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电动汽车市场机会丨半导体衬底为汽车应用赋能

2021-03-09 来源:智车科技

半导体是汽车行业的供应链上游的上游,中间还有Tier 1,而半导体行业中还有细分,紧接Tier 1的上游是芯片设计及制造厂商(有的仅设计芯片,有的设计制造兼而有之);再往上是芯片代工厂商,为芯片设计厂商提供各种工艺来制造芯片;代工厂商还有上游,就是提供生产芯片的原材料(晶圆、衬底等)的供应商,我们现在讲的硅、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等在这一环节就已经成形了;芯片是在晶圆上切割出来片芯,再经过封装就成为了芯片,也就是集成电路(IC)。 

 

 

从单晶硅棒到衬底,再到最终应用的价值链 所以说,任何市场的创新都要依靠源头的创新。日前,设计和生产创新型半导体材料的全球头部企业Soitec公司全球战略负责人Thomas Piliszczuk、首席运营官兼全球业务部主管Bernard Aspar、Soitec中国区战略发展总监张万鹏对全球半导体市场发展进行了回顾和展望,探讨了未来包括汽车应用领域在内的发展机会。 


1、电动汽车乃未来市场机会之一

 

 

Thomas Piliszczuk Piliszczuk认为,优化衬底与电子应用(智能手机、汽车、物联网、云和基础设施等)的联系从未像现在这样紧密,正在推动5G、人工智能和能源效率在这些领域的应用。

 

他承认,目前的国际大环境非常复杂,从去年开始的疫情以及各国家和地区之间的紧张局势,包括美国、欧洲、中国之间的关系,还有近期以来产业供应链的供货短缺,汽车行业甚至出现了无芯可用的窘境。

 

尽管如此,未来十年与汽车相关的大趋势仍然没有改变,而且正在变成现实:·其一是5G,5G连接及C-V2X技术正在重新定义人们的出行体验,包括进一步强化车辆的无线连接,凭借5G毫秒级的低时延实现车内感应装置以及车载系统的高效通信,最终将实现更高安全性、更高可靠性的自动驾驶技术的落地。

 

·其二是人工智能(AI),特别是边缘AI正成为非常重要的趋势,在软件定义汽车的智能网联汽车时代,边缘计算将在自动驾驶汽车中发挥更大的作用。AI+边缘计算是正在发展的高速移动智能终端的未来趋势,有助于通过车辆传感器、摄像头、雷达等实时分析路况、行人等信息,利用深度学习算法对数据进行计算处理。

 

·其三是电动汽车,这是一个重要的垂直市场领域,更是一个重要的趋势。为了减少温室气体排放,各国政府都规定了一定的指标,需要通过汽车电气化将排放量减少到需要的水平。预期到2025年道路上将有2000万台电动汽车,充电基础设施的增长也相当可观。

 

汽车的几大趋势

 

Piliszczuk说,在汽车市场,电子系统在整车BOM中所占比例不断上升,不同代际汽车中半导体器件包括:信息娱乐(D类音频放大器、多媒体应用处理器)、连接性(ECU、收发器、前端模块、片上系统)、动力系统(栅极驱动、SiC MOSFET、动力系统、电池管理系统)、ADAS(视觉处理器、雷达、域控制器)等等。这也为Soitec的优化衬底提供了应用机遇。 

 

 

与优化衬底相关的汽车半导体器件 从2019年到2020-2022年,再到2022年及以后,汽车行业会经历三代发展,半导体器件含量将不断增加。这些增长不仅是使用衬底面积方面的增长,新的应用种类以及新的芯片种类的应用也将增加。 

 

 

汽车使用优化衬底的含量 Piliszczuk表示,推动行业把各种功能成功集成到汽车应用中的几个关键因素包括:性能、功耗、上市时间、所占面积成本。因此,整个行业面临着一些挑战,包括需要超越摩尔定律,寻找新的架构、新型材料以及新的缩减尺寸的方法,还要采用最先进的封装技术,例如提升功率密度和性能的SiC模块。他说:“优化衬底等品种丰富的新型半导体材料可以帮助行业应对上述挑战,实现汽车创新,也为我们带来了诸多机会。” 


2、优化衬底对行业创新至关重要

 

 

Bernard Aspar Bernard Aspar在分享技术和产品细节时表示,Soitec的模式是与整个生态系统进行合作,包括直接客户以及客户的客户,以便对整个产业所面临的挑战有更深刻的了解。

 

作为创新型半导体材料的设计、生产者和优化衬底的头部厂商,Soitec拥有独特的SMART CUT(智能切割)和SMART STACKING(智能堆叠)技术,为客户设计和交付创新型优化衬底解决方案,为他们的产品的赋能。

 

据介绍,Smart Cut是Soitec自主研发的技术,通过智能切割提高了材料均匀性,降低了材料的缺陷密度,并有助于高质量晶圆的循环再利用;智能堆叠是将很薄的一层或经完全CMOS处理的晶圆转移到其他晶圆上的独特工艺。这些工艺的优势在于生产出多种优化衬底,提高芯片质量、可靠性和良率,降低生产成本,可以实现快速量产。这些优化衬底产品组合既有硅基的、非硅基的,也有其它新的材料和衬底,包括压电衬底和其它化合物(如SiC和GaN)产品。

 

面向汽车领域的产品包括用于高级驾驶员辅助系统(ADAS)和多媒体、MCU、雷达传感器前端模块的FD-SOI,以及针对栅极驱动器、D类放大器、收发器、电池管理系统的Power-SOI,还有提供用于成像与传感领域的Imager-SOI。除了SOI(绝缘衬底硅)以外还有其他新的产品,比如用于滤波器应用的压电优化衬底POI,以及硅基氮化镓。

 

Bernard Aspar还说:“在全电动汽车(BEV)中,功率半导体的附加值是功率MOSFET(如SiC),在不同汽车电子要求的xEV动力总成类型中都将不断增加,尽管这些类型电动汽车的二氧化碳减排效果不一,电池类型不同,有或没有车载充电器及电力牵引。”

 

 

不同xEV动力总成中的功率半导体 他强调,电动汽车动力总成革命将带来SiC含量的大幅增长,不管是PHEV还是BEV,牵引逆变器都是应用大户。电动汽车的增长推动了对SiC衬底的更多需求,2030年的用量将达到2019年的十倍。在2020年经历了比较疲软的市场表现之后,汽车市场接下来将会迎来比较显著的增长。 

 

牵引逆变器中SiC最多 


3、中国市场将扮演关键角色

 

 

张万鹏 Soitec中国区战略发展总监张万鹏表示,中国电动汽车市场发展迅猛,很多汽车品牌都开始在电动汽车领域进行布局和投入,不断强化国内供应链能力,以便能够设计和制造电动汽车所需的所有零部件。所以,中国市场对SiC产品有着巨大的需求。

 

 

Soitec的汽车生态系统 据介绍,Soitec已在与中国多家公司进行SiC产品的评估与合作,包括器件制造商和汽车品牌厂商。他希望通过其团队的本土化持续加强对中国市场的支持能力。


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