汽車用小型晶振的開發

　　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，兼備高經濟性。

　　車載用小型晶振(HCR®)的產品規格

　　車載HCR®「XRCHA-F-A」系列的產品外觀如圖1所示，產品規格如圖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造新的價值，最大程度提高客戶滿意度。