在全球人口增長和城市化加速的推動下,發展逾百年的汽車行業仍然保持著穩定而持續的成長勢頭。根據Global Market Insights的研究數據,2024年全球汽車市場規模價約為2.4萬億美元,預計2025至2034年的年復合增長率將達到7.8%。毋庸置疑,汽車市場的持續增長,也將拉動整個產業鏈的發展,特別是為車用元器件的發展帶來巨大的商機。
更值得關注的是,這種商機不僅來自于汽車市場規模的擴張,還體現在產品形態上顛覆性的變革。要知道,在電氣化和智能化趨勢的推動下,汽車的含“芯”量也在不斷攀升。據分析,一輛智能電動汽車中元器件成本占比會高達45%,高出傳統燃油車20%!這也意味著,在可以預見的未來,關鍵的車用元器件的發展,會獲得超過整體汽車市場成長的加速度。
火熱的車用元器件市場,也讓眾多元器件廠商趨之若鶩,不斷推出品類豐富、令人眼花繚亂的產品。如此“熱鬧”的市場,從好的方面看,會為汽車電子開發者提供更大的選擇空間,不過也會帶來一些“麻煩,即加大在元器件選型時工作量。想要高效地完成選型,不“迷路”,這就要求開發者在查閱Datasheet和比對技術性能參數的同時,也能理解這些參數背后底層的技術邏輯,洞察到相應車用元器件真正的優勢所在。
當然,這需要豐富的經驗,但也并非“玄學”,仍然有可以因循的規律。具體來講,在車用元器件的選型中,在紙面上的參數之外,我們還可以從以下三個方面著手,對其進行更深入地觀察:
1高可靠
可靠性是車用元器件必須恪守的一條“紅線”,這不僅決定著車輛是否能夠在各類復雜環境下長期穩定地運行,也關系到駕乘人員的安全性。因此,車用元器件必須符合嚴格的車規標準。而為了實現這樣的可靠性設計,元器件廠商往往會采用新技術,或對現有技術進行優化,這也是在元器件選型時非常值得關注的重點。
2小型化
如何在有限的空間內,整合越來越豐富的電子和電氣化功能,是當下汽車電子設計的一個核心課題。讓元器件“瘦身”,為系統設計帶來更大的靈活性,顯然是一條必由之路。不過,小型化并非車用元器件選型的唯一指標。如何在更緊湊的外形下,兼顧其在性能和可靠性等方面的訴求,這就要考驗元器件廠商的實力了。
差異化
汽車產品形態和功能定義上顛覆性的變化,也讓車用元器件面對著很多前所未有的應用設計要求。比如,汽車電氣化帶來的整車功率需求的提升,需要能夠承載更大電流、更高電壓的元器件;汽車電子系統復雜性增加帶來的EMI挑戰,要求車用元器件在抵御電磁干擾方面有更佳的表現……這就要求車用元器件的開發,能夠緊隨設計需求的迭代,不斷針對細分應用發展出具有差異化優勢的產品。
高可靠、小型化、差異化——既然我們已經找到了車用元器件的三個關鍵要素,那么在具體而微的產品開發時,元器件廠商是如何將這“三要素”落到實處的?下面,本文將以KYOCERA AVX三種車用元器件為例,帶大家探究一番。
高可靠的車用連接器
在新一代汽車中,無論是高速率的數據傳輸,還是高效率的電力傳輸,都需要車用連接器提供助力。與其他領域的互連方案相比,車用連接器的可靠性更為重要,通常它們需要具有較寬的溫度范圍(-40℃ 至 125℃以上),能夠耐受濕度、鹽霧、振動和沖擊等嚴苛的環境挑戰。
針對這種特殊的汽車應用要求,KYOCERA AVX開發出了豐富的連接器產品組合,包括板對板、線對板、線對線、FPC/FFC,以及定制化的解決方案。為了提升車用連接器可靠性,KYOCERA AVX在產品設計時進行了諸多優化,其中壓接和IDC(絕緣位移觸點)就是兩個關鍵的優勢技術。
壓接和IDC都屬于“冷焊”技術。顧名思義,其不是通過高溫熔融或者焊料將金屬“連接”在一起,而是通過金屬之間的相互擠壓,將兩塊金屬之間的氣體擠出造成一個微小的“真空”環境,進而形成可靠而穩定的連接界面。由于操作簡單、無需加熱,不會對周圍的電路板和元器件帶來熱負載,且沒有焊接殘留物,100%無鉛,因此壓接和IDC一直是高可靠、穩定電氣互連的優選技術。
在實際應用中,壓接和IDC兩種技術又各具特點,可滿足不同場景所需:
壓接式連接器通過壓接工具完成單根導線和觸點間的互連,可以在一個外殼中包含有不同線規的導線,方便根據需要進行定制,因此具有較高的靈活性。但由于其需要使用專用的壓接工具,因此會帶來額外的操作復雜性和成本。
IDC連接器則是直接通過將絕緣導線插入銳化金屬梁的槽中進行連接,在這個過程中金屬梁的銳邊刺破絕緣層,在導線和梁之間形成剛性金屬接觸,無需焊接或壓接等操作,即可實現可靠的氣密連接。因此,IDC技術在規模化的布線互連上更具效率和成本優勢,適合于帶狀電纜等高密度的互連方案。
值得一提的是,KYOCERA AVX巧妙地將壓接和IDC這兩種高可靠的冷焊技術相結合,開發出了壓接式 IDC 連接器,其線纜與PCB互連端采用IDC技術,而在板端采用壓接技術,進而為關鍵汽車系統(如安全氣囊、發動機和變速器控制單元)創建出一種簡單、高可靠性的線對板連接解決方案。
超薄型表面貼裝晶振
隨著原來越多智能化的功能和應用被整合到汽車中,通過精準的頻率產生元件為其實時性、確定化的工作提供支持至關重要。
晶振作為一種主要的頻率產生元件,基于壓電效應產生非常穩定的頻率信號,十分適合于對頻率精度要求較高的車載應用。在晶振領域,KYOCERA AVX深耕多年,具有非常豐富的產品組合,而且除了高精度、超穩定的特性,“輕薄”的小型化設計也KYOCERA AVX的晶振產品的一大亮點。其打造的超小型CX1008SB系列晶體單元,占板面積僅有1.0 x 0.8mm,一直是晶振“小型化”的代表性產品之一。
這種“小型化”的技術基因體現在車載晶振領域,代表性的產品就是KYOCERA AVX的CX系列薄型表面貼裝晶振。該系列晶振的頻率范圍從9.843MHz至50MHz,負載電容為8pF至12pF,其采用帶無鉛端子的陶瓷封裝,尺寸為2.0mm x 1.6mm至5.0mm x 3.2mm,高度僅為0.9mm,非常適合于空間受限的車載應用。
值得關注的是,CX系列晶振在實現小型化的同時,在可靠性設計上并沒有妥協,還進行了專門的優化。比如,由于陶瓷封裝和PCB之間的熱膨脹系數不同,晶振和PCB連接的殘余應力可能導致焊料開裂。為了解決這一可靠性隱患,CX系列在設計時縮短了端接之間的間距并擴大了端接面積,在經歷了-40至+125°C、3,000次循環測試后,其焊接端點均沒有出現焊料裂紋等問題。
CX系列合AEC-Q200標準,額定溫度為-40°C至+150°C,提供2針和4針配置,是汽車控制系統和汽車安全、ECU、TPMS(胎壓監測系統)和高速汽車網絡等應用的理想選擇。
差異化設計的車用MLCC
電容器是車用無源元件中的一個重要品類,其中多層陶瓷電容器(MLCC)憑借體積小、單位體積容量大、耐高溫、高頻特性好等特點,應用極為廣泛,可謂是無處不在。
順應這一市場需求,KYOCERA AVX可以提供非常全面的車用MLCC產品,電容范圍從0.05pF到1500μF,電壓范圍2.5VDC至3kVDC,且均符合或超過AEC-Q200的車規標準要求,可以廣泛應用與動力系統、控制系統、安全系統、舒適系統、信息娛樂系統等各個車用場景。
由于應用范圍廣泛,因此KYOCERA AVX在車用MLCC產品規劃和布局時,十分注重針對細分市場的差異化設計,整合不同的材料、工藝、封裝等技術要素,打造出滿足不同設計要求的子系列產品。
從外形封裝上看,KYOCERA AVX的陶瓷電容器分為三類:
表面貼裝汽車MLCC
小型化優勢顯著,產品類型豐富,包括NP0、X7R、X8R、饋通、高壓、高溫、射頻/微波電容器,以及電容陣列,也包括主打高可靠性應用的Flexiterm電容器、面向安全關鍵型應用的Flexisafe電容器,以及用于接口ESD保護的ESD-Safe電容器。
徑向引線汽車MLCC
適用于高溫、電壓要求的汽車應用,支持高達3,000V的高壓應用,溫度范圍高達150°C,采用X8R電介質。
軸向引線MLC
一種具有保形涂層的軸向引線MLCC,采用X7R電介質,額定電壓50-100VDC,在電壓要求高達100V的汽車應用中,性能優于表面貼裝元件。
更細致的KYOCERA AVX車用MLCC主要產品系列特性及應用,詳見下表:
| 類型 | 系列 | 應用 |
| 表面貼裝汽車MLCC | KAM系列 | 汽車通用應用 |
|
FLEXITERM 汽車MLCC |
KAF系列 |
高機械應力和 熱應力應用 |
|
FLEXISAFE 陶瓷電容器 |
KAS系列 | 安全關鍵型應用 |
| 饋通電容器 |
W2F/W3F W2H系列 |
EMI抑制,寬帶I/O 濾波,電源線調節 |
| ESD-Safe電容器 | KAE系列 | I/O門的通用ESD保護 |
|
SkyCap高壓 徑向引線MLCC |
AR系列 | 高溫高壓汽車應用 |
|
SpinGuard 軸向引線MLCC |
AA系列 |
耐熱沖擊和抗振 汽車應用 |
表1::KYOCERA AVX車用陶瓷電容器主要產品系列(資料來源:KYOCERA AVX)
從中不難看出,KYOCERA AVX的車用MLCC不僅產品多,而且通過差異化的設計能夠精準地滿足特定場景的設計需求,可謂是名副其實的“一站式解決方案”。
本文小結
在未來十年,市場的發展和技術的進步,將引領汽車行業進入一個持續而快速的上升通道。想要牢牢抓住這個商機,高可靠、小型化、差異化的車用電子元器件無疑可以為你提供助力!
由本文不能看出,從連接器到電容器,再到頻率產生元件,KYOCERA AVX豐富的車用元器件,能夠滿足多樣化、可擴展的汽車應用所需,加速新一代汽車電子產品的落地。
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