תנו מענה לדרישות המתפתחות בתכני רכב על ידי יישום רכיבים מתקדמים

יישומי רכב מתמודדים עם מערך מורכב של דרישות, החל מצרכים בסיסיים עבור ביצועים עיליים, אמינות ובטיחות של תת-מערכות אלקטרוניות ועד לביקוש הגובר לאפשרויות חיבוריות מגוונות. עמידה בדרישות אלו היא מאתגרת עקב סביבות רכב קשות, הצורך בתת-מערכות קומפקטיות יותר והמעבר לרכבים חשמליים (EV) ומכוניות היברידיות במתח גבוה.

המפתחים דורשים מגוון רחב של קבלים, התקני הגנה על מעגלים ואנטנות תדר רדיו (RF) היכולים לעמוד בתקני AEC-Q200 או לעלות עליהם, תוך עמידה באתגרים הקשורים לביצועים, אמינות, בטיחות וחיבוריותבתכני רכב. כדי להתגבר על אתגרים אלה, מתכנני מערכות רכב יכולים לפנות לחברה בעלת מומחיות בקבלים, התקני הגנה על מעגלים ואנטנות RF התואמות לתקן Automotive Electronic Council Qualifications 200‏ (AEC-Q200‏). זה יחסוך זמן ויגדיל את הסיכויים להצלחת התכנים.

מאמר זה מעניק סקירה קצרה של המגמות העיקריות ואתגרי התכנון ביישומי רכב מתפתחים. לאחר מכן הוא מציג פתרונות של Kyocera AVX ומראה כיצד הם יכולים לסייע בהתמודדות עם אתגרים אלה.

כיצד מגמות בתחום הרכב מעצבות מחדש את דרישות התכנים

הביקוש למאפיינים ויכולות נוספות הגדיל באופן דרמטי את כמות התוכן האלקטרוני בכלי רכב. ביחד עם תת-מערכות הפונות יותר לצרכן, כגון מערכות סיוע מתקדמות לנהג (ADAS), תת-מערכות אלקטרוניות משובצות מסייעות לשפר את הבטיחות, היעילות והנוחות הן ברכבים מונעים קונבנציונלית והן ברכבים חשמליים. במיוחד ברכבים חשמליים, תת-מערכות אלקטרוניות ממלאות תפקיד מרכזי בהבטחת הספק ויעילות במערכות הינע במתח גבוה ובמערכות ניהול סוללות.

המגמות בתעשייה דורשות ממפתחי תת-מערכות אלקטרוניות לרכבים קונבנציונליים וחשמליים לספק תכנים קומפקטיים וחסכוניים יותר, תוך שמירה על רמות הביצועים, האמינות והבטיחות הגבוהות ביותר. רכיבים תואמי AEC-Q200 של Kyocera AVX עומדים בדרישות המגוונות של המערכות האלקטרוניות הרבות הדרושות לתמיכה במגמות מתפתחות אלה.

קבלים תומכים בדרישות הבסיסיות של תכני רכב

קבלי Kyocera AVX תומכים בדרישות הבסיסיות עבור ביצועים, אמינות ובטיחות בתת-מערכות אלקטרוניות לרכב. קבלים אלה, הבנויים באמצעות מגוון של טכנולוגיות, מעניקים למתכננים את השילוב הדרוש של מאפייני דירוג, תכונות, מארז וסוגי הרכבה, כולל טכנולוגיית הרכבה משטחית (SMT) וגרסות עם מוליכים רדיאליים.

המתכננים פונים לעתים קרובות לקבלי שבב קרמיים רבי-שכבות (MLCCs), כגון משפחת MLCCs‏ SMT לרכב בעלי הרשאת AEC-Q200 של Kyocera AVX, עבור יישומים הדורשים חתימת-שטח מינימלית עם אמינות גבוהה, קיבוליות גבוהה והתנגדות טורית אקוויוולנטית (ESR) נמוכה. לדוגמה, ה-KAS21BR72A222JM‏ הוא MLCC המדורג ל-2200 פיקופאראד (pF) ו-100 וולט, ומגיע במארז SMT סטנדרטי 0805 במידות 2.01 × 1.25 מילימטרים (מ"מ).

בעבר, קבלי MLCC‏ קונבנציונליים ששימשו בתכני רכב נכשלו לעתים קרובות עקב מאמצים מכניים ואי-תאום בין מקדם ההתפשטות התרמית של ההתקן לבין זה של לוח המעגלים המודפסים (PC Board). Kyocera AVX מתמודדת עם בעיה זו באמצעות טכנולוגיית FLEXITERM החדשנית שלה, המשלבת שכבת פולימר מוליכה לשמירה על החיבור החשמלי בין אלקטרודת הקבל לבין הסיומת, אפילו במהלך כיפוף, רעידות והתרחבות תרמית של הלוח. שכבה זו מסייעת להפחית מקורות נפוצים של כשל מבלי להגדיל את ה-ESR של הקבל.

כדי להגן עוד יותר מפני כשל ביישומים קריטיים לבטיחות, חלק ממוצרי ה-MLCC של Kyocera AVX, כולל ה-KAS21BR72A222JM, משלבים את טכנולוגיית FLEXITERM עם טכנולוגיית FLEXISAFE‏. קבלי MLCC‏ FLEXISAFE‏ של KYOCERA AVX‏ (איור 1‏) משתמשים בתכן אלקטרודות פנימיות בקסקדה כדי לספק שני קבלים בטור במארז MLCC‏ יחיד.

איור 1: טכנולוגיית FLEXITERM MLCC של Kyocera AVX משלבת שכבת פולימר מוליכה בין האלקטרודה לבין הסיומת כדי לסייע בשמירה על חיבור חשמלי בין ההתקן לבין הלוח למרות מאמצים מכניים ואי-תיאום תרמי. (מקור התמונה: Kyocera AVX)

עם מבנה קסקדה זה, גם אם אחד מהקבלים הטוריים הפנימיים של FLEXISAFE MLCC יקוצר, התקנים אלה ישמרו על הקיבוליות הנומינלית שלהם.

הבטחת ביצועים יציבים בתכני רכב

לצד אמינות גבוהה, תת-מערכות רבות ברכב תלויות בביצועים יציבים ביותר, בעלי הפסדים נמוכים ועם שינוי קיבוליות מינימלי עקב טמפרטורה, מתח או הזדקנות. עבור תכנים אלה, המפתחים יכולים לפנות לקבלים דיאלקטריים C0G‏ (NP0) מורשי AEC-Q200 של KYOCERA AVX‏ כגון MLCC‏ SMT‏ pF‏ 1,000‏ 08051A102J4T2A‏, או MLCC‏ עם מוליכים רדיאליים pF‏ 1,000‏ AR215A102J4R‏.

בנויים עם אחד הדיאלקטרים היציבים ביותר, קבלי דיאלקטרי C0G‏ (NP0‏) של KYOCERA AVX‏ הם בעלי טולרנסים הדוקים ותכונות יציבות מצוינים, כולל:

• סחיפה או היסטרזיס קיבוליות זניחים של הקיבוליות: פחות מ-±0.05% בהשוואה ל-±2% עבור קבלי פילם
• השפעות הזדקנות מינימליות: שינוי קיבוליות טיפוסי הוא פחות מ-±0.1% עבור C0G‏ (NP0)‏, חמישית מזה של רוב הדיאלקטרים האחרים (איור 2, משמאל)
• שינוי קיבוליות מינימלי עם הטמפרטורה: רק ±30 חלקים למיליון מעלות צלזיוס (°C), פחות מ-±0.3%°C בתחום הטמפרטורות הנומינלי של התקנים אלה של C‏°‏55‏- עד C‏ִ°‏125‏+ (איור 2, מימין)

איור 2: קבלי דיאלקטרי C0G‏ (NP0)‏ מורשי AEC-Q200 שומרים על פעולה יציבה עם הגיל (משמאל) ועל פני טמפרטורת הפעולה שלהם (מימין). (מקור התמונה: Kyocera AVX)

ההתמודדות עם דרישות רכב מאתגרות

הופעתם של רכבים חשמליים והיברידיים עוררה ביקוש לקבלים המסוגלים לעמוד בסביבת המתח הגבוה של רכבים אלה. Kyocera AVX עונה על צורך זה עם סדרה SkyCap AR‏ של קבלים קרמיים מורשי AEC-Q200, כגון ה-AR30HC102K4R‏, קבל pF‏ 1,000‏ ומתח נומינלי של V‏ 3,000‏ עם מוליכים רדיאליים.

ריבוי החיישנים בתת-מערכות רכב מחייב קבלים היכולים לפעול בצורה אמינה בסביבות טמפרטורה גבוהה, כגון אלה הנמצאים מתחת למכסה המנוע, במערכת ההינע ובמערכות הבלימה. קבלי משפחת SkyCap AR, הבנויים עם דיאלקטרי X8R, הם בעלי טמפרטורות פעולה של 55°C- עד 150°C+ ומציעים תחום רחב של קיבוליות, עד 0.33 מיקרופאראד (µF) עם ה-AR205F334K4R.

עבור פעולה בטמפרטורות גבוהות עוד יותר, סדרה THJ‏ של קבלי טנטלום של Kyocera AVX היא בעלת תחום טמפרטורות פעולה של 55°C- עד 175°C+ בהתקנים עם קיבוליות של µF‏ 0.1‏ עם ה-THJA104K035RJN‏ עד µF‏ 220‏ עם ה-THJE227K010RJN‏. הראשון מיוצר במארז SMT‏ 1206 סטנדרטי (3.2 מ"מ × 1.6 מ"מ), והשני במארז SMT‏ 2917‏ סטנדרטי (7.3 מ"מ × 4.3 מ"מ).

פתרונות קומפקטיים יותר הופכים ליותר ויותר חשובים ברכבים. מערכי קבלים סדרה W2A‏ מורשי AEC-Q200 של Kyocera AVX מספקים שניים או ארבעה קבלים במארז יחיד בגודל 0508 (1.3 מ"מ × 2.1 מ"מ). ה-W3A43C104K4Z2A‏, חלק ממערכי הקבלים סדרה W3A‏ מורשי AEC-Q200‏ IPC‏ של החברה, הוא מערך קבלי IPC קרמיים של FLEXITERM המשלב ארבעה קבלים של µF‏ 0.1‏ במארז 0612 יחיד (1.6 מ"מ × 3.2 מ"מ). צירוף מאפיינים זה מספק פתרון קומפקטי היכול לעמוד בעומס מכני ותרמי, תוך חיסכון משמעותי בשטח הלוח בהשוואה לתכנים המשתמשים בקבלים בדידים (איור 3).

איור 3: מערך קבלים בעל ארבעה אלמנטים W3A, כגון ה-W3A43C104K4Z2A, מיוצר במארז 0612, יכול לעמוד במאמצים מכניים ותרמיים תוך חיסכון משמעותי בשטח הלוח. (מקור התמונה: Kyocera AVX)

המערך הרחב של קבלים מורשי AEC-Q200 של Kyocera AVX עומד בדרישות יותר ויותר מגוונות; עם זאת, ארכיטקטורות רכבים חשמליים מתקדמות יותר ובעלות מתח גבוה יותר מוסיפות דרישות עבור הגנת מעגלים חסונה.

הגנה על מוצרי אלקטרוניקה רגישים בסביבות הקשות של רכב

ואריסטורים רבי-שכבות TransGuard‏ מורשי AEC-Q200‏ של KYOCERA AVX‏ מתוכננים להעניק הגנה חסונה, תוך מתן הגנת מתח-יתר דו-כיוונית כדי להגן על אלקטרוניקה רגישה ברכב. הם גם מציעים הנחתת הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) והפרעות RF‏ (RFI‏) הנחוצה כדי להפחית עיוותי אותות ולעמוד בדרישות הרגולטוריות. רכיבים אלה, המעניקים הגנה דו-כיוונית מפני מתח-יתר, פועלים באופן דומה לדיודות זנר (Zener‏) גב-אל-גב, אך עם זמן תגובה של פחות מננו-שנייה (ns) אחת (איור 4), מה שמאפשר להם להתמודד עם אירועי מתח-יתר מהר יותר.

איור 4: למרות שוואריסטורים TransGuard פועלים באופן דומה לדיודות זנר גב-אל-גב, הם מציגים זמן הפעלה מהיר משמעותית, מה שמבטיח תגובה מהירה לאירועי מתח-יתר. (מקור התמונה: Kyocera AVX)

משפחת TransGuard עומדת במערך רחב של דרישות ביצועים עבור אמינות גבוהה, טיפול בזרם גבוה וספיגת אנרגיה גבוהה. עבור יישומים רבים הדורשים אנרגיה נמוכה יותר, כגון הגנה על מערכות חיישנים, ה-VCAS040205X150WP‏ מציע פתרון יעיל עם מתח עבודה זרם ישר (VDC) של 5.6 וולט, מתח הידוק של 18 וולט וזרם נחשול של 20 אמפר (A) בתחום טמפרטורות פעולה של C‏°‏55‏- עד C‏ִ°‏125‏+. עבור יישומים בעלי אנרגיה גבוהה וטמפרטורה גבוהה מתחת למכסה המנוע ובמקומות אחרים, ה-VGAH322026Z570DP‏ עומד בדרישות עם זרם נחשול של 1.8 קילו-אמפר (kA) ודירוגי אנרגיה של 13 ג'אול (J) בתחום טמפרטורות פעולה של C‏°‏55‏- עד C‏°‏150‏+. סדרת TransGuard FLEXITERM מספקת התקנים עם מגוון רחב דומה של מאפייני הגנה, ביחד עם הגנה חסונה מפני מאמצים מכניים ואי-תיאום תרמי.

כדי לסייע למפתחים להגן על מעגלי רכב ביישומים רגישים לטמפרטורה או במקומות עם טמפרטורה גבוהה, משפחת התרמיסטורים בעלי מקדם טמפרטורה שלילי (NTC) מורשית AEC-Q200 של Kyocera AVX תומכת במגוון רחב של דרישות ביצועים וייצור מספר סדרות, כולל:

• סדרה NB, הכוללת תרמיסטורים SMT עבור הלחמה נטולת-עופרת
• סדרה NC, הכוללת תרמיסטורים SMT עבור הרכבה היברידית
• סדרה ND03‏ ו-סדרה NJ28‏, המורכבות מתרמיסטורים עם מוליכים

עבור חישת טמפרטורה מדויקת ביותר, בני משפחה כגון התרמיסטור עם מוליכים NJ28PA0203F‏ מעניקים את הטולרנס הצר ושינויי ההתנגדות התלולים עם הטמפרטורה הנדרשים. עבור יישומי בקרת טמפרטורה או קיזוז, רכיבים כגון NC20R00105JBA‏ יכולים להעניק את החישה היציבה הנדרשת על פני תחום טמפרטורות רחב.

אפשור רכבים מחוברים

ככל שחיבוריות אלחוטית בין ובתוך רכבים הופכת חיונית יותר ויותר, אנטנות RF סדרה A‏ של Kyocera AVX עומדות בדרישות המתפתחות עבור מספר טכנולוגיות חיבוריות ורוחבי-פס (איור 5).

איור 5: אנטנות RF סדרה A מספקות פתרון סטנדרטי עבור הביקוש הגובר לאפשרויות חיבוריות מגוונות בתת-מערכות רבות לרכב. (מקור התמונה: Kyocera AVX)

אנטנות אלו, המתוכננות עבור מימוש קל וזמן יציאה לשוק מהיר, תומכות בטכנולוגיות החיבוריות המובילות עבור תקשורת אישית, רשתות נתונים, מערכות בטיחות וניווט, עם התקנים הכוללים את הבאים:

• אנטנת פס רחב AP822601‏ עבור חיבוריות סלולרית, Wi-Fi, וחיבוריות תעשייתית, מדעית ורפואית (ISM)
• אנטנת Global Navigation Satellite System‏ (GNSS‏) A9002137‏ התומכת בתדרים הנפוצים ביותרעבור ניווט אישי ומסחרי
• אנטנת A9001978‏ עבור חיבוריות שני פסי-תדר Wi-Fi‏, Bluetooth‏ או פס-תדרים אולטרה-רחב (UWB‏)

למרות שתקן AEC-Q200 אינו מכסה במפורש מוצרי אנטנה, אנטנות RF סדרה A עוברות בדיקות קפדניות, בהתאם לדרישות והנהלים המפורטים בתקן, כדי לספק למפתחים את רמות האמינות והביצועים הנדרשות עבור מערכות רכב.

סיכום

ככל שתעשיית הרכב מתקדמת במהירות לעבר רכבים בעלי יותר ויותר תוכן אלקטרוני, המתכננים דורשים רכיבים המעניקים יותר ביצועים, אמינות, בטיחות וחיבוריות בסביבות קומפקטיות ותובעניות יותר ויותר. Kyocera AVX מסייעת להתמודד עם אתגרים אלה עם מגוון רחב של קבלים, התקני הגנת מעגלים ואנטנות RF התואמים לתקן AEC-Q200.