JP5711497B2 - 恒温槽付水晶発振器 - Google Patents

Description

本発明は、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）に係り、特に、基板上に回路部品を半田付けした場合に、その半田にクラックが生じるのを低減して信頼性を向上させる恒温槽付水晶発振器に関する。

［従来の技術］
恒温槽付水晶発振器は、周波数安定度を高めるために、広い温度範囲にわたって温度の影響力の大きい部品を恒温槽中で温度制御することにより、周波数の安定化を図っている。
恒温槽付水晶発振器における温度制御は、恒温槽を制御する制御回路が、サーミスタを用いた抵抗ブリッジによる差動直流増幅器で温度制御するのが一般的である。恒温槽の電源オン／オフを繰り返した場合、使用部品・材料にヒートサイクルが負荷され、信頼性に問題がある。

［回路部品搭載例：図５、図６］
従来、水晶発振器の基板上に大型の回路部品（大型回路部品）が搭載される場合について図５、図６を参照しながら説明する。図５は、大型回路部品搭載の平面説明図であり、図６は、大型回路部品搭載の断面説明図である。
図５、図６に示すように、ガラスエポキシ樹脂の基板１上に、大型の回路部品（大型回路部品）２が半田１０によって固定されている。

尚、図５，６では、説明を簡単にするために、小さい基板１上に大型回路部品２を１つ搭載し、簡略化した図としているが、実際の基板１上には、水晶振動子や複数の大小の回路部品等が搭載されているものである。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００６−０１４２０８号公報「水晶発振器」（日本電波工業株式会社）［特許文献１］、特開２００９−２８４３７２号公報「水晶振動子の恒温構造」（日本電波工業株式会社）［特許文献２］がある。

特許文献１には、水晶発振器において、基板の周縁に沿って基板の内側領域を囲むように抵抗発熱層からなる帯状の加熱手段を設けることが示されている。
特許文献２には、恒温槽発振器において、加熱用のチップ抵抗３ａが水晶振動子の下面側となる回路基板４の空所１３に配置され、抵抗皮膜の形成された一主面は水晶振動子の下面に対面して配置され、水晶振動子は空所１３を覆って基板４上に配置されることが示されている。

特開２００６−０１４２０８号公報 特開２００９−２８４３７２号公報

しかしながら、従来の水晶発振器では、回路基板にガラスエポキシ樹脂を使用した場合、基板上に搭載される、例えば、セラミックを使用した電子部品の回路部品とガラスエポキシ樹脂材の線膨張率に差があるため、ヒートサイクルが生じる使用環境においては実装半田に歪みが集中し、半田にクラックが発生するという問題点があった。

ここで、ガラスエポキシ樹脂材の線膨張率について、一般的なＣＥＭ（Composite Epoxy Material）−３は、縦方向２５ppm/℃、横方向２８ppm/℃、厚さ方向６５ppm/℃であり、一般的なＦＲ（Flame Retardant）−４は、縦方向１３ppm/℃、横方向１６ppm/℃、厚さ方向６０ppm/℃である。
また、セラミック（アルミナ基材）の線膨張率は、７ppm/℃である。

尚、半田にクラックが生じるのは、一般的に小型の回路部品より大型の回路部品で起こることが知られている。しかしながら、部品の性能や定数から小型化できない回路部品もあり、大型の回路部品を使用しなければならない場合も多い。

特に、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）では、電源のオン／オフを繰り返される使用環境、つまり、ヒートサイクルが生じる使用環境では、周囲温度から恒温槽制御温度（例えば、８５℃）までの温度変化が起こるため、大型回路部品の実装半田にクラックが生じ、信頼性を向上させることができないという問題点があった。

また、特許文献１，２では、基板周辺に加熱手段、温度制御素子が設けられるものであるが、大型回路部品の実装半田のクラック発生を低減することは考慮されていない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、大型回路部品の実装半田にクラックが生じるのを低減し、信頼性を向上できる恒温槽付水晶発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、恒温槽付水晶発振器において、基板上に形成された回路部品について、当該回路部品を大型回路部品とし、大型回路部品の周辺にその大型回路部品より小さい小型回路部品が複数規則的に配置され、複数配置された小型回路部品には、大型回路部品に電気的に接続する電子部品と、大型回路部品に電気的に接続しないダミーの電子部品とが用いられていることを特徴とする。

本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、大型回路部品と小型回路部品との間は、０．０５ｍｍ〜１ｍｍとしたことを特徴とする。

本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、大型回路部品と小型回路部品との間は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとしたことを特徴とする。

本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、大型回路部品の長辺に沿って小型回路部品が配置されていることを特徴とする。

本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、小型回路部品が配置されるスペースがない場所には、小型回路部品を配置する代わりに、スリットを設けたことを特徴とする。

本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、小型回路部品は、セラミックコンデンサ又はセラミック抵抗であることを特徴とする。

本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、小型回路部品が周囲に配置される大型回路部品は、コンデンサ、抵抗、インダクタ、サーミスタ、半導体又は水晶振動子であることを特徴とする。

本発明によれば、基板上に形成された回路部品について、大型回路部品の周辺にその回路部品より小さい小型回路部品が複数規則的に配置され、複数配置された小型回路部品には、大型回路部品に電気的に接続する電子部品と、大型回路部品に電気的に接続しないダミーの電子部品とが用いられている恒温槽付水晶発振器としているので、小型回路部品より大型の回路部品の実装半田にクラックが生じるのを低減でき、信頼性を向上できる効果がある。

本発明によれば、小型回路部品が配置されるスペースがない場所には、小型回路部品を配置する代わりに、スリットを設けた上記恒温槽付水晶発振器としているので、小型回路部品が配置されるスペースがない場合でも、大型の回路部品の実装半田にクラックが生じるのを低減でき、信頼性を向上できる効果がある。

第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基板上に形成された回路部品の平面説明図である。 第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基板上に形成された回路部品の平面説明図である。 第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基板上に形成された回路部品の平面説明図である。 第４の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基板上に形成された回路部品の平面説明図である。 大型回路部品搭載の平面説明図である。 大型回路部品搭載の断面説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、基板上に形成された大型回路部品の周辺に、その回路部品より小さい小型回路部品が複数配置され、複数配置された小型回路部品には、電気的に接続する電子部品と電気的に接続しないダミーの電子部品とが用いられているものであり、大型回路部品の実装半田にクラックが生じるのを低減でき、信頼性を向上できるものである。

［第１の実施の形態：図１］
本発明における第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器について図１を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基板上に形成された回路部品の平面説明図である。
尚、図１では、説明を簡単にするために、小さい基板１上に大型回路部品２を１つ搭載し、簡略化した図としているが、実際の基板１上には、水晶振動子や複数の大小の回路部品等が搭載されているものである。以下、図２〜４でも同様の趣旨で図面を描いている。

第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第１の発振器）の基板上には、図１に示すように、ガラスエポキシ樹脂等の基板１上に大型の回路部品（大型回路部品）２が半田付けされて搭載され、当該大型回路部品２の長辺に沿って複数の小型の回路部品（小型回路部品）３ａが形成されている。

大型回路部品２は、コンデンサ、抵抗、インダクタ、サーミスタ、半導体又は水晶振動子であり、基板１に半田によって固定されている。
具体的には、図５，６で示したように、大型回路部品２の足の部分に半田付けされている。

小型回路部品３ａは、セラミックコンデンサ（チップコンデンサ）又はセラミック抵抗（チップ抵抗）等であり、大型回路部品２の長辺に沿って複数配置されており、半田によって基板１に固定されている。
図１において、大型回路部品２の周囲に小型回路部品３ａを規則的に配置することが重要で、当該小型回路部品３ａが電気的に接続していてもよいし、電気的に接続していないダミーの電子部品であってもよい。

大型回路部品２と小型回路部品３ａとの間の距離は、０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度であり、距離が長いとスペースを無駄にすることになり、距離が短いと搭載精度に問題が生じる可能性があるので、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度が好ましい。

［第２の実施の形態：図２］
次に、第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第２の発振器）について図２を参照しながら説明する。図２は、第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基板上に形成された回路部品の平面説明図である。
図２に示すように、第２の発振器の基板１上には、大型回路部品２を囲むように、小型回路部品３ａ，３ｂが配置されている。
ここで、小型回路部品３ａ，３ｂのいずれかがダミーの電子部品であってもよい。

具体的には、大型回路部品２の長辺には図１と同様に３個の小型回路部品３ａが配置され、大型回路部品２の短辺にも各々１つの小型回路部品３ｂが配置されている。
図１に比べて、大型回路部品２を囲むように小型回路部品３ａ，３ｂを配置しているので、大型回路部品２の実装半田におけるクラックの発生を低減できる。

［第３の実施の形態：図３］
次に、第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第３の発振器）について図３を参照しながら説明する。図３は、第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基板上に形成された回路部品の平面説明図である。
図３に示すように、第３の発振器の基板１上には、大型回路部品２を囲むように、小型回路部品３ａ，３ｂが配置されている。
ここで、小型回路部品３ａ，３ｂのいずれかがダミーの電子部品であってもよい。

具体的には、大型回路部品２の長辺には２個の小型回路部品３ａが配置され、大型回路部品２の短辺にも各々２つの小型回路部品３ｂが配置されている。
図１に比べて、大型回路部品２を囲むように小型回路部品３ａ，３ｂを配置しているので、大型回路部品２の実装半田におけるクラックの発生を低減できる。

［第４の実施の形態：図４］
次に、第４の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第４の発振器）について図４を参照しながら説明する。図４は、第４の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基板上に形成された回路部品の平面説明図である。
図４に示すように、第４の発振器の基板１上には、大型回路部品２が基板１の端部に配置されて、長辺の一方と短辺の一方に小型回路部品３ａ，３ｂを配置するスペースがない場合を示している。

そこで、第４の発振器では、小型回路部品３ａ，３ｂを配置できないスペースに、スリット（溝）４ａ，４ｂを形成し、配置できる場所には、小型回路部品３ａ，３ｂを配置するようにしている。
ここで、小型回路部品３ａ，３ｂのいずれかがダミーの電子部品であってもよい。
尚、スリットの幅は、例として幅が０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であり、現状の回路規模から幅０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ程度が適正であり、基板１を貫通して形成されている。

小型回路部品３ａ，３ｂを配置できない場所に、スリット４ａ，４ｂを基板１に形成することで、ヒートサイクルによって基板１の歪みが緩和され、小型回路部品３ａ，３ｂを配置したのと同等の効果が得られる。

［実施の形態の効果］
第１〜３の発振器によれば、基板１上に半田付けされた大型回路部品２の周囲に小型回路部品３ａ，３ｂを配置することで、ヒートサイクルによって基板１の膨張と収縮に起因する歪みが緩和され、大型回路部品２の実装半田にクラックが生じるのを低減でき、信頼性を向上できる効果がある。

第４の発振器によれば、大型回路部品２の周辺に小型回路部品３ａ，３ｂが配置できない場所に、スリット４ａ，４ｂを形成するようにしているので、当該スリット４ａ，４ｂと小型回路部品３ａ，３ｂにより、ヒートサイクルによって基板１の膨張と収縮に起因する歪みが緩和され、大型回路部品２の実装半田にクラックが生じるのを低減でき、信頼性を向上できる効果がある。

本発明は、大型回路部品の実装半田にクラックが生じるのを低減し、信頼性を向上できる恒温槽付水晶発振器に好適である。

１...基板、 ２...大型回路部品、 ３ａ，３ｂ...小型回路部品、 ４ａ，４ｂ...スリット、 １０...半田

Claims (7)

1. 恒温槽付水晶発振器において、
   基板上に形成された回路部品について、前記回路部品の周辺に前記回路部品より小さい小型回路部品が複数規則的に配置され、
   前記複数配置された小型回路部品には、前記回路部品に電気的に接続する電子部品と、前記回路部品に電気的に接続しないダミーの電子部品とが用いられていることを特徴とする恒温槽付水晶発振器。
2. 回路部品と小型回路部品との間は、０．０５ｍｍ〜１ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
3. 回路部品と小型回路部品との間は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
4. 回路部品の長辺に沿って小型回路部品が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。
5. 小型回路部品が配置されるスペースがない場所には、小型回路部品を配置する代わりに、スリットを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。
6. 小型回路部品は、セラミックコンデンサ又はセラミック抵抗であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。
7. 小型回路部品が周囲に配置される回路部品は、コンデンサ、抵抗、インダクタ、サーミスタ、半導体又は水晶振動子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の恒温槽付水晶発振器。

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