汽车用晶体振荡子XRCGB-F-A系列 汽车

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[导读] 汽车电子控制即被称之为ADAS（高级驾驶辅助系统）的先进驾驶支持系统近年来被逐渐放大了。ADAS使用了摄像头和毫米波、红外激光等，通过车辆周边的感测来识别步行者或者其他车辆和路沿等并发出接近警报，通过制动和转向操作避免撞击来提高驾驶的安全性。
关键词：晶体振荡子ADAS

　　1. 前言
　　汽车电子控制即被称之为ADAS（高级驾驶辅助系统）的先进驾驶支持系统近年来被逐渐放大了。ADAS使用了摄像头和毫米波、红外激光等，通过车辆周边的感测来识别步行者或者其他车辆和路沿等并发出接近警报，通过制动和转向操作避免撞击来提高驾驶的安全性。此类用途是通过高速和高精度的数据处理以及使用了频率精度极高的时钟元件来实现的。此外，因为是安全功能所以对高可靠性的要求很高。
　　村田制作所生产车载用陶瓷振荡子CERALOCK®已经有20年以上的历史了，在全世界的汽车电装用途中被广泛使用，更是将对应高应用的CERALOCK®需求，汽车用小型晶体振荡子XRCGB-F-A系列商品化了。本文将论述车载最新应用动向以及其中使用的时钟元件的要求性能，并且介绍村田的汽车用时钟元件产品。
　　2. 最近的电装市场动向
　　ADAS已经被各公司的各种功能实用化了。识别前方路障并且启动紧急制动，追踪前方行走车辆，检测道路的白线等避免偏差的功能。为了实现上述的功能，必须要在车体中安装摄像头（单眼，立体声），毫米波雷达（24GHz的频段，用于77GHz频段），红外激光，超声波传感器等。在这些传感装置中安装了信号处理用IC和接收传输信号用RF-IC等，还使用了时钟发生器晶体振荡子和振荡器（SPXO、TCXO等）。
　　一般来说，影像处理IC中需要±50～100ppm的时钟元件。在车载环境中要满则-40～+125℃范围内的精度。甚至还要满足汽车用电子元件的可靠性测试规格，即被广泛认可的AEC-Q200（最新版为Rev_D）。传感器收集的数据是IC内部的演算和判断，通过CAN（控制器区域网络）传到车辆控制ECU（引擎ECU、ESC、EPS等）。
　　最近，Ethernet备受瞩目，是因为它是一种直接传输和接收影像等数字数据的通信方式。Ethernet®是通过IEEE802.3来标准化的100BASE-TX和OPEN Alliance SIG决策的BroadR-Reach。两者在通信的时候要求达到数百ppm程度的时钟精度，因此这里需要高精度的时钟元件。由于这些用途追求的是高速并且大容量的处理，因此必须使用相对高频的产品。影像处理大多是24、27、33.33MHz，Ethernet® 是达到25MHz的标准的。此外，雷达等也需要30、40、48MHz等高频时钟。
　　3. 车载用时钟元件的技术动向
　　车载用途中使用的电子元件倾向于重视市场的实绩，于民生市场相比小型尺寸的趋势晚了好多年。民生市场中的晶体振荡子的尺寸趋势是从3225开始逐渐减小的，而车载用晶体振荡子则是以3225尺寸为标准尺寸在使用的。但是，车载市场中也在积极地引进民生的最新技术，特别是照相机、雷达等的传感设备中在狭小的空间里面搭载多数的元件空间受限，从降低成本的观点出发将电路的小型化这种需求加强了，因此采用了2016尺寸的晶体振荡子。
　　将晶体振荡子小型化的时候，与包装尺寸的下降相比，包装内的晶体元件是不能完全小型化的。振荡子的频率是有晶体元件的大小来决定的，因此元件的小型化也收到了限制。因此，在小型化时，相对的包装和晶体元件的净空会变小，于是制造的难度将上涨得很高。此外，在汽车用途中-40～+125℃的宽幅的温度范围中要追求的是稳定的电气特性和牢固的耐受性能。比如元件和包装的接触用导电粘合剂粘合的话，由于小型化的关系会导致粘合面积变小而导致无法确保特性。为了在这样的环境中也能保证粘合的可靠性，必须要高可靠性的高导电性粘合剂材料和粘合方法。
　　车载ECU在元件实装后再进行焊锡圆角检查的情况很多。元件被小型化的话圆角也会减小，很难识别。有在基板侧面形成圆角检查用的窗口电极的解决对策案例，由于受到包装尺寸的限制不能形成大电极。
　　总结晶体振荡子小型化的课题，小型元件高精度组装的生产技术、选择确保高可靠性的粘合材料以及操作人性化的好的包装设计时必不可少的。村田制作所为了解决这一课题将新的小型晶体振荡子开发并且开始量产。下面将详细说明。
　　4. 车载用小型晶体振荡子XRCGB-F-A系列的产品规格和特征
　　XRCGB-F-A系列的产品外观图如图1所示，代表特性如表1所示。频率对应的是24MHz到48MHz，采用了最合适的晶体元件的设计，将汽车的一般操作温度（-40～+125℃）中的频率许容偏差缩小到了最小的+/-35ppm，Ethernet®等 第二代车载LAN和影像处理IC中也能对应。此外，负荷AEC-Q200，也完全对应RoHS/ELV指令。
　　XRCGB-F-A系列的特征则是采用了CERALOCK®中实绩独特的非密封包装“Cap Chip”构造。具体说就是在陶瓷单层基板上安装金属帽再用树脂封装的简单构造。用CERALOCK®积累起来的生产技术和品质管理结合起来可以生产出经济且高品质的晶体振荡子。一般的晶体振荡子采用的是专门的陶瓷封装，密封性很高的封装（玻璃封装，金属熔接封装等），封装时包装内还残留水分，产品内部残留的水分会分局外部气温的变化而导致特性不稳定，这是不发振的原因。XRCGB-F-A系列则是让水蒸气以分子的形式透过树脂封装渗透出来，让包装内保持干燥的状态消除了特性变动的可能性。也就是利用此特性将微小的无机类异物（金属系粒子）排出。粒子会导致不发振的情况，只有消除才能有可能确保提供高品质的产品。

　　此外，为了提高焊料圆角的能见度，扩大了基板角部分电极的面积（如图2）。因此，即使是2016尺寸也能识别焊接圆角。

　　5. 课题和今后的研究
　　传感功能的性能改善日新月异，未来无人驾驶也未必不可实现。但是，为了实现无人驾驶，还需要更多的各种各样的传感器和控制ECU间的通信连接，甚至和车辆外部的通信连接（C2X等）的发展都是必不可少的。在这些通信中，更高精度更高可靠性的时钟元件无可或缺。村田制作所时钟元件部门今后还将继续开发和提供能够为提高汽车功能做贡献的设备。