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英飞凌高金萍:半导体助力汽车电动化

盖世直播 2020-12-07 14:58:37
核心提示:英飞凌下一代的车规级驱动芯片会在明年1季度配合碳化硅的产品面向市场。

2020年12月3-4日,由盖世汽车主办,上海市嘉定区经济委员会特别支持的“2020中国汽车动力总成电气化国际峰会”在上海汽车城瑞立隆重召开。峰会期间,英飞凌大中华区汽车电子事业部高级市场经理 高金萍发表了精彩演讲。

英飞凌高金萍:半导体助力汽车电动化

英飞凌大中华区汽车电子事业部高级市场经理 高金萍

以下为演讲实录:

尊敬的各位来宾,各位汽车界的同仁,我是高金萍,来自于英飞凌,非常荣幸收到大会的邀请,来跟大家分享英飞凌在汽车电子方面的一些想法。

我今天汇报的主题主要分为这几个方面,第一是简单跟大家介绍下我们公司;第二是针对大家比较关心的新能源功率半导体的现状以及它未来发展的趋势做一个分享;第三是关于英飞凌是如何看待第三代半导体的新技术;最后来跟大家分享我们在碳化硅上面的一些经验,以及对碳化硅的一些愿景,最后做一个简单的总结。

英飞凌是一家总部位于慕尼黑的半导体供应商,今年4月我们完成了对赛普拉斯公司的正式并购,得益于这次并购我们成功晋级了全球十大半导体厂商的行业,这次并购让我们在汽车电子、电源管理系统、驱动系统和传感系统等领域都保持了比较领先的地位。同时大家也可以看到,我们的研发人员配比大概接近20%,我们在发展策略上和技术创新上一直在做调整和创新,希望用更好的模式去服务广大的用户与客户。

英飞凌有四大业务集团,最大的是汽车电子事业部,整个营收占比超过40%,此外还有工业功率控制、电源与传感系统以及我们的安全互联系统,其实这也反映了目前我们市场的一个状况,汽车是整个国民生活非常重要的一个环节。也是在今年上半年,在完成赛普拉斯的并购之后,英飞凌已经成功跃居汽车电子半导体厂商第一位,我们在传感器件、微控制器以及储存半导体方面取得的成绩比较卓越。

得益于整个赛普拉斯的并购让我们在车身电子、车身娱乐系统以及辅助驾驶和差异化的储存单元的一些应用上能够给客户提供更好的系统、更先进的解决方案。并购之后,新英飞凌可以为我们的客户提供的一站式解决方案,主要包括了车身电子、车身娱乐、底盘及安全和ADAS,英飞凌可以提供从产品到系统一站式的解决方案。

当然今天我们关注的重点在新能源汽车这一块。在整个战略发展的过程当中,英飞凌不断创新、不断变化,包括经营理念和技术,我们唯一不变的或者说最具有竞争力的点就是我们的质量。大家都知道,汽车跟人身安全息息相关,在未来产品量产过程中,我们会采用更加全面、更加严苛的标准,尤其是功率半导体作为核心的这些器件上,我们会采用甚至高于行业的更严苛的标准,这样才能够实现我们对质量零缺陷的要求。也是得益于我们对自身的要求,我们才能够成为客户、分销商最佳信赖的合作伙伴,这是我们最希望达到的一个愿景:零缺陷。

回到今天的主题,关于新能源的介绍,新能源为什么这么热?在座的各位都是行业精英我就不赘述了,核心的一点大家都知道,全球各国都有非常严苛的二氧化碳排放需求,大家也都知道,今年是NEDC工况执行的最后一年,在明年无论是欧洲还是在中国都会有各种各样比目前的NEDC更严苛的工况应用到市场上来。这就带来了汽车电子行业的变革,从原本传统引擎式的汽车到新能源汽车,必然带来整个系统电子架构的变革,从来带来各种各样更多高压的应用。

在这里我们来分享一下,在整个新能源的应用中,哪些会用到功率半导体。我们把整个新能源汽车的一些基本应用分成两大类:第一类就是主驱,驱动马达非常关键,基本上是一些大功率的应用;第二个是跟充电相关的,包括OBC、DCDC还有辅助设备类相关的,包括高速控制压机、水泵、油泵、感应加热PTC等。今天我们关注的重点是主驱的技术优势和技术点。

很多时候大家会问,英飞凌对于硅跟碳化硅在未来的趋势是怎么看的?所以在这里也是借这个机会跟业界的同仁们做一次分享,我们认为到了2025年甚至2030年左右的时候,硅依然是市场上非常主流的技术,比如说到2025年我们认为碳化硅大概超过20%,但是因为整个新能源市场2025年要达到500万以上,其实整个新能源的趋势是在上涨的,所以我们也可以看到,硅在未来新能源领域的复合增长率还是会超过13%,那碳化硅因为整个市场的体量在不断增加,它的市场占有率也在增加,所以碳化硅的市场在未来也是非常巨大的.

具体来看,针对碳化硅技术的应用我们会分成几个点,第一个是裸片,还有单管以及模块化的封装。最右边的图也跟大家做了一下分享,大家可以看到在目前的整个市场来讲,单管的封装还是应用的比较多,其实这跟应用的领域也有关,目前主要应用的点还是在OBC或者电源领域,它的功率相对比较小,那它的整个需求单管封装会更合适。但是在未来我们认为碳化硅的模块是到2025年市场主流应用,当然这得益于碳化硅技术的一些发展,也得益于新的应用领域的拓展,比如说主驱。

谈到碳化硅或者硅的应用,我们的根源是到前道的晶圆,但如果把这个东西应用好肯定需要不同的封装形式,这里我罗列了一下英飞凌主要的封装形式都会有碳化硅的版本,可能有人会问为什么需要准备这么多的碳化硅的封装形式?一个是基于我们对整个应用领域的理解,比如说像OBC或者是PTC这种感应加热,因为它的功率比较小可能早期用单管的封装比较多一点。如果讲到主驱的应用,在2008年之前A00级的小车,它的功率是比较小的,在那个阶段大家很多从工业转变过来就用了一些单管的方案做并联,但是随着新能源的补贴包括双积分的要求,大家对功率密度和大的功率有更高的需求,这个时候还采用并联的技术方案就会有一些一致性、热均衡性的问题,所以到了更大功率的时候,模块的封装就变成了一个比较主流的方案。

大家也可以看到,从模块的角度分成半桥解决方案或者是三相全桥的解决方案,三相全槽的方案成为了市场上比较容易接受的方案。同时最右边包括半桥双面水冷的模块也是未来的趋势,因为它的散热性非常高,它的功率密度可以做到更高,这种情况下追求高功率密度的混动或者插混的车型就比较适合这种封装。我们也有一个工业领域应用非常广的封装EasyPack,这种封装有半桥和全桥的架构,可以提供更灵活的配置给到客户。

刚刚讲到了不同的应用场景可能需要不同的封装,这里也想跟大家分享一下英飞凌对于未来封装趋势的一些想法。

大家都知道,在2019年英飞凌做了一件非常重要的事情,就是我们成功把HybirdPack Drivee系列的产品推向市场,碳化硅我们在明年一季度也会全面推向市场。我想以这个例子跟大家分享或者探讨一下,英飞凌对于未来模块化封装趋势的想法。那就是产品易延展性,热性能提高,减少寄生电感以及更高的集成度。

首先,从系统平台层面来讲,我们认为易延展性非常重要,从整个器件内部或者器件厂商的角度,新能源的发展非常快,不同车型需要不同的功率等级,这个时候怎么样做一个平台化的设计就非常关键了。举个例子,如果大家在不同的功率段采用不同的技术路线,一定会带来巨大的研发投入,包括模具开发和生产工艺的管控都会有很大的成本,这是一个巨大的潜在的幕后投入。所以我们借这个例子来讲一下,平台易延展性的重要性。我们量产的硅跟碳化硅器件都会采用平台化设计的理念,这样400V、800V的系统可以实现平台化的替代。未来,我们会开发300kw的产品,可以实现整个全功率段的覆盖,是非常好的理念的设计,我们在下一代功率半导体上也会继续延用易延展性的设计,包括我们对器件内部的电感以及也在研究系统的集成度。其实英飞凌也在跟其他的合作伙伴一起探讨,将来怎么样把一些其他的器件,比如说电流传感器集成到内部,这样可以做一个系统集成化,帮客户减少安装工艺,同时更好节约空间实现高功率密度的诉求。

分享完了现在的一些主流趋势,我们回到大家比较关心的一个议题,就是第三代半导体。大家都知道从硅的发展来讲有硅级和碳化硅级以及氮化镓技术,左边这张图罗列了整个范围,右边的结论也比较清晰,硅在未来肯定是一个主流的方向,不光是它的价格原因,同时从应用领域可以看到硅可以从更低的开关频率覆盖到更高的开关频率,碳化硅它的优势主要是体现在偏中高压的应用系统,同时在高压情况下它有更好的开关频率特性。氮化镓这种技术在车用的范围覆盖比较少,它比较适合超高频、小功率的应用范围,比如说未来的5G基站这种建设,当它需要这种技术的时候这是一个比较好的应用点。

刚才也简单介绍一下,为什么碳化硅非常适合汽车电子的应用呢?汽车跟其他的应用不太一样,汽车是在一个非常狭小的环境下,非常高温高湿的应用特性,在未来这种应用特性有高功率密度、更高集成度的需求,所以这个非常符合碳化硅作为第三代半导体的特性,比如说它可以让整个系统更小,达到更高的功率密度,同时他的耐高温特性,比较适合车载高温环境。所以刚刚我们介绍的主驱OBC、DCDC的辅驱应用刚好是在(图中)紫色的碳化硅可以覆盖的应用领域,所以它先天性的特性,恰好可以用在这个功率段,助力新能源汽车主流发展技术的应用。

从目前的市场来讲,碳化硅非常适合新能源电源领域的应用,OBC、DCDC它更高的开关频率可以让系统的磁应元件、无感元件做得非常好,同时因为它非常好的传导性会让成本降下来,碳化硅本身会带来系统成本综合的提升。

下面我们稍微讲得细一点,现在我们可以看到无论是国内还是国际的一些车厂开始有了高压化到800v平台的规划,本身这个比较适合碳化硅,在高压化或者低压化的应用场景下,碳化硅由于它更小的开关通道的损耗可以使我们在相同电池装配的情况下续航里程得到很大的提升。

英飞凌有跟其他的车厂,包括我们自己做了一些仿真,跟大家做一个分享。如果是在800v电池系统下,英飞凌认为碳化硅产品可以在相同的电池装配下提升大约7%-10%的续航里程。7%是基于工况的仿真,这个也跟欧洲的车厂进行了联合测试,实测的结果也确实达到了7%,我们预计未来下一代碳化硅的技术可以达到10%左右。同时上面那幅图也跟大家展现了为什么说50度电是比较好的点,大家都知道现在续航里程对补贴和积分非常重要,如果大家都达到了50度电或者是更多的续航里程的时候,如果相同的续航里程电池的装配是不是可以少一点?大家都知道电池作为整个新能源汽车里面核心的成本构成,甚至一半以上的成本来自于电池,那这个时候如果我们在800v的系统下节省7%,大概节省五六度电的样子,那这个经济效益非常可观。

碳化硅的另外一个好处是整个功率可以做到更高、更极致,整体来讲碳化硅核心的优势还是在于能够对元件的节省和散热成本的节省,最终达到综合的系统层面的节省。所以这个也是借此机会跟大家分享一下我们怎么看硅跟碳化硅未来的配置,当然这个也是我们内部的预测,包括跟一些车厂有一些交流。

目前可以看到的是,在一些纯电动车型上尤其是高性能或者高端车型上,一般大家的配置是在主驱上面配碳化硅,这是由于碳化硅自身的特性,它在一些小电流和城市工况下能够达到更好的节约,一般大家会在前驱配一个IGBT来实现更好的加速性能;同时在一些小功率的或者是A级以下的车型上,可能未来前驱后驱都配上硅的方案是比较主流的,另外PHEV或者插混的车型更加关注的点是在更高功率密度,当然有些应用上会采用一些DCDC升压的单元。

所以最后来跟大家做一下分享,英飞凌在碳化硅上的一些想法和我们的一些愿景。在碳化硅的整个历史上,英飞凌已经累积了超过28年的时间,我们早期也是攻克了一些难关,同时我们也是慢慢从在工业和消费类电子上积累的经验用到我们的汽车上来。大家都知道,汽车是一个更高质量、更高可靠性、涉及人身安全的应用,所以这个我们会比较谨慎一点,也就是说累计了大概20年之后我们在18年开始正式把我们的汽车产品逐步推向市场,在2019年我们量产了单管和二极管这些产品,同时在今年我们成功推出了我们的碳化硅产品,明年一季度我们六合一的碳化硅模块会全面推向市场。

也是得益于我们超过20年的经验积累,我们总结了一下碳化硅想要得到更好成功的4个要素:第一个就是回归到本源去讲这个基材,大家知道硅跟碳化硅是不一样的,硅采用的是快速拉伸法,它可以长得非常快,碳化硅是慢慢生长的模式,另外大家也知道目前英飞凌已经全面在12寸的产线上去做一个大规模的量产,可能你切出来400多颗裸片,但碳化硅目前主流的工艺还是4寸到6寸的转换,在6寸的产线上可能只能切100多片,并且这涉及到产能的问题,另外一个点碳化硅本身的材质是非常脆、非常硬的,它的切割怎么样能够切得更薄、损耗更少,这是碳化硅未来面临的非常大的问题,这是它自身的材料带来的。英飞凌会采用更多的供应商来保障我们供应链的安全,我们在2018年收购了一家做切割技术的公司,如果是5厘米的金柱采用传统的切割方法只能切50片出来,我们采用了切割的技术之后可以切100片甚至130片的晶片,这样可以在产能上有很大的解决。

讲完了本质我们讲它的技术,当我们把裸片变成我们所需要的部分之后,这个时候英飞凌是坚持走我们的沟道槽技术,因为我们认为只有这样才能实现在不降低可靠性的情况下,达到一个性能的优化。第三个大家都知道,好的技术离不开好的封装,各种各样的封装会是成功的关键。最后碳化硅的来临还是要看整个系统的配套,从控制器的角度来讲,因为这对我们的MCU提出的挑战非常大,这个时候系统层面的提升也是碳化硅能够成功的一个关键要素。

在这个地方我们简单做一个小广告,我们下一代的硅跟碳化硅兼容的驱动芯片也会在明年一季度配合我们的碳化硅模块,全面面向市场。碳化硅本身的特性很多时候大家都只关心左边的这个静态跟动态的表现,通常工程师在选型就看这边这些是不是有很好的表现,其实右边的可靠性也是非常关键的,一般碳化硅的可靠性是碳化硅的难点,还有就是短路时间,英飞凌是唯一一家可以做到短路时间非常短的公司,还有一些细节就不讲了,这个里面传达的理念就是说当我们选型的时候我们两边都是很看重的,需要平衡考量的。

最后就是广告环节了,我们碳化硅TO-247系列的产品今年都会面向市场,今年9月份,8毫欧的EasyPack封装也取得了比较好的应用,包括DCDC的应用,未来也会有11毫欧和22毫欧的产品面向市场。碳化硅的发展离不开产业的配合,英飞凌下一代的车规级驱动芯片会在明年1季度配合碳化硅的产品面向市场,大家可以看到我们做了一个非常小而巧并且实现硅跟碳化硅兼容的方案。

最后做一个简单的总结,无论是节能汽车48vHEV还是PHEV或者是BEV,我们都有系统化的解决方案来服务大家。英飞凌作为底层供应商希望跟在座的同仁们一起合作,为汽车的电动化共建美好的明天,谢谢大家!

本文地址:https://auto.gasgoo.com/news/202012/7I70232830C103.shtml

文章标签: 电池 英飞凌
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