【導讀】隨著(zhù)汽車(chē)電氣化和智能化的發(fā)展，汽車(chē)電子在整車(chē)中的“份量”越來(lái)越重。根據蓋世汽車(chē)研究院的數據，如今在純電動(dòng)車(chē)型中汽車(chē)電子的成本占比已經(jīng)高達65%，而這個(gè)數據在2000年內燃機車(chē)型中僅為19%。
汽車(chē)電子市場(chǎng)的持續走強，直接拉動(dòng)了汽車(chē)電子相關(guān)元器件的發(fā)展。不論是動(dòng)力總成、底盤(pán)控制、車(chē)身控制等經(jīng)典的應用場(chǎng)景，還是ADAS和自動(dòng)駕駛、BMS、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等新賽道，都為元器件提供了巨大的發(fā)展市場(chǎng)空間。
不過(guò)，汽車(chē)應用的特殊性決定了能夠“上車(chē)”的元器件必須要滿(mǎn)足更嚴苛的要求，必須是所謂的“車(chē)規級”產(chǎn)品。與普通消費級的產(chǎn)品相比，車(chē)規級元器件的差異主要體現在以下幾個(gè)方面：
環(huán)境耐受性
車(chē)規級元器件需要能夠應對更為惡劣的使用環(huán)境的挑戰，比如在工作溫度方面，發(fā)動(dòng)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(chē)規級產(chǎn)品也都需要滿(mǎn)足特殊的要求。
防振動(dòng)和沖擊
作為持續高速運動(dòng)的交通工具，汽車(chē)難免要經(jīng)受振動(dòng)和沖擊，這也就要求元器件在機械和結構設計上增加穩固性，能夠化解這些外力的影響。
可靠性
車(chē)規元器件通常需要從兩個(gè)層面來(lái)進(jìn)行可靠性的考量：一是元器件自身需要具有更長(cháng)的使用壽命，并確保在使用周期內性能穩定地工作；二是也要考慮到系統級設計的要求，要有助于保證整車(chē)高可靠性的實(shí)現。
一致性
作為一個(gè)規模效應顯著(zhù)的產(chǎn)品，汽車(chē)對于批量生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量一致性要求更為嚴格，這種要求自然會(huì )傳導給上游的電子元器件產(chǎn)品，要求元器件廠(chǎng)商通過(guò)工藝技術(shù)的提升確保品質(zhì)的一致性。這一點(diǎn)也往往成為考察車(chē)規元器件廠(chǎng)商實(shí)力的重要標識。
打造車(chē)規級元器件
為了對能夠“上車(chē)”的元器件特性有一個(gè)更清晰的定量描述，由知名整車(chē)廠(chǎng)商和元器件供應商發(fā)起成立的國際汽車(chē)電子協(xié)會(huì )（AEC）推出了一套通用的零件資質(zhì)和質(zhì)量系統標準及認證體系，即AEC-Q車(chē)規驗證標準。AEC-Q雖然不是強制性的認證制度，但目前已成為業(yè)界公認的車(chē)規元器件的通用測試標準，換言之，這就是決定元器件是否能夠“上車(chē)”使用的“車(chē)票”。
隨著(zhù)汽車(chē)電子的發(fā)展，AEC-Q標準也在不斷進(jìn)化。初始制定的AEC-Q100、AEC-Q101和AEC-Q200三個(gè)標準分別對應集成電路、半導體分立器件和被動(dòng)元件三大產(chǎn)品門(mén)類(lèi)；后續隨著(zhù)汽車(chē)智能化的轉型，又逐步增加了面向光電半導體應力測試的AEC-Q102標準、面向MEMS壓力傳感器應力測試的AEC-Q103標準，以及面向汽車(chē)應用的多芯片模塊（MCM）應力測試的AEC-Q104標準。
產(chǎn)品是否能夠符合上述這些車(chē)規測試標準，是對元器件廠(chǎng)商綜合實(shí)力的一次全面考察。一方面，元器件廠(chǎng)商需要建立起一套完整的質(zhì)量管理體系，滿(mǎn)足IATF16949等供應鏈質(zhì)量管理標準的要求，達到零缺陷（Zero Defect）的目標；另一方面，廠(chǎng)商也要通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng )新，憑借在設計、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(shí)力，通常需要元器件供應商既要在相應的元器件領(lǐng)域具有深厚的技術(shù)積淀，又要對汽車(chē)行業(yè)的實(shí)際應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上不斷升華出車(chē)規級的產(chǎn)品，在汽車(chē)電子市場(chǎng)中擴張自己的版圖。
下面我們就通過(guò)Murata的兩款產(chǎn)品，管窺一下實(shí)力元器件廠(chǎng)商在打造車(chē)規級元器件方面的匠心。
車(chē)規級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(diǎn)，具有非常廣闊的應用范圍。而在將MLCC引入到汽車(chē)應用中時(shí)，則需要考量諸多車(chē)規級的設計要求，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(mǎn)足車(chē)規品質(zhì)的要求，Murata對于MLCC的制造工藝進(jìn)行了優(yōu)化，可以在實(shí)現大容量化和高耐壓的漿料片材的成型、層疊、燒制工序等過(guò)程中，確保品質(zhì)的均衡一致；此外在避免陶瓷片燒結后發(fā)生收縮斷裂等痛點(diǎn)問(wèn)題上，Murata也給出了理想的解決方案。
KCA55系列MLCC，就是Murata車(chē)規級MLCC產(chǎn)品中的代表作。該系列MF型MLCC通過(guò)了安全標準認證，符合汽車(chē)電子設備AEC-Q200標準的要求，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(chē)載安規電容的理想選擇。
圖1：KCA55系列汽車(chē)級MLCC（圖源：Murata）
特別值得一提的是，KCA55系列MLCC在外部電極設計上采用了金屬端子結構，即將金屬端子粘結到堆疊式 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(shí)產(chǎn)生裂紋的幾率，進(jìn)而提高整體的可靠性——根據Murata提供的測試數據，即使在基板偏轉量達6mm的情況下，或者是熱應力循環(huán)2,000次的考驗下，都不會(huì )出現裂紋。
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(chē)規級的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)化的可靠性設計，使其在OBC、逆變器、DC-DC轉換器這些汽車(chē)功率電子應用中都可以輕松勝任。
圖3：KCA55汽車(chē)級MLCC在DC-DC轉換器中的典型應用（圖源：Murata）
高精度、高穩定的NTC
NTC是一種阻值隨著(zhù)溫度的變化而變化，具有負溫度系數特性的非線(xiàn)性電阻器，通常由單晶、多晶半導體材料制成?；贜TC對于溫度變化的敏感性，其通常被用于三種場(chǎng)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(jìn)行溫度感測。
● 過(guò)熱溫度檢測：由于NTC的電阻值在一定溫度以上會(huì )急劇上升，可以對過(guò)溫做出快速響應。
● 過(guò)流保護和電路保護：NTC在過(guò)電流的情況下電阻急劇上升，可借此來(lái)發(fā)揮抑制電流的作用，作為可恢復性的電流保險絲使用。
針對溫度檢測和溫度補償方面，Murata開(kāi)發(fā)出了多個(gè)系列的產(chǎn)品，滿(mǎn)足不同應用的需求，比如通用型的NCP系列、軟引線(xiàn)型的NXF系列、導電膠兼容型的NCG系列，以及今天我們要著(zhù)重介紹的專(zhuān)為適應惡劣環(huán)境應用而打造的NCU系列NTC。
圖4：NCU系列NTC（圖源：Murata）
為了滿(mǎn)足車(chē)載應用的要求，Murata特別推出了車(chē)規級的NCU系列產(chǎn)品。與通用型的NTC相比，車(chē)規級的NCU系列具有很高的精度和B常數，以及優(yōu)異的可焊性和高穩定性，還具有出色的抗老化穩定性。這意味著(zhù)其不僅能夠在生產(chǎn)過(guò)程中兼容流體焊接、回流焊接等裝配工藝，而且在長(cháng)期的使用過(guò)程中也可以保證性能的穩定性，這都是汽車(chē)電子所需的關(guān)鍵性能，有助于實(shí)現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(chē)載充電器中的應用（圖源：Murata）
本文小結
汽車(chē)電子市場(chǎng)的持續發(fā)展，拉動(dòng)了對于車(chē)規級元器件的旺盛需求。而打造車(chē)規級的產(chǎn)品，不是在通用型產(chǎn)品基礎上的一次簡(jiǎn)單技術(shù)迭代升級，而是牽涉到一個(gè)完整的質(zhì)量體系的建立，以及持續的創(chuàng )新力，當然還需要對汽車(chē)行業(yè)需求的準確把握。
通過(guò)本文介紹的Murata兩款車(chē)規級元器件，我們不難看出在這個(gè)過(guò)程中所需的實(shí)力和匠心。也只有基于這樣的實(shí)力和匠心打造的產(chǎn)品，才能夠讓你的汽車(chē)電子設計順利“上車(chē)”，駛向未來(lái)。
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