【導讀】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。根據蓋世汽車研究院的數據，如今在純電動車型中汽車電子的成本占比已經高達65%，而這個數據在2000年內燃機車型中僅為19%。
汽車電子市場的持續(xù)走強，直接拉動了汽車電子相關元器件的發(fā)展。不論是動力總成、底盤控制、車身控制等經典的應用場景，還是ADAS和自動駕駛、BMS、車聯(lián)網等新賽道，都為元器件提供了巨大的發(fā)展市場空間。
不過，汽車應用的特殊性決定了能夠“上車”的元器件必須要滿足更嚴苛的要求，必須是所謂的“車規(guī)級”產品。與普通消費級的產品相比，車規(guī)級元器件的差異主要體現在以下幾個方面：
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，汽車難免要經受振動和沖擊，這也就要求元器件在機械和結構設計上增加穩(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性能穩(wěn)定地工作；二是也要考慮到系統(tǒng)級設計的要求，要有助于保證整車高可靠性的實現。
一致性
作為一個規(guī)模效應顯著的產品，汽車對于批量生產中的產品質量一致性要求更為嚴格，這種要求自然會傳導給上游的電子元器件產品，要求元器件廠商通過工藝技術的提升確保品質的一致性。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和質量系統(tǒng)標準及認證體系，即AEC-Q車規(guī)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)界公認的車規(guī)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”使用的“車票”。
隨著汽車電子的發(fā)展，AEC-Q標準也在不斷進化。初始制定的AEC-Q100、AEC-Q101和AEC-Q200三個標準分別對應集成電路、半導體分立器件和被動元件三大產品門類；后續(xù)隨著汽車智能化的轉型，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，以及面向汽車應用的多芯片模塊（MCM）應力測試的AEC-Q104標準。
產品是否能夠符合上述這些車規(guī)測試標準，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量管理體系，滿足IATF16949等供應鏈質量管理標準的要求，達到零缺陷（Zero Defect）的目標；另一方面，廠商也要通過不斷的技術創(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)勢的產品。
想要獲得這樣的實力，通常需要元器件供應商既要在相應的元器件領域具有深厚的技術積淀，又要對汽車行業(yè)的實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規(guī)級的產品，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，具有非常廣闊的應用范圍。而在將MLCC引入到汽車應用中時，則需要考量諸多車規(guī)級的設計要求，比如需要提供20年以上的使用壽命、更高的可靠性和質量一致性等。
為了滿足車規(guī)品質的要求，Murata對于MLCC的制造工藝進行了優(yōu)化，可以在實現大容量化和高耐壓的漿料片材的成型、層疊、燒制工序等過程中，確保品質的均衡一致；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產品中的代表作。該系列MF型MLCC通過了安全標準認證，符合汽車電子設備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產生裂紋的幾率，進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)化的可靠性設計，使其在OBC、逆變器、DC-DC轉換器這些汽車功率電子應用中都可以輕松勝任。
圖3：KCA55汽車級MLCC在DC-DC轉換器中的典型應用（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，具有負溫度系數特性的非線性電阻器，通常由單晶、多晶半導體材料制成。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。
● 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)出了多個系列的產品，滿足不同應用的需求，比如通用型的NCP系列、軟引線型的NXF系列、導電膠兼容型的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）
為了滿足車載應用的要求，Murata特別推出了車規(guī)級的NCU系列產品。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，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鍵性能，有助于實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車載充電器中的應用（圖源：Murata）
本文小結
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)級的產品，不是在通用型產品基礎上的一次簡單技術迭代升級，而是牽涉到一個完整的質量體系的建立，以及持續(xù)的創(chuàng)新力，當然還需要對汽車行業(yè)需求的準確把握。
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品，才能夠讓你的汽車電子設計順利“上車”，駛向未來。
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