汽車(chē)用晶體振蕩子X(jué)RCGB-F-A系列

1. 前言

汽車(chē)電子控制即被稱(chēng)之為ADAS(高級駕駛輔助系統)的先進(jìn)駕駛支持系統近年來(lái)被逐漸放大了。ADAS使用了攝像頭和毫米波、紅外激光等，通過(guò)車(chē)輛周邊的感測來(lái)識別步行者或者其他車(chē)輛和路沿等并發(fā)出接近警報，通過(guò)制動(dòng)和轉向操作避免撞擊來(lái)提高駕駛的安全性。此類(lèi)用途是通過(guò)高速和高精度的數據處理以及使用了頻率精度極高的時(shí)鐘元件來(lái)實(shí)現的。此外，因為是安全功能所以對高可靠性的要求很高。

村田制作所生產(chǎn)車(chē)載用陶瓷振蕩子CERALOCK®已經(jīng)有20年以上的歷史了，在全世界的汽車(chē)電裝用途中被廣泛使用，更是將對應高應用的CERALOCK®需求，汽車(chē)用小型晶體振蕩子XRCGB-F-A系列商品化了。本文將論述車(chē)載最新應用動(dòng)向以及其中使用的時(shí)鐘元件的要求性能，并且介紹村田的汽車(chē)用時(shí)鐘元件產(chǎn)品。

2. 最近的電裝市場(chǎng)動(dòng)向

ADAS已經(jīng)被各公司的各種功能實(shí)用化了。識別前方路障并且啟動(dòng)緊急制動(dòng)，追蹤前方行走車(chē)輛，檢測道路的白線(xiàn)等避免偏差的功能。為了實(shí)現上述的功能，必須要在車(chē)體中安裝攝像頭(單眼，立體聲)，毫米波雷達(24GHz的頻段，用于77GHz頻段)，紅外激光，超聲波傳感器等。在這些傳感裝置中安裝了信號處理用IC和接收傳輸信號用RF-IC等，還使用了時(shí)鐘發(fā)生器晶體振蕩子和振蕩器(SPXO、TCXO等)。

一般來(lái)說(shuō)，影像處理IC中需要±50～100ppm的時(shí)鐘元件。在車(chē)載環(huán)境中要滿(mǎn)則-40～+125℃范圍內的精度。甚至還要滿(mǎn)足汽車(chē)用電子元件的可靠性測試規格，即被廣泛認可的AEC-Q200(最新版為Rev_D)。傳感器收集的數據是IC內部的演算和判斷，通過(guò)CAN(控制器區域網(wǎng)絡(luò ))傳到車(chē)輛控制ECU(引擎ECU、ESC、EPS等)。

最近，Ethernet備受矚目，是因為它是一種直接傳輸和接收影像等數字數據的通信方式。Ethernet®是通過(guò)IEEE802.3來(lái)標準化的100BASE-TX和OPEN Alliance SIG決策的BroadR-Reach。兩者在通信的時(shí)候要求達到數百ppm程度的時(shí)鐘精度，因此這里需要高精度的時(shí)鐘元件。由于這些用途追求的是高速并且大容量的處理，因此必須使用相對高頻的產(chǎn)品。影像處理大多是24、27、33.33MHz，Ethernet® 是達到25MHz的標準的。此外，雷達等也需要30、40、48MHz等高頻時(shí)鐘。

3. 車(chē)載用時(shí)鐘元件的技術(shù)動(dòng)向

車(chē)載用途中使用的電子元件傾向于重視市場(chǎng)的實(shí)績(jì)，于民生市場(chǎng)相比小型尺寸的趨勢晚了好多年。民生市場(chǎng)中的晶體振蕩子的尺寸趨勢是從3225開(kāi)始逐漸減小的，而車(chē)載用晶體振蕩子則是以3225尺寸為標準尺寸在使用的。但是，車(chē)載市場(chǎng)中也在積極地引進(jìn)民生的最新技術(shù)，特別是照相機、雷達等的傳感設備中在狹小的空間里面搭載多數的元件空間受限，從降低成本的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)將電路的小型化這種需求加強了，因此采用了2016尺寸的晶體振蕩子。

將晶體振蕩子小型化的時(shí)候，與包裝尺寸的下降相比，包裝內的晶體元件是不能完全小型化的。振蕩子的頻率是有晶體元件的大小來(lái)決定的，因此元件的小型化也收到了限制。因此，在小型化時(shí)，相對的包裝和晶體元件的凈空會(huì )變小，于是制造的難度將上漲得很高。此外，在汽車(chē)用途中-40～+125℃的寬幅的溫度范圍中要追求的是穩定的電氣特性和牢固的耐受性能。比如元件和包裝的接觸用導電粘合劑粘合的話(huà)，由于小型化的關(guān)系會(huì )導致粘合面積變小而導致無(wú)法確保特性。為了在這樣的環(huán)境中也能保證粘合的可靠性，必須要高可靠性的高導電性粘合劑材料和粘合方法。

車(chē)載ECU在元件實(shí)裝后再進(jìn)行焊錫圓角檢查的情況很多。元件被小型化的話(huà)圓角也會(huì )減小，很難識別。有在基板側面形成圓角檢查用的窗口電極的解決對策案例，由于受到包裝尺寸的限制不能形成大電極。

總結晶體振蕩子小型化的課題，小型元件高精度組裝的生產(chǎn)技術(shù)、選擇確保高可靠性的粘合材料以及操作人性化的好的包裝設計時(shí)必不可少的。村田制作所為了解決這一課題將新的小型晶體振蕩子開(kāi)發(fā)并且開(kāi)始量產(chǎn)。下面將詳細說(shuō)明。

4. 車(chē)載用小型晶體振蕩子XRCGB-F-A系列的產(chǎn)品規格和特征

XRCGB-F-A系列的產(chǎn)品外觀(guān)圖如圖1所示，代表特性如表1所示。頻率對應的是24MHz到48MHz，采用了最合適的晶體元件的設計，將汽車(chē)的一般操作溫度(-40～+125℃)中的頻率許容偏差縮小到了最小的+/-35ppm，Ethernet®等 第二代車(chē)載LAN和影像處理IC中也能對應。此外，負荷AEC-Q200，也完全對應RoHS/ELV指令。

XRCGB-F-A系列的特征則是采用了CERALOCK®中實(shí)績(jì)獨特的非密封包裝“Cap Chip”構造。具體說(shuō)就是在陶瓷單層基板上安裝金屬帽再用樹(shù)脂封裝的簡(jiǎn)單構造。用CERALOCK®積累起來(lái)的生產(chǎn)技術(shù)和品質(zhì)管理結合起來(lái)可以生產(chǎn)出經(jīng)濟且高品質(zhì)的晶體振蕩子。一般的晶體振蕩子采用的是專(zhuān)門(mén)的陶瓷封裝，密封性很高的封裝(玻璃封裝，金屬熔接封裝等)，封裝時(shí)包裝內還殘留水分，產(chǎn)品內部殘留的水分會(huì )分局外部氣溫的變化而導致特性不穩定，這是不發(fā)振的原因。XRCGB-F-A系列則是讓水蒸氣以分子的形式透過(guò)樹(shù)脂封裝滲透出來(lái)，讓包裝內保持干燥的狀態(tài)消除了特性變動(dòng)的可能性。也就是利用此特性將微小的無(wú)機類(lèi)異物(金屬系粒子)排出。粒子會(huì )導致不發(fā)振的情況，只有消除才能有可能確保提供高品質(zhì)的產(chǎn)品。

此外，為了提高焊料圓角的能見(jiàn)度，擴大了基板角部分電極的面積(如圖2)。因此，即使是2016尺寸也能識別焊接圓角。

5. 課題和今后的研究

傳感功能的性能改善日新月異，未來(lái)無(wú)人駕駛也未必不可實(shí)現。但是，為了實(shí)現無(wú)人駕駛，還需要更多的各種各樣的傳感器和控制ECU間的通信連接，甚至和車(chē)輛外部的通信連接(C2X等)的發(fā)展都是必不可少的。在這些通信中，更高精度更高可靠性的時(shí)鐘元件無(wú)可或缺。村田制作所時(shí)鐘元件部門(mén)今后還將繼續開(kāi)發(fā)和提供能夠為提高汽車(chē)功能做貢獻的設備。