汽車用小型晶振的開發(fā)

　　前言

　　汽車的電裝化比如引擎控制、制動控制、轉向控制在ADAS(高級駕駛輔助系統)中更加不可或缺，其重要性越來越高。它們都是通過ECU(電控單元)來進行控制的，作為支配其動作的時鐘源計時裝置是必須的。ECU通過和CAN、FlexRay等車內LAN相連接，需要瞬間傳輸和處理大量數據，從而需要高品質、高精度的時鐘。

　　村田制作所1995年就已經推出了車載用陶瓷振蕩子CERALOCK®CSTCC系列，又在2000年推出了小型的CAN(控制器區(qū)域網絡)所需的對應窄頻率公差的CSTCR、CSTCE系列，被安裝于全世界的車載電子設備中。之后推出的高精度的晶振(HCR®)，不斷滿足各種各樣對時鐘的需求。本文從車載LAN的動向，以及對所使用計時裝置的性能需求著眼，介紹村田在時鐘產品方面所作的努力。

　　車載LAN的技術動向

　　現在的車載ECU間的通信中最常用的CAN是經ISO11898和ISO11519-2認證的通信規(guī)格，最大通信速度可達1Mbps。這里所使用的時鐘設備的精度是由可達到ECU間的通信標準的配備條件來決定的，一般來說±3,000ppm精度的話是不會產生使用上的問題。

　　另外，FlexRay通信速度最大可提高到10Mbps，并且還能實現X-by-Wire的實時控制，是一種可用于轉向和剎車、懸掛等控制中的通信方式。和CAN相比的話由于其通信速度加快了，所以要求精度必須在±500ppm以內。

　　作為最近的熱門話題，車載Ethernet的討論正在進行中。Ethernet是一種通過IEEE802.3標準化的通信方式，主要在OA設備等中被運用于100BASE-T等。將其導入汽車LAN，可應用于情報系統、相機的圖像信號傳輸等。這里的通信用時鐘設備也起著重要作用，需要數百ppm的精度。

　　像這樣通過CAN來普及的車載LAN需要大容量高精度的通信，與此同時時鐘設備也需要高精度。

　　車載用時鐘設備的技術動向

　　車載用晶振從插腳型產品向8045→5032→3225和小型化轉變。這是由于晶體產品整體的包裝都在往小型化方向轉變，加上汽車特殊的高溫動作(+150℃)的要求，對提高焊接裂紋耐性等的要求也提高了。特別是為了提高ECU的處理性能，動作頻率趨于高頻化，可以預見小型化的需求將更加激烈。車載用電子元器件中：

　　•廣范圍的動作溫度(-40～+125℃、根據場合不同也可達到+150℃)

　　•AEC-Q200所代表的高信賴性

　　•零缺陷等品質面的高要求

　　村田制作所已將滿足這些要求的車載用晶振(HCR®)產品化。HCR®是以CERALOCK®的包裝為基本構造，在內部安裝了晶片的新產品，滿足了CERALOCK®所達不到的高頻率、高精度的要求。主要特征是：

　　•徹底防止灰塵顆粒的制造工藝

　　•焊接裂紋耐性提高的產品設計

　　•實現了和現有的大尺寸晶體同等特性的小型尺寸

　　晶振有時會因為灰塵而發(fā)生不振動的慢性不良，所以零缺陷成為了重點。我公司從生產線的構造階段開始，以不產生灰塵，并通過去除檢查確立了獨有的灰塵排除技術。焊接裂紋通過電路板電極尺寸的最優(yōu)設計，達到熱沖擊在3000周期時裂紋進展率也能控制在50%以下。包裝采用的是CERALOCK®常年實踐下來的獨特的非密封包裝“capchip”的構造。這是一種采用在陶瓷平板上將金屬帽用樹脂密封的簡單構造，可以最大限度利用基板面積，使產品尺寸的比例足以安裝大型的晶片，在實現低ESR的同時，兼?zhèn)涓呓洕浴?/p>

　　車載用小型晶振(HCR®)的產品規(guī)格

　　車載HCR®「XRCHA-F-A」系列的產品外觀如圖1所示，產品規(guī)格如圖2所示。車載用晶體時鐘的需求很多，從16MHz到24MHz都有相應產品。采用的尺寸是2.5×2.0mm，和同一頻帶的傳統晶體相比體積減少了37%。此外，原來的晶振使用的是玻璃密封和熔接的是密封性的封裝，HCR®如上所述，是在平板上用金屬帽這種簡單的構造，既經濟又同時實現了高品質的晶振。主要面向ECU、ABS、EPS、車身ECU等，標準的高精度化車載ECU的應用。工作溫度范圍是-40～+125℃，但是也可以被應用在+150℃的環(huán)境。

　　課題和今后的展望

　　縱觀自動控制技術，不僅高精度高性能的ECU間通信，今后還將進一步和各種各樣的傳感器節(jié)點、外部通信情報連接。另一方面，追求速度和效率的車載用時鐘裝置的小型化、高精度、高信賴性包括成本都將根據顧客的需求進行開發(fā)和產品化。村田制作所在2013年8月把東京電波有限公司變成了村田的子公司。她將作為同時擁有陶瓷和水晶兩大材料的綜合時鐘設備制造商去創(chuàng)造新的價值，最大程度提高客戶滿意度。