高可靠性振蕩子滿足車載設(shè)備的苛刻要求

現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)大都用電子燃油噴射系統(tǒng)，其中有一個(gè)形似方盒子的控制元件叫“ECU（電子控制單元）”。如果說ECU就像人的大腦，負(fù)責(zé)接受各種信號(hào)，經(jīng)由內(nèi)建的基礎(chǔ)程式判別后，來控制各個(gè)系統(tǒng)，以維持汽車正常的行駛。那么，支撐車載ECU核心部分的關(guān)鍵元件——“振蕩子”，就和人的心臟一樣重要。1977年，村田制作所開發(fā)出陶瓷振蕩子CERALOCKR?，該產(chǎn)品被應(yīng)用于各種各樣的電子設(shè)備中。村田利用其從材料到制造工藝等多方面積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)年向市場(chǎng)供應(yīng)可滿足車載設(shè)備苛刻要求的產(chǎn)品，并大力開發(fā)需求隨著高速車載LAN的普及而不斷擴(kuò)大的高精度產(chǎn)品。

村田的振蕩子產(chǎn)品系列中有陶瓷振蕩子和石英晶體振蕩器等產(chǎn)品。陶瓷振蕩子具備小型和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，而石英晶體振蕩器雖然價(jià)格比較昂貴，卻具備了高精度的特性。在消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)中，許多電子設(shè)備都采用了陶瓷振蕩子。最近伴隨著SATA和USB等接口的數(shù)據(jù)傳輸速度的高速化，應(yīng)用于HDD的振蕩子也逐漸被要求實(shí)現(xiàn)更高精度。至今為止在汽車電子設(shè)備市場(chǎng)和消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)中，村田的陶瓷振蕩子發(fā)揮了其巨大的作用。

陶瓷振蕩子CERALOCK?由具有高度穩(wěn)定性的壓電陶瓷構(gòu)成，用作機(jī)械振蕩子。該器件是作為參考信號(hào)發(fā)生器開發(fā)的，其頻率主要通過陶瓷元件的尺寸和厚度來調(diào)整。隨著IC技術(shù)的發(fā)展，各種設(shè)備均可以通過單個(gè)LSI集成電路來控制，如單片微處理器。CERALOCK?可在大多數(shù)基于微處理器的設(shè)備中用作時(shí)限元件。
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在車載用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（頻率總偏差為0.5％）方面，村田制作所目前備有振蕩頻率涵蓋2MHz～70MHz的5個(gè)系列。此外還提供將頻率的總偏差控制在±0.3％的3個(gè)系列的高精度產(chǎn)品。隨著高精度產(chǎn)品的需求大為提升，采用CAN-BUS等高速車載LAN的汽車廠商日益增多。

圖：車載陶瓷振蕩子的產(chǎn)品線?

在車載振蕩子市場(chǎng)上，陶瓷振蕩子和石英晶振平分秋色。陶瓷振蕩子具備以下幾個(gè)比石英晶振出色的特點(diǎn)：第一是機(jī)電耦合系數(shù)大（施加的電能可轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)能的比率）。這就意味著在施加相同電能時(shí)振動(dòng)能量要比石英晶振大，因此在受到振動(dòng)及沖擊或振蕩子附著有異物時(shí)不易受到干擾；第二是起振時(shí)間遠(yuǎn)比石英晶振短；第三是外形尺寸?。坏谒氖欠€(wěn)定振蕩的范圍大，容易選擇振蕩電路的電路常數(shù)。

對(duì)于汽車用部件，使用溫度范圍以及受到振動(dòng)及沖擊時(shí)的可靠性尤為重要。為了滿足這些要求，村田在面向車載用途推出的陶瓷振蕩子上的多處采取了確保可靠性的措施。

村田制作所的陶瓷振蕩子在具備外部電極的陶瓷基片上設(shè)置正方體的陶瓷壓電元件，然后在上面蓋上金屬蓋進(jìn)行密封。壓電元件的兩端用導(dǎo)電性粘合劑固定，壓電元件的中央部分設(shè)有振動(dòng)電極，向此處施加電壓后，壓電元件的中央部分就會(huì)振動(dòng)。也就是說，壓電元件是在由陶瓷基片和金屬蓋封閉起來的空間內(nèi)振動(dòng)的。

村田陶瓷振蕩子所采用的技術(shù)中，另一不可不提的就是小型化技術(shù)。為了使振蕩子的振蕩穩(wěn)定，通常的做法是在壓電元件的兩端連接電容。而該公司的陶瓷振蕩子則不同，電容器采用與陶瓷基片合為一體的方式進(jìn)行內(nèi)置。

村田認(rèn)為，今后FlexRay?等高速車載LAN將拉動(dòng)車載陶瓷振蕩子的市場(chǎng)。因此，村田從1990年首例車載LAN“CAN-BUS”開始使用陶瓷振蕩子起就在積極致力于車載陶瓷振蕩子的高精度化。最初一直采用從已有產(chǎn)品中挑選的方式來解決需求，不過，為了滿足更高的精度要求，開始從壓電元件材料及工藝入手進(jìn)行改進(jìn)。從而實(shí)現(xiàn)了總頻率偏差僅為±0.3％的高精度。未來，憑借擁有從材料到制造設(shè)備的一條龍生產(chǎn)方式的優(yōu)勢(shì)，村田將繼續(xù)改進(jìn)材料及工藝，以進(jìn)一步提高精度。