SiTime AEC-Q100汽車(chē)級(jí)振蕩器提高汽車(chē)的可靠性

關(guān)于作者--SiTime樣品中心

為了加速SiTime MEMS硅晶振產(chǎn)品的應(yīng)用普及，讓中國(guó)電子工程師能快速體驗(yàn)MEMS硅晶振的高穩(wěn)定性、高可靠性、超小封裝、超低功耗、超低抖動(dòng)等更多優(yōu)勢(shì)，SiTime公司聯(lián)合本土半導(dǎo)體分銷(xiāo)商北京晶圓電子有限公司共同建立SiTime樣品中心，為用戶(hù)提供免費(fèi)樣品申請(qǐng)，小批量試產(chǎn)、現(xiàn)貨應(yīng)急、特價(jià)申請(qǐng)、技術(shù)支持等便捷服務(wù)，更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.sitimechina.com，客戶(hù)服務(wù)熱線(xiàn)400-888-2483。

隨著汽車(chē)行業(yè)不斷將基于電子的功能添加為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)可靠汽車(chē)級(jí)定時(shí)解決方案的需求也在不斷增加。 幾十年來(lái) ，定時(shí)元件都是基于石英晶體技術(shù)的，這也是以前唯一提供高穩(wěn)定性和高性能的可行解決方案。 然而 ，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）硅晶振解決方案正迅速取代石英晶振 ，提供更可靠的高質(zhì)量低成本替代方案。

汽車(chē)級(jí)MEMS時(shí)序組件的主要特點(diǎn)：

?符合AEC-Q100擴(kuò)展溫度范圍-55至+ 125°C

?最寬的頻率范圍，從1 MHz到137 MHz

?在±20 ppm處的最嚴(yán)格的頻率穩(wěn)定性

?低振動(dòng)靈敏度（g靈敏度）為0.1 ppb / g

?最強(qiáng)勁的50公斤沖擊力和70克的抗振性

?超過(guò)10億小時(shí)MTBF（<1 FIT）的最佳可靠性

?2.0x1.6 mm DFN封裝尺寸最小; SOT23-5具有最高的可靠性

SiTime MEMS硅晶振在汽車(chē)應(yīng)用中得到驗(yàn)證

諸如加速度計(jì)和陀螺儀之類(lèi)的MEMS傳感器已經(jīng)在汽車(chē)應(yīng)用中用作主動(dòng)安全裝置多年。 加速度計(jì)檢測(cè)速度的突然變化，使氣囊膨脹并挽救生命。 當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)向控制丟失時(shí)，穩(wěn)定性控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)更正，以不可見(jiàn)的方式改善操作并提高駕駛員和乘客的安全。

同樣，MEMS諧振器非?？煽?。 采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造實(shí)踐，MEMS時(shí)序解決方案完全采用硅制造。 在出貨超過(guò)2.5億臺(tái)（截至2015年1月）之后，SiTime沒(méi)有MEMS現(xiàn)場(chǎng)故障回報(bào)，DPPM也不到2臺(tái)。 如圖1所示，SiTime器件的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）超過(guò)10億小時(shí)（轉(zhuǎn)換為FIT <1），比典型的石英器件好30倍。

SiTime MEMS硅晶振封裝，功能和性能

MEMS器件使用堆疊芯片配置。MEMS諧振器安裝在驅(qū)動(dòng)和校準(zhǔn)諧振器的振蕩器IC上。使用塑料注塑成型，這些模具一起封裝在MSL-1級(jí)封裝中。MEMS振蕩器采用雙扁平無(wú)引腳（DFN）封裝，尺寸小至2.0 x 1.6 mm。與石英封裝相比，MEMS DFN封裝具有較低的外形，但它們適合常見(jiàn)的石英振蕩器PCB焊盤(pán)布局，并且與石英器件引腳兼容，便于更換，而無(wú)需任何PCB設(shè)計(jì)更改。

為了實(shí)現(xiàn)最低的成本和更高的板級(jí)可靠性，SiTime提供采用SOT23-5封裝的時(shí)鐘發(fā)生器。這種封裝類(lèi)型提供更高的焊點(diǎn)可靠性，并允許低成本光學(xué)（無(wú)X射線(xiàn)）焊點(diǎn)檢測(cè)。

下表列出了SiTime提供的汽車(chē)AEC-Q100 系列MEMS硅晶振產(chǎn)品

采用SOT23-5封裝的AEC-Q100單輸出SiTime MEMS硅晶振（板級(jí)可靠性更高，成本更低）

采用QFN封裝的AEC-Q100振蕩器（可替代石英晶振，最小尺寸2.0 x 1.6mm）

MEMS硅晶振更強(qiáng)大

車(chē)輛受到高水平的機(jī)械沖擊和振動(dòng)力，可能會(huì)降低石英振蕩器的性能并導(dǎo)致其失效。 在這些惡劣環(huán)境中工作時(shí)，振蕩器必須符合其規(guī)格。如果振蕩器不可靠，它有可能導(dǎo)致災(zāi)難性故障。相比之下，MEMS諧振器的振動(dòng)較小，因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量比石英諧振器低1000至3000倍。 這減少了由振動(dòng)引起的加速度施加到諧振器的力。

為了模擬真實(shí)世界中設(shè)備的性能，SiTime使用標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法在各種條件下測(cè)試了各種具有相似規(guī)格的振蕩器，包括正弦振動(dòng)，隨機(jī)振動(dòng)和沖擊影響。

結(jié)論

車(chē)載電子系統(tǒng)的不斷增加的使用增加了對(duì)可靠的汽車(chē)級(jí)參考時(shí)鐘元件的需求 這些工藝和標(biāo)準(zhǔn)與SiTime專(zhuān)有的MEMS和模擬IC設(shè)計(jì)相結(jié)合，以合理的成本生產(chǎn)出超高質(zhì)量的產(chǎn)品。

最重要的是，SiTime的MEMS振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生器能夠承受惡劣環(huán)境中出現(xiàn)的大量振動(dòng)和沖擊，同時(shí)繼續(xù)可靠地執(zhí)行并符合規(guī)范。這種可靠性以及SiTime產(chǎn)品的功能和靈活性使其成為未來(lái)功能豐富車(chē)輛的理想選擇。

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