JP5194482B2

JP5194482B2 - 高安定圧電発振器

Info

Publication number: JP5194482B2
Application number: JP2007040420A
Authority: JP
Inventors: 智博田村; 淳松岡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: JP2008205886A

Description

本発明は、周波数制御デバイス等として使用される高安定圧電発振器の改良に関し、特に圧電振動子をパワートランジスタにより加熱するとともに、温度制御回路によって加熱温度を制御する構成を備えた高安定圧電発振器において、プリント基板によって支持された圧電振動子を加熱するための発熱部品からの熱がプリント基板を過剰に加熱することによってプリント基板上の回路素子に悪影響を与える不具合を解消した高安定圧電発振器に関する。

移動体通信機器や伝送通信機器に用いる周波数制御デバイスである水晶発振器等の圧電発振器として、外部の温度変化に影響されることなく高安定な周波数を出力することができる恒温槽型圧電発振器が従来から知られている。更に、近年これらの分野では、各種機器に対して、小型、軽量で携帯可能であることが求められてきているため、それに対応して恒温槽型圧電発振器についても小型、軽量化が市場から求められている。
従来の恒温槽型圧電発振器は、高安定な周波数を得る為に、熱容量が大きい金属ブロック等の恒温槽（ｏｖｅｎ）の凹所内に圧電振動子を収容し、更に金属ブロックをヒータにより所定の温度に加熱していた。しかし、大型の金属ブロックを用いると、発振器全体の嵩が増大するため、小型、軽量化という要請を満たすことができなかった。また、金属ブロックを介して圧電振動子内部の圧電振動素子を加熱する構成であったため、ヒータからの熱が圧電振動素子に達して、所望周波数に達するまでに長い時間を要するという問題があった。

大型の金属ブロックを用いないタイプの高安定圧電発振器として、特許文献１には、プリント基板の下面に水晶振動子を搭載すると共にこの水晶振動子を高温槽により包囲し、更に恒温槽に近いプリント基板面に加熱用の発熱部品及び導熱板を搭載したユニットを、上下の金属カバーで包囲し、更にプリント基板から下方へ突設された金属ピンを下側の金属カバーに設けた穴を介して外部に突出したタイプが開示されている。
この従来例によれば、発熱部品がプリント基板に接しているため、発熱部品の温度（Ｔ１）、プリント基板の温度（Ｔ２）、恒温槽の温度（Ｔ３）、及び水晶振動子の温度（Ｔ４）の関係が、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４となり、プリント基板温度が水晶振動子温度よりも高温となる。一般に恒温槽を備えた高安定圧電発振器（ＯＣＸＯ）にあっては、水晶振動子の温度を振動子の零温度係数に合わせて設定しているため、＋８０℃程度の温度に維持する必要がある。しかし、プリント基板がこの水晶振動子の設定温度以上に高くなると、プリント基板上に搭載された各種回路部品を構成する半導体の使用温度範囲を超えたり、実装している電子部品が熱エージングによって劣化する虞がある。
本来、発熱部品は水晶振動子のみを加熱すれば足りるにも拘わらず、このようにプリント基板上に発熱部品を搭載すると、プリント基板も高温化し、プリント基板上の回路部品の劣化をもたらすという問題があった。
特開２００５−３３３３１５公報

以上のように従来の高安定圧電発振器にあっては、恒温槽内の圧電振動子を加熱するための発熱部品が圧電振動子を支持するプリント基板に近接して配置されていたため、プリント基板を介して搭載部品を過剰に加熱して劣化させるという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、プリント基板に搭載した圧電振動子を金属キャップにより包囲すると共に、プリント基板から離隔した金属キャップ外面に加熱用の発熱部品を取り付けることにより、圧電振動子を集中して加熱し、プリント基板上の回路部品の熱による劣化を防止するようにした高安定圧電発振器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明に係る高安定圧電発振器は、表面実装用のベースプリント基板と、前記ベースプリント基板の上面側に配置されており、前記ベースプリント基板の上面と共に収容空間を画定している金属製発振器ケースと、を備え、前記収容空間内には、前記ベースプリント基板の上面に立設した導体ピンと、前記導体ピンで支持され、前記ベースプリント基板の上面の上方に前記ベースプリント基板の上面との間に所定の間隔を保持して並行に配置された上部プリント基板と、前記上部プリント基板の面のうち前記ベースプリント基板の上面と対向している対向面に実装された圧電振動子と、前記ベースプリント基板の上面と非接触の状態であり、前記対向面と共に前記圧電振動子を包囲している金属キャップと、前記ベースプリント基板の上面に突設している台座プリント基板と、前記ベースプリント基板の上面と前記金属キャップとの間にあって前記ベースプリント基板の上面と非接触の状態で、前記金属キャップに固定された発熱部品であって、前記ベースプリント基板と略平行に引き出されているとともに前記台座プリント基板の配線パターンと半田付けされているリード端子を有しているパワートランジスタと、前記上部プリント基板における前記対向面に対する裏側の面に実装されている発振回路部品と、を備えていることを特徴とする。
本発明は、発熱部品であるリード端子を有しているパワートランジスタを、上部プリント基板から離間させると共に、ベースプリント基板の上面と非接触の状態で金属キャップに直接取り付けたので、金属キャップ及び圧電振動子の温度を高めることができる一方で、上部プリント基板を過剰に加熱することがなくなる。このため、上部プリント基板上に搭載された各種回路部品を構成する半導体の使用温度範囲を超えたり、実装している電子部品が熱エージングによって劣化する不具合がなくなる。
さらに、本発明は、パワートランジスタのリード端子を屈曲加工したり、ベースプリント基板面にリード端子先端を仮止めしつつ手作業によって半田接続を行う等の手数がなくなる分だけ製造手数が削減される。

また本発明は、前記発熱部品はパワートランジスタであり、該パワートランジスタの本体から突出したリード端子を屈曲させることにより該リード端子先端部を前記ベースプリント基板上の配線パターンと半田接続したことを特徴とする。

また本発明は、前記発熱部品はパワートランジスタであり、該パワートランジスタの本体から突出したリード端子を前記ベースプリント基板上面と略平行に引き出した状態で、該ベースプリント基板上に突設した台座プリント基板上の配線パターンと該リード端子先端とを半田付けしたことを特徴とする。
パワートランジスタのリード端子を屈曲加工したり、ベースプリント基板面にリード端子先端を仮止めしつつ手作業によって半田接続を行う等の手数がなくなる分だけ製造手数が削減される。

以下、本発明を図面に示した形態例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る高安定圧電発振器の一例としての高安定水晶発振器の構成を示す正面一部縦断面図である。
表面実装用の高安定水晶発振器１は、底部に実装端子を備えた表面実装用のベースプリント基板２と、ベースプリント基板２の上面との間に所定の間隔を介して導体ピン５により並行に支持された圧電振動子実装用の上部プリント基板１０と、上部プリント基板１０の下面に実装された水晶振動子（圧電振動子）２０と、水晶振動子２０を含む上部プリント基板下面の空間を包囲する金属キャップ３０と、ベースプリント基板２の上面と非接触の状態で金属キャップ３０の下面に固定された発熱部品４０と、ベースプリント基板２の上面、或いは上部プリント基板１０の面上に夫々実装される発振回路部品５０、５１と、金属キャップ３０の外面適所に配置された温度制御素子（サーミスタ）６０と、各部品２０、３０、４０、５０、５１、６０を含むベースプリント基板２上の空間を包囲する金属製発振器ケース７０と、温度制御素子６０による検知温度をフィードバックして発熱部品４０の発熱量を制御することにより水晶振動子２０の温度を制御する図示しない制御回路と、を備えている。
熱による悪影響を受けやすい回路部品、例えば高周波の発振回路部品５０は上部プリント基板１０上に搭載し、熱に強い回路部品はベースプリント基板２上に搭載する。

発熱部品４０は例えばパワートランジスタであり、トランジスタ本体４１と、本体４１から突出した三本のリード端子４２とから構成されている。本実施形態では、本体４１を金属キャップ３０の下面に接着等により固定した状態で、クランク状に屈曲加工したリード端子４２の先端部をベースプリント基板２上の配線パターンと半田接続している。発熱源となる本体４１は上部プリント基板１０と離間しているため、発熱部品４０からの熱が直接上部プリント基板１０に伝達されて搭載された回路部品５０を過剰に加熱して劣化させることがない。つまり、発熱部品４０は金属キャップ３０を介して内蔵された水晶振動子２０を先行して加熱する構造であるため、上部プリント基板が水晶振動子の温度を超えて過剰に昇温することが防止される。一方、発熱部品４０は、ベースプリント基板上面との間にも十分な空間を保持しているため、ベースプリント基板２を過剰に加熱して搭載部品に悪影響を及ぼす虞もない。
制御回路を構成する回路部品は例えばベースプリント基板２上に搭載し、温度制御素子６０から延びるリード端子を制御回路と接続する。
金属製発振器ケース７０は、発熱部品４０によって昇温した金属キャップ３０からの放熱防止、電磁的な悪影響の防止を図っている。

本発明によれば、発熱時における発熱部品４０の温度をＴ１、上部プリント基板１０の温度をＴ２、金属キャップ（恒温槽）３０の温度をＴ３、水晶振動子２０の温度をＴ４とした時に、これらの関係が、Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ４＞Ｔ２となり、上部プリント基板１０の温度Ｔ２が水晶振動子の温度Ｔ４よりも大幅に低温となる。水晶振動子２０の温度を＋８０℃程度に維持した場合、上部プリント基板温度Ｔ２を５０℃程度に留めることができる。このため、上部プリント基板１０上に搭載された各種回路部品５０を構成する半導体の使用温度範囲を超えたり、実装している電子部品が熱エージングによって劣化する不具合がなくなる。

次に、図２は本発明の他の実施形態に係る高安定圧電発振器の正面一部縦断面図である。
この実施形態に係る高安定圧電発振器１は、発熱部品４０としてパワートランジスタを用い、パワートランジスタ４０の本体４１から突出した三本のリード端子４２をベースプリント基板２の上面と略平行に引き出した状態で（屈曲加工しない状態で）、ベースプリント基板２上に突設した台座プリント基板８０上の配線パターンとリード端子先端とを半田付けした構成が特徴的である。
図１の実施形態に係る高安定圧電発振器においては、パワートランジスタ４０の本体４１から突出したリード端子４２をクランク状に屈曲させているが、リード端子をクランク状に屈曲させる作業と、リード端子先端部を半田接続する作業は人手による面倒な作業であり、工数の増大をもたらして生産性を低下させる原因となっている。
本実施形態では、金属キャップ３０の下面に固定したパワートランジスタ４０の本体４１の底部から横方向へ突出したリード端子４２を加工することなく、ベースプリント基板２上の予め配置した台座プリント基板８０上にリード端子先端部を半田接続しているため、生産性の低下を防止することができる。図１の実施形態においては、屈曲させたリード端子をベースプリント基板上に仮固定した状態で手作業によって半田接続する必要があったが、本発明によればリード端子を台座基板面上にセットした状態で自動的なリフロー工程により接続を行うことが可能となる。

なお、台座プリント基板８０は、その上面がリード端子先端部を支持し易い位置関係となるように予めベースプリント基板面上に固定しておく。
なお、上記実施形態では水晶発振器について説明したが、本発明は水晶以外の圧電材料を用いた他の圧電発振器にも適用することができる。

本発明の一実施形態に係る高安定圧電発振器の正面一部縦断面図である。本発明の他の実施形態に係る高安定圧電発振器の正面一部縦断面図である。

符号の説明

１…高安定水晶発振器、２…ベースプリント基板、５…導体ピン、１０…上部プリント基板、２０…水晶振動子（圧電振動子）、３０…金属キャップ、４０…発熱部品（パワートランジスタ）、４０…発熱部品、４１…トランジスタ本体、４２…リード端子、５０…発振回路部品、６０…温度制御素子、７０…金属製発振器ケース、８０…台座プリント基板。

Claims

表面実装用のベースプリント基板と、
前記ベースプリント基板の上面側に配置されており、前記ベースプリント基板の上面と共に収容空間を画定している金属製発振器ケースと、
を備え、
前記収容空間内には、
前記ベースプリント基板の上面に立設した導体ピンと、
前記導体ピンで支持され、前記ベースプリント基板の上面の上方に前記ベースプリント基板の上面との間に所定の間隔を保持して並行に配置された上部プリント基板と、
前記上部プリント基板の面のうち前記ベースプリント基板の上面と対向している対向面に実装された圧電振動子と、
前記ベースプリント基板の上面と非接触の状態であり、前記対向面と共に前記圧電振動子を包囲している金属キャップと、
前記ベースプリント基板の上面に突設している台座プリント基板と、
前記ベースプリント基板の上面と前記金属キャップとの間にあって前記ベースプリント基板の上面と非接触の状態で、前記金属キャップに固定された発熱部品であって、前記ベースプリント基板と略平行に引き出されているとともに前記台座プリント基板の配線パターンと半田付けされているリード端子を有しているパワートランジスタと、
前記上部プリント基板における前記対向面に対する裏側の面に実装されている発振回路部品と、
を備えていることを特徴とする高安定圧電発振器。