運用進階元件滿足汽車設計中不斷演變的需求

汽車應用面臨一系列複雜的要求，從電子子系統對高效能、可靠性和安全性的基本需求，到多樣化連線選項所產生且不斷增加的需求。基於嚴峻的汽車環境、對更緊湊子系統的需求，以及轉用高電壓電動車 (EV) 和混合動力車的趨勢，要滿足這些要求將是一項挑戰。

開發人員需要多種符合甚至超過 AEC-Q200 標準的電容、電路防護裝置和無線射頻 (RF) 天線，同時還要在汽車設計中克服與效能、可靠性、安全性和連接性相關的難題。為了克服這些挑戰，汽車系統設計人員可以委託其他公司，利用其在 AEC-Q200 認證電容、電路防護裝置和合規 RF 天線領域的專業。如此一來，就可節省時間並提升設計成功的可能性。

本文將概述新興汽車應用的主要趨勢和設計挑戰。接著會介紹來自 Kyocera AVX 的解決方案，並說明其如何協助因應這些挑戰。

汽車趨勢如何重塑設計要求

基於對更多特性和功能的需求，汽車內的電子零件數量大幅增加。除了先進駕駛輔助系統 (ADAS) 等更多消費者導向的子系統外，嵌入式電子子系統也有助於在傳統動力汽車和電動車中提升安全性、效率和舒適度。尤其是在電動車中，電子子系統更是確保高電壓動力系統和電池管理系統達到動力和效率的重要關鍵。

在產業趨勢下，傳統汽車和電動車電子子系統的開發人員必須要達到更緊湊且更符合成本效益的設計，同時還要維持最高水準的效能、可靠性和安全性。Kyocera AVX 的 AEC-Q200 合規元件可滿足眾多電子系統的不同要求，以支援這些新興趨勢。

電容可支援基本的汽車設計要求

Kyocera AVX 的電容可支援汽車電子子系統對效能、可靠性和安全性的基本要求。這些電容採用多種技術打造，能讓設計人員混搭必要的額定值特性、功能、封裝和安裝類型，包括表面黏著 (SMT) 和徑向引線的款式。

設計人員經常採用積層陶瓷晶片電容 (MLCC)，例如 Kyocera AVX 的 AEC-Q200 合規車用 SMT MLCC 系列，可用於需要最小覆蓋區、高可靠性、高電容量和低等效串聯電阻 (ESR) 的應用。舉例而言，KAS21BR72A222JM 是一款額定值為 2200 pF 和 100 V 的 MLCC，採用標準 0805 SMT 封裝裝，尺寸為 2.01 × 1.25 mm。

在過去，汽車設計所用的傳統 MLCC 經常會因為機械應力以及裝置與印刷電路板 (PCB) 之間的熱脹係數不相符而導致故障。Kyocera AVX 利用創新的 FLEXITERM 技術克服此問題，其中含有一個導電聚合物層，即使在電路板彎曲、振動和熱脹期間，也能保持電容電極和端接點之間的電氣連接。這一層有助於減少常見的故障源，卻不會增加電容的 ESR。

為了進一步避免安全關鍵型應用發生故障，有一些 Kyocera AVX 的 MLCC，例如 KAS21BR72A222JM 就結合了 FLEXITERM 與 FLEXISAFE 技術。Kyocera AVX 的 FLEXISAFE MLCC (圖 1) 採用內部串接電極設計，可在單一 MLCC 封裝內提供兩個串聯的電容。

圖 1：Kyocera AVX 的 FLEXITERM MLCC 技術在電極和端接點之間加入導電聚合物層，有助於在機械應力和熱漲係數不匹配的情況下，維持裝置和電路板之間的電氣連接。(圖片來源：Kyocera AVX)

透過這種串接結構，即使 FLEXISAFE MLCC 內部有個串聯電容短路，這些裝置也可維持額定電容量。

確保汽車設計的穩定效能

除了高可靠性外，許多汽車子系統也仰賴高度穩定且低損耗的效能，而且溫度、電壓或老化引起的電容量變化也要最小。對於這些設計，開發人員可以轉用 Kyocera AVX 旗下符合 AEC-Q200 的 C0G (NP0) 介電質電容，例如 08051A102J4T2A 1000 pF SMT MLCC 或 AR215A102J4R 1000 pF 徑向引線 MLCC。

Kyocera AVX 的 C0G (NP0) 介電質電容採用最穩定的介電質之一打造，具有嚴格的容差和優異的穩定性特性，包括：

• 可忽略不計的電容量漂移或磁滯：小於 ±0.05%，相較於薄膜電容則高達 ±2%
• 最小的老化效應：C0G (NP0) 的典型電容量變化小於 ±0.1%，只有其他大多數介電質產品的五分之一 (圖 2 左)
• 電容量隨溫度的變化最小：在 -55°C 至 +125°C 的額定溫度範圍內，每度 C (°C) 變化量僅有 0 ±30 ppm，小於 ±0.3%°C (圖 2 右)

圖 2：符合 AEC-Q200 的 C0G (NP0) 介電質電容可在老化 (左) 和工作溫度 (右) 範圍內維持穩定運作。(圖片來源：Kyocera AVX)

因應嚴峻的汽車要求

電動車和混合動力車的出現，也帶動了可耐受車輛高電壓環境的電容需求。Kyocera AVX 推出符合 AEC-Q200 的 SkyCap AR 系列陶瓷電容因應此需求，例如 AR30HC102K4R 就是額定電壓為 3,000 V 的 1,000 pF 徑向引線電容。

感測器在汽車子系統中逐漸增加，因此需要可在高溫環境中可靠運作的電容，例如引擎蓋下、傳動系統和煞車系統中的環境。SkyCap AR 系列產品採用 X8R 介電質打造，工作溫度範圍為 -55°C 至 +150°C，可提供寬電容量範圍，例如 AR205F334K4R 就可提供高達 0.33 μF。

如需更高的工作溫度，Kyocera AVX 的 THJ 系列鉭質電容，工作溫度就介於 -55°C 至 +175°C，電容量則從 THJA104K035RJN 的 0.1 µF 延伸到 THJE227K010RJN 的 220 μF。前者採用標準 1206 (3.2 mm × 1.6 mm) SMT 封裝製造，後者則採用標準 2917 (7.3 mm × 4.3 mm) SMT 封裝。

對汽車而言，更緊湊的解決方案越來越重要。Kyocera AVX 推出的 W2A 系列電容陣列屬於整合式被動元件 (IPC)，就符合 AEC-Q200 標準，可在單一 0508 (1.3 mm × 2.1 mm) 封裝中提供二或四個電容。W3A43C104K4Z2A 隸屬於本公司符合 AEC-Q200 的 IPC W3A 系列電容陣列，是一種 FLEXITERM 陶瓷 IPC 電容陣列，在單一 0612 (1.6 mm × 3.2 mm) 封裝中整合了四個 0.1 μF 電容。此功能組合構成了緊湊的解決方案，可以耐受機械和熱應力，此外與採用離散式電容的設計相比，更可大幅節省電路板空間 (圖 3)。

圖 3：W3A 四元件電容陣列 (如 W3A43C104K4Z2A) 採用 0612 封裝製造，可以耐受機械和熱應力，同時節省大量電路板空間。(圖片來源：Kyocera AVX)

Kyocera AVX 有多種符合 AEC-Q200 的電容，可滿足日益多樣化的要求；然而，更先進、更高電壓的電動車架構，對完備的電路防護要求也有所增加。

在嚴峻的汽車環境中保護敏感的電子配備

Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 的 TransGuard 積層變阻器可提供強大的保護、雙向過壓防護，以保障敏感的汽車電子配備。也提供必要的電磁干擾 (EMI) 和 RF 干擾 (RFI) 衰減，以緩解訊號失真並符合法規要求。在提供雙向過壓保護方面，這些元件的功能類似於背對背齊納二極體，但反應時間小於 1 ns (圖 4)，因此可更迅速因應過壓事件。

圖 4：儘管 TransGuard 變阻器的功能類似於背對背齊納二極體，但其導通時間明顯更快，因此可確保更快因應過壓事件。(圖片來源：Kyocera AVX)

TransGuard 系列產品可滿足高可靠性、高電流處理能力和高能量吸收等層面的多種效能要求。針對許多低能耗應用，例如感測器系統保護等，VCAS040205X150WP 可提供有效的解決方案，在 -55°C 至 +125°C 的工作溫度範圍內具有 5.6 VDC 工作電壓、18 V 鉗位電壓和 20 A 突波電流。針對引擎蓋下和其他位置的高能量、高溫應用，VGAH322026Z570DP 可符合要求，在 +55°C 至 +150°C 的工作範圍內具有 1.8 kA 突波電流和 13 J 額定能量。TransGuard FLEXITERM 系列能讓裝置享有多種類似的防護特性，並具有針對機械應力和熱漲係數不相符的完備防護。

為了協助開發人員在溫度敏感型應用或高溫位置保護汽車電路，Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 的負溫度係數 (NTC) 熱敏電阻系列提供眾多系列品項，可支援多種效能與製造要求，包括：

• NB 系列 - 用於無鉛焊接的 SMT 熱敏電阻
• NC 系列 - 用於混合式組裝的 SMT 熱敏電阻
• ND03 系列 和 NJ28 系列 - 引線式熱敏電阻

針對高精度溫度感測，本系列中的 NJ28PA0203F 引線式熱敏電阻，可提供需要的嚴格容差和隨溫度改變的劇烈電阻值變化。針對溫度控制或補償應用，NC20R00105JBA 等元件可在寬廣的溫度範圍內提供必要的穩定感測。

促成連網車輛

車輛之間以及車輛內部的無線連線越來越重要，Kyocera AVX 的 A 系列 RF 天線可滿足多種連線技術和頻寬的新興要求 (圖 5)。

圖 5：A 系列 RF 天線可針對多種汽車子系統的不同連線選項提供一套標準解決方案，可因應其日益增長的需求。(圖片來源：Kyocera AVX)

這些天線的設計可輕鬆實作並加速上市，可透過內含天線的裝置支援個人通訊、數據網路、安全系統和導航的領先連線技術，包括：

• AP822601 寬頻天線，可用於蜂窩、Wi-Fi 以及工業、科學和醫療 (ISM) 連線
• A9002137 全球導航衛星系統 (GNSS) 天線，可支援個人和商業導航最常用的頻率
• A9001978 天線，可用於雙頻 Wi-Fi、藍牙或超寬頻 (UWB) 連線

儘管 AEC-Q200 標準並未明確涵蓋天線產品，但 A 系列 RF 天線也按照此標準所述的要求和程序進行嚴格的測試，能為開發人員提供汽車系統所需的可靠性和效能水準。

結論

隨著汽車產業朝著採用更多電子配備的方向迅速邁進，設計人員需要的元件，必須可在日益緊湊且嚴峻的環境中提供更高效能、可靠性、安全性和連線能力。Kyocera AVX 推出眾多符合 AEC-Q200 的電容、電路防護裝置與 RF 天線，可協助因應這些挑戰。