中國粉體網訊 MLCC是片式多層陶瓷電容器英文縮寫,是由印好電極(內電極)的陶瓷介質膜片以錯位的方式疊合起來,經過一次性高溫燒結形成陶瓷芯片,再在芯片的兩端封上金屬層(外電極),從而形成一個類似獨石的結構體,故也叫獨石電容器。
MLCC是世界上用量最大、發展最快的片式元件之一,在陶瓷電容器中產值占比超過90%。其具有容量范圍寬、頻率特性好、工作電壓和工作溫度范圍寬、超小體積、無極性等優良特性,且應用領域極其寬泛。因此,MLCC又被稱為“電子工業大米”。
當前,汽車產業進入百年一遇的大變革時期,汽車“新四化”(電動化、智能化、網聯化、共享化)正成為新的發展潮流和趨勢。汽車電動化、智能化和網聯化的功能,都是通過各種電子元器件組成的功能模塊實現的,作為通用的基礎元件,MLCC是使用數量最多的被動元件之一。
汽車——MLCC的“博物館”
具體來講,MLCC在汽車中的應用包括衛星定位系統、中央控制系統、無線電導航系統、車身穩定控制系統、ADAS系統,各類系統對MLCC的需求都很大。
在傳統燃油車中,動力系統需約600顆MLCC;安全系統用量最多,大概需要1000-1500顆MLCC;舒適系統需求近1000顆MLCC;娛樂系統也需要500顆以上,并隨著顯示屏等車內電子器件的增加而增加。
在電動車中,一輛混合動力汽車的MLCC需求量在12000顆左右,而純電動汽車可達到18000顆左右,例如某款具備L2+自動駕駛的電動汽車上,MLCC使用數量達到1萬顆以上,部分高端車型對MLCC的用量甚至達到3萬顆。
如果電動化和高度的自動駕駛功能的配置繼續深化的話,MLCC的使用量還會進一步增加。鑒于MLCC在單輛汽車上的廣泛分布與龐大數量,汽車又被村田稱為“MLCC的集合體”,或“MLCC的博物館”。
車用MLCC的龐大需求
MLCC的下游應用場景幾乎涵蓋了所有需要電子設備的場景,從消費領域、通訊領域、工業領域、汽車領域到軍工、航空航天領域,這些應用都少不了MLCC的身影。MLCC的主要下游應用市場包括消費電子、通信基站、汽車電子和工業設備。
從應用需求來看,MLCC大概有七成的需求都來自于消費電子領域,但隨著智能手機、平板、PC的需求下降,MLCC去年在消費內市場呈疲軟態勢,消費端的需求的減緩讓MLCC廠商面對去庫存時間拉長的問題。隨著消費類MLCC利潤越來越低,眾多MLCC廠商紛紛向汽車應用、儲能應用和5G應用方向轉移。
目前,隨著全球環境規制的不斷加強,各國紛紛推出禁售燃油車、削減碳排放的目標,中國為新能源車推出專屬牌照、提升公共交通電動化水平、推出新能源汽車下鄉補貼政策等方式促進國內新能源汽車市場發展。為應對政府的環境保護目標,車企也在不斷加大對電動汽車市場的投入力度,努力擴充電動汽車產品線。電動車等新能源汽車的銷量提升帶動了MLCC使用量的大幅放量。
我國新能源汽車2023年1-6月銷量及增長情況
鑒于MLCC在汽車上的廣泛應用及新能源汽車的不斷普及,據JW Insights預計,全球車載 MLCC 用量將于 2025 年增長至約 6500 億顆,是 2021 年用量的 1.6 倍,其中新能源汽車 MLCC 用量超 3300 億顆;中國市場也處于快速增長狀態,MLCC 用量將從 2021 年的約 1500 億顆提升至 2025 年的超 2800 億顆,占全球比重也將從 2021 年的 37.7%提升至 2025 年的 43.5%。
另有分析師指出,2025年新能源汽車在汽車銷售中的占比將超過50%,是2021年銷售量的5倍,由此帶來的汽車MLCC市場增長將達到20億美元。
車用MLCC難在哪里?
性能要求高
隨著汽車“新四化”的發展,汽車上將配置更多更先進的電氣與電子電路,對MLCC的技術要求也會更高。和智能手機中的MLCC一樣,要求小型化、大容量,但由于車載MLCC是安裝在與人的性命息息相關的設備上的部件,對高品質和高可靠性的要求更高。
首先,在產品性能上,針對汽車行業用被動元件的AEC-Q200標準指出被動元器件必須具備的產品品質與可靠度。由于被動元件是在狹小而嚴苛的汽車內部環境中使用,對溫度、濕度、氣候、抗震等適應能力要求很高。例如,MLCC的工作溫度范圍,消費類MLCC最高工作溫度一般是85℃至125℃,但車規級MLCC一般要求最低125℃。
此外,車規級MLCC的壽命要求也明顯增加。消費類MLCC的壽命要求一般為3-5年,但是車規級MLCC的壽命要求15年以上。
“零缺陷”是車規品最突出的要求之一,因為MLCC的可靠性檢驗是抽樣檢驗,只能通過加大抽樣數量和嚴格的試驗條件來核查。在可靠性試驗中,車規級MLCC溫度循環項目需要做1000次循環,高溫高濕負載試驗需要在指定環境下做1000h。而一般的消費類MLCC為10次以下的溫度循環試驗和500h的高溫高濕負載試驗。
技術難點多
MLCC的制造從陶瓷粉末開始,將陶瓷粉末制作成液體漿料后噴涂成極薄的膜片,再把金屬漿料印刷在陶瓷膜上并且多層堆疊,經過高溫燒結后形成穩定的陶瓷體,再在陶瓷的兩端封上金屬外電極而形成的。
MLCC的制造工藝流程
在材料方面,車規級MLCC追求的并不是極致的新穎、尖端的材料,更多的是要求材料性能的穩定與成熟。例如,對陶瓷粉的粒經、純度、形貌等均勻一致性要求,并在與有機物混合研磨的時候控制分散的粒徑均勻性,這樣才能為整體產品的一致性打下基礎。同時,嚴格控制陶瓷粉和電極材料的超微粒子化和材料偏差與分散方面的均一化,以保證瓷粉和金屬內漿在燒結過程收縮率的匹配,避免產品變形和結構破損。
在流延工序中,流延膜片的光澤度及厚度必須保持高度的均勻性、穩定性和一致性,為后續的內電極印刷、多層電極堆疊、以及分尺寸切割等工藝提供合適的彈性與透氣性。
車規級MLCC的印刷和疊層工序的控制也極為嚴格,機臺設備控制精確到微米級,內電極印刷的均勻性、連續性,以及疊層的對位精度和精密度都將更精確地控制。
燒結是MLCC制造的一個核心工序,直接影響產品的質量。燒結是在1000℃以上的溫度將陶瓷生坯燒結成瓷,因為燒結是陶瓷和金屬內電極一起,而二者開始收縮反應的溫度和收縮率是不同的,所以需要精準控制好燒結過程中的升溫速率、燒結氣氛成分和溫度的均勻性。
在最后的MLCC成品測試過程中,除了百分之百檢查容量、損耗、絕緣、耐壓四個電性能外,車規級的可靠性試驗驗證的項目更多,試驗條件及接收標準更嚴,抽樣數更多,尤其是對于震動,彎曲等機械性能的要求,對于潮濕,工作溫度等環境要求更為苛刻。
小結
車用MLCC的市場前景是巨大的,但也需要清醒地認識到,終端應用也給車用MLCC制造商設立很高的門檻,參與者需要擁有MLCC領域深厚技術沉淀。
在這方面日本、韓國企業占主導地位。根據集邦咨詢研究數據,2022-2023年全球車用MLCC產能前五的供貨商分別為日本村田、TDK、太陽誘電、國巨電子(基美)、三星電機。這五家廠商產能占比總和達96%,其中,日本村田就占據最大市場份額,是行業領頭羊。國內的微容、宇陽、三環、風華高科等企業也發力汽車MLCC市場,市場份額雖逐漸上升,但差距仍然明顯,需要奮力追趕。
參考來源:
[1]被低估的汽車MLCC. 芯世相新能源
[2]車規級MLCC市場情勢和關鍵技術. 微容科技
[3]43頁PPT了解全球車用MLCC產能前五廠商.中國粉體網
[4] 智能汽車必不可少的電子元器件——MLCC. CERADIR先進陶瓷在線
[5]高端陶瓷電容器加速“駛向”車規級市場.中國電子報
(中國粉體網編輯整理/山川)
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