【導(dǎo)讀】隨著汽車電氣化和智能化的發(fā)展，汽車電子在整車中的“份量”越來越重。根據(jù)蓋世汽車研究院的數(shù)據(jù)，如今在純電動車型中汽車電子的成本占比已經(jīng)高達65%，而這個數(shù)據(jù)在2000年內(nèi)燃機車型中僅為19%。
汽車電子市場的持續(xù)走強，直接拉動了汽車電子相關(guān)元器件的發(fā)展。不論是動力總成、底盤控制、車身控制等經(jīng)典的應(yīng)用場景，還是ADAS和自動駕駛、BMS、車聯(lián)網(wǎng)等新賽道，都為元器件提供了巨大的發(fā)展市場空間。
不過，汽車應(yīng)用的特殊性決定了能夠“上車”的元器件必須要滿足更嚴(yán)苛的要求，必須是所謂的“車規(guī)級”產(chǎn)品。與普通消費級的產(chǎn)品相比，車規(guī)級元器件的差異主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
環(huán)境耐受性
車規(guī)級元器件需要能夠應(yīng)對更為惡劣的使用環(huán)境的挑戰(zhàn)，比如在工作溫度方面，發(fā)動機周邊的元器件需要能夠耐受150℃的高溫。此外，在濕度、防水防塵、抵御有害氣體侵蝕以及EMC電磁兼容方面，車規(guī)級產(chǎn)品也都需要滿足特殊的要求。
防振動和沖擊
作為持續(xù)高速運動的交通工具，汽車難免要經(jīng)受振動和沖擊，這也就要求元器件在機械和結(jié)構(gòu)設(shè)計上增加穩(wěn)固性，能夠化解這些外力的影響。
可靠性
車規(guī)元器件通常需要從兩個層面來進行可靠性的考量：一是元器件自身需要具有更長的使用壽命，并確保在使用周期內(nèi)性能穩(wěn)定地工作；二是也要考慮到系統(tǒng)級設(shè)計的要求，要有助于保證整車高可靠性的實現(xiàn)。
一致性
作為一個規(guī)模效應(yīng)顯著的產(chǎn)品，汽車對于批量生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量一致性要求更為嚴(yán)格，這種要求自然會傳導(dǎo)給上游的電子元器件產(chǎn)品，要求元器件廠商通過工藝技術(shù)的提升確保品質(zhì)的一致性。這一點也往往成為考察車規(guī)元器件廠商實力的重要標(biāo)識。
打造車規(guī)級元器件
為了對能夠“上車”的元器件特性有一個更清晰的定量描述，由知名整車廠商和元器件供應(yīng)商發(fā)起成立的國際汽車電子協(xié)會（AEC）推出了一套通用的零件資質(zhì)和質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)證體系，即AEC-Q車規(guī)驗證標(biāo)準(zhǔn)。AEC-Q雖然不是強制性的認(rèn)證制度，但目前已成為業(yè)界公認(rèn)的車規(guī)元器件的通用測試標(biāo)準(zhǔn)，換言之，這就是決定元器件是否能夠“上車”使用的“車票”。
隨著汽車電子的發(fā)展，AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)也在不斷進化。初始制定的AEC-Q100、AEC-Q101和AEC-Q200三個標(biāo)準(zhǔn)分別對應(yīng)集成電路、半導(dǎo)體分立器件和被動元件三大產(chǎn)品門類；后續(xù)隨著汽車智能化的轉(zhuǎn)型，又逐步增加了面向光電半導(dǎo)體應(yīng)力測試的AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)、面向MEMS壓力傳感器應(yīng)力測試的AEC-Q103標(biāo)準(zhǔn)，以及面向汽車應(yīng)用的多芯片模塊（MCM）應(yīng)力測試的AEC-Q104標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)品是否能夠符合上述這些車規(guī)測試標(biāo)準(zhǔn)，是對元器件廠商綜合實力的一次全面考察。一方面，元器件廠商需要建立起一套完整的質(zhì)量管理體系，滿足IATF16949等供應(yīng)鏈質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)的要求，達到零缺陷（Zero Defect）的目標(biāo)；另一方面，廠商也要通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，憑借在設(shè)計、工藝、材料等多維度的優(yōu)化，打造出更具差異化競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。
想要獲得這樣的實力，通常需要元器件供應(yīng)商既要在相應(yīng)的元器件領(lǐng)域具有深厚的技術(shù)積淀，又要對汽車行業(yè)的實際應(yīng)用需求有更深入的理解，這樣才能在豐富的通用型元器件的基礎(chǔ)上不斷升華出車規(guī)級的產(chǎn)品，在汽車電子市場中擴張自己的版圖。
下面我們就通過Murata的兩款產(chǎn)品，管窺一下實力元器件廠商在打造車規(guī)級元器件方面的匠心。
車規(guī)級MLCC方案
在電容器領(lǐng)域，多層陶瓷電容（MLCC）憑借其容量范圍大、體積小、ESR低、額定電壓高、高頻特性好等特點，具有非常廣闊的應(yīng)用范圍。而在將MLCC引入到汽車應(yīng)用中時，則需要考量諸多車規(guī)級的設(shè)計要求，比如需要提供20年以上的使用壽命、更高的可靠性和質(zhì)量一致性等。
為了滿足車規(guī)品質(zhì)的要求，Murata對于MLCC的制造工藝進行了優(yōu)化，可以在實現(xiàn)大容量化和高耐壓的漿料片材的成型、層疊、燒制工序等過程中，確保品質(zhì)的均衡一致；此外在避免陶瓷片燒結(jié)后發(fā)生收縮斷裂等痛點問題上，Murata也給出了理想的解決方案。
KCA55系列MLCC，就是Murata車規(guī)級MLCC產(chǎn)品中的代表作。該系列MF型MLCC通過了安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，符合汽車電子設(shè)備AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有-55°C至+125°C很寬的工作溫度范圍，可提供的容值范圍為100pF至10nF，額定電壓高達1,000VDC，是車載安規(guī)電容的理想選擇。
圖1：KCA55系列汽車級MLCC（圖源：Murata）
特別值得一提的是，KCA55系列MLCC在外部電極設(shè)計上采用了金屬端子結(jié)構(gòu)，即將金屬端子粘結(jié)到堆疊式 MLCC芯片作為外部電極，金屬端子的彈性作用可以有效緩解施加在貼片上的應(yīng)力，與普通的貼片式單體MLCC相比，大大降低由于PCB基板受外力扭曲形變或者焊接時產(chǎn)生裂紋的幾率，進而提高整體的可靠性——根據(jù)Murata提供的測試數(shù)據(jù)，即使在基板偏轉(zhuǎn)量達6mm的情況下，或者是熱應(yīng)力循環(huán)2,000次的考驗下，都不會出現(xiàn)裂紋。
圖2：接合金屬端子的KCA55系列MLCC可提供更高的可靠性（圖源：Murata）
總之，作為一款車規(guī)級的MLCC，KCA55系列寬范圍的可選容值、較高的耐壓能力以及特別優(yōu)化的可靠性設(shè)計，使其在OBC、逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器這些汽車功率電子應(yīng)用中都可以輕松勝任。
圖3：KCA55汽車級MLCC在DC-DC轉(zhuǎn)換器中的典型應(yīng)用（圖源：Murata）
高精度、高穩(wěn)定的NTC
NTC是一種阻值隨著溫度的變化而變化，具有負溫度系數(shù)特性的非線性電阻器，通常由單晶、多晶半導(dǎo)體材料制成。基于NTC對于溫度變化的敏感性，其通常被用于三種場景：
● 溫度檢測和溫度補償：基于電阻值隨溫度逐漸變化的特性，進行溫度感測。
● 過熱溫度檢測：由于NTC的電阻值在一定溫度以上會急劇上升，可以對過溫做出快速響應(yīng)。
● 過流保護和電路保護：NTC在過電流的情況下電阻急劇上升，可借此來發(fā)揮抑制電流的作用，作為可恢復(fù)性的電流保險絲使用。
針對溫度檢測和溫度補償方面，Murata開發(fā)出了多個系列的產(chǎn)品，滿足不同應(yīng)用的需求，比如通用型的NCP系列、軟引線型的NXF系列、導(dǎo)電膠兼容型的NCG系列，以及今天我們要著重介紹的專為適應(yīng)惡劣環(huán)境應(yīng)用而打造的NCU系列NTC。
圖4：NCU系列NTC（圖源：Murata）
為了滿足車載應(yīng)用的要求，Murata特別推出了車規(guī)級的NCU系列產(chǎn)品。與通用型的NTC相比，車規(guī)級的NCU系列具有很高的精度和B常數(shù)，以及優(yōu)異的可焊性和高穩(wěn)定性，還具有出色的抗老化穩(wěn)定性。這意味著其不僅能夠在生產(chǎn)過程中兼容流體焊接、回流焊接等裝配工藝，而且在長期的使用過程中也可以保證性能的穩(wěn)定性，這都是汽車電子所需的關(guān)鍵性能，有助于實現(xiàn)寬溫度范圍的溫度檢測和溫度補償功能。
圖5：NCU系列NTC（圖中S1）在OBC車載充電器中的應(yīng)用（圖源：Murata）
本文小結(jié)
汽車電子市場的持續(xù)發(fā)展，拉動了對于車規(guī)級元器件的旺盛需求。而打造車規(guī)級的產(chǎn)品，不是在通用型產(chǎn)品基礎(chǔ)上的一次簡單技術(shù)迭代升級，而是牽涉到一個完整的質(zhì)量體系的建立，以及持續(xù)的創(chuàng)新力，當(dāng)然還需要對汽車行業(yè)需求的準(zhǔn)確把握。
通過本文介紹的Murata兩款車規(guī)級元器件，我們不難看出在這個過程中所需的實力和匠心。也只有基于這樣的實力和匠心打造的產(chǎn)品，才能夠讓你的汽車電子設(shè)計順利“上車”，駛向未來。
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