安森美碳化硅技術(shù)專(zhuān)家“把脈”汽車(chē)產(chǎn)業(yè)2024年新風(fēng)向

回首2023年，盡管全球供應鏈面臨多重挑戰，但我們看到了不少閃光點(diǎn)，比如AIGC的熱潮、汽車(chē)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(zhuān)家牛嘉浩先生為大家帶來(lái)了他對過(guò)去一年的經(jīng)驗總結和對新一年的展望期盼。

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中的困難與挑戰

在過(guò)去一年中，汽車(chē)芯片短缺、全球供應鏈的復雜性和不確定性及市場(chǎng)需求的變化，可能是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈最為棘手的難題，汽車(chē)制造商需要不斷調整生產(chǎn)和采購策略以應對潛在的風(fēng)險和瓶頸。隨著(zhù)更多傳統車(chē)企和新興造車(chē)勢力進(jìn)入新能源汽車(chē)市場(chǎng)，競爭壓力加大，汽車(chē)制造商需要不斷提升技術(shù)創(chuàng )新力以保持競爭優(yōu)勢。同時(shí)，行業(yè)需要適應不斷更新的技術(shù)標準和法規，這要求企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)和認證等方面進(jìn)行持續投資和調整。

車(chē)規級碳化硅（SiC）功率器件的大規模應用是目前汽車(chē)行業(yè)最火熱的話(huà)題之一，也是安森美在過(guò)去一年里努力發(fā)展的重要方向。無(wú)論是在低壓400V平臺，還是在高壓800V平臺，碳化硅器件都能為電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)顯著(zhù)的效率提升。碳化硅器件可以工作在更高的結溫，具有更快的開(kāi)關(guān)速度和耐壓能力，這些特性對芯片設計、驅動(dòng)優(yōu)化、電路保護、模塊封裝以及系統集成都提出了特別的挑戰。此外，應用碳化硅材料的終端產(chǎn)品在長(cháng)期可靠性方面的評估和認證仍然具有相當的技術(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，除了在芯片設計環(huán)節秉持質(zhì)量驅動(dòng)的理念之外，在生產(chǎn)制造的環(huán)節中構建了完整的、豐富的持續性監控，反饋和提升體系。安森美同時(shí)參與了許多車(chē)規級碳化硅功率器件/模塊的認證標準研究工作，另外，特別應對碳化硅功率器件在汽車(chē)應用環(huán)境中的復雜工況和應力，安森美也與國內外車(chē)企展開(kāi)了深入的合作和技術(shù)討論，共同加速推動(dòng)碳化硅大規模上車(chē)的市場(chǎng)趨勢。

新年展望：未來(lái)發(fā)展預測

在2024年的開(kāi)端，我們挑選了大家普遍比較關(guān)心的幾個(gè)問(wèn)題，就這些問(wèn)題對汽車(chē)領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展做出了展望和預測。

 01  800V高壓快充平臺的普及，將對車(chē)載功率器件帶來(lái)哪些影響？

在800V母線(xiàn)電壓的充電設施和電驅系統中，SiC功率器件必不可少。SiC比Si器件具有更強的耐壓能力，隨著(zhù)母線(xiàn)電壓的提升，它的低導通阻抗和高速開(kāi)關(guān)特性也更能發(fā)揮優(yōu)勢?；?EliteSiC的方案與Si IGBT方案相比，系統尺寸更小，功率密度更大，整體效率更高。

盡管SiC MOSFET相對于Si IGBT在性能上更加優(yōu)越，但是Si IGBT目前來(lái)看仍然具有相當的成本優(yōu)勢，在800V的系統里也將占據一席之地。短時(shí)間內，以高壓雙電驅?xiě)脼槔?，?huì )存在SiC MOSFET和Si IGBT“高低搭配”的情景。

 02  針對車(chē)載功率器件，IDM模式更好，還是Fabless模式更優(yōu)？能否預計2024年的產(chǎn)能供應情況？

IDM模式的優(yōu)點(diǎn)在于從設計、制造到封測全過(guò)程的垂直整合，能夠更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期和供應鏈，這對于對可靠性要求極高的汽車(chē)半導體行業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的。然而，IDM模式需要巨大的資本投入來(lái)建設和維護晶圓廠(chǎng)，技術(shù)更新和產(chǎn)能擴展的靈活性相對較低。

Fabless模式則專(zhuān)注于芯片設計，將生產(chǎn)、封裝和測試等環(huán)節外包給專(zhuān)業(yè)的代工廠(chǎng)，這樣可以降低初始投資和運營(yíng)成本，同時(shí)利用代工廠(chǎng)的先進(jìn)工藝和技術(shù)快速響應市場(chǎng)變化。但是，這種模式下的公司對供應鏈的控制力較弱，可能面臨供應穩定性和質(zhì)量控制的挑戰。

安森美整體的制造戰略是Fab-Right，這可以?xún)?yōu)化資產(chǎn)足跡以提高效率和一流投資資本回報率 (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(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展，對車(chē)載功率器件的需求持續增長(cháng)，這可能會(huì )推動(dòng)更多的產(chǎn)能擴張。

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

車(chē)載應用是SiC市場(chǎng)的重要驅動(dòng)力，尤其是電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的普及，預計2024年車(chē)載SiC市場(chǎng)將繼續保持強勁的增長(cháng)態(tài)勢，向 200mm SiC 晶圓的發(fā)展將加快電氣化進(jìn)程，促進(jìn)規模經(jīng)濟，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(chē)載應用中的更廣泛采用。隨著(zhù)汽車(chē)制造商對更高能效和續航能力的追求，會(huì )有更多搭載800V平臺的車(chē)型發(fā)布，對SiC功率器件的需求會(huì )進(jìn)一步增加。為了確保供應穩定性和應對潛在的供應鏈風(fēng)險，汽車(chē)制造商和SiC供應商應加強合作，包括簽訂長(cháng)期供貨協(xié)議和投資擴產(chǎn)項目。

 04  隨著(zhù)汽車(chē)電動(dòng)化、智能化的發(fā)展，車(chē)載模擬芯片的需求越來(lái)越大，哪些品類(lèi)模擬器件將得到更好的發(fā)展？

那些能夠提高能源效率、增強安全性能、支持先進(jìn)通信技術(shù)和提升駕駛體驗的模擬芯片品類(lèi)將在汽車(chē)電動(dòng)化、智能化的浪潮中得到更多的關(guān)注和發(fā)展機會(huì )。電動(dòng)汽車(chē)對高效、可靠的電源管理需求極高，包括主驅逆變器、車(chē)載充電器（OBC）、DC-DC轉換器等。這些系統都需要高性能的電源管理芯片來(lái)優(yōu)化能源使用、延長(cháng)電池壽命并確保系統的穩定性。電動(dòng)車(chē)的電動(dòng)機控制需要高效的電機驅動(dòng)芯片，以實(shí)現精確的速度控制、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（ADAS）依賴(lài)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到更多關(guān)鍵細節信息，幫助駕乘人員迅速作出反應，安全性大大提升。在汽車(chē)信息娛樂(lè )系統、車(chē)載通信系統以及安全系統中，信號鏈器件如運算放大器、比較器、數據鎖存器等對于信號處理和系統性能至關(guān)重要。

為了確保汽車(chē)電子系統的安全和可靠性，過(guò)壓保護、過(guò)流保護以及電氣隔離器件的需求也將增長(cháng)。精確的溫度和電流檢測對于監控系統狀態(tài)和防止過(guò)熱、過(guò)載等故障也非常重要。安森美深耕汽車(chē)領(lǐng)域二十余年，擁有上述所有品類(lèi)的高性能AEC認證產(chǎn)品組合，推動(dòng)汽車(chē)電氣化、智能化進(jìn)程。

安森美2024年戰略規劃與布局

在2024年，安森美將會(huì )繼續深耕智能電源和智能感知技術(shù)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)品升級來(lái)提高在電動(dòng)汽車(chē)、自動(dòng)駕駛、充電樁、光伏儲能、工業(yè)自動(dòng)化等關(guān)鍵市場(chǎng)的競爭力，并繼續執行收入增長(cháng)戰略，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)現高于半導體市場(chǎng)預期的年復合增長(cháng)率，加強碳排放管理和可持續發(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 )繼續加強和合作伙伴的戰略合作關(guān)系，通過(guò)簽署長(cháng)期供應協(xié)議確保穩定可靠的供應，并通過(guò)和客戶(hù)共建聯(lián)合技術(shù)應用實(shí)驗室來(lái)推動(dòng)創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)升級。此外，隨著(zhù)技術(shù)和環(huán)保法規的不斷更新，安森美會(huì )持續關(guān)注，從而開(kāi)發(fā)符合新標準的產(chǎn)品和方案，同時(shí)靈活應對市場(chǎng)需求的變化，保持市場(chǎng)競爭力。

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

以下是安森美在汽車(chē)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的能效、減小尺寸和重量，從而提升電動(dòng)汽車(chē)的續航里程和性能。安森美的SiC工藝平臺已從M1的Square Cell結構、M2的Hex-cell迭代到M3的strip-cell，在導通電阻、開(kāi)關(guān)損耗、反向恢復損耗以及短路時(shí)間等關(guān)鍵性能指標上均為業(yè)界領(lǐng)先水平，同時(shí)實(shí)現最優(yōu)的成本。我們也提供優(yōu)化的柵極驅動(dòng)方案，以更高效可靠地驅動(dòng)SiC。此外，我們的Elite Power Simulator在線(xiàn)仿真工具和PLECS模型自助生成工具針對EliteSiC系列及應用，使工程師在開(kāi)發(fā)周期的早期階段，通過(guò)對復雜電力電子應用進(jìn)行系統級仿真，獲得有價(jià)值的參考信息，適用于軟/硬開(kāi)關(guān)應用、邊界建模和自定義寄生環(huán)境，為電力電子工程師節省時(shí)間和成本。

※ 功率模塊及先進(jìn)封裝

安森美持續開(kāi)發(fā)先進(jìn)的封裝技術(shù)，如銀燒結、壓鑄模雙面水冷等實(shí)現高效率、高功率密度的功率模塊 (包括硅基模塊和SiC模塊)，用于車(chē)載充電器(OBC)、主驅、DC-DC轉換器等，優(yōu)化能源使用，延長(cháng)電池壽命，并確保車(chē)輛電氣系統的穩定運行。創(chuàng )新的Top Cool MOSFET將散熱焊盤(pán)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 的下側布置元件，從而提高功率密度并簡(jiǎn)化設計。

※ 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(guò)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（ADAS）和更高級別的自動(dòng)駕駛，提高行車(chē)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(chē)制造商打造更準確、更智能的決策系統，這是實(shí)現全自主駕駛的關(guān)鍵一環(huán)。

※ 連接和車(chē)載網(wǎng)絡(luò )

高速數據傳輸和通信技術(shù)，支持車(chē)載以太網(wǎng)和其他車(chē)載網(wǎng)絡(luò )標準，涵蓋 LIN、CAN 和 FlexRay等主要技術(shù)，以實(shí)現車(chē)輛內部及與外部環(huán)境的高效通信。針對區域控制架構趨勢，安森美正大力開(kāi)發(fā) 10BASE-T1S 以太網(wǎng)技術(shù)。

※ LED照明

安森美為汽車(chē)內外照明提供高亮度、低功耗的LED解決方案，包括前大燈、尾燈、內飾燈等，以提升能見(jiàn)度、設計靈活性和節能效果。

※ 車(chē)身和舒適性系統

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

※ 電動(dòng)汽車(chē)充電樁

安森美為電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施提供高效的電源轉換和管理技術(shù)，以支持快速、安全的電動(dòng)車(chē)充電。