TWI549426B - 附恒溫槽的水晶振盪器 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種附恒溫槽的水晶振盪器(Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO)，特別是有關於一種既可實現低背化又可提高溫度穩定性，進而可在回流焊接時，將水晶振子安裝於規定位置的附恒溫槽的水晶振盪器。
附恒溫槽的水晶振盪器由於將水晶振子的動作溫度維持為固定，因此不會引起依存於頻率溫度特性的頻率變化，可獲得高穩定的振盪頻率。
使用圖4(a)、圖4(b)來說明先前的附恒溫槽的水晶振盪器。圖4(a)、圖4(b)是表示先前的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的振盪器的結構的示意說明圖，圖4(a)為分解說明圖，圖4(b)為外觀說明圖。
如圖4(a)所示，先前的附恒溫槽的水晶振盪器呈如下結構，即，在電路基板41的一個面(此處為下表面)具備：熱源42、溫度傳感器(sensor)43、散熱絕緣片(sheet)44、水晶振子45及熱筒46。
熱源42包含電晶體(transistor)或電阻體，且放出熱。
溫度傳感器43包含熱敏電阻(thermistor)，且檢測水晶振子45的溫度。
散熱絕緣片44覆蓋搭載於電路基板41上的熱源42及溫度傳感器43，且設在後述的熱筒46與熱源42及溫度傳感器43之間。
水晶振子45以特定的頻率振盪。水晶振子45採用被封入金屬製殼體(case)內的結構，從殼體突出有2根導線(lead)端子。
熱筒46是除了導線端子以外覆蓋水晶振子45整體的金屬製的筒，將來自熱源42的熱，效率良好地傳導至水晶振子45。熱筒46例如包含鋁等。
並且，先前的附恒溫槽的水晶振盪器呈如下結構，即，如圖4(a)、圖4(b)所示，在電路基板41的一個面，搭載有熱源42及溫度傳感器43，並經由散熱絕緣片44而搭載有收納於熱筒46中的水晶振子45。水晶振子45的導線端子貫穿金屬底座(base)而引出至另一面。
並且，雖省略圖示，但搭載有各電子零件的電路基板41(圖4(b))進而被收納於具備凹部空間的金屬罩(cover)中，並利用接腳(pin)而固定於金屬底座，該金屬底座覆蓋金屬罩的凹部空間的開口部。即，搭載有零件的電路基板41被收納在金屬罩內部的空間內，並由金屬底座予以密封，從而構成附恒溫槽的水晶振盪器。由金屬罩與金屬底座密封的空間成為恒溫槽。
使用圖5來說明先前的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的溫度控制電路。圖5是先前的附恒溫槽的水晶振盪器的溫度控制電路的電路圖。
先前的附恒溫槽的水晶振盪器的溫度控制電路如圖5所示，基本上具有：熱敏電阻TH、差動放大器(OPAMP(operational amplifier，運算放大器))積體電路(Integrated Circuit，IC)10、功率電晶體(power transistor)Tr1及加熱器(heater)電阻HR。
對於加熱器電阻HR的一端，施加有電源電壓DC，加熱器電阻HR的另一端連接於功率電晶體Tr1的集電極(collector)，功率電晶體Tr1的發射極(emitter)接地至接地端(GND(Ground))。
而且，對於熱敏電阻TH的一端，亦施加有電源電壓DC，熱敏電阻TH的另一端連接於電阻R1的一端，電阻R1的另一端接地。
而且，對於電阻R2的一端，亦施加有電源電壓DC，電阻R2的另一端連接於電阻R3的一端，電阻R3的另一端接地。
而且，對於差動放大器IC10，雖未圖示，但施加有電源電壓DC以作為驅動用，且亦連接於GND。
並且，熱敏電阻TH的另一端與電阻R1的一端之間的點經由電阻R4而連接於差動放大器IC10的一個端子(-端子)，電阻R2的另一端與電阻R3的一端之間的點連接於差動放大器IC10的另一個端子(+端子)。
進而，差動放大器IC10的輸出端子與-端子是經由電阻R5而連接。
並且，差動放大器IC10的輸出端子是連接於功率電晶體Tr1的基極。
熱敏電阻TH是電阻值會根據溫度而變化的感溫元件，且檢測水晶振子的溫度。
對於差動放大器IC10的一個輸入端子(-端子)，經由電阻R4而輸入有熱敏電阻TH與電阻R1之間的電壓，並且經由電阻R5而反饋地輸入有差動放大器IC10的輸出；對於另一個輸入端子(+端子)，輸入有電阻R2與電阻R3之間的電壓，對兩輸入端子的電壓的差值進行放大並輸出。
功率電晶體Tr1為NPN型的電晶體，對於基極輸入有差動放大器IC10的輸出，對應於基極電流而使電流流經集電極與發射極之間，由此
也使電流流經加熱器電阻HR。
加熱器電阻HR對應於流經的電流而發熱。
此處，功率電晶體Tr1與加熱器電阻HR成為熱源。
在OCXO中，只要可使熱源、熱敏電阻TH的傳感器、水晶振子一體化，便可提高溫度特性的性能，但實際上，上述3個部分並未電性相連，因此無法物理連接。
因此，將3個部分盡可能靠近地配置，並經由上述的散熱絕緣片44等的絕緣物來設置。
而且，在熱源中，功率電晶體Tr1的集電極端子部分為發熱，但始終產生電位。加熱器電阻HR的母材為陶瓷(ceramic)，在該加熱器電阻HR的上表面形成有發熱的電阻膜，該部分會發熱。
但是已知的是：功率電晶體Tr1與加熱器電阻HR的熱源是：根據周圍溫度的變化而發熱量存在差異。
而且，作為使頻率長期穩定的水晶振子，有圓柱型的水晶振子。
使用圖6(a)、圖6(b)來說明圓柱型的水晶振子。圖6(a)、圖6(b)是圓柱型的水晶振子的概觀圖，圖6(a)為俯視圖，圖6(b)為側視圖。
如圖6(a)、圖6(b)所示，圓柱型的水晶振子呈如下結構，即，搭載有水晶坯體(blank)的底座51由金屬製的罩52予以覆蓋，導線端子53從底座51朝下突出，相當於罩52的周邊部分的凸緣(flange)54與底座51通過焊料而接合。
另外，亦有時將殼體的凸緣54與底座51接合，從而，從水晶振子本體向外側突出的部分整體稱作凸緣。
當將圖6(a)、圖6(b)的水晶振子用於附恒溫槽的水晶振盪器
時，必須通過金屬件或絕緣散熱材來對水晶振子導熱，這些金屬件或絕緣散熱材比起銅等的金屬來，導熱率下降，因此無法效率良好地導熱，溫度的穩定性降低。
另外，作為與附恒溫槽的水晶振盪器相關的技術，有日本專利第4739387號公報“恒溫槽型的水晶振盪器”(日本電波工業股份有限公司，專利文獻1)。
於專利文獻1中記載有如下結構：在附恒溫槽的水晶振盪器中，在電路基板上，介隔著包含樹脂片的第1導熱性樹脂而搭載水晶振子，水晶振子、片式(chip)電阻與溫度感溫元件是通過液狀樹脂硬化而成的第2導熱性樹脂而熱結合。
專利文獻
專利文獻1：日本專利第4739387號公報
但是，在先前的附恒溫槽的水晶振盪器中，若使用熱筒，則難以降低高度方向的尺寸，而且，若不使用熱筒，則存在溫度的穩定性不夠充分的問題。
而且，先前的使用圓柱型水晶振子的附恒溫槽的水晶振盪器中，存在無法效率良好地導熱，溫度的穩定性低的問題。
進而，如果不採用熱筒而將水晶振子直接焊接(回流安裝)於基板，則雖可實現低背化，但當對於導線型(lead type)的水晶振子進行回流安裝時，在回流時焊料會流動，從而存在水晶振子的安裝位置發生偏離的問題。
另外，在專利文獻1中並未記載如下內容，即：對於溫度控制電
路，採用將發熱部即電晶體的集電極與熱敏電阻及水晶振子的罩，經由金屬的共同圖案(pattern)而連接於基板的接地(GND)層的結構，從而有效地導熱，以提高溫度穩定性。
本發明是有鑒於上述實際狀況而完成，其目的在於提供一種附恒溫槽的水晶振盪器，既可實現低背化又可提高溫度穩定性，進而，可在借助回流焊接的安裝時，將水晶振子安裝於規定位置。
用於解決上述先前例的問題的本發明是：在電路基板搭載有水晶振子、及對水晶振子的溫度進行控制的溫度控制電路，所述附恒溫槽的水晶振盪器的特徵在於，在水晶振子的一端，在整個外周具備向外側突出的凸緣，電路基板具備使凸緣的一部分插入的凹部，溫度控制電路包括：成為熱源的功率電晶體、作為溫度傳感器的熱敏電阻以及金屬圖案，所述金屬圖案共同連接水晶振子的接地端子、功率電晶體的集電極與熱敏電阻的接地端子；水晶振子在凸緣的一部分被插入凹部的狀態下受到定位，且連接於金屬圖案。
而且，本發明的特徵在於，在上述附恒溫槽的水晶振盪器中，溫度控制電路包括：加熱器電阻，一端被供給有電源電壓而發熱；作為溫度傳感器的熱敏電阻，一端被供給有電源電壓，另一端接地，根據溫度來使電阻值可變，且在一端輸出與溫度相應的電壓；差動放大器，電源電壓與熱敏電阻的一端之間的電壓被輸入一個輸入端子，並且與熱敏電阻並聯設置的信號線的電壓被輸入另一個輸入端子，輸出是經由電阻而反饋給一個輸入端子，對輸入另一個輸入端子的電壓與輸入一個輸入端子的電壓的差值進行放大，並作為控制電壓而輸出；PNP型功率電晶體，具有：加熱器
電阻的另一端所連接的發射極、輸入差動放大器的輸出的基極、及接地的集電極；以及PNP型限流用電晶體，具有：被供給電源電壓的發射極、輸入加熱器電阻的另一端與功率電晶體的發射極之間的電壓的基極、及連接於功率電晶體的基極的集電極，功率電晶體的集電極與熱敏電阻的另一端是通過共同連接的金屬圖案而連接並接地。
而且，本發明的特徵在於，在上述附恒溫槽的水晶振盪器中，凹部是貫穿電路基板的狹縫。
而且，本發明的特徵在於，在上述附恒溫槽的水晶振盪器中，凹部是未貫穿電路基板的槽。
用於解決上述先前例的問題的本發明是一種附恒溫槽的水晶振盪器，在電路基板搭載有圓柱型的水晶振子及對水晶振子的溫度進行控制的溫度控制電路，所述附恒溫槽的水晶振盪器的特徵在於：水晶振子在接合於電路基板的面的整個外周，具備向外側突出的凸緣，在凸緣連接有水晶振子的接地端子，電路基板在搭載水晶振子的部分形成有凹部，在凹部的周圍具備與水晶振子連接的焊接圖案，溫度控制電路具備：成為熱源的功率電晶體、作為溫度傳感器的熱敏電阻以及金屬圖案，所述金屬圖案共同連接水晶振子的接地端子、功率電晶體的集電極與熱敏電阻的接地端子，水晶振子將接地端子與電路基板的焊接圖案予以焊接，並連接於金屬圖案。
而且，本發明的特徵在於，在上述附恒溫槽的水晶振盪器中，溫度控制電路包括：加熱器電阻，一端被供給有電源電壓而發熱；作為溫度傳感器的熱敏電阻，一端被供給有電源電壓，另一端接地，根據溫度來使電阻值可變，且在一端輸出與溫度相應的電壓；差動放大器，電源電壓與所述熱敏電阻的一端之間的電壓被輸入一個輸入端子，並且與熱敏電阻並
聯設置的信號線的電壓被輸入另一個輸入端子，輸出是經由電阻而反饋給一個輸入端子，對輸入另一個輸入端子的電壓與輸入一個輸入端子的電壓的差值進行放大，並作為控制電壓而輸出；PNP型功率電晶體，具有：加熱器電阻的另一端所連接的發射極、輸入差動放大器的輸出的基極及接地的集電極；以及PNP型限流用電晶體，具有：被供給電源電壓的發射極、輸入加熱器電阻的另一端與功率電晶體的發射極之間的電壓的基極、及連接於功率電晶體的基極的集電極，功率電晶體的集電極與熱敏電阻的另一端通過共同連接的金屬圖案而連接並接地。
而且，本發明在上述附恒溫槽的水晶振盪器中，也可取代功率電晶體而具備P通道(channel)金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)。
根據本發明，採用一種附恒溫槽的水晶振盪器，在電路基板搭載有水晶振子及對水晶振子的溫度進行控制的溫度控制電路，其中，在水晶振子的一端，在整個外周具備向外側突出的凸緣，電路基板具備使凸緣的一部分插入的凹部，溫度控制電路具備成為熱源的功率電晶體、作為溫度傳感器的熱敏電阻以及金屬圖案，所述金屬圖案共同連接水晶振子的接地端子、功率電晶體的集電極與熱敏電阻的接地端子，水晶振子在凸緣的一部分被插入凹部的狀態下受到定位，且連接於金屬圖案，因此能夠將來自成為熱源的功率電晶體的熱經由導熱率大的金屬圖案而有效地傳導至水晶振子及熱敏電阻，即便不使用熱筒也可提高熱響應性及溫度穩定性，可實現溫度特性優異的振盪器，而且，可實現低背化，進而，即使在回流焊接時焊料發生流動，也能夠將水晶振子固定地安裝於規定位置。
而且，根據本發明，所採用的上述附恒溫槽的水晶振盪器中，溫
度控制電路包括：加熱器電阻，一端被供給有電源電壓而發熱；作為溫度傳感器的熱敏電阻，一端被供給有電源電壓，另一端接地，根據溫度來使電阻值可變，且在一端輸出與溫度相應的電壓；差動放大器，電源電壓與熱敏電阻的一端之間的電壓被輸入一個輸入端子，並且與熱敏電阻並聯設置的信號線的電壓被輸入另一個輸入端子，輸出是經由電阻而反饋給一個輸入端子，對輸入另一個輸入端子的電壓與輸入一個輸入端子的電壓的差值進行放大，並作為控制電壓而輸出；PNP型功率電晶體，具有加熱器電阻的另一端所連接的發射極、輸入差動放大器的輸出的基極及接地的集電極；以及PNP型限流用電晶體，具有被供給電源電壓的發射極、輸入加熱器電阻的另一端與功率電晶體的發射極之間的電壓的基極、及連接於功率電晶體的基極的集電極，功率電晶體的集電極與熱敏電阻的另一端通過共同連接的金屬圖案而連接並接地，因此具有如下效果：能夠將水晶振子的接地端子與功率電晶體和熱敏電阻的接地端子連接於共同的金屬圖案，從而能夠有效地使來自功率電晶體的熱進行傳導，提高熱響應特性及溫度穩定性，可實現溫度特性優異的振盪器。
而且，根據本發明，採用一種附恒溫槽的水晶振盪器，在電路基板搭載有圓柱型的水晶振子及對水晶振子的溫度進行控制的溫度控制電路，其中，水晶振子在接合於電路基板的面的整個外周，具備向外側突出的凸緣，在凸緣連接有水晶振子的接地端子，電路基板在搭載水晶振子的部分形成有凹部，在凹部的周圍具備與水晶振子連接的焊接圖案，溫度控制電路具備成為熱源的功率電晶體、作為溫度傳感器的熱敏電阻以及金屬圖案，所述金屬圖案共同連接水晶振子的接地端子、功率電晶體的集電極與熱敏電阻的接地端子，水晶振子將接地端子與電路基板的焊接圖案予以焊接，並連接於金屬圖案，因此具有如下效果：能夠將來自成為熱源的功
率電晶體的熱經由導熱率大的金屬圖案而有效地傳導至水晶振子及熱敏電阻，可提高熱響應性及溫度穩定性，可實現長期使頻率特性良好且溫度特性優異的振盪器，並且防止以焊料未附在設有導線端子的水晶振子的底面中央部的方式來連接導線端子與接地端子。
而且，根據本發明，所採用的上述附恒溫槽的水晶振盪器中，溫度控制電路包括：加熱器電阻，一端被供給有電源電壓而發熱；作為溫度傳感器的熱敏電阻，一端被供給有電源電壓，另一端接地，根據溫度來使電阻值可變，且在一端輸出與溫度相應的電壓；差動放大器，電源電壓與熱敏電阻的一端之間的電壓被輸入一個輸入端子，並且與熱敏電阻並聯設置的信號線的電壓被輸入另一個輸入端子，輸出是經由電阻而反饋給一個輸入端子，對輸入另一個輸入端子的電壓與輸入一個輸入端子的電壓的差值進行放大，並作為控制電壓而輸出；PNP型功率電晶體，具有加熱器電阻的另一端所連接的發射極、輸入差動放大器的輸出的基極及接地的集電極；以及PNP型限流用電晶體，具有被供給電源電壓的發射極、輸入加熱器電阻的另一端與功率電晶體的發射極之間的電壓的基極、及連接於功率電晶體的基極的集電極，功率電晶體的集電極與熱敏電阻的另一端通過共同連接的金屬圖案而連接並接地，因此具有如下效果：能夠將水晶振子的接地端子與功率電晶體和熱敏電阻的接地端子連接於共同的金屬圖案，從而能夠有效地使來自功率電晶體的熱進行傳導，提高熱響應特性及溫度穩定性，可實現溫度特性優異的振盪器。
100：10‧‧‧差動放大器IC
11、21、41‧‧‧電路基板
12、22、42‧‧‧熱源
13、23‧‧‧熱敏電阻
14、24、45‧‧‧水晶振子
14a、24a、54‧‧‧凸緣
15‧‧‧狹縫
16、25‧‧‧金屬圖案
26‧‧‧凹部
27‧‧‧焊接用圖案
43‧‧‧溫度傳感器
44‧‧‧散熱絕緣片
46‧‧‧熱筒
51‧‧‧底座
52‧‧‧罩
53‧‧‧導線端子
DC‧‧‧電源電壓
HR‧‧‧加熱器電阻
R1、R2、R3、R4、R5‧‧‧電阻
TH‧‧‧熱敏電阻
Tr1‧‧‧功率電晶體
Tr2‧‧‧限流用電晶體
圖1(a)、圖1(b)是表示本發明的第1實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的振盪器的結構的示意說明圖，圖1(a)為分解說明圖，
圖1(b)為外觀說明圖。
圖2是本發明的實施方式的溫度控制電路的電路圖。
圖3(a)、圖3(b)是表示本發明的第2實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的振盪器的結構的示意說明圖，圖3(a)為外觀說明圖，圖3(b)為局部說明圖。
圖4(a)、圖4(b)是表示先前的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的振盪器的結構的示意說明圖，圖4(a)為分解說明圖，圖4(b)為外觀說明圖。
圖5是先前的附恒溫槽的水晶振盪器的溫度控制電路的電路圖。
圖6(a)、圖6(b)是圓柱型水晶振子的概觀圖，圖6(a)為俯視圖，圖6(b)為側視圖。
參照附圖來說明本發明的實施方式。
本發明的實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器採用如下結構：作為溫度控制電路，使用如下電路，該電路使用金屬的共同圖案來將PNP型功率電晶體的集電極側與熱敏電阻的一端連接於接地位準(level)，並設有對流經加熱器電阻的電流進行限制的PNP型限流用電晶體，所述加熱器電阻連接於功率電晶體的發射極，將水晶振子直接焊接安裝於基板的共同圖案，而且，將殼體的凸緣的一部分插入形成在基板的狹縫內，從而能夠將來自功率電晶體的集電極的熱有效地傳導至共同連接的水晶振子及熱敏電阻，即便不使用熱筒也可提高熱響應性及溫度穩定性，能夠實現低背化並且溫度特性優異的振盪器，進而，在通過回流焊接來安裝水晶振子時，能夠防止
水晶振子移動，而將水晶振子安裝於規定的安裝位置。
而且，本發明的附恒溫槽的水晶振盪器採用如下結構：使用圓柱型的水晶振子與上述溫度控制電路，在基板上，在搭載水晶振子的區域形成有凹部，將該凹部的外周部與水晶振子的凸緣背面予以焊接，以通過共同圖案來連接水晶振子、功率電晶體的集電極側與熱敏電阻，從而能夠使來自功率電晶體的集電極的熱有效地傳導至共同連接的水晶振子及熱敏電阻，可提高熱響應性及溫度穩定性，而且，能夠防止水晶振子的導線端子與接地(GND)端子通過焊料而連接。
使用圖1(a)、圖1(b)來說明本發明的第1實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器的結構。圖1(a)、圖1(b)是表示本發明的第1實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的振盪器的結構的示意說明圖，圖1(a)為分解說明圖，圖1(b)為外觀說明圖。
如圖1(a)、圖1(b)所示，本發明的第1實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器(第1附恒溫槽的水晶振盪器)的振盪器呈如下結構，即：在電路基板11的一個面，具備：熱源12、熱敏電阻13及水晶振子14。
即，第1附恒溫槽的水晶振盪器為：不具備圖5所示的先前的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的散熱絕緣片44及熱筒46的結構，而呈水晶振子14被直接焊接於電路基板11的結構。
此處，水晶振子14通過回流焊接而安裝於電路基板11。
由於不具備熱筒46，因而能夠降低高度方向的尺寸，進而，不需要導熱率低的散熱絕緣片44，取而代之，通過介隔金屬圖案，從而有效地導熱，提高溫度的穩定性。
並且，如圖1(b)所示搭載有電子零件的電路基板11被收納於
金屬罩(未圖示)的凹部內，並通過接腳而固定於覆蓋金屬罩的凹部開口部的金屬底座並密封，從而構成第1附恒溫槽的水晶振盪器。由金屬罩與金屬底座密封的空間成為恒溫槽。另外，在第1附恒溫槽的水晶振盪器中，電路基板11以搭載有水晶振子14或熱源12的面與金屬底座相向的方式，而被收納於金屬罩中。
對第1附恒溫槽的水晶振盪器的各部分進行說明。
第1附恒溫槽的水晶振盪器中，使用PNP功率電晶體來作為熱源12。另外，圖1(a)、圖1(b)中，示出了具備2個成為熱源12的PNP功率電晶體的結構。
熱敏電阻13是對水晶振子14的溫度進行檢測的溫度傳感器。
水晶振子14採用：安裝於底座(base)的水晶坯體被封入金屬製殼體內的結構，從金屬殼體突出有2根導線端子。另外，在水晶振子14的殼體中，在突出有導線的一側的整個外周，設有向外側突出的緣(邊(boarder)、沿(brim))狀的凸緣14a。
並且，水晶振子14將罩的一面(相當於GND端子)直接通過焊接而接合於電路基板11上形成的金屬圖案16、並進行接地。
作為第1附恒溫槽的水晶振盪器的特徵，電路基板11具備：使水晶振子14的凸緣14a的一部分(圖1(a)、圖1(b)的例子中，為凸緣14a的下側的緣)插入的狹縫15。
通過設置狹縫15，當水晶振子14被搭載於電路基板11上時，凸緣14a的一部分被收入狹縫15，使成為水晶振子14的GND端子的罩的一面密接於電路基板11，可促進熱的傳導，並且可實現低背化。
進而，狹縫15將水晶振子14固定於規定位置，且狹縫15以如下方式形成，即：當將水晶振子14搭載於電路基板11的正確的位置時，凸緣14a的一部分插入狹縫15。即，水晶振子14通過將凸緣14a的一部分插入狹縫15，從而被定位於規定位置。
具體而言，在通過回流焊接而將水晶振子14搭載於電路基板11時，即使電路基板11與水晶振子14之間的焊料因回流而流動，由於在狹縫15內插入有凸緣14a的一部分，因此仍能夠將水晶振子14的位置固定於預定的規定位置，能夠防止水晶振子14的位置偏離，從而可將水晶振子14安裝於適當的位置。
而且，通過設置狹縫15，當水晶振子14過熱時，能夠將熱散發至外部。
另外，也可取代狹縫15，而在電路基板11的相當於凸緣14a的位置設置凹部(槽(groove)、沉頭孔(counter boring))，該凹部具備與狹縫15為同程度的開口部，且不貫穿電路基板11。
在設有沉頭孔的情況下，由於凸緣14a的一部分也插入沉頭孔中，因此也能夠以在回流時水晶振子14不會偏離規定位置的方式予以固定。
並且，第1附恒溫槽的水晶振盪器中，通過對溫度控制電路採用後述的結構，從而水晶振子14的GND端子、作為熱源12的功率電晶體的集電極、與熱敏電阻13的GND端子將通過形成在電路基板11上的共同的金屬圖案16而電性連接。
金屬圖案16是由銅等的金屬形成，且導熱性優異。
因此，能夠使來自熱源12的熱無損失地傳導至水晶振子14及熱敏電阻13，從而也使水晶振子14、熱源12、熱敏電阻13進行熱結合。
進而，通過將水晶振子14的凸緣14a的一部分插入狹縫15，從而水晶
振子14密接於GND圖案的面積變廣，使熱的傳導更為良好。
先前，設置於水晶振子與熱源之間的散熱絕緣片的導熱率相當低，為6.5 W/(m．K)。而且，先前的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的熱筒的代表性的材質即鋁的導熱率為237 W/(m．K)。
與此相對，共同的GND圖案中所用的銅的導熱率良好，為398 W/(m．K)。
第1附恒溫槽的水晶振盪器中，未使用散熱絕緣片，水晶振子14與熱源12僅經由包含銅的共同的GND圖案即金屬圖案16來接觸，因此與先前相比，熱非常容易傳遞，能夠提高溫度穩定性。
進而，第1附恒溫槽的水晶振盪器不具備熱筒，因此振盪器整體的熱容量比先前低。由此，在振盪器的啟動時，能夠縮短水晶振子達到某固定溫度而成為溫度穩定的狀態為止的時間。
這樣，第1附恒溫槽的水晶振盪器中，與先前相比，提高了導熱率，且降低了熱容量，從而，在啟動時縮短直至頻率穩定為止的時間，隨後的溫度穩定性也能夠提高。
第1附恒溫槽的水晶振盪器中，不需要先前被用作有效地使熱傳導的機構的熱筒，通過設置了將水晶振子14的凸緣14a插入的狹縫15或沉頭孔，能夠降低振盪器整體的高度方向的尺寸，而實現低背化。
接下來，使用圖1(a)、圖1(b)來說明第1附恒溫槽的水晶振盪器在電路基板11上的配置。
如圖1(a)、圖1(b)所示，在電路基板11的一個面(此處為上表面)，
以水晶振子14的凸緣14a被收納至狹縫15中的方式來搭載水晶振子14，導線端子經由電路基板11上形成的貫穿孔而引出至另一個面。
作為熱源12的PNP功率電晶體是在水晶振子14的正旁邊密接或靠近地配置，進而，熱敏電阻13也是在水晶振子14及熱源12的正旁邊密接或靠近地配置。如上所述，水晶振子14、熱源12、熱敏電阻13連接於電路基板11上的共同的金屬圖案16。
這樣，通過使水晶振子14、熱源12、熱敏電阻13之間的距離為最短，能夠更有效地導熱，提高溫度穩定性。
另外，圖1(a)、圖1(b)中，使用2個PNP功率電晶體，進一步提高溫度穩定度。
接下來，使用圖2來說明本發明的實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器的溫度控制電路。圖2是本發明的實施方式的溫度控制電路的電路圖。另外，圖2的溫度控制電路被用於第1附恒溫槽的水晶振盪器及後述的第2附恒溫槽的水晶振盪器。
本發明的實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器的溫度控制電路(本溫度控制電路)控制恒溫槽的溫度，作為其結果，控制了水晶振子的溫度。
本溫度控制電路如圖2所示，基本上具有：熱敏電阻TH、差動放大器(OPAMP)IC10、功率電晶體Tr1、加熱器電阻HR及限流用電晶體Tr2。
並且，功率電晶體Tr1與限流用電晶體Tr2成為PNP型電晶體。
對於加熱器電阻HR的一端，施加有電源電壓DC，加熱器電阻HR的另一端連接於功率電晶體Tr1的發射極，功率電晶體Tr1的集電極接地至接地端(GND)。
而且，對於電阻R1的一端，施加有電源電壓DC，電阻R1的另一端連接於熱敏電阻TH的一端，熱敏電阻TH的另一端接地至GND。
而且，對於電阻R2的一端，施加有電源電壓DC，電阻R2的另一端連接於電阻R3的一端，電阻R3的另一端接地至GND。
並且，電阻R1的另一端與熱敏電阻TH的一端之間的點是：經由電阻R4而連接於差動放大器IC10的一個輸入端子(-端子)；電阻R2的另一端與電阻R3的一端之間的點是：連接於差動放大器IC10的另一個輸入端子(+端子)。
進而，將差動放大器IC10的輸出端子與輸入端子(-端子)經由電阻R5而反饋地連接。
並且，差動放大器IC10的輸出端子連接於功率電晶體Tr1的基極。
另外，雖未圖示，但對於差動放大器IC10施加有電源電壓DC以用於動作，而且連接於GND。
而且，對於限流用電晶體Tr2的發射極施加有電源電壓DC，加熱器電阻HR的另一端與功率電晶體Tr1的發射極之間的點是連接於限流用電晶體Tr2的基極，且限流用電晶體Tr2的集電極連接於功率電晶體Tr1的基極。
熱敏電阻TH是電阻值根據溫度而變化的感溫元件，對水晶振子的動作溫度進行檢測。
本溫度控制電路中，在下述方面具有特徵，即：熱敏電阻TH的另一端與功率電晶體Tr1的集電極以接地位準(ground level)而連接於共同的GND層。
即，熱敏電阻TH的另一端與功率電晶體Tr1的集電極能夠經由GND層而物理且電性地連接，從而能夠提高熱響應性，所述GND層包含導熱性良好的銅。
對於差動放大器IC10的一個輸入端子(-端子)，經由電阻R4而輸入電阻R1與熱敏電阻TH之間的電壓，並且經由電阻R5而反饋地輸入差動放大器IC10的輸出；對於另一個輸入端子(+端子)，輸入電阻R2與電阻R3之間的電壓，而對兩輸入端子的電壓的差值進行放大並輸出。
功率電晶體Tr1為PNP型電晶體，對基極輸入差動放大器IC10的輸出，對應於對基極的施加電壓，使電流流經發射極與集電極之間，由此使電流也流經加熱器電阻HR。
功率電晶體Tr1通過限流用電晶體Tr2的動作來限制流經加熱器電阻HR的電流，由此不使加熱器電阻HR成為熱源，而僅有功率電晶體Tr1成為熱源。尤其，功率電晶體Tr1的集電極(GND側)發熱。
另外，也可使功率電晶體Tr1包含P通道MOSFET。
加熱器電阻HR被施加有電源電壓DC，且通過功率電晶體Tr1的動作，對應於流經的電流而發熱。
但是，加熱器電阻HR通過限流用電晶體Tr2的動作來限制流經的電流，因此，與不具備限流電路的先前的溫度控制電路相比，加熱器電阻HR不會成為熱源。
另外，圖1(a)、圖1(b)的例子中，將功率電晶體Tr1及限流用電晶體Tr2表示作熱源12。
限流用電晶體Tr2的基極被施加有將加熱器電阻HR的另一端與功率電晶體Tr1的發射極予以連接的線(line)上的點的電壓，根據被施加的電壓，對流經發射極與集電極的電流進行控制，所述發射極連接於電源電壓DC，所述集電極連接於功率電晶體Tr1的基極。
即，對應於流經功率電晶體Tr1的發射極的電流，對限流用電晶體Tr2的基極施加的電壓為可變，流經限流用電晶體Tr2的發射極與集電極的電流也為可變。
具體而言，當流經功率電晶體Tr1的發射極的電流變大時，通過限流用電晶體Tr2與電流檢測電阻來決定最大電流，加熱器電阻HR的發熱量受到限制，主要由功率電晶體Tr1來消耗。
而且，當流經功率電晶體Tr1的發射極的電流變小時，流經限流用電晶體Tr2的發射極與集電極的電流也變小，限流用電晶體Tr2不進行動作。
根據本發明的1個實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器，採用如下結構：作為溫度控制電路，使用如下電路，該電路將作為熱源12的PNP型功率電晶體Tr1的集電極側與熱敏電阻13的一端連接於包含銅的共同的GND圖案(金屬圖案16)，並設有對流經加熱器電阻HR的電流進行限制的PNP型限流用電晶體Tr2，該加熱器電阻HR連接於功率電晶體Tr1的發射極，在電路基板11設置狹縫15，在將水晶振子14的凸緣14a插入狹縫15的狀態下，將水晶振子14的殼體(GND端子)直接焊接安裝於上述共同的GND圖案，將熱源設為一個功率電晶體Tr1以防止熱分散，將來自功率電晶體Tr1的集電極的熱通過導熱率高的銅的金屬圖案16而有效地傳導至水晶振子14及熱敏電阻13，從而具有如下效果：即便不使用熱筒也能夠提高熱響
應性及溫度穩定性，能夠實現溫度特性優異的振盪器，而且，能夠實現低背化，並且通過將凸緣14a的一部分插入狹縫15或沉頭孔，從而將水晶振子14固定於電路基板11上的規定位置，能夠在回流焊接時，防止水晶振子14的位置發生偏離。
接下來，使用圖3(a)、圖3(b)來說明本發明的第2實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器的結構。圖3(a)、圖3(b)是表示本發明的第2實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器中所用的振盪器的結構的示意說明圖，圖3(a)為外觀說明圖，圖3(b)為局部說明圖。
本發明的第2實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器(第2附恒溫槽的水晶振盪器)具備：圖6(a)、圖6(b)所示的圓柱型的水晶振子、及圖2所示的溫度控制電路。
如上所述，圓柱型的水晶振子具備長期穩定的頻率特性，從而在第2附恒溫槽的水晶振盪器中，實現了溫度穩定性進一步提高的附恒溫槽的水晶振盪器。
如圖3(a)所示，第2附恒溫槽的水晶振盪器的振盪器採用如下結構：在電路基板21的一個面(此處為上表面)，搭載有熱源22、熱敏電阻23及圖6(a)、圖6(b)所示的圓柱型的水晶振子24。
在水晶振子24的下表面外周，形成有向外側突出的凸緣24a。另外，此處，將使底座與殼體接合而向外側突出的部分整體稱作凸緣。
作為熱源22，使用PNP功率電晶體，但也可採用P通道MOSFET。另外，此處，具備2個熱源22，從而進一步提高溫度穩定性。
而且，第2附恒溫槽的水晶振盪器中採用如下結構：也使用上述的圖2所示的溫度控制電路，且水晶振子24的相當於凸緣24a背側的底座、
熱源22與熱敏電阻23連接於共同的金屬圖案25並接地。金屬圖案25是由銅等所形成，導熱性高。
由此，能夠將來自熱源22的PNP功率電晶體Tr1的集電極的熱有效地傳導至熱敏電阻23及水晶振子24，從而能夠提高溫度穩定性。
並且，圖3(a)的振盪器被收納於金屬罩的凹部內，通過接腳固定於覆蓋凹部的金屬底座並密封，從而構成第2附恒溫槽的水晶振盪器。
作為第2附恒溫槽的水晶振盪器的特徵，如圖3(b)所示，在電路基板21的上表面，在搭載水晶振子24的部分，形成有具備比水晶振子24的凸緣24a小的開口部的凹部(沉頭孔)26。
而且，在電路基板21形成有金屬圖案25，該金屬圖案25將水晶振子24、PNP功率電晶體Tr1及熱敏電阻23共同連接並接地。
並且，在凹部26的底面，形成有水晶振子24的導線端子所貫穿的貫穿孔27，導線端子被引出至電路基板21的背面。
進而，在第2附恒溫槽的水晶振盪器中，在凹部26的開口部外周，形成有環狀的焊接用圖案26a(以塗黑的部分所示)。即，凹部26是形成在焊接用圖案26a的內側。
焊接用圖案26a連接於金屬圖案25，由此，熱源22、熱敏電阻23與水晶振子24電性連接於共同的金屬圖案25，進而也熱結合。
並且，在將水晶振子24搭載於電路基板21時，僅對相當於凸緣24a背側的底座(base)的背面(此處為下表面)進行焊接，將底座背面的外周部、與電路基板21的凹部26的外周部分所形成的焊接用圖案26a予以接合。
此處，當對水晶振子24的整個底座背面進行焊接時，水晶振子24的底座與導線有可能以焊料而連接，但通過在電路基板21上具備凹部26而
設置空間，並將凹部26的外周部分與水晶振子24的凸緣24a的下表面予以焊接，從而能夠避免焊料附於導線端子，以防止連接於GND的底座部分與導線相連接。
根據本發明的第2實施方式的附恒溫槽的水晶振盪器，採用如下結構：作為溫度控制電路，使用如下電路，該電路將作為熱源22的PNP型功率電晶體Tr1的集電極側與熱敏電阻23的一端連接於包含銅的共同的金屬圖案25並接地，並設有對流經加熱器電阻HR的電流進行限制的PNP型限流用電晶體Tr2，該加熱器電阻HR連接於功率電晶體Tr1的發射極，將圓柱型水晶振子24的凸緣24a的背面、熱源22與熱敏電阻23共同連接於電路基板21的金屬圖案25，因此具有如下效果：可使來自熱源22的熱效率良好地傳導至熱敏電阻23及水晶振子24，從而提高熱響應性及溫度穩定性，能夠實現長期使頻率特性良好且溫度特性優異的振盪器。
而且，根據第2附恒溫槽的水晶振盪器，採用如下結構：在電路基板21的搭載水晶振子24的部分，形成比水晶振子24的外周小的凹部26，將水晶振子24的凸緣24a的背面、與凹部26的外周所形成的焊接圖案26a予以焊接，因此具有如下效果：能夠避免焊料附於水晶振子24的底座背面的外周以外的內側部分，以防止底座與導線通過焊料相連接。
本發明適用於既可實現低背化又可提高溫度穩定性，進而可在回流焊接時，將水晶振子安裝於規定位置的附恒溫槽的水晶振盪器。
11‧‧‧電路基板
13‧‧‧熱敏電阻
14‧‧‧水晶振子
14a‧‧‧凸緣
15‧‧‧狹縫
16‧‧‧金屬圖案
Claims (7)
- 一種附恒溫槽的水晶振盪器，在電路基板搭載有水晶振子、及對所述水晶振子的溫度進行控制的溫度控制電路，所述附恒溫槽的水晶振盪器的特徵在於，在所述水晶振子的一端，在整個外周具備向外側突出的凸緣，所述電路基板具備使所述凸緣的一部分插入的凹部，所述水晶振子在所述凸緣的一部分被插入所述凹部的狀態下受到定位，且連接於金屬圖案，所述溫度控制電路包括：加熱器電阻，一端被供給有電源電壓而發熱；作為溫度傳感器的熱敏電阻，一端被供給有電源電壓，另一端接地，根據溫度來使電阻值可變，且在一端輸出與溫度相應的電壓；差動放大器，所述電源電壓與所述熱敏電阻的一端之間的電壓被輸入一個輸入端子，並且與所述熱敏電阻並聯設置的信號線的電壓被輸入另一個輸入端子，輸出是經由電阻而反饋給所述一個輸入端子，對輸入所述另一個輸入端子的電壓與輸入所述一個輸入端子的電壓的差值進行放大，並作為控制電壓而輸出；PNP型功率電晶體，具有：所述加熱器電阻的另一端所連接的發射極、輸入所述差動放大器的輸出的基極、及接地的集電極；以及PNP型限流用電晶體，具有：被供給所述電源電壓的發射極、輸入所述加熱器電阻的另一端與所述功率電晶體的發射極之間的電壓的基極、及連接於所述功率電晶體的基極的集電極，所述功率電晶體的集電極與所述熱敏電阻的另一端是通過共同連接的 所述金屬圖案而連接並接地。
- 如申請專利範圍第1項所述的附恒溫槽的水晶振盪器，其中，所述凹部是貫穿所述電路基板的狹縫。
- 如申請專利範圍第1項所述的附恒溫槽的水晶振盪器，其中，所述凹部是未貫穿所述電路基板的槽。
- 一種附值溫槽的水晶振盪器，在電路基板搭載有圓柱型的水晶振子、及對所述水晶振子的溫度進行控制的溫度控制電路，所述附恒溫槽的水晶振盪器的特徵在於，所述水晶振子在接合於所述電路基板的面的整個外周，具備向外側突出的凸緣，在所述凸緣連接有所述水晶振子的接地端子，所述電路基板在搭載所述水晶振子的部分形成有凹部，在所述凹部的周圍具備與所述水晶振子連接的焊接圖案，所述水晶振子將所述接地端子與所述電路基板的焊接圖案予以焊接，並連接於金屬圖案，所述溫度控制電路包括：加熱器電阻，一端被供給有電源電壓而發熱；作為溫度傳感器的熱敏電阻，一端被供給有電源電壓，另一端接地，根據溫度來使電阻值可變，且在一端輸出與溫度相應的電壓；差動放大器，所述電源電壓與所述熱敏電阻的一端之間的電壓被輸入一個輸入端子，並且與所述熱敏電阻並聯設置的信號線的電壓被輸入另一個輸入端子，輸出是經由電阻而反饋給所述一個輸入端子，對輸入所述另一個輸入端子的電壓與輸入所述一個輸入端子的電壓的差值進行放大，並作為控制電壓而輸出；PNP型功率電晶體，具有：所述加熱器電阻的另一端所連接的發射極、 輸入所述差動放大器的輸出的基極、及接地的集電極；以及PNP型限流用電晶體，具有：被供給所述電源電壓的發射極、輸入所述加熱器電阻的另一端與所述功率電晶體的發射極之間的電壓的基極、及連接於所述功率電晶體的基極的集電極，所述功率電晶體的集電極與所述熱敏電阻的另一端通過共同連接的所述金屬圖案而連接並接地。
- 如申請專利範圍第1項或第4項所述的附恒溫槽的水晶振盪器，其中，取代功率電晶體，而具備P通道金屬氧化物半導體場效應電晶體。
- 如申請專利範圍第2項所述的附恒溫槽的水晶振盪器，其中，取代功率電晶體，而具備P通道金屬氧化物半導體場效應電晶體。
- 如申請專利範圍第3項所述的附恒溫槽的水晶振盪器，其中，取代功率電晶體，而具備P通道金屬氧化物半導體場效應電晶體。
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