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  • 元器件的关键在于Know-How,日本企业深得精髓
    http://www.ic72.com 发布时间:2019-8-19 11:44:30

     

    元器件需要好材料好工艺,关键在于Know-How的积累
    电容、电阻、电感等元器件产品在原理上并不难,难的是制造过程中的精益求精,需要长时间的Know-How积累才能制造出品质优良的产品。总体上来看,这样的Know-How积累体现在材料、设备、工艺三个环节中。
    好材料才有好产品。“好的电子产品需要好的元器件支持,而好的元器件则需要好的材料来支持”,这是日本村田几十年的坚持。材料是制造性能良好的产品的基础,材料的微细度、均匀度、结团特点都会影响到产品的尺寸和性能,所以只有好材料才能生产出好的产品。
    以MLCC为例,陶瓷“配方粉”由钛酸钡基础粉和改性添加剂混合而成。
    首先,钛酸钡基础粉对MLCC的性能十分重要,其制造需要满足极高的微细度和均匀度的要求。在各类制备方法中,水热法在材料颗粒性质控制及其稳定性、市场竞争力等方面较其他制备方式具备优势,具体表现在:化学组成均匀、颗粒形貌规整、颗粒粒径从几十纳米到几微米可调、大小均一、产品性质稳定,是目前公认的符合MLCC发展要求的钛酸钡粉制备方法。目前只有日本的村田、堺化学等可以大规模使用水热法生产MLCC钛酸钡粉体,其中村田自用,堺化学用于外销。
    水热法中的Know-How在于:1)水热体系中影响钛酸钡性质的因素较多,对于钛酸钡物相结构和颗粒性质的调控极其复杂,通常是钛酸钡的一种性质受多个因素和工艺参数的影响,而且一个因素或参数又同时影响多种性质,它们互相关联、甚至互为矛盾,使钛酸钡颗粒性质的控制十分复杂和困难;2)水溶液、尤其碱性溶液在高温高压下腐蚀性强,同时钛酸钡颗粒性质对反应温度均匀性和溶液状态非常敏感,水热反应设备不但要满足反应溶液温度和状态均匀的要求,还要耐腐蚀和磨损。
    其次,改性添加剂对MLCC性能同样重要,改性添加剂主要是包括稀土类元素,例如钇、钬、镝等,以保证配方粉的绝缘性;另一部分添加剂,例如镁、锰、钒、铬、钼、钨等,主要用以保证配方粉的温度稳定性和可靠性。
    这些添加剂必须与钛酸钡粉形成均匀的分布,以控制电介质陶瓷材料在烧结过程中的微观结构及电气特征。
    设备需要企业自身的定制化改造。由于各个厂商对于材料、工艺的理解不尽相同,但设备厂商的设备确实标准化的产品,这就需要各个元器件厂商对设备进行适合自己的改造。
    以MLCC为例,MLCC生产流程中的最关键设备是流延机。流延成型的具体工艺过程是将陶瓷粉体与各种添加剂(粘结剂、增塑剂、分散剂等)在溶剂中混合,形成均勾稳定的装料。成型时众料从料槽流至基带之上,通过刮刀与基带的相对运动形成湿带,厚度由刮刀与基带的距离控制。将湿膜片连同基带一起送入供干室,在溶剂蒸发过程中,具有一定强度和柔韧性的素片通过粘结剂的成膜作用将陶瓷颗粒粘结在一起而形成,干燥的素片连同基带一起或从基带上脱离卷轴待用,然后可按所需形状打孔、冲片或切割,最后经过烧结得到成品。
    MLCC厂商一般会根据自己掌握的Know-How,来对流延机进行改造,以得到更好的效果。在挤压机部分,厂商会自行改造装置,以便更为精确地调节挤压机的压力,得到更薄的介质;在刮刀环节,使用气刀替代机械刀具,可以达到更好的均匀度,但气刀的位置、风速和真空度也需要得到精确的控制,风量过小会使厚度太大,角度不正确会使薄膜表面产生气泡;在流延辊上发生的冷却环节会影响薄膜的均匀度,所以会把流延辊、冷却辊设计为夹套式,冷却水的交叉流动减少了辊筒表面温差,保证了塑料薄膜冷却均匀。
    工艺的精益求精来自Know-How的积累。在使用了好材料和定制化设备之后,还需要在具体的工艺的不断尝试和积累,才能得到更好的工艺。
    以MLCC为例,在多层共烧环节,是将排胶后的产品放入高温烧结炉内,设定曲线进行更高温度的烧结,使生坯烧结成瓷,形成具有一定强度及硬度的瓷体。在这个过程中,不可避免地要解决不同收缩率的陶瓷介质和内电极金属如何在高温烧成后不会分层、开裂,即陶瓷粉料和金属电极共烧问题。共烧技术就是解决这一难题的关键技术,掌握好的共烧技术可以生产出更薄介质(2μm以下)、更高层数(1000层以上)的MLCC。当前日本公司在MLCC烧结专用设备技术方面领先于其它各国,不仅有各式氮气氛窑炉(钟罩炉和隧道炉),而且在设备自动化、精度方面有明显的优势。
    日本企业的精益求精,很好地契合了元器件行业所需的关键能力
    日本人天生性格追求极致完美、严谨、执着、精益求精,这种工匠精神在日本社会得到推崇。
    日本企业的这种工匠精神保证它们的产品具备强劲的竞争力,从而具备很长的企业寿命。根据日本东京商工研究机构统计数据,截止2016年,全日本超过100年历史的老店铺和企业达到33069家,千年以上的企业有7家,世界上最长寿的企业是木造建筑行业的“金剛組”,距今已有1439年的历史。寿命超过200年的企业,日本有3146家,为全球最多,此外德国有837家,荷兰有222家,法国有196家。
    我们前面已经分析过,元器件行业的难点在于材料、设备、工艺三个环节的,想突破这三个环节需要长时间的Know-How积累。日本企业具备的工匠精神正好与这个特点相契合。
    在材料环节,材料的生产工艺、配方、性能都难以事先确定,必须在实际的生产环节不断尝试、不断改进,这个过程需要很长的时间积累,也需要精益求精的心态不断改进,从而使得材料的性能不断进步。
    在设备环节,由于标准化设备不满足企业的个性化需求,所以需要企业根据自己对材料和工艺的理解去改造设备。设备改造的方案也不是可以事先确定好的,需要工人在尝试的过程不断改进,这需要很长的时间和精益求精的心态。
    在工艺环节,大量制造方法和精度控制等都不是可以通过理论提前规划得到的,只能是在实际运用过程中不断尝试不断改进,通过渐进式的进步来达到更好的效果。
    总体来说,在材料、设备、工艺这三个最关键的环节,都是需要大量尝试和改进的,需要不断摸索的,这样的特点正好符合日本企业普遍具有的精益求精的匠人精神。
    ◆村田:专注于核心技术零部件多元化的元器件,制造顶级之小
    村田主要进行以机能陶瓷为基础的电子元器件的研究开发、生产和销售,产品线可分为元器件业务包括电容器、压电器件和其他元器件,模块业务包括通信模块和电池其他模块等五类。从材料研发到加工工艺,村田始终坚持精益求精的工匠精神,不断将前段工艺技术、产品设计技术、分析技术等技术流程中的每一项做得更好,这也是村田可以成功的基因。
    2018财年,村村田的营业收入达到13718.4亿日元,同比增长20.81%,营业利润为1621.5亿日元,净利润为1460.9亿日元,关键增长点是汽车电子化、智能手机升级换代拉动需求,以及公司并购二次锂电池业务。田的元器件业务的营收占比达67.6%,其中,电容器占总营收的32.9%,是公司的关键优势产品。
    ◆京瓷:电子陶瓷之王,打造陶瓷产品之国
    京瓷以陶瓷技术为核心,不断向半导体、电子、太阳能等领域发散,成为如今的“电子陶瓷之王”。目前京瓷已经形成了汽车等工业零部件、半导体零部件、电子设备、信息通信、办公文档解决方案、生活与环保共六个子业务。京瓷在“经营之圣”稻盛和夫的带领下,践行阿米巴经营的原则,坚持技术创新和市场创新,逐步建立起一个陶瓷产品之国。
    从产品结构来看,京瓷的零部件(包括汽车等工业零部件、半导体零部件和电子元器件)营收占比53.9%,营业利润占比达到71%,是主要的利润贡献来源。具体到元器件业务,京瓷的相关产品主要有电容器、SAW元件、水晶元件、功率器件、连接器等。2018财年京瓷的元器件业务收入为3051.45亿日元(约合185亿人民币),同比增长26.7%,营业利润为472.85亿日元(约合29亿人民币),同比增长54.7%,是公司增长最快的业务。
    ◆TDK:全球领先的磁性技术电子元件制造商
    TDK 是日本专注于磁性材料的企业,产品群主要涵盖被动元件、传感器应用产品、磁性应用产品以及薄膜应用产品四大类。在长期的发展过程中,TDK 逐步建立起了材料技术、加工技术、评价&模拟技术、产品设计技术、生产技术等五大技术核心,通过这些技术核心建立起涵盖15大业务的庞大的布局,成为全球领先的磁性技术电子元件制造商。
    2018财年,TDK的营业收入为1.27万亿日元,同比增长7.93%,净利润635亿日元。从产品结构来看被动元件的营收占比为34.4%,比重最大,重点关注车用和工控领域的电容器产品;薄膜应用产品占比次之,约为29.2%,并且业务增长较快,同比增长49.8%;磁性应用产品占26.2%,在工业设备需求增长的带动下,磁体和电源产品表现良好;传感器应用产品营收占比最小但增长最快,占比仅为6.1%,营收同比增长80.9%,主要得益于并购InvenSense公司,未来TDK将积极开发IoT等新领域的客户。


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