
中國鐵合金網(wǎng)與國際冶金資源工業(yè)協(xié)會將于2025年3月2日-4日在廈門舉辦第21屆中國鐵合金國際會議,
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中國鐵合金網(wǎng):
近年來,隨著汽車電子電器系統(tǒng)向高度集成化、智能化的方向快速發(fā)展,行業(yè)正步入一個更高效、更節(jié)能、更智能的新紀(jì)元。然而,在這一進程中,汽車電驅(qū)系統(tǒng)和功率器件的創(chuàng)新之路卻并非一帆風(fēng)順。研發(fā)的長期高成本投入、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的相對滯后,以及產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部的競爭與合作難題,都是當(dāng)前汽車芯片企業(yè)亟待解決的重要挑戰(zhàn)。
SiC 技術(shù)崛起,驅(qū)動電驅(qū)系統(tǒng)革新
在2024 全球汽車芯片創(chuàng)新大會致詞環(huán)節(jié),羅軍民指出,電驅(qū)系統(tǒng)是新能源汽車的“心臟”,而芯片則是電驅(qū)系統(tǒng)的“大腦”。二者的技術(shù)進步和性能提升將直接影響到新能源汽車的性能、效率和用戶體驗,是推動整個行業(yè)發(fā)展的核心動力之一。
目前,寬禁帶半導(dǎo)體(第三代半導(dǎo)體)和相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展,以及與之緊密相關(guān)的先進封裝技術(shù)、高效散熱解決方案等均是電驅(qū)系統(tǒng)和芯片產(chǎn)業(yè)的主要創(chuàng)新成果。
據(jù)朱元介紹,碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)均是典型的寬禁帶半導(dǎo)體,各自具有獨特的優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域。在一定時間內(nèi),二者將是寬禁帶半導(dǎo)體當(dāng)中最主流的兩種形式。在他看來,前者將在800V 的高端場景廣泛應(yīng)用,后者則會在 400V 以下的應(yīng)用場景占據(jù)一席之地,潛力甚至超過 IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。
然而,成本問題是當(dāng)下限制碳化硅技術(shù)市場廣泛應(yīng)用的主要原因。據(jù)張紅玉介紹,由于損耗低、能效高在 2024 年底,碳化硅在新能源汽車中的滲透率翻倍增長,但是其價格卻是硅基 IGBT 的 2-3倍,如果是進口,價格還會跟高。怎樣才能把碳化硅的成本降下來?這是整個行業(yè)需要共同思考的問題。據(jù)侯喜鋒介紹,國內(nèi)碳化硅襯底、外延、裝備以及到器件、整車廠的產(chǎn)業(yè)鏈,都比較完善。但由于車規(guī)級芯片對于穩(wěn)定性要求較高,目前來看,國產(chǎn)芯片尚不能做到對進口芯片的完全替代。而隨著國內(nèi)碳化硅材料制備技術(shù)的不斷進步和規(guī);a(chǎn)的實現(xiàn),碳化硅功率器件的成本將持續(xù)降低,從而提高其市場競爭力。
據(jù)不完全統(tǒng)計,截止 2024 年 6 月,全球已有68 款碳化硅車型進入量產(chǎn)交付,國內(nèi)主力品牌以比亞迪、吉利、蔚來、小鵬、鴻蒙智行、小米等為主,埃安、智己等車型 24 年迅速起量。2024 年 1-10 月,國內(nèi)碳化硅車型銷量已達 178 萬輛,遠超 2023 年全年水平。
楊恒在會上研判,隨著新能源汽車的普及,高壓化將成為未來新能源車三電系統(tǒng)的大趨勢。在此過程中,碳化硅將有望成為未來的主導(dǎo)技術(shù)。他預(yù)計,未來 2-3 年內(nèi),碳化硅器件的成本將大幅度下降,這將顯著提升其在高壓平臺的市場滲透率。孫炎權(quán)也提出了類似觀點。在他看來,隨著供應(yīng)鏈的投資增加和產(chǎn)能提升,碳化硅的成本將進一步降低,這將是未來碳化硅市場的一個重要增長點。此外,他還強調(diào)了碳化硅在模塊封裝方面的優(yōu)勢,認為三合一、八合一等多合一的電控系統(tǒng)將成為標(biāo)配,這將進一步推動碳化硅的應(yīng)用。而隨著技術(shù)的不斷進步和成本的降低,碳化硅的應(yīng)用范圍也會逐步從高端車型向中低端車型滲透。
胡波則在會上介紹了中國電科近年來在汽車芯片領(lǐng)域取得的一系列成就。他表示目前 , 中國電科已完成第三代半導(dǎo)體從材料、裝備、工藝到器件、模塊、應(yīng)用的體系化布局。其目標(biāo)是打造整個汽車電驅(qū)芯片與控制器穩(wěn)健供應(yīng)鏈。預(yù)計在 2025 年可以實現(xiàn)電驅(qū)芯片和控制器集群,在 2027 年爭取做到國內(nèi)一流,在 2035 年做到國際一流。
技術(shù)引領(lǐng),推動功率器件性能提升
盡管碳化硅器件具有顯著的性能優(yōu)勢,但楊恒仍強調(diào),在推動碳化硅技術(shù)的進程中,功率器件的電路設(shè)計同樣不容忽視。他特別指出兩點:首先,需盡量減少雜散電感,以確保器件在動態(tài)、靜態(tài)及均流特性上均滿足設(shè)計要求;其次,需采用CLAMP 等技術(shù)對電路進行專門設(shè)計,以防器件發(fā)生誤導(dǎo)通。這一見解在會議上引起了廣泛共鳴。張紅玉進一步強調(diào)了功率模塊發(fā)展中低雜感的重要性,并詳細闡述了如何通過層母排設(shè)計來削減正負極母排的雜散電感。她指出,層母排設(shè)計通過合理的布局與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,能夠在很大程度上降低電感值,從而提升功率模塊的整體性能。同時,對于功率模塊內(nèi)部更為復(fù)雜的雜散電感問題,張紅玉建議通過優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計及采用先進的封裝技術(shù)來尋求解決方案。
在探討技術(shù)路線時,張紅玉提到了以 IGBT 為主、碳化硅為輔的混聯(lián)形式。她認為,這種混聯(lián)方案能夠充分利用 IGBT 和碳化硅各自的優(yōu)點,實現(xiàn)優(yōu)勢互補。巨一動力在這一領(lǐng)域的實踐就是一個生動的例子。他們采用的碳化硅與 IGBT 混合并聯(lián)方案,在小電流時主要依賴碳化硅的高效率特性,而當(dāng)電流增大至 IGBT 的拐點電流后,則轉(zhuǎn)為 IGBT與碳化硅共同導(dǎo)通,從而在保證效率的同時,也提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
朱元則從另一個角度提出了創(chuàng)新性的解決方案—PCB 嵌入式功率半導(dǎo)體技術(shù)。據(jù)介紹,通過 PCB 嵌入式功率半導(dǎo)體技術(shù),可以顯著縮短元器件從碳化硅芯片到驅(qū)動芯片的距離,從而有效降低機身電感雜感。據(jù)介紹,在 PCB 嵌入式功率模塊中,由于碳化硅芯片與驅(qū)動芯片之間的距離被大幅縮短,功率換流回路的雜感被降低至 1nH,遠低于傳統(tǒng) HPD 封裝的雜感水平。此外,這種特殊的 PCB 電路板能夠承受高達 300℃的高溫,使得碳化硅芯片能在 180——200℃的高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作。這一改進不僅簡化了驅(qū)動電路的設(shè)計,還提升了系統(tǒng)的整體性能。
“三年之后,隨著 PCB 嵌入式功率半導(dǎo)體技術(shù)越來越成熟,將會有很大的市場潛力。國內(nèi)已經(jīng)有創(chuàng)新的中小企業(yè)和英飛凌合作,并積累了一些知識產(chǎn)權(quán),已開發(fā)出來功率模塊樣品,即將進行試驗,我相信這將顛覆傳統(tǒng)的功率模塊封裝技術(shù)。”朱元表示。“最終還是要融合創(chuàng)新,提高質(zhì)量,產(chǎn)業(yè)發(fā)展要靠國際化,要融合創(chuàng)新,無論誰制裁誰,這都不是理想方式。只有合作,這個事情才能做得更好。”侯喜鋒如是說。
據(jù)了解,除了碳化硅之外,IGBT、氮化鎵等新型半導(dǎo)體材料也面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如,如何在更小的芯片尺寸下實現(xiàn)更大的功率輸出以及如何在性能與成本之間找到最佳平衡點,這實際上是所有廠商都需要深入思考的問題。在多數(shù)與會嘉賓看來,只有從底層技術(shù)入手進行持續(xù)創(chuàng)新,才能不斷提升產(chǎn)品的性能水平并在激烈的市場競爭中脫穎而出。
協(xié)同創(chuàng)新,助力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
“供應(yīng)鏈安全保障需求的日益凸顯,為國產(chǎn)功率模塊在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用提供了前所未有的機遇。在汽車電驅(qū)動系統(tǒng)這一復(fù)雜而精細的產(chǎn)業(yè)鏈中,整車企業(yè)作為引領(lǐng)者和推動者,其積極參與不僅為半導(dǎo)體企業(yè)注入了強大的信心,更為整個產(chǎn)業(yè)鏈的資金流動和技術(shù)研發(fā)提供了堅實的支撐。這種自上而下的合作模式,促進了產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間的緊密協(xié)作,形成了良性循環(huán),為國產(chǎn)功率模塊在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。”蔡丹丹深入剖析道。
她進一步指出,在電驅(qū)動系統(tǒng)的快速發(fā)展過程中,主機廠與半導(dǎo)體企業(yè)之間的協(xié)同合作至關(guān)重要。雙方應(yīng)攜手打造自主可控的電驅(qū)動系統(tǒng)生態(tài),以中國芯片、中國模塊和中國電驅(qū)動總成為核心,構(gòu)建一套完整的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)鏈體系。這一過程中,軟硬件的深度融合是關(guān)鍵,通過技術(shù)上的聯(lián)合攻關(guān)和產(chǎn)品上的協(xié)同研發(fā),共同建立健全的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和驗證測試標(biāo)準(zhǔn),確保產(chǎn)業(yè)鏈的高安全性、高可靠性、高適用性和高穩(wěn)定性,為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展提供有力保障。
“整零之間的協(xié)同創(chuàng)新不僅是技術(shù)突破的必要條件,也是市場競爭中的核心優(yōu)勢,通過整車廠 -電驅(qū)系統(tǒng) - 核心零部件之間的緊密合作,可以實現(xiàn)技術(shù)的快速迭代與系統(tǒng)的整體優(yōu)化,提升產(chǎn)品的市場適應(yīng)性和競爭力。”針對現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新存在的一系列問題,劉譽博認為需要大力推進五類主體的參與。
首先是政府方面,需為技術(shù)自主提供政策補貼和專項資金,同時也應(yīng)發(fā)揮組織者或協(xié)調(diào)者作用,參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),完善共享機制和保障供應(yīng)安全;其次是企業(yè)協(xié)同方面,需明確成本、成果、利益及知識產(chǎn)權(quán)的分配;行業(yè)組織方面,應(yīng)搭建協(xié)作平臺,促進行業(yè)規(guī)范化和提升協(xié)同效率;科研機構(gòu)及高校領(lǐng)域,需加強基礎(chǔ)研究,推動前沿技術(shù)與學(xué)科融合,支持技術(shù)轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè),推進三權(quán)改革;金融資本則需要有足夠的風(fēng)險投資基金去支持全生命周期的創(chuàng)新,在分擔(dān)風(fēng)險及優(yōu)化配置和體制機制設(shè)計上提供專業(yè)化的指導(dǎo),推動協(xié)同化的生態(tài)建設(shè)。
為促進產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,羅軍民同樣提出三點建議:一是必須始終堅持創(chuàng)新驅(qū)動。持續(xù)加大研發(fā)投入,加強核心技術(shù)攻關(guān),推動電驅(qū)系統(tǒng)和芯片技術(shù)的不斷創(chuàng)新,為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供源源不斷的動力;二是必須加強產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作與交流,推動產(chǎn)、學(xué)、研、用深度融合,形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展合力,共同做大協(xié)同發(fā)展的成果,提升整個產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力;三是必須持續(xù)推進開放合作,加強與國際同行的交流與合作,共同推動電驅(qū)動系統(tǒng)和芯片產(chǎn)業(yè)的進步與發(fā)展。“格局有多大,世界就有多大。”羅軍民強調(diào),全球化發(fā)展是未來趨勢,開放合作是推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。只有擁有全球化的視野和格局,才能集聚全球智慧,打造具有全球影響力的品牌,共同推動汽車產(chǎn)業(yè)向更高水平發(fā)展。
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