発振器において、前記第１基板は前記第２基板よりも小さい開口部を有し、前記第２基板に配設された回路素子が前記開口部内に挿入されて、前記第２基板の外周部が前記開口部の外表面に電気的・機械的に接続した構成とする。

このような構成であれば、第２基板の回路素子が第１基板２の開口部に挿入されるので、回路素子の厚み分を基本的に小さくして低背化を促進できる。そして、第１基板はセラミックよりも熱伝導性に劣るので、放熱を少なくして恒温構造の効率化を維持できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記第１基板はガラスエポキシとする。これにより、第１基板をガラスエポキシとするので、第２基板のセラミックよりも熱伝導性が劣ることから、請求項１での効果を明確にする。

同請求項３では、請求項１において、前記水晶振動子と前記発熱用のチップ抵抗とは前記第２基板の両主面間に対向して配置される。これにより、チップ抵抗からの熱が水晶振動子に効率よく伝搬される。

同請求項４では、請求項１において、前記水晶振動子は容器本体に水晶片を収容して金属カバーを被せてなり、前記容器本体の外底面には前記水晶片と電気的に接続した水晶端子と、前記金属カバーに接続したダミー端子とを有し、前記ダミー端子は前記温度感応素子と配線路によって接続する。これにより、水晶振動子の動作温度を直接的に検出するので、温度変化に対する応答性を良好にする。

第１図は本発明の一実施形態を説明する恒温型発振器の断面図である。なお、前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したように外底面側を実装端子及び内底面側を金属ピン４ａとしたリード線４を有するベース基板１としての金属ベースと、第１基板２と、表面実装振動子５及び回路素子６を搭載した第２基板３とを有し、金属カバー５ｂを接合して密閉封入する。

この実施形態では、第１基板２はガラスエポキシとして中央領域に第２基板３よりも小さい開口部９を有する。第２基板３は両主面に発振用素子６ａ及び温度制御素子６ｂを含む回路素子６を有し、例えば上面には表面実装振動子５を、下面には発熱用のチップ抵抗６ｂ1を有する。表面実装振動子５とチップ抵抗６ｂ1とは対向して配置され、温度感応素子５ｂ2は表面実装振動子５のダミー端子７ｂに接続する。

そして、第１基板２の下面側の回路素子６は第２基板３の開口部９に挿入し、第２基板３の外周部が第１基板２の表面（上面）上に電気的・機械的に接続する。これらは、第１及び第２基板２、３の外周部に延出した図示しない配線パターンが例えば半田によって接続され、発振回路及び温度制御回路を形成する。

このような構成であれば、第２基板３（セラミック）の下面に配置された回路素子６は、第１基板２（ガラスエポキシ）の開口部９に挿入される。したがって、回路素子６の厚み分が開口部９に吸収され、高さ寸法を基本的に小さくできる。

そして、セラミックとした第１基板２はガラスエポキシの第２基板３に接続する。したがって、第１基板２（セラミック）を伝搬した熱は第２基板３（ガラスエポキシ）でいわば遮断される。したがって、例えばリード線４（金属ピン４ａ）を経由しての放熱を抑制するので、恒温構造の効率化を維持できる。

（他の事項）
上記実施形態では表面実装振動子５を第２基板３の上面としたが、第２図に示したように、表面実装振動子５を第２基板３の下面として第１基板２の開口部９に挿入してもよい。また、ベース基板１は一対のリード線４が絶縁貫通した金属ベースを適用したが、例えば第３図に示したようにガラスエポキシやセラミック等の絶縁材からなる積層板として表面実装用とすることもできる。なお、符号４は表面実装用の実装端子であり、同４ａは第１基板２を支持する金属ピンである。

本発明の一実施形態を説明する恒温型発振器の断面図である。本発明の他の実施形態を説明する恒温型発振器の断面図である。本発明のさらに他の例を説明する恒温型発振器の断面図である。従来例を説明する図で、同図（ａ）は恒温型発振器の断面図、同図（ｂ）は表面実装振動子の底面図、同図（ｃ）は温度制御回路の図である。

符号の説明

１ベース基板、２第１基板、３第２基板、４リード線（実装端子）、４ａ、４ｂ金属ピン、５表面実装振動子、５ａ容器本体、５ｂ金属カバー、６回路素子、６ａ発振用素子、６ｂ温度制御素子、６ｃ調整素子、７ａ水晶端子、７ｂダミー端子、８オペアンプ、９開口部。

Claims

外底面側に実装端子を有して内底面側に金属ピンが立設したベース基板と、前記金属ピンに支持されて前記ベース基板に面対向してセラミックよりも熱伝導性に劣る第１基板と、前記第１基板に面対向したセラミックからなる第２基板とを備え、
前記第２基板の両主面には、少なくとも、表面実装用の水晶振動子と、前記水晶振動子とともに発振回路を形成する発振用素子と、前記水晶振動子の動作温度を一定にする温度制御素子とからなる回路素子が配設され、
前記温度制御素子は発熱用のチップ抵抗と、前記水晶振動子の動作温度を検出する温度感応素子と、前記チップ抵抗へ電力を供給するパワートランジスタを含む恒温型の水晶発振器において、
前記第１基板は前記第２基板よりも小さい開口部を有し、前記第２基板に配設された回路素子が前記開口部内に挿入されて、前記第２基板の外周部が前記第１開口部の外表面に電気的・機械的に接続したことを特徴とする恒温型の水晶発振器。
請求項１において、前記第１板はガラスエポキシとした恒温型の水晶発振器。
請求項１において、前記水晶振動子と前記発熱用のチップ抵抗とは前記第２基板の両主面間に対向して配置された恒温型の水晶発振器。
請求項１において、前記水晶振動子は容器本体に水晶片を収容して金属カバーを被せてなり、前記容器本体の外底面には前記水晶片と電気的に接続した水晶端子と、前記金属カバーに接続したダミー端子とを有し、前記ダミー端子は前記温度感応素子と配線路によって接続した恒温型の水晶発振器。