專利名稱：用于單個印刷電路板上的雙爐化振蕩器的加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體振蕩器，尤其涉及用于印刷電路板上的雙爐化 (double-ovenized)振蕩器的加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溫控晶振(OCXO)被用于高頻應(yīng)用中。雙爐結(jié)構(gòu)確保了穩(wěn)定的工作溫度，減小了會 影響壓電諧振器的功能的溫度波動，向頻率中引入了誤差。雙爐配置通過將這兩個爐保持 在高于最大工作環(huán)境溫度而工作。針對頻率-溫度曲線上0斜率點處的工作，晶體特性與 該溫度相匹配。該曲線通常由描述頻率對溫度的依賴性的三階或四階多項式表示。該依賴 性的本質(zhì)導(dǎo)致了即使很小的溫度波動亦可對頻率穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著的影響。將振蕩器晶體放置于兩個爐內(nèi)允許次級爐(外部的爐)將主爐(內(nèi)部爐)與環(huán)境 溫度波動相隔絕。然而，這種系統(tǒng)是復(fù)雜的以及制造昂貴的，需要多個印刷電路板。與多個 電路板相關(guān)聯(lián)的是連接那些電路板的復(fù)雜性。多個電路板的使用還要求較大的封裝，使得 減小殼體(housing)的體積的努力復(fù)雜化。因此，需要一種技術(shù)來為配置在單個印刷電路板上的振蕩器設(shè)備提供溫度穩(wěn)定 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種實施方式提供了用于調(diào)節(jié)晶體振蕩器的溫度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 布置于襯底上的導(dǎo)熱支座，且該導(dǎo)熱支座上布置有晶體振蕩器；布置在晶體振蕩器周圍的 熱通孔陣列，且熱通孔陣列位于所述襯底內(nèi)；與所述支座相連的至少一個主加熱器；與所 述熱通孔陣列相連的熱外殼；以及與所述外殼相連的至少一個次級加熱器。本發(fā)明另一實施方式提供的這種系統(tǒng)還包括振蕩器殼體。本發(fā)明又一實施方式提供的這種系統(tǒng)還包括布置于所述外殼中的振蕩器電路部 件。本發(fā)明又一實施方式提供的這種系統(tǒng)還包括與所述支座相連的溫度控制設(shè)備。本發(fā)明的一種實施方式提供了一種晶體振蕩器，該振蕩器包括單個印刷電路板、 主加熱器、與所述加熱器進行熱連接的布置在所述單個印刷電路板上的金屬平面、布置在 所述金屬平面上的壓電諧振器、布置在所述金屬平面周圍的主熱外殼以及布置在主熱外殼 外面的至少一個次級加熱器。本發(fā)明另一實施方式提供的這種晶體振蕩器還包括次級外殼殼體，該殼體環(huán)繞所 述印刷電路板。
本發(fā)明的又一實施方式提供的這種晶體振蕩器還包括具有布置在所述主熱外殼 中的至少一個電路部件的振蕩器電路。本發(fā)明的又一實施方式提供的這種晶體振蕩器還包括布置在所述印刷電路板中 的熱通孔。本發(fā)明的又一實施方式提供了這樣的一種系統(tǒng)，其中所述熱通孔與熱傳導(dǎo)內(nèi)層相 連。又一晶體振蕩器還包括按比例控制的溫度感測和控制系統(tǒng)，藉此所述金屬平面被 保持在振蕩器的工作溫度。本文描述的特征和優(yōu)點并未包括所有的特征和優(yōu)點，特別地，由于附圖、說明書和 權(quán)利要求，許多其他的特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的。而且，應(yīng)當 注意，說明書中所使用的語言原則上是出于可讀性和指導(dǎo)性目的而選擇的，但是這并不限 制本發(fā)明主題的范圍。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印刷電路板上的雙爐 振蕩器設(shè)備的平面視圖的框圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印刷電路板上的偽雙 爐振蕩器設(shè)備的截面正視圖的框圖；圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印刷電路板上的雙爐 振蕩器設(shè)備的被啟用的主爐的熱分析圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印刷電路板上的雙爐 振蕩器設(shè)備的被啟用的次級爐的熱分析圖；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印刷電路板上的雙爐 振蕩器設(shè)備的被啟用的主爐和次級爐的熱分析圖；圖6是針對根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印刷電路板上的雙爐 振蕩器設(shè)備的電源變化士5%，說明頻率電壓穩(wěn)定性的圖示；圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印刷電路板上的雙爐 振蕩器設(shè)備的相位噪聲的圖示；圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印刷電路板上的雙爐 振蕩器設(shè)備的艾倫偏移的圖示；圖9是說明氣流和CO2沖擊(blast)對單爐振蕩器設(shè)備的影響的圖示；圖10是說明氣流和CO2沖擊對根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式而配置的、位于單個印 刷電路板上的雙爐振蕩器設(shè)備的影響的圖示。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，要求高溫度穩(wěn)定性的晶體振蕩器30與被加熱的熱傳導(dǎo)平面12 進行熱接觸，被加熱的熱傳導(dǎo)平面12布置在板或襯底13上，板或襯底13自身布置于殼體 18中。金屬平面12由主加熱元件14進行加熱，在一種實施方式中，該加熱元件14是配備 有溫度傳感器和調(diào)節(jié)器16的散熱熱元件。在一種實施方式中，溫度感測和調(diào)節(jié)功能由受控反饋系統(tǒng)來執(zhí)行。熱通孔22的通孔陣列布置在平面12周圍的板上。在本發(fā)明的一種實施 方式中，該陣列可以是被配置為與熱外殼36 —起使用的正方形、圓形、橢圓形、長方形或其 他適當?shù)膸缀涡螤睢Ｔ撽嚵锌梢圆贾迷谄谕拇渭墵t外殼24的外緣周圍。這種通孔可以 是地電流的導(dǎo)體。在圖2所示的實施方式中，可以在該陣列中布置其他溫度敏感部件34。 所描述的熱通孔還可以是與電路板的材料不同的熱傳導(dǎo)材料，例如金屬，藉此來傳熱。通孔 材料的示例包括銅和熱傳導(dǎo)環(huán)氧樹脂。在圖2所示的一種實施方式中，薄壁金屬罐36或其他適當?shù)耐鈿け缓附踊驘狁詈?到通孔22上，從而形成環(huán)繞被加熱的平面12、晶體30和其他溫度靈敏部件34的次級外殼。 具有一個或多個加熱元件26和相關(guān)聯(lián)的反饋電路傳感器20的次級加熱系統(tǒng)對通孔22和 薄壁金屬罐36進行加熱。在本發(fā)明的一種實施方式中，這種加熱元件26是散熱元件，而其 他的實施方式可以使用晶體管、電阻、以及可以是雙極型或者金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管。被如此加熱的通孔22形成了熱壁或者勢壘，并為向布置于所述板中的熱傳導(dǎo)內(nèi)層32 的熱傳遞提供了通路。從而，晶體30和振蕩器部件34被封入了被加熱到期望溫度的熱包 層中。這樣，本發(fā)明的一種實施方式提供了雙爐組件，該雙爐組件具有四周被熱屏蔽所環(huán)繞 的“內(nèi)”爐組件，從而優(yōu)于傳統(tǒng)的雙爐組件。在本發(fā)明的一種實施方式中，提供了附加的外 殼體，從而被動地屏蔽所述雙爐組件。在本發(fā)明的一種實施方式中，將預(yù)鍍錫的晶體凸緣(flange)焊接到金屬平面上。 布置至少一個加熱器和溫度感測熱敏電阻，它們直接與金屬板接觸，并位于晶體外殼的搪 玻璃(glassed)部分的下面。振蕩器電路，在一種實施方式中為科耳皮茲振蕩器電路，被放 置在所述晶體外殼周圍。這些元件一起形成主爐。這種實施方式中，金屬平面被配置為布 置在最頂層中，并被布置在所述晶體下面的那個區(qū)域中?？梢圆贾脙蓚€附加的加熱器，并將 其耦合到上述的熱通孔陣列。在這樣的一種實施方式中，這些加熱器被焊接到所述金屬平 面周圍的薄方銅(thin copper square)上，并在其中布置所述陣列。熱傳導(dǎo)罐被焊接到 所述通孔陣列上?？梢蕴峁┎贾糜诒》姐~中的熱通孔，以將熱傳遞到內(nèi)層?？梢允褂檬芸?的深度通孔或其他類似的結(jié)構(gòu)來在不危及被加熱的內(nèi)層的情況下提供晶體附著(crystal attachment)。在這種實施方式中，所述銅層可以耦合到溫度傳感器。在可替換的實施方式中，可以使用LPP(薄型封裝(low profile package))晶體 封裝，其中省略了玻璃。所述封裝的底面是金屬或陶瓷的，并被焊接到PCB平面上。在這種 實施方式中，所述熱敏電阻被放置在所述晶體的旁邊。實施例1已經(jīng)對采用兩個爐(雙爐)思想而設(shè)計的單元進行了測試。如此測試的該單元 包括容置于C0-8歐洲型(eurocase)外殼內(nèi)的板組件。所使用的晶體是HC-37/U支架 (holder)中的三次泛音5MHz SC0針對主(內(nèi)部的)爐被啟用而次級(外部的)爐被禁用的溫度分析如圖3所示。 如圖所示的，提供了在10°C、35°C和70°C時對所述設(shè)計的測試。將該溫度分析結(jié)果與圖4 所示的溫度分析結(jié)果進行比較，其中圖4是主爐被禁用而次級爐被啟用的情況。這兩種情 況中，在所述晶體處的熱增益與標準單爐歐洲型0CX0的熱增益相當。圖5所示的熱分析示出了兩個爐都被啟用時的性能?？梢宰⒁獾?，在所述晶體處，熱增益急劇增加，而溫度系數(shù)幅度(TempCo magnitude)的變化可以忽略。
針對電源電壓變化士5%時的頻率-電壓穩(wěn)定性如圖6所示。這種設(shè)備的相位噪 聲如圖7所示，艾倫偏移如圖8所示。當存在氣流和CO2沖擊時，根據(jù)本發(fā)明一種實施方式而配置的雙加熱器設(shè)備的 頻率穩(wěn)定性與歐洲型外殼中的標準單爐OCXO相比有了明顯的改善(兩個單元都處于 +10°C)o氣流和CO2沖擊對單爐的影響如圖9所示。氣流和CO2沖擊對根據(jù)本發(fā)明的一種 實施方式而配置的雙爐的影響如圖10所示?；诋斍皩嵤┑慕Y(jié)果，在所述晶體處的熱增益與傳統(tǒng)雙爐的熱增益相同。因此，可 得出，能夠在單個標準結(jié)構(gòu)PC板上獲得多個爐之間的足夠的熱隔離。
出于說明和描述的目的而呈現(xiàn)了本發(fā)明各個實施方式的前述描述。這些描述并不 意于是窮舉性的或者將本發(fā)明限制在所公開的精確形式中。根據(jù)本公開，多種修改和變形 是可能的。本發(fā)明的范圍并不受該詳細描述的限制，而是由所附權(quán)利要求書而定。
權(quán)利要求
一種用于調(diào)節(jié)晶體振蕩器的溫度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括布置于襯底上的熱傳導(dǎo)支座，且該熱傳導(dǎo)支座上布置有所述晶體振蕩器，從而所述晶體振蕩器與所述熱傳導(dǎo)支座進行熱接觸；布置在所述晶體振蕩器周圍的熱通孔陣列，該熱通孔陣列位于所述襯底內(nèi)；與所述支座相連的至少一個主加熱器；與所述熱通孔陣列相連的熱外殼；以及與所述外殼相連的至少一個次級加熱器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括振蕩器殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括布置于所述外殼中的振蕩器電路部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括與所述支座相連的溫度控制設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述主加熱器和所述次級加熱器由第一和第二 獨立控制器進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括控制所述主加熱器的第一控制器和控制 所述次級加熱器的第二控制器，并且其中所述第一控制器與所述第二控制器相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括布置于所述外殼中的絕緣氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述絕緣氣體是選自由空氣、氮氣、氬氣和它們 的混合物所組成的組中的氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括布置于所述外殼中的固體絕緣體材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述襯底包括熱絕緣材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括布置于所述襯底中的槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括布置在所述襯底的上表面下面的金屬 平面，且該金屬平面與所述熱通孔熱連接。
13.一種晶體振蕩器，該振蕩器包括 單個印刷電路板；主加熱器；布置在所述單個印刷電路板上的金屬平面，該金屬平面與所述加熱器熱連接； 布置在所述金屬平面上的壓電諧振器； 布置在所述金屬平面周圍的主熱外殼；以及 布置在所述主熱外殼外部的至少一個次級加熱器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的晶體振蕩器，該晶體振蕩器還包括次級外殼殼體；該殼體 環(huán)繞所述印刷電路板。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的晶體振蕩器，該晶體振蕩器還包括布置于所述主熱外殼內(nèi) 的至少一個振蕩器電路部件。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的晶體振蕩器，該晶體振蕩器還包括布置于所述印刷電路板 中的熱通孔。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的晶體振蕩器，其中，所述熱通孔與熱傳導(dǎo)內(nèi)層相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的晶體振蕩器，該晶體振蕩器還包括溫度感測和控制系統(tǒng)， 由此所述金屬平面被保持在振蕩器工作溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的晶體振蕩器，其中，所述溫度感測和控制系統(tǒng)被按比例進行控制.
全文摘要
提供了一種用于調(diào)節(jié)晶體振蕩器的溫度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括布置于襯底上的導(dǎo)熱支座，且該導(dǎo)熱支座上布置有所述晶體振蕩器；布置在所述晶體振蕩器周圍的熱通孔陣列，該熱通孔陣列位于所述襯底內(nèi)；與所述支座相連的至少一個主加熱器；與所述熱通孔陣列相連的熱外殼；以及與所述外殼相連的至少一個次級加熱器。
文檔編號H03L1/04GK101821950SQ200880110717
公開日2010年9月1日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者M·F·瓦克爾 申請人:威克創(chuàng)國際公司