智驾网 2024-07-10 13:33
回顾 TMC 2024:谈新能源汽车及功率半导体协同创新
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新能源汽车的发展首先推动了功率半导体市场快速增长,在6年前汽车主驱功率半导体的市场几乎完全被Si基器件IGBT占领,但是随着第三代半导体材料的进一步发展与成熟,SiC凭借宽禁带、导热率以及耐高温等性能优势开始进入车规级的功率半导体应用。

7月4日,由中国汽车工程学会主办,中汽翰思管理咨询协办的第十六届汽车动力系统技术年会(TMC2024)在青岛圆满召开。


在7月4日的车规级功率半导体专家闭门会中,多位专家和业内人士对行业发展、市场现状做出了深刻洞察的分享见解。



当下,新能源汽车的发展首先推动了功率半导体市场快速增长,在6年前汽车主驱功率半导体的市场几乎完全被Si基器件IGBT占领,但是随着第三代半导体材料的进一步发展与成熟,SiC凭借宽禁带、导热率以及耐高温等性能优势开始进入车规级的功率半导体应用。 


其中具有代表性的是2018年特斯拉首次将SiC材料的芯片应用在它的主销车型Model 3的电驱逆变器中,之后随着比亚迪以及造车新势力蔚小理的加入,SiC车型的渗透率开始逐步提高。根据行家说《2023碳化硅(SiC)产业调研白皮书》,2020年仅有个位数的SiC车型销售,而到了2023年,仅当年发布的SiC车型就达到45款左右。再到2024年,SiC器件凭借在新能源电驱中无可比拟的长续航与快速充电的优势,SiC车型几乎进入了每一家主流汽车厂家,得到了大规模的应用。小米汽车SU7双电机版采用的SiC芯片总量预计达到了112颗,主驱48颗,辅驱36颗;凭借小米的流量效应,SiC器件将成为未来新能源汽车旗舰车型的必然选择。 


在本届动力系统技术年会的5个平行论坛中,车规级功率半导体论坛虽起步晚但却是其中发展最快的论坛。整个上下游的核心整车企业、OEM、动力系统、部件甚至是材料,在整个学术探讨的生态已经非常丰富。技术探讨的问题甚至已经超过了行业技术战略、技术政策、技术路线图的声音。


他们都说了什么?


首先,电能高密度转换全国重点实验室主任、华中科技大学教授康勇就车规级功率半导体产业痛点及对策展开了分享:


宽禁带半导体在国外实验室阶段做了二三十年才开始走向产业,0到1的技术主要是国外解决的。但在国内继续走下去还是有领导意义的。比如今天大家很关注的封装,从技术上看,再过十年也许没有封装,从芯片直接到电驱。这些在国内外学术界都有人探讨,国内这样意义的领导技术目前关注的少,但是我认为也需要产业的关注。因为产业如果不关注这些事情,等到技术成熟应用之后再用,可能会永远落后在后面。


第二点,我们国内擅长的就是在工业技术成熟以后把它放大从1做到100。首先,我们有海量的工程师。在90年代以前,我们国内电力电子的工程师,每年个位数、几十个,大量的都被头部企业一包,其他企业就没有人了。但是,经过一二十年,现在大学里面批量生产硕士、博士,每个企业都有足够的工程师,我们就可以在全球业界迭代的速度就比别人快很多。


但是,宽禁带半导体集成、封装功率半导体这个领域,大家普遍感受到没有这么多学生,如果想发挥我们1到100的优势,我还是希望在座的业界跟大学多做合作,探索性的东西起码可以放在学校。设计类的可能不行,研制类的还行,探索类的可以先放在学校。那些研究生探索完了,三五年之后进入工业界,刚好就是探索性的可以进入研制性的了。

    

第二个问题,信息半导体的集成度,大家能够直观感受到它的集成度不停提升,所以它的产品形态不停变化。功率半导体从规级时代算起到现在,我们的功率密度相当于它的集成度,我们的功率密度是在提升,但是速度慢多了,所以我们的产品形态也慢多了,迭代的速度慢多了。但是,我们现在的碳化硅出来之后,相对于硅的时代,会不会功率密度提升的速度大幅加快同时,产品迭代的速度会不会大幅加快?其实都是有可能的。


因为目前整个功率器件里面,无论是分率器件还是模块,碳化硅芯片还是占主要的部分,无论是成本还是性能,碳化硅都是整个产品的核心。


功率半导体:国产替代迎黄金机遇| 信息化观察网- 引领行业变革


因此扬杰科技产品经理杨程对整个碳化硅的技术、碳化硅迭代和国内外的差距表达了几点看法:


第一点,以平面栅的技术来看,并不是落后于国外。最新一代技术几乎是2023年发布,做到2.8到3以上,国内已经可以做到3以下。所以平面栅的技术,目前国内的差距比较小。沟槽栅比较大,英飞凌那边在2016年就把沟槽栅做出来了,我们到了今年还没有量产的市场上广泛应用的沟槽栅器件,大家都把器件做出来了,但是没有把可靠性问题解决好,所以沟槽栅器件国产的比国外还落后不少,所以这个差距是存在的。


那如何怎么弥补或者减少这种差距?


杨程谈到:“因为我最近两年跑市场,我从市场联动的角度讲一讲,首先,所有的研发立项都是市场驱动的,尤其是企业为主,没有市场,即便看到行业趋势也不敢投资这个立项。不管是那个系列的模块,碳化硅的是怎么来的呢?主要是老的车企,想用碳化硅,直接把里面的芯片换成碳化硅的芯片。这个产品就是这么来的,如果不是英飞凌这样的头部企业来看,二三线的国内品牌很难接触到中端客户有这样研发要求的,所以市场驱动导致技术迭代。”


另外,只有用量起来以后,技术才能上升。


杨程表示:以平面栅为例,ST最近几年发生了反超,为什么反超呢?因为2018年特斯拉和ST合作,只有大批量生产芯片和销售,研发速度和迭代速度才能根据客户的需求更快迭代。

 

所以,整个所有技术迭代的逻辑,刚才讲了两点:一个是大规模销售,要有客户驱动。第二个是跟客户生成式绑定,客户需要的时候第一个想到你,让你第一个接触这个项目,让你去立项。


 基于这两点,未来国产的方向除了车以外的充电桩行业、光伏行业,不管是碳化硅的二极管还是其他,都有大批量的合作。从我们看到的现象,非车以外的行业,很多芯片迭代已经基于这些行业的应用和需求,是比国外还要快的。


杨程举了个例子,充电模块方面,不管是二极管还是其他都是超过国外的,大部分以国产应用为主。所以很多主流充电模块的厂商,提出下一代产品需求时,是先找国内的厂商进行下一代产品的诉求。比如其他行业没有的,它们要求400V,有的从二级拓扑改成一级拓扑,有新的器件要求,这些是向国内厂商提的。所以从这个方面来看,下一步匹配行业模块的产品,可以对国外的产品产生一些反超和优势。从充电模块来看电驱行业,实际客户用了国产芯片,迭代速度就会快。

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