《电子技术应用》

汽车电子—引爆无源器件发展新高潮

作者:电子设计应用
2008/12/4 14:35:53

    在全球半导体产业为IC领域的45nm、多核技术的飞速发展所吸引时,一向波澜不惊的无源器件" title="无源器件">无源器件在汽车电子的推动下正暗流涌动,7月31日,TDK宣布收购EPCOS,剑指汽车电子" title="汽车电子">汽车电子领域。而村田" title="村田">村田,也在7月拉开了中国九城市汽车技术研讨会的序幕。汽车电子给无源器件提出哪些新的需求?无源器件在这些新需求下出现什么新的变化?中国汽车电子设计工程师在无源器件的应用上应该注意什么?来自全球主要无源器件供应商将为你解读无源器件在汽车电子应用上的未来与新技术。

 

汽车电子如何推动无源器件发展

    随着汽车电子化、信息化的深入,以MCU为代表的有源器件在汽车上的应用日益增多,不过同时,汽车上应用的无源器件也在增加,以传感器为例,“1980年汽车中传感器的数量平均为20个,预计到2010年汽车中传感器的平均数量将增加到150个。”这是村田制作所株式会社事业部长宫崎二郎在村田汽车研讨会上透露的信息。另外,随着汽车舒适性、安全性以及EMC需求的增加,更多的高端电容、电阻、磁珠、电感器件也应用在汽车上。Vishay无源市场部全球副总裁Olaf指出:“汽车无源元件" title="无源元件">无源元件的主要推动力是在于不断扩展汽车的舒适性和安全电子产品,以及由于环境法规、减少CO2排放和更低耗油量对引擎控制不断提高的要求。因此,无源元件的应用将继续比汽车产量的增长更加强劲。除了这一点,公众对绿色汽车引擎的关注,像混合动力引擎或其他替代方法、环境友好的技术,将进一步推动未来汽车对功能增强的电子元件的需求,例如混合动力汽车使用的具有高击穿电压极限的功率电阻器。预计汽车电子的平均年增长率将达到4.5%至5%的水平,而每年汽车产量的增长大约为2.5%,这将导致无源元件需求大约有6-7%的增长。”

    为汽车应用" title="汽车应用">汽车应用提供毫欧姆精密和功率电阻的德国伊萨拜棱辉特(ISABELLENHUETTE,简称ISA)亚洲区销售经理Klaus Weber 也同意他的分析,并补充道:“CO2排放和油耗降低要求开发一种创新的带有电流检测功能的电子执行器,而高精度的电阻器件是实现这个执行器的关键。”

 

几类典型汽车无源器件的最新发展

    目前汽车无源器件主要包括无源传感器、电阻、电容、电感、继电器,滤波器、连接器、振荡器、EMC/EMI、ESD保护器件等。由于汽车不是一般的消费品,所以汽车无源器件的性能和技术规格要高于普通的元器件,各汽车无源器件供应商都是以其最好的技术和材料提供最具可靠性、安全性和高性能的无源器件,Vishay的Olaf强调:“通常,用于汽车应用的元件最好具有比标准元件更长时间的可靠性。当然,这也取决于汽车中的应用,因此有关安全和“引擎盖下”的应用(例如ABS或引擎控制)比舒适性设备(例如空调控制)要求更高的质量和可靠性水平。无源元件的焦点之一是利用改进的技术实现更低的功耗和散热量。汽车应用的EMI性能方面不断提高的要求导致了使用更多的滤波器单元,例如全屏蔽的Vishay IHLP电感器。”

 

    村田的宫崎二郎则表示汽车传感器已经大量应用于汽车动力系统、车身控制、安全防盗、汽车导航等,村田已经推出了多款应用于汽车的传感器产品,例如,用于可旋转前灯系统(AFS)的旋转位置传感器,它可以根据方向盘的动作调节汽车大灯的方向和角度,使驾驶者获得更好的观测效果。此外,村田还开发了用于汽车胎压监视系统(TPMS)的加速传感器和冲击传感器,可以提供完整的TPMS方案。

 

    村田(中国)有限公司的产品经理纵连喜强调村田的特长是在陶瓷材料开发方面积累了丰富的经验,汽车高性能陶瓷电容器的发展趋势是“小型和高压,电容器的介质厚度预计在2010年将达到0.5um,汽车电容器最难保证的是“高温特性”。目前村田制作所采用先进的陶瓷电容器制造工艺技术,能够实现从-55°C到125°C的电容温度特性。另外,村田的陶瓷电容还在向大容量方向发展,目前“1206封装的陶瓷电容已经可以实现100uF”足以取代钽电容。另外,据村田的技术人员透露目前在汽车中陶瓷振荡子的用量是汽车产量的十倍以上,村田已经推出±0.27%(±3000ppm)的窄公差陶瓷振荡子,今年将推出±0.1%公差的产品。

 

    做为全球钽电容最大的制造商,Kemet在钽电容高端应用领域积累有丰富的经验,该公司的钽聚合物电容具有漏电流低、损耗角小、失效率低和ESR极低等特点,虽然目前一些高端MLCC有取代钽电容的趋势,但是该公司亚太区销售副总裁John E.Schneider表示:“虽然一些大容量高电压陶瓷电容可以去取代一些钽电容,但在汽车电子和其他一些需要特别规范标准的高端领域,钽电容依然是不二的选择。我们的电容产品有的用在ABS或安全气囊中,有的用在线控系统、燃油喷射或胎压检测中,它们都可以抵御高温和强震动环境。和一般的无源器件相比,这些器件还将根据客户需要进行一些特别的测试。”

 

    ISA的Klaus Weber表示:“ISA的精密和功率电阻器包括伊萨普兰(ISA-PLAN)和伊萨威德(ISA-WELD)两大系列产品,相对于竞争对手,它们有更高的功率折减温度,更优良的热电动势指标,更大的功率密度,更低的温度系数TCR和更出色的长期稳定性,拥有业界最好的性能价格比,其客户包括博世,大陆,德尔福,伟世通,电装,联合汽车等全球领先厂商,是汽车电子应用的最佳选择。”


 

    北京基创卓越电子有限公司是伊萨在中国大陆的代理商,该公司总经理仲春生透露目前该公司已经和Linear、TI等开发出了多个汽车电子ECU方案,例如他们开发出的采用TI隔离?S∑ADC的电机驱动方案,可以替代霍尔传感器,其优势是优势:精度高,温度系数好,分辨率高,线性好,无需补偿,量程宽,不受电磁场干扰,长期稳定性好,成本低,响应快等。目前已经有多家汽车电子厂商采用了ISA的精密和功率电阻器和方案用于产品设计。

 


汽车无源器件的检测和器件的选取策略

    KEMET公司亚太区销售副总裁John E.Schneider指出:“汽车不是一般的消费品,是和人的生命有关的产品,以我们的电容为例,所有应用于汽车电子的KEMET电容都必须在专用汽车环境中进行极其严格的可靠性测试、老化测试,必须通过AEC-Q200和 EIA标准测试,这些产品都是在通过ISO/TS 16949标准的最好工厂中制造,我们的电容产品有的用在ABS或安全气囊中,有的用在线控系统、燃油喷射或胎压检测中,它们都可以抵御高温和强震动环境。和一般的无源器件相比,这些器件还将根据客户需要进行一些特别的测试。”

 

    Vishay的Olaf强调:“我们看到了汽汽车市场对于高环境温度工作的要求在不断提高,因为电子模型实际上越来越接近引擎、排气系统或刹车装置。另外,元件在大幅度温度循环中的持久耐用性问题越来越成为某些汽车电子主要制造商关注的焦点。标志电阻器或电容器性能的关键参数之一是ISO9001或ISO/TS16949供应商认证,以及符合AECQ 200标准质量数据的适用的可用性要求。”

 

    村田在汽车用MLCC方面也同样进行了极为严格的测试,除了满足AEC-Q200规范的要求,其他具体测试有“温度循环上达到1000次、热冲击达到300次,此外,电路板的挠曲要达到2mm”纵连喜强调。“在选取或替代的时候要注意这些电容在高温条件下电容量的变化以及外加直流偏置电压时容量的变化这些电容。”

 

    ISA的Klaus Weber强调:“汽车电子应用领域的精密电阻器向更小体积和更高功率密度方向发展,要求具有较高的脉冲负载能力,极低的温度系数TCR,较好的长期稳定性,很高的精度以及零失效率等特性,在选取这些电阻时,要注意其TCR要低于50 ppm/K,而且精度要尽量高,在较宽的温度范围上可以承受最大的负载功率。”“ISA的工厂通了DIN EN ISO 9001:2000和ISO TS 16949:2002质量体系认证,产品严格依照MIL标准进行检测,在可靠性方面,ISA的产品通过了AEC-Q200 认证和针对航天应用的ESCC 认证。”他补充道。

 

中国汽车电子市场与各厂商策略

    目前,中国已经跃居世界第二大汽车市场,据中国汽车工业协会公布的数据显示,2007年我国汽车产销量双双超过880万辆,同比增长高达22.02%,成为仅次于美国的第二大汽车消费国,预计2015年可达1500万辆。自然,中国汽车电子市场也吸引了各无源器件供应商的目光,,Vishay的Olaf表示:“中国汽车市场的强劲驱动力当然是制造汽车数量的稳步增加。Vishay已经把无源元件的目光聚焦于中国汽车市场的高可靠性应用。Vishay提供了丰富的应用笔记和选择指南,这些均可以在Vishay网站获得。此外,我们还有技术专家(营销和产品工程,以及中国本地的现场应用工程师)提供有关产品以及相关应用问题的支持。我们还举办定期的巡展和培训会议,欢迎申请安排光临我们的活动。”

 

    ISA的Klaus Weber表示ISA会每季度出版应用报告给中国的代理商或客户,并一年两次拜访中国的客户并提供必要的技术支持。

 

    村田中国投资有限公司董事总经理田中信男指出虽然目前中国本土汽车电子研发主要集中在汽车娱乐和导航系统,但未来必然会参与动力、安全等核心系统的开发,因此村田尽早进入这个市场,和本土汽车电子厂商一起成长,村田提供大量的免费服务给中国工程师,例如为了确保高可靠性振荡子在汽车中得到很好地应用,村田可以免费给中国工程师提供相关IC匹配测试服务,只要工程师提供单片机/DSP或模块样品,村田就可以免费提供相关的陶振产品和以及起振电压、时间、频率等所需的参数。此外,村田还在深圳设立了EMI实验室,给中国工程师提供免费的EMI噪声的查找,并提供EMI降噪技术方面的解决方案建议。


 

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