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新闻

技术 - Article 2022.04.29

ADAS Processor 高性能化所需的车载用小型、超大容量 MLCC 提案

▶0603i/10uF/6.3V/X7T (CL10Z106MQ9VPNC)

 

ADAS가 탑재된 자동차 내부 이미지

 

摘要

搭载ADAS的汽车要通过各种传感器和摄像机识别周围事物和环境,并应对这些情况。高速移动的车辆为了能够迅速地识别事物并进行处理,就必须采用 HPC(High performance computing) 以上的高性能处理器。
为此,汽车中使用的 MLCC也和 PC、Server差不多,小型、超大容量产品处理器用 6.3V级以下)的比重剧增。三星电机支持满足 AEC-Q200的车载用 125 ℃级 0603i/10uF、0805i/22uF 等大多数超大容量 MLCC。

 

High Performance Computing in Automotive
一般来说,一说到汽车用 MLCC,就会想到可靠性好、容量低、尺寸大或电压高的产品。因为不使用需要高速运算的高性能处理器,汽车用 MLCC主要用于电池或电压转换。但最近,随着超越单纯驾驶者辅助(Driver Assistance),部分自动化(Partial Automation)ADAS 适用范围的扩大,必须搭载能够实时处理大量传感器或图像数据,并判断行驶的高性能 Processor。 

 

ADAS board layout

ADAS Board 由“收集信息” → “判断” → “传送行驶数据”构成,非常简单。将通过摄像机、Radar、Lidar收集到的信息在 ADAS SoC中识别为人、物、汽车,决定适合情况的行驶后,将判断后的数据传送至驱动发动机。此时,ADAS SoC需要在短时间内分析大量的高分辨率图像信息等,下达行驶决定,因此需要更高的 Clock Speed和更多的 Core。

这会导致耗电量的增加,需要更多的 MLCC。这种趋势与现在PC、Server的发展方向十分类似,为了预测车载用 MLCC的未来,分析HPC的 MLCC 趋势非常重要。

 

CPU for High performance computing in automotive
随着CPU Core增加和各种功能的增多,PC和 Server CPU中要求的 MLCC的容量也大幅增加。尤其是高性能 GPU和各种 AI 功能在 CPU中合并, MLCC 要求容量每年都在快速增加。

 

Figure2. Required capacitance for PC and Server CPU

 

在有限空间里放入更多 MLCC的方法
MLCC 要求的容量不断增加,但能够配置 MLCC的面积却是有限的。随着CPU性能越来越高,CPU 性能对外部的 Noise变得更加敏感,MLCC与 CPU的距离越远, Noise越大。因此,使用 Desktop 及 Server 等 Socket Type的 CPU在 Socket 内打通名为Cavity的孔,用于配置 MLCC。

 

Figure3. CPU Socket and MLCC inside cavity

因厚度等限制,或无需更换 CPU,不用 Socket Type,在 PCB上 Soldering 时,将 MLCC配置在 CPU成为 SMT 的 Board 的正后面,保持其与CPU的距离尽可能地靠近,但MLCC可实装的区域有限。

 

Figure4. CPU and MLCC for decoupling

目前 ADAS SoC的平均 MLCC 要求容量是 2,000uF 左右,从上述 HPC 事例来看,预计在1~2年内,其容量需要扩大到2倍以上。这意味着要使用 2倍以上的 MLCC,但在有限空间内放 入更多 MLCC的方法却意外地简单。那就是使用更小的尺寸。

 

Figure5. 0805i(2012m) MLCC layout with ADAS SoC

为了方便计算,我们将不考虑零件实装间隔,只使用 Chip Size,进行简单的模拟。目前一般的 ADAS SoC面积为 576mm²(24x24mm)。为实现2,000uF,如果配置200个 0805i(2012m), 10uF 产品的话,MLCC 实装面积为 480mm²,完全可以在 ADAS SoC 封装内配置 MLCC。但是,假设今后 ADAS SoC的高配置化需要与 HPC 趋势统一,达到 4,000uF的话,此时,即使使用相同的 0805i(2012m),10uF产品,也要将 MLCC配置在距离 ADAS SoC相当远的位置。

 

三星电机车载用小型、超大容量 MLCC
이为解决这些问题,三星电机最新研发出了在支持 AEC-Q200的同时,在最小尺寸下实现大容量的 0603i(1608m),10uF,6.3V。为了实现4,000uF,如果使用400个比 0805i(2012m)更小的 1608m,10uF,6.3V,则 MLCC 配置总面积为 512mm²,可配置在靠近 ADAS SoC的位置,没有任何问题。此外,如果与正在批量生产的 1210i(3225m),100uF产品混用,则可实现更小面积的构成。

 

Figure5. 0603i(1608m) Downsizing suggestion

另外,如果使用小型尺寸,则内部 Path变短, ESL也会变得更好。

 

 

此外,三星电机还在批量生产 0805i(2012m),22uF,6.3V 及 1206i(3216m),47uF,4V 产品。产品多样,可选择想要的规格使用。

 

Samsung Size (mm) Cap (Voltage) Temp. Data Sheet
CL10Z106MQ9VPNC 0603i (1608m) 10uF (6.3V) X7T (125℃)
CL21Z226MQYVPNE 0805i (2012m) 22uF (6.3V) X7T (125℃)
CL31Z476MRKVPNE 1206i (3216m) 47uF (4V) X7T (125℃)

 

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