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纳微半导体:双引擎战略助力电动汽车蓬勃发展

来源:国际汽车设计及制造 发布时间:2023-03-16 2654
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作为第三代功率半导体,氮化镓和碳化硅这两个赛道得到了整个电子产业的认可。宽禁带半导体的性能优势非常明显——高频、高效,体积更小,热量更低,单位体积内输送的功率更大。
作为第三代功率半导体,氮化镓和碳化硅这两个赛道得到了整个电子产业的认可。宽禁带半导体的性能优势非常明显——高频、高效,体积更小,热量更低,单位体积内输送的功率更大。

 

数据显示,目前整个功率半导体的市场达200亿美金的规模,到2025年,这一市场规模将达400亿美金,其中GaN(氮化镓)和SiC(碳化硅)会占整个市场的80%以上。


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2021年,纳微半导体作为专注氮化镓功率芯片起家的行业领导者成功登陆纳斯达克,上市一年多之后,纳微进一步扩充业务版图收购全球碳化硅行业先驱GeneSiC,启动了GaN + SiC的双引擎新战略。今天,让我们走近以Electrify Our World™”为使命的纳微,看看其双引擎战略是在什么样的行业背景下实行,又能为电动汽车市场带来哪些助力

 

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找到双引擎战略的支点

 

纳微半导体副总裁兼中国区总经理查莹杰介绍,目前功率半导体的应用主要分成3个大的区域,80V650V的应用主要还是以GaN为主,市场规模约70亿美金。650V6500V以上的应用的是SiC。原本纳微专攻GaN相关的解决方案,收购GeneSiC以后,在双引擎战略的引导下,拥有超过50款以上的碳化硅MOSFETs以及100款左右的碳化硅二极管等各种产品。

 

GaNSiC可以共存的市场,应用场景有数据中心、电动车等,这也是纳微双引擎战略的支点。我们在建立全球应用团队的时候把GaNSiC分开来谈,但后来发现不同功率等级、不同电压等级的技术可以完美融合,混合型设计给客户带来了重要的启发。查莹杰说道,第三代半导体的性能对于前两代是降维性的打击,难度主要在成本方面。纳微针对GaNSiC系统做的设计可以帮助客户解决系统成本问题。

 

ST、安森美、英飞凌等主要的SiC器件厂商都是从IDM起步,目前市场上IDMSiC的主要形式。纳微作为一个Fabless(无晶圆厂)公司,是如何面对来自IDM的竞争的呢?从结果导向来看,纳微的交期、成本、产品性能都极具竞争力。纳微看到了更灵活、更具竞争力的模式:目前纳微的GaN产品制造依托于台积电,良率和性能都有保证;SiC的部分主要与X-fab合作,良率达到90%以上。

 

从产能的扩张来看,GaN比SiC来说更简单,耗时耗能的部分在GaN的外延部分,相对容易解决;SiC制造的瓶颈在衬底,不仅涉及到材料的生长,还有切割工艺。查莹杰表示,纳微和上游的材料厂都建立了深度的合作,提高了灵活性。在衬底和外延部分,纳微与12家以上的伙伴合作,保证了产能和交付方面的竞争力。


发力电动汽车高压变换单元

 

2022年全球电动汽车的销售约为700万辆,预计到2027年市场规模在1600万辆左右,年增长率在3040%。对于国内市场来说,到2027年,中国乘用车市场有70%将会电气化,其中30%以上的市场份额将被电动汽车所占据。

 

在这一趋势下,新能源汽车上的电机驱动器、车载充电机、DC-DC变换器以及高压分配电单元4个比较大的高压变换单元发展迅速。

 

纳微半导体新能源汽车应用中心总监孙浩以车载充电机为例进行了介绍:无论是在中国还是海外市场,未来的整车电池包将用于储能系统,整车将被视为一个移动的储能单元,双向OBC是必然趋势。为了顺应这个趋势,车载电源的设计需要在功率密度、生产制造性、高可靠性与低成本之间权衡。但是对于电源来说,功率密度不像是传统的IC设计轻易遵循着摩尔定律,如果想要把东西做得更小、更轻,面临着更多的技术挑战。GaNSiC这类宽禁带器件是实现这一技术关键的突破点,而GaNSiC的混合设计,在未来也是一个很主要的趋势。

 

根据Yole数据显示,第三代半导体材料的渗透率2023年将接近5%,目前在推广和应用上有哪些难点呢?纳微半导体高级技术营销经理祝锦表示,第三代半导体相对于传统的硅级半导体来讲,推广应用最大的难点就是驱动。

 

纳微的GaNFast产品将DriveGaN做了一个集成,在芯片内部内置了一个驱动,并且可以让工程师在外部做简单的dV/dt的控制,提供了相应的2000V ESD 耐受能力,解决了驱动的问题。

 

和传统的IGBT主驱比,SiC因为它的高温特性,可以为主驱带来更多的效率,来帮助系统改善续航里程,在电动汽车、新能源、轨道交通、太阳能、电网等都有非常好的应用场景。纳微的GeneSiC系列可以支持从10kW200kW的不同主驱应用,GeneSiC品牌下面的SiC功率器件,是世界上仅有的两家可以做到6500V的厂商。

 

GeneSiC的产品是沟槽辅助平面型结构,栅级还是平面型的,但是结合了平面和沟槽共同的优点,成本不会增加,生产的效率和良率比较高,每片晶圆的一致性也比较高。我们有自己独有的IP和专利,使碳化硅的特性达到最优,这也是产品最核心的地方。祝锦说道,与传统的竞争对手相比,GeneSiC器件的高温表现和损耗表现明显更优异。我们希望通过GeneSiC导入,改善电动汽车的续航里程、降低损耗。

 

据悉,GeneSiC的产品已经服务了超过50%的北美充电桩客户,同时在路虎、奔驰以及国内的比亚迪和吉利等品牌的电动汽车都有合作。截止到20225月份,纳微的GaNFast芯片已经出货超过7000万颗,GeneSiC产品已经发货超过800万颗,出货量排在全球前8位。

 

我们希望第三代功率半导体有更多的应用,目前主要专注在大功率应用以及新能源车领域,希望未来能够推动电动汽车和纳微半导体的共同发展。孙浩总结道。


来源:荣格-《国际汽车设计及制造》

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