MLCC具备小体积、高容量、高可靠性、便于贴装,能够在恶劣的环境中保持稳定的性能,符合在狭小而严酷的汽车内部搭载电气与电子电路的要求,MLCC是准确、稳定地运行汽车上搭载的各种电气与电子电路不可或缺的部件。
一、车用MLCC的市场趋势
电动化、智能化、网联化、共享化正成为汽车新的发展潮流和趋势。在汽车"新四化"带动下,全球汽车用 MLCC 的用量快速增长。
图 汽车电动化、智能化、网联化、共享化
现代汽车使用了大量的MLCC,可以说是"MLCC的集合体"。普通燃油车单车的MLCC需求量约3000颗,混合动力和插电式混合动力车所需的数量约为12000颗,纯电动车需要的MLCC数量约为18000颗。纯电动车需要的 MLCC 数量约为普通内燃机汽车的 6 倍。
自动驾驶等级跃升结合汽车电动化的发展,大幅提升了MLCC的需求。据集微咨询预计,全球车规级 MLCC 用量将于 2025 年增长至约 6500 亿颗,是 2021 年用量的 1.6 倍;中国市场也处于快速增长状态,MLCC 用量将从 2021 年的约 1500 亿颗提升至 2025 年的超 2800 亿颗,占全球比重也将从 2021 年的 37.7% 提升至 2025 年的 43.5%。
图 2021-2025年全球车用MLCC用量,来源集微咨询
此外,车规级MLCC技术壁垒极高,产品附加值高,获利更厚,大约是中端MLCC市场(消费电子)的10倍。因此,不少MLCC厂商都已开始将汽车市场作为新应用领域,重点技术攻关和产能转移。
目前,参与车规级MLCC竞争的企业很少,日本厂商处于垄断地位,村田、TDK、太阳诱电等日厂市占率在90%左右。以村田为首的日韩厂商,已逐步放弃低端市场,转向利润率更高的高端MLCC产品,车规级MLCC已成为大厂必争的细分领域。以微容电子、风华高科、宇阳科技等为代表的国内MLCC生产厂商也纷纷布局车用市场,并取得一定突破。
二、车规级MLCC的高要求
1、高可靠性
由于汽车的安全性和可靠性事关人的性命,因此对汽车上搭载的零部件要求十分严格,而MLCC会应用到汽车智能座舱、智能驾驶和三电系统的各个模块,所以对安装在汽车上的MLCC也有严格的要求。
车规级MLCC需要在高温(150℃以上)及低温(零下55度)的环境,弯曲强度等冲击传达的情况,高湿度(湿度85%)等极端环境中也能稳定运转,对安全性要求更高。同时还需要获得汽车电子零件信赖度考试规格AEC-Q200(车载用被动零件相关的认证规格)认证,生产标准苛刻,还需要通过各客户的严格检验,才能进行供应。
产品的开发和生产措施要以"零缺陷"为目标,同时也要求产品的使用寿命更长。有些手机用MLCC是以保证最短使用寿命5年以上为目标进行设计的。但是,车规级MLCC需要保证20年以上。为了提高品质,即使是同尺寸、同容量的MLCC,车规级MLCC也需要更先进的技术和严格的生产体制,可以说,实现车载等级的技术门槛相当高。
2、小型化、大容量
车用MLCC主要型号范围广,和智能手机中的MLCC一样,车规级MLCC要求小型化、大容量。目前,汽车高级辅助驾驶系统ADAS的系统级芯片SoC,平均 MLCC 要求容量是 2,000uF 左右,预计在1~2年内,其容量需要扩大到2倍以上。这意味着要使用 2倍以上的 MLCC,在有限空间内放入更多 MLCC的方法就是使用更小的尺寸。
在保持可靠性的同时,进一步提升小型化、大容量化、高耐压化、薄型化、低ESL化等,满足未来汽车的应用需求。兼具高品质、可靠性和小型、大容量的车规级MLCC,今后有望扩大应用。
图 车规级MLCC不同尺寸产品占比的变化,来源村田
三、车规级MLCC的关键技术
MLCC的制造从陶瓷粉末开始,将陶瓷粉末制作成液体浆料后喷涂成极薄的膜片,再把金属浆料印刷在陶瓷膜上并且多层堆叠,经过高温烧结后形成稳定的陶瓷体,再在陶瓷的两端封上金属外电极而形成的。对于车规级MLCC而言,更强调的是开发项目管理,通过产品可靠性设计和稳定的制程能力,来实现车规品的要求。
图 MLCC生产工艺流程
在流延工序中,流延膜片的光泽度及厚度必须保持高度的均匀性、稳定性和一致性,为后续的内电极印刷、多层电极堆叠、以及分尺寸切割等工艺提供合适的弹性与透气性。
车规级MLCC的印刷和叠层工序的控制也极为严格,机台设备控制精确到微米级,内电极印刷的均匀性、连续性,以及叠层的对位精度和精密度都将更精确地控制。烧结是MLCC制造的一个核心工序,直接影响产品的成型。
烧结是在1000℃以上的温度将陶瓷生坯烧结成瓷,因为烧结是陶瓷和金属内电极一起,而二者开始收缩反应的温度和收缩率是不同的,所以需要精准控制好烧结过程中的升温速率、烧结气氛成分和温度的均匀性。
在最后的MLCC成品测试过程中,除了百分之百检查容量、损耗、绝缘、耐压四个电性能外,车规级的可靠性试验验证的项目更多,试验条件及接收标准更严,抽样数更多,尤其是对于震动,弯曲等机械性能的要求,对于潮湿,工作温度等环境要求更为苛刻。
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