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(dòng)控制、轉(zhuǎn)向控制在ADAS(高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng))中更加不可或缺，其重要性越來(lái)越高。它們都是通過(guò)ECU(電控單元)來(lái)進(jìn)行控制的，作為支配其動(dòng)作的時(shí)鐘源計(jì)時(shí)裝置是必須的。ECU通過(guò)和CAN、FlexRay等車內(nèi)LAN相連接，需要瞬間傳輸和處理大量數(shù)據(jù)，從而需要高品質(zhì)、高精度的時(shí)鐘。

　　村田制作所1995年就已經(jīng)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(wǎng)絡(luò))所需的對(duì)應(yīng)窄頻率公差的CSTCR、CSTCE系列，被安裝于全世界的車載電子設(shè)備中。之后推出的高精度的晶振(HCR®)，不斷滿足各種各樣對(duì)時(shí)鐘的需求。本文從車載LAN的動(dòng)向，以及對(duì)所使用計(jì)時(shí)裝置的性能需求著眼，介紹村田在時(shí)鐘產(chǎn)品方面所作的努力。

　　車載LAN的技術(shù)動(dòng)向

　　現(xiàn)在的車載ECU間的通信中最常用的CAN是經(jīng)ISO11898和ISO11519-2認(rèn)證的通信規(guī)格，最大通信速度可達(dá)1Mbps。這里所使用的時(shí)鐘設(shè)備的精度是由可達(dá)到ECU間的通信標(biāo)準(zhǔn)的配備條件來(lái)決定的，一般來(lái)說(shuō)±3,000ppm精度的話是不會(huì)產(chǎn)生使用上的問(wèn)題。

　　另外，F(xiàn)lexRay通信速度最大可提高到10Mbps，并且還能實(shí)現(xiàn)X-by-Wire的實(shí)時(shí)控制，是一種可用于轉(zhuǎn)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(nèi)。

　　作為最近的熱門話題，車載Ethernet的討論正在進(jìn)行中。Ethernet是一種通過(guò)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)化的通信方式，主要在OA設(shè)備等中被運(yùn)用于100BASE-T等。將其導(dǎo)入汽車LAN，可應(yīng)用于情報(bào)系統(tǒng)、相機(jī)的圖像信號(hào)傳輸?shù)?。這里的通信用時(shí)鐘設(shè)備也起著重要作用，需要數(shù)百ppm的精度。

　　像這樣通過(guò)CAN來(lái)普及的車載LAN需要大容量高精度的通信，與此同時(shí)時(shí)鐘設(shè)備也需要高精度。

　　車載用時(shí)鐘設(shè)備的技術(shù)動(dòng)向

　　車載用晶振從插腳型產(chǎn)品向8045→5032→3225和小型化轉(zhuǎn)變。這是由于晶體產(chǎn)品整體的包裝都在往小型化方向轉(zhuǎn)變，加上汽車特殊的高溫動(dòng)作(+150℃)的要求，對(duì)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(dòng)作頻率趨于高頻化，可以預(yù)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(dòng)作溫度(-40～+125℃、根據(jù)場(chǎng)合不同也可達(dá)到+150℃)

　　•AEC-Q200所代表的高信賴性

　　•零缺陷等品質(zhì)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(chǎn)品化。HCR®是以CERALOCK®的包裝為基本構(gòu)造，在內(nèi)部安裝了晶片的新產(chǎn)品，滿足了CERALOCK®所達(dá)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(chǎn)品設(shè)計(jì)

　　•實(shí)現(xiàn)了和現(xiàn)有的大尺寸晶體同等特性的小型尺寸

　　晶振有時(shí)會(huì)因?yàn)榛覊m而發(fā)生不振動(dòng)的慢性不良，所以零缺陷成為了重點(diǎn)。我公司從生產(chǎn)線的構(gòu)造階段開始，以不產(chǎn)生灰塵，并通過(guò)去除檢查確立了獨(dú)有的灰塵排除技術(shù)。焊接裂紋通過(guò)電路板電極尺寸的最優(yōu)設(shè)計(jì)，達(dá)到熱沖擊在3000周期時(shí)裂紋進(jìn)展率也能控制在50%以下。包裝采用的是CERALOCK®常年實(shí)踐下來(lái)的獨(dú)特的非密封包裝“capchip”的構(gòu)造。這是一種采用在陶瓷平板上將金屬帽用樹脂密封的簡(jiǎn)單構(gòu)造，可以最大限度利用基板面積，使產(chǎn)品尺寸的比例足以安裝大型的晶片，在實(shí)現(xiàn)低ESR的同時(shí)，兼?zhèn)涓呓?jīng)濟(jì)性。

　　車載用小型晶振(HCR®)的產(chǎn)品規(guī)格

　　車載HCR®「XRCHA-F-A」系列的產(chǎn)品外觀如圖1所示，產(chǎn)品規(guī)格如圖2所示。車載用晶體時(shí)鐘的需求很多，從16MHz到24MHz都有相應(yīng)產(chǎn)品。采用的尺寸是2.5×2.0mm，和同一頻帶的傳統(tǒng)晶體相比體積減少了37%。此外，原來(lái)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(jiǎn)單的構(gòu)造，既經(jīng)濟(jì)又同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)的晶振。主要面向ECU、ABS、EPS、車身ECU等，標(biāo)準(zhǔn)的高精度化車載ECU的應(yīng)用。工作溫度范圍是-40～+125℃，但是也可以被應(yīng)用在+150℃的環(huán)境。

　　課題和今后的展望

　　縱觀自動(dòng)控制技術(shù)，不僅高精度高性能的ECU間通信，今后還將進(jìn)一步和各種各樣的傳感器節(jié)點(diǎn)、外部通信情報(bào)連接。另一方面，追求速度和效率的車載用時(shí)鐘裝置的小型化、高精度、高信賴性包括成本都將根據(jù)顧客的需求進(jìn)行開發(fā)和產(chǎn)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(shí)擁有陶瓷和水晶兩大材料的綜合時(shí)鐘設(shè)備制造商去創(chuàng)造新的價(jià)值，最大程度提高客戶滿意度。