安森美碳化硅技術(shù)專家“把脈”汽車產(chǎn)業(yè)2024年新風(fēng)向

回首2023年，盡管全球供應(yīng)鏈面臨多重挑戰(zhàn)，但我們看到了不少閃光點(diǎn)，比如AIGC的熱潮、汽車電子的火爆，以及物聯(lián)網(wǎng)的小跑落地……今天，安森美(onsemi)碳化硅技術(shù)專家牛嘉浩先生為大家?guī)砹怂麑?duì)過去一年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和對(duì)新一年的展望期盼。

汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的困難與挑戰(zhàn)

在過去一年中，汽車芯片短缺、全球供應(yīng)鏈的復(fù)雜性和不確定性及市場(chǎng)需求的變化，可能是汽車產(chǎn)業(yè)鏈最為棘手的難題，汽車制造商需要不斷調(diào)整生產(chǎn)和采購策略以應(yīng)對(duì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和瓶頸。隨著更多傳統(tǒng)車企和新興造車勢(shì)力進(jìn)入新能源汽車市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)壓力加大，汽車制造商需要不斷提升技術(shù)創(chuàng)新力以保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，行業(yè)需要適應(yīng)不斷更新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，這要求企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)和認(rèn)證等方面進(jìn)行持續(xù)投資和調(diào)整。

車規(guī)級(jí)碳化硅（SiC）功率器件的大規(guī)模應(yīng)用是目前汽車行業(yè)最火熱的話題之一，也是安森美在過去一年里努力發(fā)展的重要方向。無論是在低壓400V平臺(tái)，還是在高壓800V平臺(tái)，碳化硅器件都能為電動(dòng)汽車帶來顯著的效率提升。碳化硅器件可以工作在更高的結(jié)溫，具有更快的開關(guān)速度和耐壓能力，這些特性對(duì)芯片設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)優(yōu)化、電路保護(hù)、模塊封裝以及系統(tǒng)集成都提出了特別的挑戰(zhàn)。此外，應(yīng)用碳化硅材料的終端產(chǎn)品在長(zhǎng)期可靠性方面的評(píng)估和認(rèn)證仍然具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難點(diǎn)。

安森美始終追求零偏移、零缺陷的產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)，除了在芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)秉持質(zhì)量驅(qū)動(dòng)的理念之外，在生產(chǎn)制造的環(huán)節(jié)中構(gòu)建了完整的、豐富的持續(xù)性監(jiān)控，反饋和提升體系。安森美同時(shí)參與了許多車規(guī)級(jí)碳化硅功率器件/模塊的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)研究工作，另外，特別應(yīng)對(duì)碳化硅功率器件在汽車應(yīng)用環(huán)境中的復(fù)雜工況和應(yīng)力，安森美也與國內(nèi)外車企展開了深入的合作和技術(shù)討論，共同加速推動(dòng)碳化硅大規(guī)模上車的市場(chǎng)趨勢(shì)。

新年展望：未來發(fā)展預(yù)測(cè)

在2024年的開端，我們挑選了大家普遍比較關(guān)心的幾個(gè)問題，就這些問題對(duì)汽車領(lǐng)域的未來發(fā)展做出了展望和預(yù)測(cè)。

 01  800V高壓快充平臺(tái)的普及，將對(duì)車載功率器件帶來哪些影響？

在800V母線電壓的充電設(shè)施和電驅(qū)系統(tǒng)中，SiC功率器件必不可少。SiC比Si器件具有更強(qiáng)的耐壓能力，隨著母線電壓的提升，它的低導(dǎo)通阻抗和高速開關(guān)特性也更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)?；?EliteSiC的方案與Si IGBT方案相比，系統(tǒng)尺寸更小，功率密度更大，整體效率更高。

盡管SiC MOSFET相對(duì)于Si IGBT在性能上更加優(yōu)越，但是Si IGBT目前來看仍然具有相當(dāng)?shù)某杀緝?yōu)勢(shì)，在800V的系統(tǒng)里也將占據(jù)一席之地。短時(shí)間內(nèi)，以高壓雙電驅(qū)應(yīng)用為例，會(huì)存在SiC MOSFET和Si IGBT“高低搭配”的情景。

 02  針對(duì)車載功率器件，IDM模式更好，還是Fabless模式更優(yōu)？能否預(yù)計(jì)2024年的產(chǎn)能供應(yīng)情況？

IDM模式的優(yōu)點(diǎn)在于從設(shè)計(jì)、制造到封測(cè)全過程的垂直整合，能夠更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期和供應(yīng)鏈，這對(duì)于對(duì)可靠性要求極高的汽車半導(dǎo)體行業(yè)來說是非常重要的。然而，IDM模式需要巨大的資本投入來建設(shè)和維護(hù)晶圓廠，技術(shù)更新和產(chǎn)能擴(kuò)展的靈活性相對(duì)較低。

Fabless模式則專注于芯片設(shè)計(jì)，將生產(chǎn)、封裝和測(cè)試等環(huán)節(jié)外包給專業(yè)的代工廠，這樣可以降低初始投資和運(yùn)營成本，同時(shí)利用代工廠的先進(jìn)工藝和技術(shù)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化。但是，這種模式下的公司對(duì)供應(yīng)鏈的控制力較弱，可能面臨供應(yīng)穩(wěn)定性和質(zhì)量控制的挑戰(zhàn)。

安森美整體的制造戰(zhàn)略是Fab-Right，這可以優(yōu)化資產(chǎn)足跡以提高效率和一流投資資本回報(bào)率 (ROIC)，建立更具彈性和韌性的產(chǎn)能體系，減少利潤波動(dòng)。在SiC方面，安森美的策略是上下游一體化垂直整合。

隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)車載功率器件的需求持續(xù)增長(zhǎng)，這可能會(huì)推動(dòng)更多的產(chǎn)能擴(kuò)張。

 03  2024年車載碳化硅/氮化鎵市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)怎樣？

車載應(yīng)用是SiC市場(chǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力，尤其是電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的普及，預(yù)計(jì)2024年車載SiC市場(chǎng)將繼續(xù)保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，向 200mm SiC 晶圓的發(fā)展將加快電氣化進(jìn)程，促進(jìn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，技術(shù)進(jìn)步和制造效率的提升將有助于降低SiC器件的成本，推動(dòng)其在車載應(yīng)用中的更廣泛采用。隨著汽車制造商對(duì)更高能效和續(xù)航能力的追求，會(huì)有更多搭載800V平臺(tái)的車型發(fā)布，對(duì)SiC功率器件的需求會(huì)進(jìn)一步增加。為了確保供應(yīng)穩(wěn)定性和應(yīng)對(duì)潛在的供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，汽車制造商和SiC供應(yīng)商應(yīng)加強(qiáng)合作，包括簽訂長(zhǎng)期供貨協(xié)議和投資擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目。

 04  隨著汽車電動(dòng)化、智能化的發(fā)展，車載模擬芯片的需求越來越大，哪些品類模擬器件將得到更好的發(fā)展？

那些能夠提高能源效率、增強(qiáng)安全性能、支持先進(jìn)通信技術(shù)和提升駕駛體驗(yàn)的模擬芯片品類將在汽車電動(dòng)化、智能化的浪潮中得到更多的關(guān)注和發(fā)展機(jī)會(huì)。電動(dòng)汽車對(duì)高效、可靠的電源管理需求極高，包括主驅(qū)逆變器、車載充電器（OBC）、DC-DC轉(zhuǎn)換器等。這些系統(tǒng)都需要高性能的電源管理芯片來優(yōu)化能源使用、延長(zhǎng)電池壽命并確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電動(dòng)車的電動(dòng)機(jī)控制需要高效的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，以實(shí)現(xiàn)精確的速度控制、扭矩管理和能效優(yōu)化。

自動(dòng)駕駛和先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）依賴于智能感知方案，如CMOS成像、超聲波和深度感知等傳感器融合算法能夠探測(cè)到更多關(guān)鍵細(xì)節(jié)信息，幫助駕乘人員迅速作出反應(yīng)，安全性大大提升。在汽車信息娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)中，信號(hào)鏈器件如運(yùn)算放大器、比較器、數(shù)據(jù)鎖存器等對(duì)于信號(hào)處理和系統(tǒng)性能至關(guān)重要。

為了確保汽車電子系統(tǒng)的安全和可靠性，過壓保護(hù)、過流保護(hù)以及電氣隔離器件的需求也將增長(zhǎng)。精確的溫度和電流檢測(cè)對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)和防止過熱、過載等故障也非常重要。安森美深耕汽車領(lǐng)域二十余年，擁有上述所有品類的高性能AEC認(rèn)證產(chǎn)品組合，推動(dòng)汽車電氣化、智能化進(jìn)程。

安森美2024年戰(zhàn)略規(guī)劃與布局

在2024年，安森美將會(huì)繼續(xù)深耕智能電源和智能感知技術(shù)，通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級(jí)來提高在電動(dòng)汽車、自動(dòng)駕駛、充電樁、光伏儲(chǔ)能、工業(yè)自動(dòng)化等關(guān)鍵市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，并繼續(xù)執(zhí)行收入增長(zhǎng)戰(zhàn)略，以新品發(fā)售、增量利潤投入碳化硅(SiC)增產(chǎn)等方式，努力實(shí)現(xiàn)高于半導(dǎo)體市場(chǎng)預(yù)期的年復(fù)合增長(zhǎng)率，加強(qiáng)碳排放管理和可持續(xù)發(fā)展實(shí)踐，推動(dòng)業(yè)務(wù)流程的深度去碳化。

安森美也會(huì)繼續(xù)加強(qiáng)和合作伙伴的戰(zhàn)略合作關(guān)系，通過簽署長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議確保穩(wěn)定可靠的供應(yīng)，并通過和客戶共建聯(lián)合技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室來推動(dòng)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。此外，隨著技術(shù)和環(huán)保法規(guī)的不斷更新，安森美會(huì)持續(xù)關(guān)注，從而開發(fā)符合新標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和方案，同時(shí)靈活應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化，保持市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

安森美致力于為新能源汽車市場(chǎng)提供全面的解決方案，從核心的電驅(qū)系統(tǒng)到智能化的感知和連接技術(shù)，以支持汽車電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢(shì)。

以下是安森美在汽車領(lǐng)域一些關(guān)鍵的產(chǎn)品和解決方案：

※ SiC方案

SiC MOSFET和SiC二極管能夠提高系統(tǒng)的能效、減小尺寸和重量，從而提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和性能。安森美的SiC工藝平臺(tái)已從M1的Square Cell結(jié)構(gòu)、M2的Hex-cell迭代到M3的strip-cell，在導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗、反向恢復(fù)損耗以及短路時(shí)間等關(guān)鍵性能指標(biāo)上均為業(yè)界領(lǐng)先水平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的成本。我們也提供優(yōu)化的柵極驅(qū)動(dòng)方案，以更高效可靠地驅(qū)動(dòng)SiC。此外，我們的Elite Power Simulator在線仿真工具和PLECS模型自助生成工具針對(duì)EliteSiC系列及應(yīng)用，使工程師在開發(fā)周期的早期階段，通過對(duì)復(fù)雜電力電子應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真，獲得有價(jià)值的參考信息，適用于軟/硬開關(guān)應(yīng)用、邊界建模和自定義寄生環(huán)境，為電力電子工程師節(jié)省時(shí)間和成本。

※ 功率模塊及先進(jìn)封裝

安森美持續(xù)開發(fā)先進(jìn)的封裝技術(shù)，如銀燒結(jié)、壓鑄模雙面水冷等實(shí)現(xiàn)高效率、高功率密度的功率模塊 (包括硅基模塊和SiC模塊)，用于車載充電器(OBC)、主驅(qū)、DC-DC轉(zhuǎn)換器等，優(yōu)化能源使用，延長(zhǎng)電池壽命，并確保車輛電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。創(chuàng)新的Top Cool MOSFET將散熱焊盤移至頂部，這樣散熱器可以直接焊接到器件上，不僅改善了 MOSFET 的散熱，還可以在 PCB 的下側(cè)布置元件，從而提高功率密度并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

※ 智能感知技術(shù)

安森美提供各種傳感器解決方案，包括圖像傳感器、超聲波傳感器等，通過在高動(dòng)態(tài)范圍、信噪比、微光性能、低功耗、小尺寸等方面進(jìn)行創(chuàng)新，推進(jìn)先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛，提高行車安全。如Hyperlux系列圖像傳感器具備領(lǐng)先行業(yè)的150 dB超高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）和減少LED閃爍（LFM）功能，且功耗超低，尺寸小，助力汽車制造商打造更準(zhǔn)確、更智能的決策系統(tǒng)，這是實(shí)現(xiàn)全自主駕駛的關(guān)鍵一環(huán)。

※ 連接和車載網(wǎng)絡(luò)

高速數(shù)據(jù)傳輸和通信技術(shù)，支持車載以太網(wǎng)和其他車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋 LIN、CAN 和 FlexRay等主要技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)部及與外部環(huán)境的高效通信。針對(duì)區(qū)域控制架構(gòu)趨勢(shì)，安森美正大力開發(fā) 10BASE-T1S 以太網(wǎng)技術(shù)。

※ LED照明

安森美為汽車內(nèi)外照明提供高亮度、低功耗的LED解決方案，包括前大燈、尾燈、內(nèi)飾燈等，以提升能見度、設(shè)計(jì)靈活性和節(jié)能效果。

※ 車身和舒適性系統(tǒng)

安森美提供電源和控制解決方案用于車窗、座椅、空調(diào)、雨刷等車身電子設(shè)備，以提升駕乘舒適性和便利性。

※ 電動(dòng)汽車充電樁

安森美為電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施提供高效的電源轉(zhuǎn)換和管理技術(shù)，以支持快速、安全的電動(dòng)車充電。