MLCC需求增长主要依赖于新技术革新下,终端电子产品市场的发展。2024年,AI技术正被视为电子产品下一轮革新驱动力,在AI 服务器 、AI PC等AI终端市场的强劲拉动下,MLCC行业需求量正经历爆发。
如何直面需求端挑战,为AI技术驱动下正悄然发生改变的电子终端产品提供优质的MLCC产品,以实现MLCC的国产替代。正成为国内MLCC企业新命题。
国内领先的MLCC企业,如广东微容电子科技有限公司(以下简称:微容科技) 正站在这场技术变革的风口浪尖上。本文试图探究,在AI技术重塑MLCC应用格局的环境下,国内企业该如何在这场全球竞争中突围而出。
AI时代,MLCC面临挑战
MLCC(Multilayer Ceramic Capacitors的简称),也叫贴片电容,是由印好电极 (内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式,多层叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器。
MLCC主要起到储电后定量输送电的“水坝”作用,调节使电流在电路中定量传输,防止元件间出现电磁波干涉现象。电路中该需求出现频繁,因而MLCC下游应用极为广泛,领域涉及数据大模型 、 汽车电子 、 通信 、 计算机 、 消费电子 、自动仪表、数字家电等行业。
在AI兴起的环境下,MLCC的重要性进一步凸显。AI应用系统对高算力的需求迫切,MLCC也需要同步优化其特性护航这些电路使用安全,要做到这点,并不容易。
以MLCC在AI服务器应用为例,为稳定高功耗电路的平稳运作,MLCC面临多方面挑战。首先,在性能上,MLCC在电路中承担的工作更加繁杂,服务器供应电压是48V的直流电源,但服务器中承担算力重任的GPU、 CPU 供应电压主要是1V,中间需要MLCC护航多路电源转变;由于CPU 工作时有轻载和重载切换,电压会跌落,且有高频谐波和杂音,此时也都需要电容发挥稳定电压作用。其次,在产品形态上,在服务器中,由于算力需求的提升,GPU和CPU所需晶管数量增多,功耗也快速上升,需更多MLCC来保障电路的安全。“GPU板子除了核心芯片,周边全是电容器件,一个板子的电容数量可能超过1200个。”微容科技首席技术专家谭斌向芯师爷透露。但载板能提供给MLCC的空间依然有限。
谭斌表示,适应AI应用带来的电路改变,MLCC产品的变化主要体现在4方面 :一是电容要在更小体积中实现更大容值,高算力GPU/CPU需要的电容数量更多,容量更大,在面积有限的板子上,更小的大容量电容才能满足需求;二是电容需要承受更高的工作温度,电压下降,功率上涨,使得电路系统的电流大增,温度也随之提升;三是能忍受大电流所带来的大纹波,需要超低 ESR;四是GPU/CPU工作频率的提升需要电容能提供低ESL,高的自谐振频率SRF。
总的来说,MLCC的工作环境更加严苛,需要更高性能、采用更先进生产工艺和技术的高端MLCC来适应当前市场需求。
产品之外,在AI时代,加快MLCC国产替代也是亟须解决的难题。MLCC作为最重要的被动元器件之一,大陆自给率却不足10%。长期以来,全球MLCC供货较为集中,前十大厂商市场占比超过90%,且主要为日韩台系厂商。特别是在高端市场中,日系MLCC凭借技术优势生产小尺寸,高电容的产品,持续垄断性占据高端MLCC市场,而国内大多厂商精力仍聚集在生产中大尺寸低电容值的中低端MLCC产品。
但在需求端,大陆市场占比超过40%。两相对比之下,国产替代空间巨大。同时,当前大国科技竞争日益加剧,AI应用是重点关注对象,也强化了国产MLCC导入市场必要性。
锚定高端,国产MLCC突围
AI技术应用和新的国际市场形势,都在呼唤高端国产MLCC产品,国内厂商又该如何应对呢?微容科技作为国内领先的MLCC原厂,近年来动作频繁,在市场上也取得了有效成果——自2020年以来,其MLCC产销位居中国大陆前茅,是个典型的明星样本,观察其发展脉络,从中可见国内MLCC厂家有效答题思路。
据芯师爷观察,微容科技的解题思路有三个关键词,分别是锚定高端、积极扩产、深耕研发。
锚定高端
与一般厂家先布局技术难度较低的产品,逐步积累经验向高端产品迈进不同,微容科技从一开始就锚定高端应用布局MLCC产品。这与海外MLCC巨头的布局思路类似。近年来,国际MLCC大厂有意减少低端MLCC产量,将更多的精力投入高端MLCC的研发。这使得国产MLCC在低端市场的市占有所提升,但低端市场并非国产替代的强需求领域,相比而言,高端国产MLCC在市面上更稀缺。
公开资料显示,自2017年成立以来,微容科技在高端MLCC领域不断取得突破,尤其是国内短板的高容量MLCC领域。
2018-2019年,微容科技率先成立车规级 MLCC 研究院,成功完成了车规级 MLCC 的全系列开发,成为中国大陆地区首家可以全系列提供满足 AEC-Q200 车规等级的MLCC 制造企业。
2020年起,微容科技通用级008004/01005/0201 微型系列及射频系列成为行业主力供应商。
面对新兴AI应用,微容科技针对性微容科技推出0201/2.2μF/10V,0201/4.7μF/6.3V、0402/22μF/6.3V、0603/22μF/16V等规格产品线,针对AI手机的高容量、超微型需求,全栈满足AI手机对高端MLCC在高容量、超微型等方面的选型需求。
该类产品的主要技术特点是采用独特的超细、高介电常数陶瓷材料,高可靠性的工艺和结构设计,结合陶瓷颗粒高分散,薄层化等加工技术,使其电容单层厚度达到薄至1μm及以下,堆叠层数超过1000层等指标,满足高温&高容等人工智能应用核心需求。
此外,微容又推出了0805/100μF/X6S、1206/220μF/X6S等规格产品,可广泛应用于终端产品(AI服务器/AI PC/AI 手机等)和AI应用组件部分(GPU,光模块,DDR 等),满足人工智能高算力,高传输,大存储要求。
针对汽车电子领域对于MLCC高容量/高耐压/高可靠性的核心需求特点,微容以自身多年车载行业开发积累的材料工艺等基础能力,采用高精度多叠层,采用快速烧结的国际尖端设备和排烧一体化等特有技术,推出了包括1210/X7T/100μF、1210/X7T/220μF等典型规格产品,用于高阶智能驾驶,满足L2及以上智能辅助驾驶各类汽车电子产品需求;以及1210/C0G/22nF/1000V、1210/C0G/33nF/630V等典型规格产品,用于三电动力系统,满足800V平台下各类汽车电子产品需求。
目前,微容科技量产的高容系列MLCC产品已经覆盖01005-1210全尺寸,容量从0.47μF延伸到最高至220μF,主流性能匹及日系巨头,达国际顶尖水平。从产品矩阵来看,微容科技高端MLCC产品紧随市场各类存量和新兴市场需求,填补了大陆MLCC高端系列的空白。
积极扩产
面对广阔的国产替代市场,仅有高端MLCC产品还不足以扭转国内的供应难题,充足产能在供应链中同样重要。目前日系巨头的月产能已超千亿片,但大陆MLCC产能相较日系,甚至是中国台湾友商,仍相对落后。
微容科技成立之初,产能就是其重点突破的应用围墙。据了解,微容科技搭建第一栋厂房时就引进了先进的生产、研发设备,布局了高标准生产车间,并设立专项信息化投入,打造数字化智能制造及研发设计平台。目前,微容科技已建成两栋厂房,用于超微型、射频、高容量、高可靠车规、AI服务器等高端 MLCC系列产品的生产和研发。
成立数年间,微容科技MLCC产能持续爆发,2023年已达450亿片/月,2024年这一数字再次上涨至600亿片/月,是中国大陆产销量最大的MLCC供应商。
微容科技关于产能扩建的故事还在继续书写,2024年9月,微容科技在云浮罗定举行微容科技智慧工厂奠基仪式,项目建成后,预计2027年年产能将突破9000亿片大关。此外,据了解微容科技将持续投资规划,预计2029竣工,进一步扩大高端MLCC产能,届时年产能超12000亿片,成为全球前三的MLCC制造商。
深耕研发
微容科技MLCC不断完善的高端产品矩阵和充裕产能背后,是该企业对研发技术重视与积累。
微容科技创始人陈伟荣表示“微容科技自成立起就着重研发,吸纳了大量全球行业顶尖的研发型工程师。”微容科技官网资料也显示,公司连续四年研发投入占营收比重超过10%,研发人员规模近400人,均有多年的MLCC 专业生产制造经验。
此外,MLCC制作难度和技术门槛很高,是材料学、物理学、化学的集大成者。在原材料这一核心行业壁垒上,微容科技也积极和各领域优秀伙伴合作,参与共同开发。目前微容科技在材料、工艺、设备三大方向齐发力,持续推动高端MLCC研发。
结语
作为中国大陆高端MLCC的主要供应商,微容科技正通过其具备高容、高温、高压、高可靠等特性的MLCC产品为AI时代电子终端产品提供强有力的支持。展望未来,可以预见,如微容科技般持续满足市场最新需求的半导体厂家,将对国内电子产业产生深远的影响。
值得注意的是,半导体产品需求和应用的进步相辅相成。在国内半导体企业发展的过程中,也需要供应链更多采用国产产品,才能尽快实现大陆半导体产业的自主可控,推动整个中国电子元器件行业的技术进步和市场竞争力提升。
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