[發明專利]包括熱控壓電諧振器的振蕩器裝置

有效

• 申請號: 201010161780.X
• 申請日: 2010-03-08
• 公開（公告）號: CN101895270A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: J·-M·納維特
• 申請（專利權）人: 微晶公司
• 主分類號: H03H9/00
• 分類號: H03H9/00;H03H9/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉春元;王忠忠

技術領域

本發明涉及一種包括壓電諧振器元件的小型振蕩器裝置。本發明更特別涉及能夠將其壓電諧振器元件保持在基本恒定溫度的這樣一種振蕩器裝置。

背景技術

在諸如鐘表、信息技術、電信、GPS以及醫藥領域之類的很多領域中，小型晶體振蕩器裝置最常用于制作特別是用于電子設備的基準頻率發生器。

小型晶體振蕩器裝置常常(但是非必須)是SMD(表面安裝裝置)。小型表面安裝晶體振蕩器裝置是已知的，其包括用于表面安裝的外殼、壓電諧振器元件(晶體)、以及連接至壓電諧振器元件以形成振蕩電路的集成電路芯片(IC芯片)。IC芯片和壓電諧振器元件二者都布置在外殼的緊密密封空腔的內部。

來自晶體振蕩器裝置的諧振器頻率輸出信號通常會由于振蕩器的溫度的變化而變化。很多方法已被知曉用于抵消由周圍環境溫度的變化引起的這種影響。例如，已知晶體振蕩器裝置包括用于加熱振蕩電路和/或壓電諧振器元件的恒溫箱。

恒溫控制的晶體振蕩器(OCXO)通常包括加熱器和連同加熱控制電路一起控制加熱器的溫度傳感器。加熱控制電路作為周圍環境溫度的函數控制供應給加熱器的電能。所提供的電能的數量隨周圍環境溫度而改變，以這樣的方式將晶體和其他關鍵線路保持在預定的恒定溫度。通常，將預定溫度選成大約高于最高預期的周圍環境溫度10度。

壓電諧振器元件的諧振器頻率通常接近溫度的平方或立方函數中的其中一個。通常在曲線上存在至少一個固定的點，在該點處頻率相對溫度的斜率為0。應將壓電諧振器元件選擇為使得固定點與恒溫箱的期望的恒定溫度一致。以這種方式，圍繞預定的恒溫溫度的不可避免的溫度周期變化在頻率穩定性上將只有微小的影響。

在OCXO中，通常將壓電諧振器元件封閉在殼體中，并且整個殼體被加熱器覆蓋。這樣的恒溫控制的振蕩器裝置具有良好的溫度特性。然而，它同樣具有大功率消耗和長預熱時間(warn-up?time)的缺點。專利文件US?5,917,272公開了一種具有降低的功率消耗的晶體振蕩器裝置。該振蕩器裝置包括通過高熱傳導支撐夾以熱傳導方式安裝在導熱基板上的壓電諧振器元件。由于支撐夾是導電的，所以它們也被用于將壓電諧振器電連接至基板表面上的導電路徑。導熱基板同樣帶有加熱裝置、控制電路及溫度傳感器。基板自身通過熱絕緣柱以熱絕緣的方式安裝在氣密封裝中。進一步將電引線布置在該封裝內部以將基板連接至連接焊盤(pad)，連接焊盤依次連接到外部。為了限制熱傳導，電引線由極細的導線制成。由于帶有加熱裝置和壓電諧振器元件的基板與氣密封裝的壁相當良好的絕緣，所以極大的降低了散熱。

然而，這些現有技術中的晶體振蕩器裝置具有一些問題。實際上，當周圍環境溫度改變時，裝置的外部表面的溫度也會改變。由于裝置至少部分的封裝于導熱材料中，所以周圍環境溫度的變化朝內傳播。由于壓電晶體元件直接放置在蓋子下面，所以一定的熱量容易受到從蓋子到晶體元件的輻射的影響或反之亦然。此外，振蕩電路被提供在封裝的外面。因此，周圍環境溫度的變化可由熱傳導通過振蕩電路、電引線以及最終通過支撐夾傳遞到壓電諧振器單元。

周圍環境溫度的改變必須在控制電路激活加熱器之前首先到達安裝在基板上的溫度傳感器。由于壓電諧振器單元與溫度傳感器隔開，所以兩個單元中的溫度變化率是不同的。這會導致在溫度控制電路反應之前產生延遲。此外，一旦溫度控制起作用了，它就需要時間使通過加熱器產生的熱量到達壓電諧振器單元。隨之而來的是，存在這樣的風險，即壓電諧振器單元的溫度會充分偏離裝置的設定點溫度。因此，不能保證真正的穩定振蕩。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種晶體振蕩器裝置，該裝置可以被制作得足夠小以適合表面安裝技術(SMD)，并且其具有降低的功率消耗及在周圍環境溫度變化的情形下更穩定的諧振器頻率。

為此，根據本發明的晶體振蕩器裝置包括：形成真空腔的氣密殼體、壓電諧振器元件、振蕩電路、溫度傳感器以及在具有有源表面的集成電路芯片中實施的加熱單元，將壓電諧振器元件和振蕩電路連接在一起以形成振蕩電路，并且將溫度傳感器和集成電路芯片與壓電諧振器元件封閉在真空腔中，其特征在于：

-以集成電路芯片支撐壓電諧振器元件的方式將壓電諧振器元件以熱傳導的方式附接于集成電路芯片的有源表面。

在這里，“有源表面”指的是集成電路芯片(IC芯片)的兩個主要表面之一，在其上面可以形成電子電路，例如加熱單元。IC端子同樣形成在有源表面上以用于連接IC芯片。

還應當理解，“壓電諧振器元件”指的是未覆蓋的晶體而不是指通過在其自己殼體中封閉晶體諧振器而形成的單元。