【導(dǎo)讀】在3系列的第一回中，我們介紹了村田制作所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“村田”）的車(chē)載多層陶瓷電容器（MLCC）在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大變革中發(fā)揮的作用。村田在該領(lǐng)域擁有領(lǐng)先技術(shù)，而且是市場(chǎng)占有率達(dá)50%的制造商。這些技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)走向，將影響著不久的將來(lái)車(chē)載應(yīng)用的發(fā)展。在系列第2回，將介紹支撐村田車(chē)載MLCC優(yōu)勢(shì)的技術(shù)和生產(chǎn)體制。此外，讓我們?cè)賮?lái)了解一下村田在CASE潮流四要素中的聯(lián)網(wǎng)（C）和自動(dòng)化（A）趨勢(shì)下車(chē)載MLCC的開(kāi)發(fā)方向。
利用一條龍生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，從材料開(kāi)始融入車(chē)載品質(zhì)
――為了開(kāi)發(fā)適用于汽車(chē)的MLCC，村田在技術(shù)開(kāi)發(fā)方面主要做了哪些努力？
如上所述，在車(chē)載方面，從支持自動(dòng)駕駛的低電壓驅(qū)動(dòng)型高性能處理器用大容量產(chǎn)品，到電動(dòng)汽車(chē)的電池控制、噪音對(duì)策用的高耐壓產(chǎn)品，需要的產(chǎn)品十分廣泛。作為支撐各種各樣的產(chǎn)品的基本技術(shù)，我們主要致力于2項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)（圖1）。
圖1 實(shí)現(xiàn)MLCC大容量化和高可靠性的技術(shù)
一個(gè)是考慮汽車(chē)內(nèi)的使用環(huán)境（環(huán)境溫度、施加電壓），以實(shí)現(xiàn)與用途相符的特性和可靠性為目標(biāo)的材料設(shè)計(jì)技術(shù)。在村田，從材料到設(shè)備，實(shí)施一條龍生產(chǎn)。我們充分運(yùn)用這一優(yōu)勢(shì)，從制作陶瓷粉的階段就開(kāi)始融入車(chē)載品質(zhì)。具體來(lái)說(shuō)，我們正在努力實(shí)現(xiàn)形成陶瓷和電極的材料的超微粒子化（圖5上半部分）和材料偏差與分散方面的均一化（圖5下半部分）。
另一個(gè)是為了滿(mǎn)足車(chē)載品質(zhì)要求而抑制不均衡的陶瓷加工成型技術(shù)。在推進(jìn)電極和介電體薄層化的同時(shí)（圖5照片中部），致力于實(shí)現(xiàn)大容量化和高耐壓的漿料*1片材的成型、層疊、燒制工序等技術(shù)開(kāi)發(fā)。這樣的生產(chǎn)工序，是在與材料開(kāi)發(fā)進(jìn)行磨合的過(guò)程中尋找最適合的工序。利用這種其他公司不具備的一條龍生產(chǎn)體制，在開(kāi)發(fā)階段納入品質(zhì)要求的做法，是保證車(chē)載品質(zhì)的同時(shí)擴(kuò)大產(chǎn)品范圍，以及提高村田MLCC競(jìng)爭(zhēng)力的源泉。
*1漿料是指液體中混入礦物等的泥狀混合物。在MLCC的制造中，將介電陶瓷的微粒子與液體粘合劑混合制成漿料，將其延展成薄板狀，形成漿料片（也稱(chēng)為生片）。MLCC是在此基礎(chǔ)上涂上薄層電極糊后進(jìn)行層疊、燒結(jié)后制作。
――反映市場(chǎng)需求的MLCC要從材料做起，那么，應(yīng)該在很早之前就規(guī)劃好市場(chǎng)上需要的產(chǎn)品規(guī)格了吧？
沒(méi)錯(cuò)。村田在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)，堅(jiān)持以市場(chǎng)動(dòng)向?yàn)槠瘘c(diǎn)，描繪明確的路線圖。首先，從市場(chǎng)路線圖到捕捉電容器市場(chǎng)需求的需求路線圖，然后反映到產(chǎn)品路線圖中。通過(guò)這樣的活動(dòng)，規(guī)劃在怎樣的時(shí)機(jī)將怎樣的產(chǎn)品投入市場(chǎng)，以及將來(lái)要供應(yīng)多少年。
此外，包括材料部門(mén)和生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)在內(nèi)，要制作考慮到應(yīng)用變化和電路技術(shù)變化等因素的技術(shù)路線圖，材料部門(mén)著眼于未來(lái)3年到5年，商品部門(mén)著眼于未來(lái)1年到3年，推進(jìn)有先行意識(shí)的技術(shù)開(kāi)發(fā)活動(dòng)。當(dāng)然，對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)也會(huì)有不準(zhǔn)的時(shí)候。為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，我們以市場(chǎng)部門(mén)為中心，認(rèn)真聽(tīng)取顧客的意見(jiàn)，在內(nèi)部進(jìn)行充分的假設(shè)論證，與此同時(shí)進(jìn)行路線圖的描繪。
根據(jù)市場(chǎng)需求建立穩(wěn)定的供應(yīng)體制
――村田的車(chē)載MLCC是在怎樣的體制下生產(chǎn)的呢？
村田車(chē)載用MLCC是以位于島根縣出云市的出云村田制作所為母工廠進(jìn)行生產(chǎn)的（圖2）。該工廠創(chuàng)立于1983年，已經(jīng)取得了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)品質(zhì)管理體系標(biāo)準(zhǔn)IATF 16949認(rèn)證。無(wú)論產(chǎn)品銷(xiāo)往國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，先進(jìn)產(chǎn)品都在這里生產(chǎn)。另外，2011年在馬尼拉郊區(qū)創(chuàng)建的菲律賓工廠也以生產(chǎn)車(chē)載產(chǎn)品為主。那里生產(chǎn)的是面向大眾消費(fèi)市場(chǎng)的通用型產(chǎn)品。
除此之外，福井村田制作所和新加坡村田也建立了可以生產(chǎn)車(chē)載產(chǎn)品的體制。從業(yè)務(wù)持續(xù)計(jì)劃（BCP）的觀點(diǎn)出發(fā)，這些工廠將在出云村田制作所和菲律賓工廠無(wú)法生產(chǎn)的時(shí)候取代它們，以維持穩(wěn)定生產(chǎn)體制，完成供給任務(wù)。我們的多家工廠均已受到顧客認(rèn)可，正在致力于在全球范圍內(nèi)優(yōu)化供應(yīng)體制。
圖2 村田的MLCC生產(chǎn)體制
在聯(lián)網(wǎng)方面，適合5G的 MLCC要求達(dá)到車(chē)載級(jí)別
――CASE的4個(gè)要素對(duì)車(chē)載MLCC分別有什么要求呢？首先來(lái)說(shuō)說(shuō)“C”，也就是聯(lián)網(wǎng)吧。
為了把汽車(chē)與云計(jì)算、交通基礎(chǔ)設(shè)施更緊密地連接起來(lái)，利用第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）的無(wú)線通信的速度將會(huì)越來(lái)越快。可想而知，在尖端智能手機(jī)中投入使用的先進(jìn)MLCC會(huì)被寄予達(dá)到車(chē)載等級(jí)的期望。例如，用于天線匹配的高頻MLCC等。
另外，引進(jìn)5G后如果能實(shí)現(xiàn)與ITS等協(xié)同的V2X*2，有可能會(huì)出現(xiàn)與動(dòng)力總成系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的應(yīng)用，比如在檢測(cè)到前方擁堵時(shí)能自動(dòng)踩剎車(chē)等。因此，需要可靠的MLCC來(lái)確保安全。
為了滿(mǎn)足這樣的要求，需要實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高可靠性的各種要素技術(shù)和加工技術(shù)。在村田，能為聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步做貢獻(xiàn)的產(chǎn)品陣容豐富，比如匹配用的Q值*3高的電容器和V2X通信模塊用的電容器等。我們將以面向這些需求的技術(shù)為基礎(chǔ)，推進(jìn)車(chē)載等級(jí)化。
*2 V2X（Vehicle to X）是指借助通信將汽車(chē)和其周?chē)娜恕⑵渌?chē)輛、交通基礎(chǔ)設(shè)施等連接起來(lái)。
*3 Q值（品質(zhì)系數(shù)：Quality Factor）是表示電容器性能高度的指標(biāo)。
――5G應(yīng)該會(huì)使用各種各樣的頻段。在車(chē)載MLCC的開(kāi)發(fā)中，村田考慮的是面向哪種規(guī)格的產(chǎn)品呢？
主要考慮的是應(yīng)對(duì) “SUB6 *4”頻段。毫米波頻率太高，不會(huì)產(chǎn)生作為天線匹配用的電容器的需求。不僅僅是應(yīng)對(duì)5G，應(yīng)對(duì)4G LTE也是一樣的，對(duì)車(chē)載通信系統(tǒng)小型化的要求根深蒂固，對(duì)車(chē)載品質(zhì)的小型、大容量MLCC的呼聲很高。經(jīng)營(yíng)通信模塊的顧客大多是從民用產(chǎn)品起步的，他們希望與智能手機(jī)同等的小型MLCC達(dá)到車(chē)載品質(zhì)。響應(yīng)這些需求是村田的使命。
*4 SUB6是指第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的頻段中在4G及以前未使用過(guò)的6GHz以下的頻段。
面向消耗大電力的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)電源的MLCC
――那么，關(guān)于CASE的“A”，也就是自動(dòng)化，村田是怎么做的呢？
汽車(chē)自動(dòng)化的進(jìn)展非常顯著，過(guò)去的主要作用是輔助司機(jī)的駕駛，但今后系統(tǒng)將會(huì)成為司機(jī)，檢測(cè)道路狀況和行車(chē)環(huán)境的狀態(tài)，一邊做適當(dāng)?shù)呐袛嘁贿叢倏仄?chē)。為了實(shí)現(xiàn)這種高度的自動(dòng)駕駛功能，需要對(duì)配置在汽車(chē)各個(gè)部位的多種傳感器收集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處理這些數(shù)據(jù)的高性能CPU和FPGA等應(yīng)該會(huì)比以往搭載在汽車(chē)上的ECU消耗更大的電力。
向計(jì)算機(jī)提供大電力的電源系統(tǒng)的控制電路中，為了使控制IC正常工作，需要使用向其提供所需電荷的大容量MLCC（圖3）。隨著CPU等消耗的電流量的增加等，電源電路中使用的MLCC將會(huì)向大容量化和使用數(shù)量增加的方向發(fā)展。此外，為了提高安全性，確保電源電路發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)駕駛功能不會(huì)中斷，還存在電源電路冗長(zhǎng)化的傾向，這也是MLCC使用數(shù)量增加的重要原因。
圖3 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中高性能計(jì)算機(jī)的電源回路中裝配先進(jìn)MLCC的方案
因此，小型、大容量的MLCC，以及可減少控制IC周邊使用的MLCC數(shù)量的具有低電感（低ESL*5）特性的MLCC的需求將會(huì)增加（圖4）。正因?yàn)樽詣?dòng)駕駛功能是控制車(chē)輛運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，所以必須擁有高度可靠性的車(chē)載級(jí)別應(yīng)用程序。
*5 ESL是指等價(jià)串聯(lián)電感。電容器的等效電路模型可以表現(xiàn)為C、R、L各元件的串聯(lián)連接，其中的L被稱(chēng)為等效串聯(lián)電感。
圖4 在CPU周邊使用低ESL的MLCC以減少數(shù)量
――自動(dòng)駕駛汽車(chē)上會(huì)搭載各種各樣的傳感器，傳感器周邊會(huì)產(chǎn)生對(duì)MLCC的新需求嗎？
攝像頭和毫米波雷達(dá)中的電路會(huì)采用同樣的電源設(shè)計(jì)。基本上會(huì)附帶驅(qū)動(dòng)這些傳感器的控制IC的電源線路，電源線路中會(huì)使用MLCC。這里也有小型、大容量化的要求。
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