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透过电容看电子产品新未来,村田:始终在创新路上

2017/03/16
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阅读需 23 分钟
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如今电子设备正朝着轻、薄、小及多功能的方向发展,在更智能的同时无论是身边必不可少的消费电子还是势头正猛的汽车电子都发生着日新月异的变化。这一变化对驱动并运转着电子设备的元器件而言,提出了更高的要求,革新成了一种常态与生存法宝。

电子元器件要如何应对挑战进行自我的革新?今天我们就来说说电容中的新秀超级电容以及 2017 一开年就进入缺货状态的 MLCC。

尽管现在提起村田,想到的已不只是电容;但提及电容,还是会想到村田。仅在 MLCC 方面,村田的全球市占率就达 35%以上。以下就结合 2 月 23 日上海举办的“陶瓷电容、超级电容与汽车 ADAS 技术沙龙”活动中,村田电容产品高级工程师对 MLCC 与超级电容的深刻解读来展开。


什么是电容?百度谷歌可以解答得很详细。单纯讲电容技术会显得比较枯燥,那么我们就以汽车电子与消费电子为切入点。

汽车逐渐向智能化的方向偏移,目前汽车中使用的电器和电子产品元件占总成本的比例已高达 40%。未来,这一占比必将进一步提高。汽车电子中最热门的 ADAS 系统中就藏着几百甚至上千颗电容。

2017 年首季全球 MLCC 供应火爆,供需缺口达 5%,再加之苹果 iPhone 8 备货潮,及车用电子 MLCC 等市场的需求拉抬,估计 MLCC 供需情况将会更为紧俏。据日本调研机构 2017 年 MLCC 的展望报告显示,手机、平板电脑、PC 等消费类设备,MLCC 需求量预估将再度增加 106 亿个。村田是全球最大的 MLCC 厂商,也是苹果最大的 MLCC 供应商。据悉,一台 iPhone 6 就配备了 400 个村田的 MLCC。

MLCC

MLCC 即多层陶瓷电容器,又称片式电容器、积层电容、叠层电容等,属陶瓷电容器的一种。

MLCC 是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经一次高温烧结形成陶瓷芯片,再芯片的两端封上金属层(外电极),形成一个类似独石的结构体

对于 MLCC,最令工程师头疼的是哪些问题?

答:开裂短路、电容啸叫以及电路设计布板空间问题。

开裂短路

基板分割、检测工序对电容器产生的应力,已经成为电容器由于基板弯曲产生裂纹的主要原因。MLCC 基体承受拉伸应力,应力在元件上的分布不一致,应力集中在元件薄弱处时,易产生裂纹。

 

 

裂纹易发生在端电极部位,除了应力集中外,与 MLCC 端电极存在天然微缺陷有关,有时肉眼可见,大多数情况外观无损坏痕迹。当 MLCC 存在裂纹,轻则产品容量低甚至无容量,导致电路不能正常工作;重则产品绝缘低、漏电、短路甚至烧毁。

MLCC 开裂短路的解决方案

村田应对 MLCC 开裂短路有多种解决方案,软端子设计最被看好。软端子电容是一种能明显提高 MLCC 端头抗裂纹性能的方案。具有高强度的抗弯曲性能,弯曲深度可达到 5mm。而常规端头 MLCC 的抗弯曲深度一般为 2~3mm。同时,软端子电容在汽车上得到广泛的应用。

啸叫

MLCC 啸叫产生是由于在电压作用下发生幅度较大的振动。陶瓷介质是 MLCC 主要组成部分,电压作用下电致伸缩不可避免。若电致伸缩强烈表现为压电效应,则会产生振动。因此在较大交变电压下,会产生明显的啸叫,如开关电源高频电源等场合。我们的手机、电脑都会发生啸叫现象。应对这个问题,村田可提供的方案如下图。

电路设计布板空间问题

面对此问题,村田提供 LOWESL 电容解决方案。

村田 LOWESL 电容器有两种,即长宽倒置电容器和三端子电容器。

 

 活动当天,另一个受人瞩目的话题是超级电容。超级电容在消费领域已相当普及,最早实现产业化运作的大本营便是智能仪器及高端电子消费品市场。举例而言,可穿戴设备已成为超级电容潜在的应用领域。

下面我们就来看看超级电容的“真容”。

超级电容

EDLC 即超级电容,又称双电层电容器电化学电容器,在固体(电极)和液体(电解液)的接触界面上形成的电气双层(双电层)的状态来取代了电介质。超级电容的种类繁多,常见的有纽扣式,圆柱状 / 插脚式,层压式等等。

超级电容与普通电容截然不同,它通过极化电解质来实现储能,但同时与电容一样属于物理变化而非电池那样的化学变化。因此 EDLC 特性介于电容和电池之间,或者说集合了二者的优点。相比电池具有高功率,相比电解电容又具有大能量。


村田 EDLC 产品具有超低 ESR、最大 10A 充放电、超低漏电流、耐高温、长寿命等特性。被广泛应用于小型 DC 马达设备、高功率 RF 通信、电池更换时的后备电源、音频设备(高品质音质)、能源采集的 IoT 设备等情况下。

村田是如何优化 EDLC 产品的?村田电容产品高级工程师吴海华女士介绍,面对干涸失效机制,村田开发更耐高温的电解液,延长干涸寿命;更可靠的封装性能,防止电解液蒸发。面对经时劣化机制,选择性能优异的材料;更好的封装设计,防止水分进入。

无论是消费领域还是汽车领域,随着智能化程度的增加、功能的激增,设计必将越来越复杂,这对电子元器件提出了不小的挑战,元器件不得不选择自身的变革。业内人士曾表示未来汽车对电子系统的需求与依赖加大,由电子元器件引发的问题也将增多,这将成为汽车安全最不确定的因素。器件虽小,影响却未必小。

新的电子设备要有新的电子元器件来构成,而新的电子元器件又要在材料、封装等多方面下功夫。任何想长期生存的电子元器件供应商都必须要求新、求变,不断的打磨自己与产品,以防被淘汰。

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村田

村田

村田制作所是日本一家电子零件专业制造厂,总部设于京都府长冈京市。该公司于1944年10月创业,1950年12月正式改名为村田制作所。创业者是村田昭主力商品是陶瓷电容器,高居世界首位。其他具领导地位的零件产品计有陶瓷滤波器,高频零件,感应器等。村田制作所是全球领先的电子元器件制造商。村田制作所的客户分布在PC、手机、汽车电子等领域。随着消费电子领域竞争的不断加剧,产品更新换代的速度不断加快,而作为上游电子元器件供应商,能够随时了解客户需求,甚至走在客户之前开发出更新产品,成为村田制作所业务持续增长的关键。不断推出新产品是村田制作所的竞争力源泉,而不断推出市场需要的产品则是其业绩保持增长的保障。2014年8月28日村田制作所子公司Murata Electronics North America和Peregrine Semiconductor Corporation签订了一份最终协定,由村田以每股12.50美元现金收购非名下的所有Peregrine已发行股票,交易总价为4.71亿美元。2016年7月28日村田制作所与索尼签署谅解备忘录,商讨收购索尼旗下能源设备(Sony Energy Devices)锂离子聚合电池和锂离子电池和其在中国和新加坡的制造业务生产的业务,但不包括以Sony为品牌的USB行动电源、碱性电池、钮扣电池等针对一般零售市场的电池事业。村田制作所的标志的最大特征就是在白色背景上印着红色大字“muRata”、以及其中“R”是大写字母。其原型来源于1947年制作的企业宣传海报。当时为我们提供着技术支援、产学合作的先驱者—京都大学田中哲郎先生委托他的友人、一位画家在那张海报上亲手为我们画了这个标志。据说田中先生根据当时在美国流行的“新感觉”,提出了只把“R”字母写成大写字母的方案。当时此标志以其崭新的构思受到了众人的注目。“Innovator in Electronics” :这是国内外村田制作所集团的全体员工共有的标语,也是村田不断开垦新市场、新产品和新事业领域的行动理念。它可直接被翻译为“电子行业的创新者”。在创业50周年之际,为了进一步渗透经营理念,村田制定了这个标语,其中蕴含着希望成为“引领电子产业的先驱者”这一理念。为了实现这个理念,每位员工都不能被动地去处理自己的工作,而必须通过各人独自的思考,来建立自己的业务和经营方式,把自己所属的组织改革(Innovate)成其应有的姿态。同时认真思考如何能让自己的产品为周围环境和社会作出贡献,并付之与实际行动之中,这种姿态也应该是属于 Innovator。村田制作所以“Innovator in Electronics(TM)”为标语,通过独自开发、制造和销售随着时代的变迁而不断发展的多种电子元器件,为社会作出贡献。村田制作所主打产品陶瓷滤波器和振荡子市场占有率为65-70%,振动传感器则占有90%的市场份额,系该领域的霸主。村田制作所的主要产品有:· 独石陶瓷电容器· SAW滤波器· 陶瓷振荡子· 压电传感器· 陶瓷滤波器· 压电蜂鸣器· 近距离无线通信组件· 连接器· 隔离器· 介质滤波器· 电源,电路组件· EMI静噪滤波器· 电感· 传感器· 电阻器等等

村田制作所是日本一家电子零件专业制造厂,总部设于京都府长冈京市。该公司于1944年10月创业,1950年12月正式改名为村田制作所。创业者是村田昭主力商品是陶瓷电容器,高居世界首位。其他具领导地位的零件产品计有陶瓷滤波器,高频零件,感应器等。村田制作所是全球领先的电子元器件制造商。村田制作所的客户分布在PC、手机、汽车电子等领域。随着消费电子领域竞争的不断加剧,产品更新换代的速度不断加快,而作为上游电子元器件供应商,能够随时了解客户需求,甚至走在客户之前开发出更新产品,成为村田制作所业务持续增长的关键。不断推出新产品是村田制作所的竞争力源泉,而不断推出市场需要的产品则是其业绩保持增长的保障。2014年8月28日村田制作所子公司Murata Electronics North America和Peregrine Semiconductor Corporation签订了一份最终协定,由村田以每股12.50美元现金收购非名下的所有Peregrine已发行股票,交易总价为4.71亿美元。2016年7月28日村田制作所与索尼签署谅解备忘录,商讨收购索尼旗下能源设备(Sony Energy Devices)锂离子聚合电池和锂离子电池和其在中国和新加坡的制造业务生产的业务,但不包括以Sony为品牌的USB行动电源、碱性电池、钮扣电池等针对一般零售市场的电池事业。村田制作所的标志的最大特征就是在白色背景上印着红色大字“muRata”、以及其中“R”是大写字母。其原型来源于1947年制作的企业宣传海报。当时为我们提供着技术支援、产学合作的先驱者—京都大学田中哲郎先生委托他的友人、一位画家在那张海报上亲手为我们画了这个标志。据说田中先生根据当时在美国流行的“新感觉”,提出了只把“R”字母写成大写字母的方案。当时此标志以其崭新的构思受到了众人的注目。“Innovator in Electronics” :这是国内外村田制作所集团的全体员工共有的标语,也是村田不断开垦新市场、新产品和新事业领域的行动理念。它可直接被翻译为“电子行业的创新者”。在创业50周年之际,为了进一步渗透经营理念,村田制定了这个标语,其中蕴含着希望成为“引领电子产业的先驱者”这一理念。为了实现这个理念,每位员工都不能被动地去处理自己的工作,而必须通过各人独自的思考,来建立自己的业务和经营方式,把自己所属的组织改革(Innovate)成其应有的姿态。同时认真思考如何能让自己的产品为周围环境和社会作出贡献,并付之与实际行动之中,这种姿态也应该是属于 Innovator。村田制作所以“Innovator in Electronics(TM)”为标语,通过独自开发、制造和销售随着时代的变迁而不断发展的多种电子元器件,为社会作出贡献。村田制作所主打产品陶瓷滤波器和振荡子市场占有率为65-70%,振动传感器则占有90%的市场份额,系该领域的霸主。村田制作所的主要产品有:· 独石陶瓷电容器· SAW滤波器· 陶瓷振荡子· 压电传感器· 陶瓷滤波器· 压电蜂鸣器· 近距离无线通信组件· 连接器· 隔离器· 介质滤波器· 电源,电路组件· EMI静噪滤波器· 电感· 传感器· 电阻器等等收起

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与非网编辑,网名小老虎。通信工程专业出身,喜欢混迹在电子这个大圈里。曾经身无技术分文,现在可以侃侃电子圈里那点事。喜欢和学生谈谈心情、聊聊理想,喜欢和工程师谈谈生活、聊聊工作。不求技术“上进”,只求结交“贵圈”的朋友!