汽車用晶體振蕩子XRCGB-F-A系列
發布時間：2015-4-14 17:10
發布者：eechina
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來源：村田制作所 1. 前言 汽車電子控制即被稱之為ADAS（高級駕駛輔助系統）的先進駕駛支持系統近年來被逐漸放大了。ADAS使用了攝像頭和毫米波、紅外激光等，通過車輛周邊的感測來識別步行者或者其他車輛和路沿等并發出接近警報，通過制動和轉向操作避免撞擊來提高駕駛的安全性。此類用途是通過高速和高精度的數據處理以及使用了頻率精度極高的時鐘元件來實現的。此外，因為是安全功能所以對高可靠性的要求很高。 村田制作所生產車載用陶瓷振蕩子CERALOCK已經有20年以上的歷史了，在全世界的汽車電裝用途中被廣泛使用，更是將對應高應用的CERALOCK需求，汽車用小型晶體振蕩子XRCGB-F-A系列商品化了。本文將論述車載最新應用動向以及其中使用的時鐘元件的要求性能，并且介紹村田的汽車用時鐘元件產品。 2. 最近的電裝市場動向 ADAS已經被各公司的各種功能實用化了。識別前方路障并且啟動緊急制動，追蹤前方行走車輛，檢測道路的白線等避免偏差的功能。為了實現上述的功能，必須要在車體中安裝攝像頭（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，還使用了時鐘發生器晶體振蕩子和振蕩器（SPXO、TCXO等）。 一般來說，影像處理IC中需要±50～100ppm的時鐘元件。在車載環境中要滿則-40～+125℃范圍內的精度。甚至還要滿足汽車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CAN（控制器區域網絡）傳到車輛控制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IEEE802.3來標準化的100BASE-TX和OPEN Alliance SIG決策的BroadR-Reach。兩者在通信的時候要求達到數百ppm程度的時鐘精度，因此這里需要高精度的時鐘元件。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等高頻時鐘。 3. 車載用時鐘元件的技術動向 車載用途中使用的電子元件傾向于重視市場的實績，于民生市場相比小型尺寸的趨勢晚了好多年。民生市場中的晶體振蕩子的尺寸趨勢是從3225開始逐漸減小的，而車載用晶體振蕩子則是以3225尺寸為標準尺寸在使用的。但是，車載市場中也在積極地引進民生的最新技術，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，從降低成本的觀點出發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決定的，因此元件的小型化也收到了限制。因此，在小型化時，相對的包裝和晶體元件的凈空會變小，于是制造的難度將上漲得很高。此外，在汽車用途中-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，由于小型化的關系會導致粘合面積變小而導致無法確保特性。為了在這樣的環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。 車載ECU在元件實裝后再進行焊錫圓角檢查的情況很多。元件被小型化的話圓角也會減小，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技術、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發并且開始量產。下面將詳細說明。 4. 車載用小型晶體振蕩子XRCGB-F-A系列的產品規格和特征 XRCGB-F-A系列的產品外觀圖如圖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®中實績獨特的非密封包裝“Cap Chip”構造。具體說就是在陶瓷單層基板上安裝金屬帽再用樹脂封裝的簡單構造。用CERALOCK®積累起來的生產技術和品質管理結合起來可以生產出經濟且高品質的晶體振蕩子。一般的晶體振蕩子采用的是專門的陶瓷封裝，密封性很高的封裝（玻璃封裝，金屬熔接封裝等），封裝時包裝內還殘留水分，產品內部殘留的水分會分局外部氣溫的變化而導致特性不穩定，這是不發振的原因。XRCGB-F-A系列則是讓水蒸氣以分子的形式透過樹脂封裝滲透出來，讓包裝內保持干燥的狀態消除了特性變動的可能性。也就是利用此特性將微小的無機類異物（金屬系粒子）排出。粒子會導致不發振的情況，只有消除才能有可能確保提供高品質的產品。 
此外，為了提高焊料圓角的能見度，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，未來無人駕駛也未必不可實現。但是，為了實現無人駕駛，還需要更多的各種各樣的傳感器和控制ECU間的通信連接，甚至和車輛外部的通信連接（C2X等）的發展都是必不可少的。在這些通信中，更高精度更高可靠性的時鐘元件無可或缺。村田制作所時鐘元件部門今后還將繼續開發和提供能夠為提高汽車功能做貢獻的設備。 |
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