(57)【要約】【課題】プリント基板に設けた開口部、或いは切欠き内に圧電振動子を嵌合配置すると共に、圧電振動子の横方向にパワートランジスタを並置することによって発振器全体の厚さ寸法を減縮し、更にプリント基板に対する両部品の高さ方向位置精度を向上させることができる高安定圧電発振器用導熱トレイ、トレイユニット、プリント基板用ユニット、及び高安定圧電発振器を提供する。【解決手段】高安定圧電発振器用の導熱トレイ２１であって、金属ケース内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子本体、及び該圧電振動子本体の底部から突出した２本のリード端子、を備えた圧電振動子３０を収容する圧電振動子収容凹所２２と、圧電振動子収容凹所の横方向に並置されて圧電振動子を加熱するパワートランジスタ４０を固定するパワートランジスタ搭載部２３と、を備えた金属板材から成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高安定圧電発振器用の導熱トレイであって、
金属ケース内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子本体、及び該圧電振動子本体の底部から突出した２本のリード端子を備えた圧電振動子を収容する圧電振動子収容凹所と、
前記圧電振動子収容凹所の横方向に並置されて圧電振動子を加熱するパワートランジスタを固定するパワートランジスタ搭載部と、
を備えた金属板材から成ることを特徴とする高安定圧電発振器用導熱トレイ。
【請求項２】
前記圧電振動子と前記パワートランジスタとを夫々請求項１に記載の高安定圧電発振器用導熱トレイ上に搭載したことを特徴とする高安定圧電発振器用導熱トレイユニット。
【請求項３】
前記パワートランジスタは、その上面にトランジスタチップのコレクタに接続した放熱板を備え、該放熱板と前記圧電振動子との間を半田にて接続したことを特徴とする請求項２に記載の高安定圧電発振器用導熱トレイユニット。
【請求項４】
前記圧電振動子と前記パワートランジスタの放熱板との間に金属片を差し渡し固定した構成を備えたことを特徴とする請求項３に記載の高安定圧電発振器用導熱トレイユニット。
【請求項５】
前記パワートランジスタは、トランジスタチップのコレクタに接続した放熱板を備えると共に、前記放熱板側を下向きにして前記導熱トレイのパワートランジスタ搭載部に接触させた状態で搭載され、
前記パワートランジスタの上面と前記圧電振動子との間に金属片を差し渡し固定した構成を備えたことを特徴とする請求項２に記載の高安定圧電発振器用導熱トレイユニット。
【請求項６】
請求項２、３、４又は５に記載の導熱トレイユニットと、前記圧電振動子の各リード端子を配線パターンと接続した状態で前記導熱トレイユニットを支持するプリント基板と、前記プリント基板上に搭載された回路部品と、を備えたことを特徴とする高安定圧電発振器用プリント基板ユニット。
【請求項７】
前記導熱トレイユニットを、前記プリント基板の面内に形成した開口部、或いは切欠き内に嵌合配置することにより低背化を図ったことを特徴とする請求項６に記載の高安定圧電発振器用プリント基板ユニット。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のプリント基板ユニットを搭載するベースプリント基板と、該プリント基板ユニットを含む前記ベースプリント基板上の空間を包囲する金属製発振器ケースと、備えたことを特徴とする高安定圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、プリント基板上における圧電振動子とパワートランジスタとの位置決め精度を高めると共に、薄型化を達成することができる高安定圧電発振器用の導熱トレイ、トレイユニット、プリント基板用ユニット、及び高安定圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
金属ブロックを用いないタイプの表面実装型高安定圧電発振器として、特開２００２−２２３１２２には、図８に示したように、金属ケース１０２内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子本体１０１と、圧電振動子本体内の一端部により圧電振動素子を支持すると共に外部へ突出した他端部でプリント基板上の配線パターンと接続される２本のリード端子１０５と、を備えた圧電振動子１００を、プリント基板１１０上に横臥した状態で搭載すると共に、この圧電振動子本体１０１とプリント基板面との間にヒータとしてのパワートランジスタ１１１を介在させることにより金属ケース１０２内部の圧電振動素子を加熱する構成が開示されている。圧電振動子本体から延びる二本のリード端子１０５は基板面と平行に延びてから基板上の配線パターンに向けて屈曲（湾曲）させた構成を備えている。プリント基板１１０上には発振回路部品、温度制御回路部品等の回路部品１１２を搭載すると共に、圧電振動子１００、パワートランジスタ１１１、回路部品１１２等を含むプリント基板上の空間を金属製発振ケース１１３により包囲した構成を備えている。
しかし、この高安定圧電発振器にあっては、十分な熱結合を確保するために、プリント基板上面に搭載したパワートランジスタ１１１上に対して圧電振動子本体１０１を直接搭載していたため、発振器の全高は、プリント基板１１０とパワートランジスタ１１１と圧電振動子１００の各厚みが夫々加算された寸法となり、発振器全体の低背化に限界があった。更に、パワートランジスタの熱がプリント基板１１０側に逃げるという問題もあった。
【０００５】
次に、特願２００６−１９８０２１により提案された圧電発振器では、プリント基板に設けた切欠き内にパワートランジスタを嵌合配置した上でパワートランジスタから延びる３本のリード端子を切欠き周縁に設けたパッドに半田接続している。更に、圧電振動子はＬ字状に屈曲させた２本のリード端子の先端をパワートランジスタの下面に設けた配線パターンに対して固定することにより圧電振動子本体をプリント基板下面に対して平行に支持し、且つ圧電振動子本体上面をパワートランジスタ下面に接合している。切欠き内に嵌合配置されたパワートランジスタ下面に圧電振動子の金属ケース上面を密着することにより、発振器の全高さ寸法をプリント基板の厚さ分だけ短縮している。
しかし、この従来例にあっても、パワートランジスタと圧電振動子とを上下位置関係で重ねて組み付けるため、薄型化に限界があった。
【０００６】
また、この従来例にあっては、パワートランジスタ、圧電発振器、及び回路部品を搭載したプリント基板を、表面実装用のベースプリント基板上に立設したピンによって中空状態で支持した上で、このプリント基板を含むベースプリント基板上の空間を金属製発振器ケースによって包囲した構成をとるため、金属製発振器ケース内に上下方向スペースの余裕がなく、パワートランジスタ、圧電発振器、及び回路部品を搭載したプリント基板の高さ方向位置精度や、厚さ寸法精度を高くする必要があった。このため、生産性が低下する虞があった。具体的には、本来プリント基板面と平行姿勢に保持されるべきパワートランジスタや圧電振動子の取り付け角度がプリント基板面に対して僅かでも上下方向に傾斜していると、内部高さ寸法が極限された金属製発振器ケース内壁に圧電振動子本体を構成する金属ケースが接触して放熱し易くなり、圧電振動素子の周波数を高精度に制御することが難しくなり、その結果として発振器の出力周波数が変動しやすくなる、という問題を生じる。
【特許文献１】特開２００２−２２３１２２公報
【特許文献２】特願２００６−１９８０２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように従来の高安定圧電発振器にあっては、プリント基板面と平行な姿勢に支持した圧電振動子の上面又は下面に対してヒータとしてのパワートランジスタを密着させた状態で加熱することにより、圧電振動子本体内部の圧電振動素子を適正温度に維持していた。このため、発振器全体の厚さ寸法を減縮するのに限界があった。このことはパワートランジスタをプリント基板に設けた切欠き内に嵌合配置した場合においても同様であり、この場合には特にプリント基板に対するパワートランジスタや圧電振動子の取り付け角度に僅かでも上下方向への傾斜があると、圧電振動子と金属製発振器ケースとの接触による放熱と、それに起因した発振器の周波数特性の低下をもたらす虞があった。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、プリント基板に設けた開口部、或いは切欠き内に圧電振動子を嵌合配置すると共に、圧電振動子の横方向にパワートランジスタを並置することによって発振器全体の厚さ寸法を減縮し、更にプリント基板に対する両部品の高さ方向位置精度を向上させることができる高安定圧電発振器用導熱トレイ、トレイユニット、プリント基板用ユニット、及び高安定圧電発振器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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用導熱トレイは、金属ケース内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子本体、及び該圧電振動子本体の底部から突出した２本のリード端子、を備えた圧電振動子を収容する圧電振動子収容凹所と、前記圧電振動子収容凹所の横方向に並置されて圧電振動子を加熱するパワートランジスタを固定するパワートランジスタ搭載部と、を備えた金属板材から成ることを特徴とする。
従来は、圧電振動子とパワートランジスタとを上下に重ねて配置していたため、両部品の合計厚さ分だけ発振器の低背化に限界があった。本発明の導熱トレイによれば、圧電振動子とパワートランジスタとを横方向に位置決め性よく隣接配置するばかりでなく、両部品を熱伝導性の良好な金属材料から成る導熱トレイによって位置決め支持するようにしたので、低背化を確実に実現できると共に、パワートランジスタからの熱を効果的に圧電振動子に伝達し、プリント基板、その他の周辺部品への放熱を防止できる。また、導熱トレイに対する両部品の高さ位置を精度よく確定できる。
【００１０】
また、本発明に係る高安定圧電発振器用導熱トレイユニットは、前記圧電振動子と前記パワートランジスタとを夫々前記高安定圧電発振器用導熱トレイ上に搭載したことを特徴とする。
高安定圧電発振器用導熱トレイ上に圧電振動子とパワートランジスタを位置決め性よく搭載することにより、発振器内に組み込んだ際の高さ方向の位置精度を高くすることができる。また、導熱トレイを介して圧電振動子に対して効果的に熱伝導することができる。
【００１１】
また、本発明に係る高安定圧電発振器用導熱トレイユニットは、前記パワートランジスタは、その上面にトランジスタチップのコレクタに接続した放熱板を備え、該放熱板と前記圧電振動子との間を半田にて接続したことを特徴とする。
パワートランジスタからの発熱量が最大となるコレクタに対して接続した放熱板を外面に露出配置し、この放熱板と圧電振動子との間を半田により接続したので、熱を無駄にすることなく効果的に圧電振動子を加熱することができる。従って、圧電振動素子の周波数を高精度に制御することが可能となり、発振器の出力周波数を安定させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る高安定圧電発振器用導熱トレイユニットは、前記圧電振動子と前記パワートランジスタの放熱板との間に金属片を差し渡し固定した構成を備えたことを特徴とする。
圧電振動素子の周波数を高精度に制御することが可能となり、発振器の出力周波数を安定させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る高安定圧電発振器用導熱トレイユニットは、前記パワートランジスタは、トランジスタチップのコレクタ側を下向きにして前記導熱トレイのパワートランジスタ搭載部に接触させた状態で搭載され、前記パワートランジスタの上面と前記圧電振動子との間に金属片を差し渡し固定した構成を備えたことを特徴とする。
圧電振動素子の周波数を高精度に制御することが可能となり、発振器の出力周波数を安定させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る高安定圧電発振器用プリント基板ユニットは、前記導熱トレイユニットと、前記圧電振動子の各リード端子を配線パターンと接続した状態で前記導熱トレイユニットを支持するプリント基板と、前記プリント基板上に搭載された回路部品と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る高安定圧電発振器用プリント基板ユニットは、前記導熱トレイユニットを、前記プリント基板の面内に形成した開口部、或いは切欠き内に嵌合配置することにより低背化を図ったことを特徴とする。
圧電振動子とパワートランジスタを上下に積み重ねないため高さ寸法を減縮できると共に、導熱トレイユニットをプリント基板に設けた開口部、切欠き内に嵌合配置するので、プリント基板の厚さ分だけ更に薄型化することができる。
【００１６】
また、本発明に係る高安定圧電発振器は、前記プリント基板ユニットを搭載するベースプリント基板と、該プリント基板ユニットを含む前記ベースプリント基板上の空間を包囲する金属製発振器ケースと、備えたことを特徴とする。
プリント基板ユニットを利用することにより生産性を大幅に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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としての高安定水晶発振器の構成を示す正面縦断面図、図２（ａ）及び（ｂ）は要部（プリント基板ユニット）の斜視図、及び分解斜視図である。
高安定水晶発振器１は、表面実装用のベースプリント基板（ベースプリント基板）２と、ベースプリント基板２上面との間に所定のスペースを介してピン５により平行に架設されるプリント基板ユニット１０と、プリント基板ユニット１０を含むベースプリント基板２上の空間を包囲するためにベースプリント基板２上に固定される金属製発振器ケース５０と、を有している。
プリント基板ユニット１０は、プリント基板１１と、プリント基板１１に設けた開口部（又は切欠き）１２内に配置されて位置決め固定される導熱トレイユニット２０と、を有している。
【００１８】
導熱トレイユニット２０は、プリント基板１１の開口部１２を利用してその内部に嵌合配置可能な形状、寸法を有した導熱トレイ２１と、導熱トレイ２１上に搭載される水晶振動子（圧電振動子）３０、及びパワートランジスタ４０と、を有している。
導熱トレイ２１は、図３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）の正面図、平面図、及び側面図に示すように、水晶振動子３０を横臥した水平姿勢にて収容する水晶振動子収容凹所（圧電振動子収容凹所）２２と、水晶振動子収容凹所２２の横方向に並置されてパワートランジスタ４０を搭載するパワートランジスタ搭載部２３と、を有している。更に、水晶振動子収容凹所２２とパワートランジスタ搭載部２３の各側縁には、必要に応じて、プリント基板の開口部１２の内周部に対して半田固定される係止片２４を突設している。
【００１９】
図４（ａ）及び（ｂ）は水晶振動子の構成を示す外観斜視図、及び正面縦断面図であり、この水晶振動子３０は、金属ケース３２内に水晶振動素子（圧電振動素子）３３を気密封止した水晶振動子本体３１と、金属ケース３２の底部３４から突出した２本のリード端子３５と、を備えている。水晶振動素子３３は中央部に振動部を備えた水晶基板３３ａの表裏両面に励振電極３３ｂを形成すると共に各励振電極３３ｂから水晶基板の対向する端縁に向けてリードパターン３３ｃを引き出した構成を備えている。
リード端子３５は金属ケースの底部（ベース）３４に設けた貫通穴内を貫通して金属ケース内外へ延びており、貫通穴とリード端子との間はハーメチックガラス３６によって絶縁され、且つ気密的に封止されている。各リード端子３５の内側端部は水晶振動素子３３の各リードパターン３３ｃと接続されている。
【００２０】
図５はヒータとして使用されるパワートランジスタの構成を示す外観斜視図であり、このパワートランジスタ４０は、図示しないパワートランジスタチップの外面をモールド樹脂４１により被覆すると共に、トランジスタチップから延びる三本の端子４２をモールド樹脂の一端面から突出させた構成を備えている。更に、内蔵されたトランジスタチップの片面（コレクタ側）に密着された放熱板４３をモールド樹脂の上面に露出配置すると共に、端子４２とは反対側の放熱板４３の端部には放熱用の金属突出片４４を突設した構成を備えている。なお、突出片４４は、放熱板４３の一部を構成している。
金属薄板から成る導熱トレイ２１は、プリント基板の開口部１２内に固定された際にプリント基板面と平行な姿勢にて保持されるようにその形状、寸法を高精度に加工されている。
【００２１】
水晶振動子収容凹所２２内に水晶振動子３０を収容して接着剤、或いは半田等により固定することにより、水晶振動子３０はプリント基板面と平行な姿勢となり、且つプリント基板に対する高さ位置を一義的に確定することができる。更に、パワートランジスタについてもパワートランジスタ搭載部２３上に搭載されて固定されることにより、プリント基板面と平行な姿勢となり、且つプリント基板に対する高さ位置を一義的に確定することができる。更に、水晶振動子３０とパワートランジスタとの横方向位置関係も一義的に確定することができる。
導熱トレイ２１は、プリント基板１１に対する水晶振動子３０及びパワートランジスタ４０の高さ方向、及び横方向の位置決め手段と、放熱板としての機能を併有している。つまり、収容凹所２２内に着座し固定された水晶振動子と、搭載部２３に搭載されたパワートランジスタ２３の各上面の高さ位置は常に一定となる。
導熱トレイ２１を構成する金属薄板は、例えば半田となじみのよいニッケル合金、リン青銅、ニッケルメッキしたアルミ板等を用いて製造される。
【００２２】
図２（ａ）に示すように水晶振動子３０とパワートランジスタ４０を夫々導熱トレイ２１上の所要箇所に搭載した状態で、水晶振動子３０の２本のリード端子３５を開口部１２の周縁のパッドに対して半田接続すると共に、パワートランジスタ４０から延びる各端子４２を開口部１２の周縁のパッドに対して半田接続する。ここで、３本の端子４２のうち中央の端子はコレクタ端子であり、この端子とその下に配置された係止片２４は前記パッドに半田付けされている。
更に、本発明においては、パワートランジスタ４０の上面に設けた放熱板４３から横方向へ延びる突出片４４を水晶振動子３０の金属ケース３２に当接させると共に、金属ケース３２と突出片４４（或いは放熱板４３）を半田（伝熱手段）４５により接続一体化している。
【００２３】
本発明によれば、パワートランジスタ４０の内部に配置されたトランジスタチップの発熱部であるコレクタに直接接触した放熱板４３、突出片４４、半田４５を経由して水晶振動子３０の金属ケース３２の上面に対して大量の熱が伝導されるばかりでなく、パワートランジスタ４０の下面と接触したパワートランジスタ搭載部２３に伝わった熱が水晶振動子収容凹所２２を経由して金属ケース３２の下面に伝達されるため、金属ケース内部の水晶振動子を上下両方向から加熱する。このため、パワートランジスタからの発熱を、導熱トレイ２１を介して無駄なく効果的に水晶振動子の加熱のために有効利用することができる。
【００２４】
次に、図６は本発明の高安定圧電発振器の他の実施形態を示す正面縦断面図であり、この高安定圧電発振器１が前記実施形態に係る圧電発振器と異なる点は、水晶振動子とパワートランジスタの放熱板との間に金属片（伝熱手段）４６を差し渡し固定した点にある。
金属片４６は半田、或いは熱伝導性の良好な接着剤等を用いて放熱板４３（突出片４４）と水晶振動子３０との間に固定する。
本発明によれば、パワートランジスタ４０の内部に配置されたトランジスタチップの発熱部であるコレクタに直接接触した放熱板４３、金属片４６を経由して水晶振動子３０の金属ケース３２の上面に対して大量の熱が伝導されるばかりでなく、パワートランジスタ４０の下面と接触したパワートランジスタ搭載部２３に伝わった熱が水晶振動子収容凹所２２を経由して金属ケース３２の下面に伝達されるため、金属ケース内部の水晶振動子を上下両方向から加熱する。このため、パワートランジスタからの発熱を、導熱トレイ２１を介して無駄なく効果的に水晶振動子の加熱のために有効利用することができる。
【００２５】
次に、図７は本発明の高安定圧電発振器の他の実施形態を示す正面縦断面図であり、この高安定圧電発振器１が前記各実施形態に係る圧電発振器と異なる点は、パワートランジスタ４０を、その内部のトランジスタチップのコレクタ側（放熱板側）を下向きにして導熱トレイ２１のパワートランジスタ搭載部２３に接触させた状態で搭載すると共に、パワートランジスタの上面（コレクタと反対側）と水晶振動子３０との間に金属片（伝熱手段）４６を差し渡し固定した点にある。
金属片４６は半田、或いは熱伝導性の良好な接着剤等を用いてパワートランジスタ４０と水晶振動子３０との間に固定する。
本発明によれば、パワートランジスタ４０の内部に配置されたトランジスタチップの発熱部であるコレクタに直接接触した放熱板４３、導熱トレイ２１を介して水晶振動子３０の金属ケース３２に対して大量の熱が伝導されるばかりでなく、金属片４６を経由してパワートランジスタ４０の上面からの熱が金属ケース３２の上面に伝達されるため、金属ケース内部の水晶振動子を上下両方向から加熱することができる。このため、パワートランジスタからの発熱を、導熱トレイを介して無駄なく効果的に水晶振動子の加熱のために有効利用することができる。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る高安定圧電発振器としての高安定水晶発振器の構成を示す正面縦断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はプリント基板ユニットの斜視図、及び分解斜視図である。
【図３】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は導熱トレイの正面図、平面図、及び側面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は水晶振動子の構成を示す外観斜視図、及び正面縦断面図である。
【図５】ヒータとして使用されるパワートランジスタの構成を示す外観斜視図である。
【図６】本発明の高安定圧電発振器の他の実施形態を示す正面縦断面図である。
【図７】本発明の高安定圧電発振器の他の実施形態を示す正面縦断面図である。
【図８】従来例に係る高安定圧電発振器の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…高安定圧電発振器、２…ベースプリント基板、４…突出片、５…ピン、１０…プリント基板ユニット、１１…プリント基板、１２…開口部、２０…導熱トレイユニット、２１…導熱トレイ、２２…水晶振動子収容凹所、２３…パワートランジスタ、２３…パワートランジスタ搭載部、２４…係止片、３０…圧電振動子（水晶振動子）、３１…水晶振動子本体、３２…金属ケース、３３…水晶振動素子、３３ａ…水晶基板、３３ｂ…励振電極、３３ｃ…リードパターン、３４…底部、３５…リード端子、３６…ハーメチックガラス、４０…パワートランジスタ、４１…モールド樹脂、４２…端子、４３…放熱板、４４…突出片、４５…半田、４６…金属片、５０…金属製発振器ケース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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