小小被動元件蘊含大學問

作者 : 趙明燦,EDN China

在ASPENCORE舉辦的「高性能被動元件發展論壇」中,共7家廠商分享了有關高性能被動元件的發展趨勢及技術挑戰等熱門主題。會議最後還召開「國產高性能被動件的機會和挑戰」的圓桌論壇,共同探討了被動元件的高性能與挑戰、中國國產化進程、缺貨漲價和應對方法,以及市場應用四個重要議題。

據《國際電子商情》報導,被動元件市場年複合成長率在近5年內仍會達到6%左右。未來,隨著5G基地台、5G智慧型手機、大資料中心、AIoT,以及新能源車的強勁拉動,高性能MLCC、LTCC、高精密貼片電阻、貼片電感、高精準度連接器、繼電器和晶體振盪器等均會有強勁的市場需求!同時,也可看到MLCC等被動元件正在出現中國國產替代的趨勢。

另一方面,目前汽車、工業、醫療等高階應用對電容、電阻、電感的精準度要求越來越高。同時,如何做好電容、電阻、電感在系統中的EMI效應及干擾分析,以及新時代鋁電解電容在精密設計時如何應對對環境的高要求等等,都成為工程師十分關注的話題。

2020年12月18日,ASPENCORE旗下《國際電子商情》、《電子工程專輯》中國版和《電子技術設計》中國版在深圳華強廣場酒店舉辦「高性能被動元件發展論壇」,邀請到是德科技、華信科科技、開步電子、深圳蘭博濾波科技/深圳市連接器行業協會、村田、台灣金山、富士康等行業內知名企業/機構,分享了有關上述發展趨勢及技術挑戰等熱門主題。會議最後還召開「國產高性能被動元件的機會和挑戰」的圓桌論壇,共同探討了被動元件的高性能與挑戰、中國國產化進程、缺貨漲價和應對方法,以及市場應用四個重要議題。

會議最後舉行圓桌論壇,探討了四個關於中國國產高性能被動元件的議題。

論壇主持人:王瓊芳,《國際電子商情》主分析師

與會專家:富士康全球採購總處資深處長江岳峰、開步電子董事長楊寶平、台灣金山電子工業總工程師李科高,以及深圳蘭博濾波科技資深EMC專家、深圳市連接器行業協會EMC專家馬永健。

議題一:被動元件的「高性能」如何實現?其中最大的挑戰是什麼?

江岳峰:以MLCC產業來說,這是粉末材料配方的問題,亦即怎麼實現高介電率的陶瓷材料。此外,電性能也比較重要,要如何獲得高溫和打線時的穩定性。因此,被動元件的材料技術會是關鍵。中國本地供應商在這方面還是有機會,但是如果能在海外尋找到好的技術,那就有機會縮短時間。第二是在製程管控方面,需要時間上的累積。第三是在生產設備方面,在這方面有些關鍵部分仍掌握在日商手中,如何突破這個瓶頸是個大課題,中國廠商不是沒有機會而是要看怎麼做。

楊寶平:最頂級的電阻在美國,他們的單一性能和綜合性能都是最好。這在材料和製程等方面都不是簡簡單單就能實現,而是要靠時間的累積。可靠性最高的元件在日本,他們有量的支撐。日本業者的工廠很厲害,有的設備30~40年都沒變過,但是至今1ppm以下的失效率紀錄一直都沒有被打破過。因此高性能可以總結為兩點:參數領先及可靠性領先。

李科高:延伸江岳峰的觀點,高性能要用一個嚴苛的客戶去磨練。也就是要滿足市場的所有總總要求,以客戶為導向設計產品,但是要把客戶的要求理解透徹,然後進一步執行是很難的,中國業者要依需求實現、改變自己的觀念很難。再來是基材,目前中國國產基材廠商的能力,包括對模式,以及對材料基礎的研究還是不錯,但是要怎麼做到穩定就很難。在樣品方面,中國廠商和日系、台系相比都已經很接近了,甚至反應速度很快,但是在大批量時卻跟不上。也就是說,高性能是指所有產品的高性能,而不能只是樣品。

馬永健:在電磁相容方面,從用戶方來講,不是他們要什麼就生產什麼,而是要在怎麼達到他的目的,包括材料和製程。同時,要告訴用戶如何使用才能發揮到最大效率,比如最佳的工作頻率範圍。用戶不知道這些,而作為生產商,也就是專家,就要指導他們去合理使用。第二是設計問題,在模仿進口元件時要思考為什麼要用這種結構、材料,在導電率、介電係數等方面要進玲物理化學試驗分析。高性能牽涉到應力/應變、可靠性、使用壽命等問題。舉個簡單的例子,防靜電對於老式的繞線電阻來說,靜電、過壓、過流等問題都不用在乎,但是對於新的薄膜電阻,這是種切片元件、很薄,對這樣的元件進行幾百上千V的靜電放電,每放一次電就會對金屬層打一次,這就會不斷發生粒子轉移。大家可能聽說過,晶片的失效有45%是由於靜電放電而不是老化導致,這時PN結不斷受到靜電打擊,這個薄層就很容易受到擊穿。因此,中國業者就需要思考,在生產製程過程中靜電放電指標能否達到?

議題二:在材料、製程、技術、設備四個方面,高性能被動元件中國國產化進程處於什麼狀態?

江岳峰:據我的判斷,除了MLCC外,其他元件中國國產都很有機會。中國國產鋁電、電感、LTCC接近中上水準。但補充一點,MLCC分為高中低容量幾個等級,中國廠商在中低容量方面還可以,這在手機和IoT方面用得多,小型化也有幾家廠商在做,但是高容值還是有距離(至少5年以上)。

楊寶平:我們有四大類產品,其中有兩類的材料是自己做,但是不建議同行仿效,因為零件賺的錢可能填不平,要實現盈利這個過程太漫長。公司要考慮永續發展的問題,從供應鏈安全方面來講,如果材料受制於人,那麼公司隨時都有可能關門。所以我們一開始就做材料,雖然整個過程很辛苦,但是代表了一個趨勢,就是中國被動元件廠商要關注材料的開發,要掌握一定核心技術。另外要培養自己可靠、穩定的材料合作夥伴,這樣才能可持續發展。雖然中國廠商可能存在五年、十年的差距,但是這個速度可能會加快,因此我們很快就會有機會。

李科高:成功的公司有很多原因,補充一點,就是人才。研發人員的流失,包括基礎研究,對產業的升級是衝擊,材料、設備都需要人去駕馭,在人不穩定的情況下去談發展、談突破就不可能實現。解決方案是透過建立激勵制度實現穩定團隊的構建,穩定了軍心才會有突破。作為台資廠商,這個現象我們也看見,有些公司很難成長,後來才發現是找不到連續的人才提供支援。另外,行動網際網路快速發展,有很多偶然的因素都會讓必然的發展而受限。

馬永健:比較蘇聯和美國的產品,美國的產品微型化、輕量化,蘇聯的笨重粗糙,但是性能並不輸美國,因此不是材料的問題。用現有材料做出高品質的產品是一個目標,比如,五年前國外高速連接器的速率達到4Gbps,現在達到40Gbps,這往往不是材料所取得的成績,而是結構、製程所取得的突破,且基礎研究、基礎試驗一定要做。

議題三:能否對2021年整體的被動元件的供需、價格走勢、原廠擴產計畫做一個判斷,同時分析目前LTCC的缺貨漲價的原因以及應對方法?

江岳峰:今年由於疫情,整個新產品的開發進度延期了一兩個月,且由於5G的關係,MLCC發生缺貨;然而也因疫情的關係,5G發展稍微延後,不過由於疫情所引發的宅經濟,原本預期不太好的平板和筆記本市場反而變好了。明年會比較好,主要還是在5G;宅經濟下受到在家辦公的需求,伺服器、網通市場可能會比較好。現在談擴產已經來不及,2018年和2019年供應商所考慮的市場都是伺服器、醫療和電動車。受到5G的需求,以及疫情的助長,LTCC供貨會比較緊張,但是產能會陸續開出來,應能稍微緩解,因此2021年應該不會出現2018年所出現的恐慌。5G不能只看被動元件,因為晶圓是缺的,所以被動元件反而會平緩些。

中國國產被動元件進入富士康,以item來看,中外差不多,但是從金額看,中國大陸和台灣只佔1/3,因為國外做的是高階產品。中國大陸廠商在電動車、車用、醫療和IoT等方面都有機會。

楊寶平:電阻市場一直都很平穩,我們不做低階。而現在有點漲價不叫漲價,而是價值回歸,這是由於過往電阻賣得太便宜了,5,000顆電阻一盒只賣幾元人民幣,不太合理。工廠要經營,就必須有利潤。另外,電阻供貨沒問題,問題是處在MLCC等元件上。

李科高:聽江岳峰說,明年被動元件會緊張一點點,但是後來又說會受到主動元件的綁架。也就是說一開始我以為會漲價,但是後來就好像會維持。講到缺不缺貨,電容我們也不缺,今年下半年確實是晶圓缺貨、CPU缺貨,而導致整個產業延期交貨,但被動元件在整個市場沒有話語權。

江岳峰回應李科高,因為PCB上一定是主被動相配套,作為採購,可以看到明年供貨最吃緊的是晶圓,然後是面板。這是系統組裝的問題,如果被動元件不是首要,相較於晶圓供貨的吃緊、面板等關鍵元件的緊張,即使有電阻、電容,沒有IC就無法繼續。

議題四:哪些應用端越來越需要及為什麼需要「高性能」被動元件?中國原廠要走進汽車、工業、醫療等高階市場,如何找到突破口?

哪些應用需要高性能被動元件與會者的看法是:

楊寶平:精密電阻是是儀器儀表的基礎,要得到穩定的電流和電壓,就需要穩定的電阻。極限參數需要透過儀器儀表來測量,中國很多專家在這方面走在前面。電表類也需要使用高性能元件,而業者自己有設備測量很關鍵,被動元件在這方面就有機會。

李科高:最原始的驅動需求是利潤。緊扣今天的主題高性能,只有做別人不能做的東西,才能精準扣住需求,才能拿到利潤。利潤比較高的有車載用50V~100V鋁電解電容,在90V~230V情況下能夠承受40~50A,這就很有利潤。但是也要看競爭對手的情況,利潤是個動態的過程。

中國國產廠商突破口與會者的看法是:

江岳峰:汽車要求的可靠性高。中國本地廠商的機會是,市場就在本地。如果能夠維持一定的技術可靠度,讓車廠、醫療廠商都認為值得信賴,那麼就有機會。

馬永健:談到高性能,有一句話是「選好元件,治好電路板」。最高性能要求的是航空航太,然後是軍品、汽車,民用最差。民用產品不行了就換一個元件,但是飛機可不行。只要須通過EMI認證,就全要求高性能的產品,這是基本要求。有時候不是產品沒有高性能,而是合適的應用平台在哪裡。

本文原刊登於EDN China網站

 

 

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