兼具可靠性、小體積、大容量,順應(yīng)CASE潮流不斷進(jìn)化的車(chē)載MLCC(二)
發(fā)布時(shí)間:2021-07-08 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】在3系列的第一回中,我們介紹了村田制作所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“村田”)的車(chē)載多層陶瓷電容器(MLCC)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大變革中發(fā)揮的作用。村田在該領(lǐng)域擁有領(lǐng)先技術(shù),而且是市場(chǎng)占有率達(dá)50%的制造商。這些技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)走向,將影響著不久的將來(lái)車(chē)載應(yīng)用的發(fā)展。在系列第2回,將介紹支撐村田車(chē)載MLCC優(yōu)勢(shì)的技術(shù)和生產(chǎn)體制。此外,讓我們?cè)賮?lái)了解一下村田在CASE潮流四要素中的聯(lián)網(wǎng)(C)和自動(dòng)化(A)趨勢(shì)下車(chē)載MLCC的開(kāi)發(fā)方向。
利用一條龍生產(chǎn)優(yōu)勢(shì),從材料開(kāi)始融入車(chē)載品質(zhì)
――為了開(kāi)發(fā)適用于汽車(chē)的MLCC,村田在技術(shù)開(kāi)發(fā)方面主要做了哪些努力?
如上所述,在車(chē)載方面,從支持自動(dòng)駕駛的低電壓驅(qū)動(dòng)型高性能處理器用大容量產(chǎn)品,到電動(dòng)汽車(chē)的電池控制、噪音對(duì)策用的高耐壓產(chǎn)品,需要的產(chǎn)品十分廣泛。作為支撐各種各樣的產(chǎn)品的基本技術(shù),我們主要致力于2項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)(圖1)。
圖1 實(shí)現(xiàn)MLCC大容量化和高可靠性的技術(shù)
一個(gè)是考慮汽車(chē)內(nèi)的使用環(huán)境(環(huán)境溫度、施加電壓),以實(shí)現(xiàn)與用途相符的特性和可靠性為目標(biāo)的材料設(shè)計(jì)技術(shù)。在村田,從材料到設(shè)備,實(shí)施一條龍生產(chǎn)。我們充分運(yùn)用這一優(yōu)勢(shì),從制作陶瓷粉的階段就開(kāi)始融入車(chē)載品質(zhì)。具體來(lái)說(shuō),我們正在努力實(shí)現(xiàn)形成陶瓷和電極的材料的超微粒子化(圖5上半部分)和材料偏差與分散方面的均一化(圖5下半部分)。
另一個(gè)是為了滿足車(chē)載品質(zhì)要求而抑制不均衡的陶瓷加工成型技術(shù)。在推進(jìn)電極和介電體薄層化的同時(shí)(圖5照片中部),致力于實(shí)現(xiàn)大容量化和高耐壓的漿料*1片材的成型、層疊、燒制工序等技術(shù)開(kāi)發(fā)。這樣的生產(chǎn)工序,是在與材料開(kāi)發(fā)進(jìn)行磨合的過(guò)程中尋找最適合的工序。利用這種其他公司不具備的一條龍生產(chǎn)體制,在開(kāi)發(fā)階段納入品質(zhì)要求的做法,是保證車(chē)載品質(zhì)的同時(shí)擴(kuò)大產(chǎn)品范圍,以及提高村田MLCC競(jìng)爭(zhēng)力的源泉。
*1漿料是指液體中混入礦物等的泥狀混合物。在MLCC的制造中,將介電陶瓷的微粒子與液體粘合劑混合制成漿料,將其延展成薄板狀,形成漿料片(也稱(chēng)為生片)。MLCC是在此基礎(chǔ)上涂上薄層電極糊后進(jìn)行層疊、燒結(jié)后制作。
――反映市場(chǎng)需求的MLCC要從材料做起,那么,應(yīng)該在很早之前就規(guī)劃好市場(chǎng)上需要的產(chǎn)品規(guī)格了吧?
沒(méi)錯(cuò)。村田在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí),堅(jiān)持以市場(chǎng)動(dòng)向?yàn)槠瘘c(diǎn),描繪明確的路線圖。首先,從市場(chǎng)路線圖到捕捉電容器市場(chǎng)需求的需求路線圖,然后反映到產(chǎn)品路線圖中。通過(guò)這樣的活動(dòng),規(guī)劃在怎樣的時(shí)機(jī)將怎樣的產(chǎn)品投入市場(chǎng),以及將來(lái)要供應(yīng)多少年。
此外,包括材料部門(mén)和生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)在內(nèi),要制作考慮到應(yīng)用變化和電路技術(shù)變化等因素的技術(shù)路線圖,材料部門(mén)著眼于未來(lái)3年到5年,商品部門(mén)著眼于未來(lái)1年到3年,推進(jìn)有先行意識(shí)的技術(shù)開(kāi)發(fā)活動(dòng)。當(dāng)然,對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)也會(huì)有不準(zhǔn)的時(shí)候。為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度,我們以市場(chǎng)部門(mén)為中心,認(rèn)真聽(tīng)取顧客的意見(jiàn),在內(nèi)部進(jìn)行充分的假設(shè)論證,與此同時(shí)進(jìn)行路線圖的描繪。
根據(jù)市場(chǎng)需求建立穩(wěn)定的供應(yīng)體制
――村田的車(chē)載MLCC是在怎樣的體制下生產(chǎn)的呢?
村田車(chē)載用MLCC是以位于島根縣出云市的出云村田制作所為母工廠進(jìn)行生產(chǎn)的(圖2)。該工廠創(chuàng)立于1983年,已經(jīng)取得了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)品質(zhì)管理體系標(biāo)準(zhǔn)IATF 16949認(rèn)證。無(wú)論產(chǎn)品銷(xiāo)往國(guó)內(nèi)還是國(guó)外,先進(jìn)產(chǎn)品都在這里生產(chǎn)。另外,2011年在馬尼拉郊區(qū)創(chuàng)建的菲律賓工廠也以生產(chǎn)車(chē)載產(chǎn)品為主。那里生產(chǎn)的是面向大眾消費(fèi)市場(chǎng)的通用型產(chǎn)品。
除此之外,福井村田制作所和新加坡村田也建立了可以生產(chǎn)車(chē)載產(chǎn)品的體制。從業(yè)務(wù)持續(xù)計(jì)劃(BCP)的觀點(diǎn)出發(fā),這些工廠將在出云村田制作所和菲律賓工廠無(wú)法生產(chǎn)的時(shí)候取代它們,以維持穩(wěn)定生產(chǎn)體制,完成供給任務(wù)。我們的多家工廠均已受到顧客認(rèn)可,正在致力于在全球范圍內(nèi)優(yōu)化供應(yīng)體制。
圖2 村田的MLCC生產(chǎn)體制
在聯(lián)網(wǎng)方面,適合5G的 MLCC要求達(dá)到車(chē)載級(jí)別
――CASE的4個(gè)要素對(duì)車(chē)載MLCC分別有什么要求呢?首先來(lái)說(shuō)說(shuō)“C”,也就是聯(lián)網(wǎng)吧。
為了把汽車(chē)與云計(jì)算、交通基礎(chǔ)設(shè)施更緊密地連接起來(lái),利用第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5G)的無(wú)線通信的速度將會(huì)越來(lái)越快??上攵诩舛酥悄苁謾C(jī)中投入使用的先進(jìn)MLCC會(huì)被寄予達(dá)到車(chē)載等級(jí)的期望。例如,用于天線匹配的高頻MLCC等。
另外,引進(jìn)5G后如果能實(shí)現(xiàn)與ITS等協(xié)同的V2X*2,有可能會(huì)出現(xiàn)與動(dòng)力總成系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的應(yīng)用,比如在檢測(cè)到前方擁堵時(shí)能自動(dòng)踩剎車(chē)等。因此,需要可靠的MLCC來(lái)確保安全。
為了滿足這樣的要求,需要實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高可靠性的各種要素技術(shù)和加工技術(shù)。在村田,能為聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步做貢獻(xiàn)的產(chǎn)品陣容豐富,比如匹配用的Q值*3高的電容器和V2X通信模塊用的電容器等。我們將以面向這些需求的技術(shù)為基礎(chǔ),推進(jìn)車(chē)載等級(jí)化。
*2 V2X(Vehicle to X)是指借助通信將汽車(chē)和其周?chē)娜恕⑵渌?chē)輛、交通基礎(chǔ)設(shè)施等連接起來(lái)。
*3 Q值(品質(zhì)系數(shù):Quality Factor)是表示電容器性能高度的指標(biāo)。
――5G應(yīng)該會(huì)使用各種各樣的頻段。在車(chē)載MLCC的開(kāi)發(fā)中,村田考慮的是面向哪種規(guī)格的產(chǎn)品呢?
主要考慮的是應(yīng)對(duì) “SUB6 *4”頻段。毫米波頻率太高,不會(huì)產(chǎn)生作為天線匹配用的電容器的需求。不僅僅是應(yīng)對(duì)5G,應(yīng)對(duì)4G LTE也是一樣的,對(duì)車(chē)載通信系統(tǒng)小型化的要求根深蒂固,對(duì)車(chē)載品質(zhì)的小型、大容量MLCC的呼聲很高。經(jīng)營(yíng)通信模塊的顧客大多是從民用產(chǎn)品起步的,他們希望與智能手機(jī)同等的小型MLCC達(dá)到車(chē)載品質(zhì)。響應(yīng)這些需求是村田的使命。
*4 SUB6是指第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的頻段中在4G及以前未使用過(guò)的6GHz以下的頻段。
面向消耗大電力的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)電源的MLCC
――那么,關(guān)于CASE的“A”,也就是自動(dòng)化,村田是怎么做的呢?
汽車(chē)自動(dòng)化的進(jìn)展非常顯著,過(guò)去的主要作用是輔助司機(jī)的駕駛,但今后系統(tǒng)將會(huì)成為司機(jī),檢測(cè)道路狀況和行車(chē)環(huán)境的狀態(tài),一邊做適當(dāng)?shù)呐袛嘁贿叢倏仄?chē)。為了實(shí)現(xiàn)這種高度的自動(dòng)駕駛功能,需要對(duì)配置在汽車(chē)各個(gè)部位的多種傳感器收集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處理這些數(shù)據(jù)的高性能CPU和FPGA等應(yīng)該會(huì)比以往搭載在汽車(chē)上的ECU消耗更大的電力。
向計(jì)算機(jī)提供大電力的電源系統(tǒng)的控制電路中,為了使控制IC正常工作,需要使用向其提供所需電荷的大容量MLCC(圖3)。隨著CPU等消耗的電流量的增加等,電源電路中使用的MLCC將會(huì)向大容量化和使用數(shù)量增加的方向發(fā)展。此外,為了提高安全性,確保電源電路發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)駕駛功能不會(huì)中斷,還存在電源電路冗長(zhǎng)化的傾向,這也是MLCC使用數(shù)量增加的重要原因。
圖3 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中高性能計(jì)算機(jī)的電源回路中裝配先進(jìn)MLCC的方案
因此,小型、大容量的MLCC,以及可減少控制IC周邊使用的MLCC數(shù)量的具有低電感(低ESL*5)特性的MLCC的需求將會(huì)增加(圖4)。正因?yàn)樽詣?dòng)駕駛功能是控制車(chē)輛運(yùn)行的重要環(huán)節(jié),所以必須擁有高度可靠性的車(chē)載級(jí)別應(yīng)用程序。
*5 ESL是指等價(jià)串聯(lián)電感。電容器的等效電路模型可以表現(xiàn)為C、R、L各元件的串聯(lián)連接,其中的L被稱(chēng)為等效串聯(lián)電感。
圖4 在CPU周邊使用低ESL的MLCC以減少數(shù)量
――自動(dòng)駕駛汽車(chē)上會(huì)搭載各種各樣的傳感器,傳感器周邊會(huì)產(chǎn)生對(duì)MLCC的新需求嗎?
攝像頭和毫米波雷達(dá)中的電路會(huì)采用同樣的電源設(shè)計(jì)。基本上會(huì)附帶驅(qū)動(dòng)這些傳感器的控制IC的電源線路,電源線路中會(huì)使用MLCC。這里也有小型、大容量化的要求。
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