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安森美:碳化硅技术专家“把脉”汽车产业2024年新风向

时间:2024-02-20 来源:安森美  作者:管理员

【汽车供应商网】回首2023年,尽管全球供应链面临多重挑战,但我们看到了不少闪光点,比如AIGC的热潮、汽车电子的火爆,以及物联网的小跑落地……今天,安森美(onsemi)碳化硅技术专家牛嘉浩先生为大家带来了他对过去一年的经验总结和对新一年的展望期盼。


汽车产业链中的困难与挑战


在过去一年中,汽车芯片短缺、全球供应链的复杂性和不确定性及市场需求的变化,可能是汽车产业链最为棘手的难题,汽车制造商需要不断调整生产和采购策略以应对潜在的风险和瓶颈。随着更多传统车企和新兴造车势力进入新能源汽车市场,竞争压力加大,汽车制造商需要不断提升技术创新力以保持竞争优势。同时,行业需要适应不断更新的技术标准和法规,这要求企业在研发、生产和认证等方面进行持续投资和调整。


车规级碳化硅(SiC)功率器件的大规模应用是目前汽车行业最火热的话题之一,也是安森美在过去一年里努力发展的重要方向。无论是在低压400V平台,还是在高压800V平台,碳化硅器件都能为电动汽车带来显著的效率提升。碳化硅器件可以工作在更高的结温,具有更快的开关速度和耐压能力,这些特性对芯片设计、驱动优化、电路保护、模块封装以及系统集成都提出了特别的挑战。此外,应用碳化硅材料的终端产品在长期可靠性方面的评估和认证仍然具有相当的技术难点。


安森美始终追求零偏移、零缺陷的产品质量目标,除了在芯片设计环节秉持质量驱动的理念之外,在生产制造的环节中构建了完整的、丰富的持续性监控,反馈和提升体系。安森美同时参与了许多车规级碳化硅功率器件/模块的认证标准研究工作,另外,特别应对碳化硅功率器件在汽车应用环境中的复杂工况和应力,安森美也与国内外车企展开了深入的合作和技术讨论,共同加速推动碳化硅大规模上车的市场趋势。


新年展望:未来发展预测


在2024年的开端,我们挑选了大家普遍比较关心的几个问题,就这些问题对汽车领域的未来发展做出了展望和预测。


 01 800V高压快充平台的普及,将对车载功率器件带来哪些影响?


在800V母线电压的充电设施和电驱系统中,SiC功率器件必不可少。SiC比Si器件具有更强的耐压能力,随着母线电压的提升,它的低导通阻抗和高速开关特性也更能发挥优势。基于 EliteSiC的方案与Si IGBT方案相比,系统尺寸更小,功率密度更大,整体效率更高。


尽管SiC MOSFET相对于Si IGBT在性能上更加优越,但是Si IGBT目前来看仍然具有相当的成本优势,在800V的系统里也将占据一席之地。短时间内,以高压双电驱应用为例,会存在SiC MOSFET和Si IGBT“高低搭配”的情景。


 02 针对车载功率器件,IDM模式更好,还是Fabless模式更优?能否预计2024年的产能供应情况?


IDM模式的优点在于从设计、制造到封测全过程的垂直整合,能够更好地控制产品质量、生产周期和供应链,这对于对可靠性要求极高的汽车半导体行业来说是非常重要的。然而,IDM模式需要巨大的资本投入来建设和维护晶圆厂,技术更新和产能扩展的灵活性相对较低。


Fabless模式则专注于芯片设计,将生产、封装和测试等环节外包给专业的代工厂,这样可以降低初始投资和运营成本,同时利用代工厂的先进工艺和技术快速响应市场变化。但是,这种模式下的公司对供应链的控制力较弱,可能面临供应稳定性和质量控制的挑战。


安森美整体的制造战略是Fab-Right,这可以优化资产足迹以提高效率和一流投资资本回报率 (ROIC),建立更具弹性和韧性的产能体系,减少利润波动。在SiC方面,安森美的策略是上下游一体化垂直整合。


随着电动汽车市场的发展,对车载功率器件的需求持续增长,这可能会推动更多的产能扩张。


 03 2024年车载碳化硅/氮化镓市场的发展趋势将会怎样?


车载应用是SiC市场的重要驱动力,尤其是电动汽车和混合动力汽车的普及,预计2024年车载SiC市场将继续保持强劲的增长态势,向 200mm SiC 晶圆的发展将加快电气化进程,促进规模经济,技术进步和制造效率的提升将有助于降低SiC器件的成本,推动其在车载应用中的更广泛采用。随着汽车制造商对更高能效和续航能力的追求,会有更多搭载800V平台的车型发布,对SiC功率器件的需求会进一步增加。为了确保供应稳定性和应对潜在的供应链风险,汽车制造商和SiC供应商应加强合作,包括签订长期供货协议和投资扩产项目。


 04 随着汽车电动化、智能化的发展,车载模拟芯片的需求越来越大,哪些品类模拟器件将得到更好的发展?


那些能够提高能源效率、增强安全性能、支持先进通信技术和提升驾驶体验的模拟芯片品类将在汽车电动化、智能化的浪潮中得到更多的关注和发展机会。电动汽车对高效、可靠的电源管理需求极高,包括主驱逆变器、车载充电器(OBC)、DC-DC转换器等。这些系统都需要高性能的电源管理芯片来优化能源使用、延长电池寿命并确保系统的稳定性。电动车的电动机控制需要高效的电机驱动芯片,以实现精确的速度控制、扭矩管理和能效优化。


自动驾驶和先进驾驶辅助系统(ADAS)依赖于智能感知方案,如CMOS成像、超声波和深度感知等传感器融合算法能够探测到更多关键细节信息,帮助驾乘人员迅速作出反应,安全性大大提升。在汽车信息娱乐系统、车载通信系统以及安全系统中,信号链器件如运算放大器、比较器、数据锁存器等对于信号处理和系统性能至关重要。


为了确保汽车电子系统的安全和可靠性,过压保护、过流保护以及电气隔离器件的需求也将增长。精确的温度和电流检测对于监控系统状态和防止过热、过载等故障也非常重要。安森美深耕汽车领域二十余年,拥有上述所有品类的高性能AEC认证产品组合,推动汽车电气化、智能化进程。


安森美2024年战略规划与布局


在2024年,安森美将会继续深耕智能电源和智能感知技术,通过技术创新和产品升级来提高在电动汽车、自动驾驶、充电桩、光伏储能、工业自动化等关键市场的竞争力,并继续执行收入增长战略,以新品发售、增量利润投入碳化硅(SiC)增产等方式,努力实现高于半导体市场预期的年复合增长率,加强碳排放管理和可持续发展实践,推动业务流程的深度去碳化。


安森美也会继续加强和合作伙伴的战略合作关系,通过签署长期供应协议确保稳定可靠的供应,并通过和客户共建联合技术应用实验室来推动创新和产业升级。此外,随着技术和环保法规的不断更新,安森美会持续关注,从而开发符合新标准的产品和方案,同时灵活应对市场需求的变化,保持市场竞争力。


安森美致力于为新能源汽车市场提供全面的解决方案,从核心的电驱系统到智能化的感知和连接技术,以支持汽车电动化、智能化和网联化趋势。


以下是安森美在汽车领域一些关键的产品和解决方案:


SiC方案


SiC MOSFET和SiC二极管能够提高系统的能效、减小尺寸和重量,从而提升电动汽车的续航里程和性能。安森美的SiC工艺平台已从M1的Square Cell结构、M2的Hex-cell迭代到M3的strip-cell,在导通电阻、开关损耗、反向恢复损耗以及短路时间等关键性能指标上均为业界领先水平,同时实现最优的成本。我们也提供优化的栅极驱动方案,以更高效可靠地驱动SiC。此外,我们的Elite Power Simulator在线仿真工具和PLECS模型自助生成工具针对EliteSiC系列及应用,使工程师在开发周期的早期阶段,通过对复杂电力电子应用进行系统级仿真,获得有价值的参考信息,适用于软/硬开关应用、边界建模和自定义寄生环境,为电力电子工程师节省时间和成本。


功率模块及先进封装


安森美持续开发先进的封装技术,如银烧结、压铸模双面水冷等实现高效率、高功率密度的功率模块 (包括硅基模块和SiC模块),用于车载充电器(OBC)、主驱、DC-DC转换器等,优化能源使用,延长电池寿命,并确保车辆电气系统的稳定运行。创新的Top Cool MOSFET将散热焊盘移至顶部,这样散热器可以直接焊接到器件上,不仅改善了 MOSFET 的散热,还可以在 PCB 的下侧布置元件,从而提高功率密度并简化设计。


智能感知技术


安森美提供各种传感器解决方案,包括图像传感器、超声波传感器等,通过在高动态范围、信噪比、微光性能、低功耗、小尺寸等方面进行创新,推进先进驾驶辅助系统(ADAS)和更高级别的自动驾驶,提高行车安全。如Hyperlux系列图像传感器具备领先行业的150 dB超高动态范围(HDR)和减少LED闪烁(LFM)功能,且功耗超低,尺寸小,助力汽车制造商打造更准确、更智能的决策系统,这是实现全自主驾驶的关键一环。


连接和车载网络


高速数据传输和通信技术,支持车载以太网和其他车载网络标准,涵盖 LIN、CAN 和 FlexRay等主要技术,以实现车辆内部及与外部环境的高效通信。针对区域控制架构趋势,安森美正大力开发 10BASE-T1S 以太网技术。


LED照明


安森美为汽车内外照明提供高亮度、低功耗的LED解决方案,包括前大灯、尾灯、内饰灯等,以提升能见度、设计灵活性和节能效果。


车身和舒适性系统


安森美提供电源和控制解决方案用于车窗、座椅、空调、雨刷等车身电子设备,以提升驾乘舒适性和便利性。


电动汽车充电桩


安森美为电动汽车充电基础设施提供高效的电源转换和管理技术,以支持快速、安全的电动车充电。



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