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电子元器件涵盖广的作用及不断扩大范围产品

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2019-07-16 10:08:02

电子元器件涵盖广,对电子行业具有重要的支撑作用。在通义上,电子元器件是指具有独立电路功能、构成电路的基本单元。电子元器件种类繁多,涉及的范围也不断扩大。根据材料分子组成与结构在元器件制造过程中是否改变,电子元器件可大体分为元件和器件。元件是加工中没有改变分子成分和结构的产品,包括电阻电容电感电位器变压器连接器印刷电路板等;器件则是加工中改变分子成分和结构的产品,主要为各类半导体产品,如二极管三极管、场效应晶体管、光电器件、集成电路等。

电子元器件行业处于电子原材料和整机行业之间,原材料为磁芯、漆包线、骨架和一些辅助性材料,产品则应用于消费电子、汽车电子、工控、航天军工等多下游领域,元器件的技术水平和生产能力直接影响着整个电子行业的发展,因此具有至关重要的基础性作用。

被动元件是不影响信号基本特征,而仅令讯号通过而未加以更动的电路,由于被动元件在电路中起到基础作用,所以被动元件的应用非常广泛。被动元件主要包括RCL元件(电容、电阻、电感)、被动射频元件和晶振、变压器等,其中RCL元件约占被动元件总产值的90%。

电容器在三大被动元器件中产值最高,主要可分为陶瓷电容、铝电解电容、薄膜电容、钽电解电容四大类。由于具有耐高压、高温、体积小、容量范围广等优势, MLCC(片式多层陶瓷电容器)是目前最广为使用的电容器。2017年全球电容器市场规模达209亿美元,2012-2017年复合增长率3.84%。陶瓷电容市场规模达107亿美元,规模占比超过50%,2012-2017年以5.4%的CAGR稳定增长,其中MLCC产值占比高达93%。铝电解电容具有成本低、容量大的优势,市场规模约50亿美元,占比23%。

电阻器由电阻体、骨架和引出端三部分构成(实芯电阻器的电阻体与骨架合二为一),主要用于控制电压和电流,起到降压、分压、限流、隔离、滤波(与电容器配合)、匹配和信号幅度调节等作用。

电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器,能够把电能转化为磁能而存储起来。电感器主要发挥过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。电感可分为传统插装电感和片式电感,其中片式电感因体积小、成本低、屏蔽性能优良、可靠性高、适合于高密度表面安装等优势成为主流发展方向。

分立器件主要包括IGBTMOSFET、二极管、晶闸管等。分立器件与集成电路相对,由于不受原件面积限制,单个器件特性好,使用更为灵活,尤其在高功率场合,分立器件依然发挥着重要作用。根据WSTS预测,近年来分立器件的全球市场规模基本为180-200亿美元,2018年市场规模将超过200亿美元。全球分立器件的最大应用领域是汽车,占比达到40%,其次是工业占比27%,消费电子13%。

产业变迁,日系厂商一家独大

乘政府扶持与国际并购东风,日系厂商率先积累优势。二战后,日本电子产业迅速崛起,一方面得益本国电子产品的需求增大,厂商技术积累和创新源源不断,另一方面则由于日本政府改革经济政策,对原材料采用较低的关税水平,降低厂商的原材料成本,对本国产量较高的电子产品采取高关税进行贸易保护,同时对村田TDK等被动元件寡头进行扶持,为本土元器件厂商的发展提供了沃土。例如,TDK和村田分别从1950s和1960s开始设立境外办事处、工厂和子公司,进行跨国并购,整合全球资源迅速发展壮大。上世纪70年代后,美国、韩国、中国台湾和中国大陆也相继发展起来。

美系厂商:大规模并购。美国两大而被动元件龙头威世(Vishay)和基美(Kemet)通过多次大规模并购,成为全球领先的元器件厂商。威世整合了威士特洛芬肯、通用半导体的生产线、英飞凌红外线元件产品线以及国际整流器公司的产品线,横向扩展业务,成为全球第一的整流器、玻璃二极管和红多元件的生产商。基美也进行了多笔收购,例如收购上游钽粉厂商Niotan和Epcos的钽电容业务,纵向整合产业链,在有机固态电容、薄膜与电解电容领域掌握了领先技术。

未来方向:开辟新市场,提升内部效率

1.方向一:半导体、IoT & 汽车电子

半导体设备前景良好,京瓷加强布局精密陶瓷高性能零部件。根据SEMI调研,2017年半导体加工设备的全球市场运货量达到约6万亿日元,为历史最高水平。京瓷预计该业务将继续上扬,而更复杂的半导体设备对精密陶瓷零部件的需求也相应更大。一方面,京瓷着重发力,扩大日本Shiga Yohkaichi 工厂、Kagoshima Kokubu 工厂和美国华盛顿工厂、北加州工厂的产能。另一方面,京瓷从研发入手,着重开发应用于下一代半导体加工设备(高级集成,包括微布线和3D结构)的零部件、材料和高附加值模组,例如更耐高温和耐压的陶瓷电容器和连接器,以及分立器件和功率模块等功率半导体。

IoT大发展,通信与陶瓷封装业务并重。基于IoT领域巨大的发展前景,京瓷未来将在相应的陶瓷封装和通信两大业务模块重点发力。在陶瓷封装业务方面,京瓷2018年4月开始建造新工厂Kagoshima Sendai,预计将于2019年8月投产。同时,在有机多层封装业务中,京瓷加强了精细间距、薄型、高精度倒片封装,以及具有高速信号和高带宽存储器的模块基板的开发。在通信业务方面,京瓷已提前布局LPWA,并将利用在无线通信领域的高耐用性和节能等技术,与其他公司合作开发日本市场的Sigfox服务,计划在2020年3月之前实现日本范围内99%的覆盖率。

发力与汽车相关的相机模组和LED陶瓷封装业务。自动驾驶对汽车识别外部环境的能力提出了更高要求,京瓷致力于开发基于高级光学设计技术的相机模组,并拓展高性能相机阵容,实现在黑暗中识别人物的身影和大小。此外,京瓷预计未来车用LED陶瓷封装的市场将更加广阔,而公司已占有全球车用LED陶瓷封装90%以上的市场份额,未来将在此优势领域继续攻克。京瓷计划借助相机模组和LED陶瓷封装业务大发展,2021财年汽车领域的收入在2017财年的基础上翻一倍。

2.方向二:优化成本,改革研发

在公司内部,京瓷将规范业务部门,大规模引入RPA(机器人流程自动化),实现各业务部信息充分共享,使生产效率翻倍。

①AI实验室:京瓷2017年9月首次开设了AI实验室,可以帮助各业务部门进行自主设计、自主设备维护、提高检测精度。未来京瓷将进一步建立专门为各部门提供AI工具的AI实验室,收集数据,并进行大数据的分析和管理。

②机器人中心:京瓷2017年10月引入了机器人,实现多样化模拟和生产现场的技术检验。未来将支持各部门推进所有机器人活动,进行机器人的活动测试等,实现机器人流程自动化在公司内的大规模应用。

京瓷计划2019财年投入700亿日元用于研发,并将改革研发结构,通过准确把握市场需求,加速研发进程。具体来说,要将此前按业务部门分布的销售和研发资源,针对IoT、ADAS、能源、医疗健康等各个关键领域进行重新分配,整合资源迅速布局汽车、5G技术和下一代新能源技术的研发,推出新产品抢占市场。

TDK:全球领先的磁性技术电子元件制造商

经营现状:1.27万亿日元的收入规模,磁性技术实力强大

1.磁性材料王者,2018财年收入1.27万亿日元

1930年,加藤与五郎和武井武两位博士发明了被称为铁氧体的磁性材料,是世界上第一个铁氧体磁芯。1935年为了将铁氧体商业化,由斋藤宪三创办了东京电气化学工业株式会社(Tokyo Denki Kagaku Kogyo K.K)。铁氧体磁芯可以显著降低噪声,此后被广泛应用于电视机CRT管中的偏转线圈磁芯。1983年公司正式更名为TDK株式会社。如今的TDK是一家全球领先的磁性技术电子元件制造商,公司口号是“Contribute to culture and industry through creativity”,即“通过创造为文化和产业做出贡献”。TDK专注于ICT(信息和通信技术)、汽车以及工业设备和能源行业,并正在进入可穿戴设备和医疗保健市场,传感器、执行器、能源单元和下一代电子元件是开发新市场的重点。

TDK实现了四项世界级创新,包括铁氧体、磁带、多层材料和磁头。1966年TDK开发出第一款日本制造的盒式磁带,彻底改变了音乐生活。1980年,TDK通过构建电线层,推出世界上第一个多层芯片电感器,推翻了“线圈用于缠绕的传统理念”。硬盘驱动器(HDD)是用作个人计算机等设备中的大容量记录介质,HDD磁头的制造需要纳米级薄膜技术,TDK拥有世界上最高水平的技术实力。

15年内以5.03%的GAGR实现增长,公司市值1.14万亿日元。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。公司预计2019财年的营业收入将增长至1.34亿日元,净利润为700亿日元。自2003财年起的15年内,TDK营收以5.03%的年复合增长率稳定增长。截至2019年2月18日,TDK的市值达到11442.8亿日元,约合人民币701.6亿元。

2.4大产品类别,磁性材料技术是优势

TDK产品群主要涵盖了四大产品,分别为被动元件、传感器应用产品、磁性应用产品以及薄膜应用产品。被动元件主要包括陶瓷电容器、电感装置、高频元器件、压电材料产品和电路保护元件等。磁性应用产品主要包括HDD磁头、磁体、电源,其中HDD磁头在行业中占据明显优势地位。传感器应用产品方面,TDK是全球温度传感器的主要厂商之一,此外,利用TDK在TMR技术方面的优势,公司的磁传感器可以实现高精度的角度测量

从产品结构来看,2018财年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。

成长路径:从自主研发到并购整合

1.2000年之前,由磁芯技术出发布局元器件

以2000年为分水岭,TDK的成长路径大致有两阶段,前期以磁性材料技术起家,通过自主产品研发来积累优势、扩大规模,后期则主要通过多次并购迅速进行业务扩张。

自1935年至2000年,TDK主要将铁氧体磁芯推广到市场,并依靠在磁性材料技术方面的技术优势,自主研发新产品。1935年至1950年,TDK建造了平泽工厂、Kamata工厂大量生产铁氧体磁芯用于无线电调谐单元,1939年日本海军技术学院采用铁氧体磁芯用于海洋无线电。50年代,TDK进入被动元件领域,推出了陶瓷电容器和圆盘型电容器,并开始发力磁带产品。60年代TDK继续在磁性材料技术产品方面扩大优势,推出了钡铁氧体磁芯、磁头、盒式磁带。磁带产品的推出开启了TDK的记录媒体业务,盒式磁带帮助TDK把握住了随身听音乐时代浪潮,并为TDK 此后30年间进入录像带和光盘市场积累了经验。70年代至90年代,元器件产品线也不断丰富,电感、MLCC、多层集成器件等产品相继面世。至此,TDK的被动元件和磁性产品两大核心业务基本成型。

2.2000年之后,借助跨境并购扩大业务范围

2000年之后,TDK借助多次并购进行公司业务整合。2005年通过收购Ampere Technology Ltd. (ATL),加强公司在能源领域的材料技术,目前TDK已成为聚合物锂电池的龙头之一。同年,TDK收购Lambda Power两家公司,借助TDK先进的材料技术,进军电源设备行业。

2008年,TDK以12亿欧元收购德国EPCOS公司,与电子元器件部门合并组建全新子公司。EPCOS的强项产品面向工业电子、汽车电子和通信,而TDK的MLCC、磁性材料等在消费电子和IT应用市场占有很大的份额;TDK在磁性、陶瓷等材料研究方面拥有先进的技术,而EPCOS则在模块技术方面全球领先。两者的合并优势互补,进一步强化了TDK在电子元器件市场的领先地位。

2016年, TDK公司和高通组建合资公司RF360 Holdings,为移动设备和其它产品开发无线组件,本次合作高通将能够参与快速增长的滤波器和模块市场,而TDK将获得高通的资金支持,提高在产品开发和固定设备的投入。

近两年TDK在传感器领域频繁进行收购。2016年TDK以2.1亿美元收购瑞士传感器厂商Micronas,同年又以5130万美元收购了法国MEMS传感器制造商Tronics。2017年,TDK斥资13.3亿美元收购美国芯片制造商InvenSense ,InvenSense是加速度计、陀螺仪、电子罗盘和麦克风等MEMS传感器市场领导企业,具有扩展性非常好的CMOS/MEMS平台,并且曾是苹果(Apple)的主要供应商之一,此次收购大大加强了TDK在传感器技术方面的实力。除此之外,TDK又收购了专攻ASIC开发与供应,以及客制化IC设计服务的ICsense,其核心专业能力包括传感器与MEMS介接、高压IC设计、电源与电池管理等,为TDK业务形成了优势互补。

成长基因:五大技术核心,think big, do small

从作为起点的磁性材料制造,到电子元件的叠层产品系列、薄膜产品系列,以及通过每个电子的旋转而储存信息的自旋电子学技术,TDK运用各种纳米技术,向磁性材料所具备的所有不可能性不断发起挑战。

在长期的发展过程中,TDK逐步建立起了五大技术核心,通过这些技术核心建立起了庞大的业务布局。

材料技术:80多年历史于技术的结晶。TDK在材料领域不断追求精益求精,从原子层面追求材料的各种特性,不断满足各种先进需求。例如,在材料设计阶段,TDK通过主要原料的配方和微量添加物的控制,来实现所需的特性。这些是历经80多年、并通过不断的研发所积累起来的技术诀窍,是其他企业所无法效仿的。

加工技术:实现纳米级控制。在拥有好材料的基础之上,能最大限度地挖掘出材料特性地便是加工技术。TDK独创地薄膜加工技术使自旋电子学等纳米级控制成为可能,从而创造出最先进地电子元件。

评价&模拟技术:用以正确分析纳米级的极限精度。无论多么卓越的材料或加工技术,如果没有正确评价和模拟技术,就无法成功开发产品。TDK的评价模拟技术被广泛应用于从材料分析、产品构造、热量和磁场分析,到应用电波暗室的噪音测定和抑制之中。

产品设计技术:创意创造价值。在理解产品的应用方法基础之上,将各种已上线的材料、电子元件整合起来,以制造出安全可靠的电子设备和最佳组合模块的技术。与此同时,通过定制化的软件来充分发挥电子设备和的特长,进一步增强产品的性能。

生产技术:公司自制产品生产设备。优秀产品的制造需要优秀的生产设备,在开发独有生产工艺的同时,也在公司内部制造实现这一工艺的生产设备,这成为了TDK生产制造的特色和极大的优势。通过设备自制,TDK可以推行从材料到产品的一体化生产,强化品质与性能。

未来方向:以汽车、ICT和工业设备与能源为三大目标市场

1. 方向一:汽车电子

随着汽车自动驾驶等功能的增加,以及电气元件的引入,下一代环保型汽车(包括纯电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池电动车)将占据越来越大的市场份额,车载电子元件的需求也将不断增加。TDK提供的钕磁铁、铁氧体磁铁以及电容、电感、传感器等各类汽车电子元件可以承受汽车振动、冲击、发动机发热等严苛的使用环境。此外,TDK先进的铁氧体和其他材料技术还可以提高混合动力汽车的燃油效率。

汽车电源在冷冻或炎热的环境条件下都要保持正常工作,但普通的铁氧体只能在60℃-100℃的温度条件下使用。TDK采用铁氧体、变压器和热模拟技术开发出了适用于更宽温度范围的特殊材料,能够为混合动力电动汽车提供小型、轻便、高效的耐热DC-DC转换器,可在-40℃-120℃的温度下工作,现已成为行业的领导者。

2.方向二:ICT(信息和通信技术)

TDK预计,在智能手机和其他通讯类产品市场不断扩大的推动下,电子元件需求将持续增长。TDK为移动通讯设备提供的零部件多达300个左右,例如,TDK的多层芯片组件能够显著减小移动设备的尺寸和重量,多种噪声抑制组件也被广泛应用。

作为全球第一的硬盘用磁头供应商,TDK新开发出了“热辅助”技术用于提高硬盘驱动器容量。大数据的到来使得数据中心生成和处理的数据量呈指数增长,也因此带来对更高的数据记录容量的需求,传统的垂直记录方法开始出现限制,为此,TDK转向硬盘驱动器磁头,开发出完全不同的“热辅助磁记录”技术,这一技术将帮助笔记本电脑1TB硬盘时代的到来。

3.方向三:工业设备与能源

新能源发展为电子元器件行业带来广阔需求。根据全球风能委员会的估计,相比2017年,2021年的全球风电装置将增加27%。TDK可为太阳能、风能和其他自然能源的利用提供材料技术和电力电子方面的支持,例如在电力调节器(逆变器)中使用广泛的MLCC、铝电解电容、薄膜电容、变压器和压敏电阻等被动元件,以及在风力发电机中常用的磁铁磁芯产品。

启示:从日本龙头看元器件行业经营之道

做强:精益求精,从源头打造核心竞争力

通过梳理村田、京瓷、TDK这三家日本元器件龙头企业的发展历程,我们发现,想在元器件行业立足,首先需要有精益求精的追求,打造技术上的核心竞争力。

元器件行业是个技术密集型的行业,技术是这个行业的根本。同时元器件尽管体积小、价值量低,但却在电路中起着非常关键的作用,所以下游客户对于品质的要求很高。这样的特点决定了优秀元器件企业都是从源头上打造自身的核心竞争力。

我们前面已经分析过,元器件行业的技术难点和门槛就在于材料、设备、工艺三个环节的Know-How积累。日本龙头企业之所以能做到领先全球,就是因为在这三个方面拥有强大的实力。

在材料领域,村田的陶瓷材料、射频材料技术实力强大;京瓷持续专注于陶瓷材料,成为全球龙头;TDK则是磁性材料方面的专家。

在设备领域,村田、京瓷、TDK均普遍采用自研设备,并不对外申请专利,以避免通过专利泄露自己的设计。

在工艺环节,三家日本龙头公司在各自领域均积累多年,对每个环节的良率和品质控制均炉火纯青,所以才能做出最高品质的产品。

做大:横向扩张+纵向深化,持续扩大企业规模

我们通过梳理发现,日本龙头元器件厂商均具有非常庞大的产品线,从不单独专注于某一产品。这是因为不同元器件产品之间均具有相似性,所以当厂商在某种元器件领域积淀了较强的实力之后,就可以凭借技术积累进行延伸,从而扩大自己的市场规模。

第一种延伸是横向扩张,从单一产品向更多产品扩展。尽管不同元器件在原理上具有很大的差异,但是在制造上都是相似的,都主要包括材料、设备和工艺三个主要技术难点。所以当厂商在某个领域具有很强的实力之后,就可以基于这种技术能力进入更多的产品,从而实现市场规模的扩大。

例如对于村田而言,在掌握了陶瓷电容器的技术之后,就可以向具有相似技术特点的滤波器、石英晶体、电阻器等领域扩张;京瓷则是基于自己对于电子陶瓷的深刻理解,向下游的半导体、汽车、工业等多领域扩张;TDK则是专注于磁性材料领域,从铁氧体磁芯向电感、电容、磁带、磁头等多领域延伸。

第二种延伸是纵向深化,从元器件向解决方案延伸。这是因为当厂商拥有多种产品线之后,就可以把这些产品组合成解决方案推广给客户,增强对客户的黏性,同时也符合电子产业轻薄化的发展趋势。

例如村田就基于自己在射频滤波器领域的积累,推出射频前端模组解决方案,契合了下游客户在5G时代对于轻薄和高度集成的需求;京瓷则从电子陶瓷产品向通信模组领域前进;TDK则是从铁氧体磁性材料向光盘、磁带等下游领域扩张。

通过横向扩张和纵向深化,元器件企业在保证技术实力的前提下实现了规模的大幅扩张,保证了自己的持续增长,这也是日本元器件行业存在众多巨头公司的原因。


原文标题:日本元器件三龙头的成功秘籍

文章出处:【微信号:wc_ysj,微信公众号:旺材芯片】



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