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中國鐵合金網與國際冶金資源工業協會將于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，
共話行業熱點，共謀發展合作，誠邀您的蒞臨！敬請咨詢：annkang@ferro-alloys.com
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中國鐵合金網：
近年來,隨著汽車電子電器系統向高度集成化、智能化的方向快速發展,行業正步入一個更高效、更節能、更智能的新紀元。然而,在這一進程中,汽車電驅系統和功率器件的創新之路卻并非一帆風順。研發的長期高成本投入、技術標準的相對滯后,以及產業鏈內部的競爭與合作難題,都是當前汽車芯片企業亟待解決的重要挑戰。
SiC 技術崛起，驅動電驅系統革新
在2024 全球汽車芯片創新大會致詞環節,羅軍民指出,電驅系統是新能源汽車的“心臟”,而芯片則是電驅系統的“大腦”。二者的技術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,是推動整個行業發展的核心動力之一。
目前,寬禁帶半導體（第三代半導體）和相關技術的快速發展,以及與之緊密相關的先進封裝技術、高效散熱解決方案等均是電驅系統和芯片產業的主要創新成果。
據朱元介紹,碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）均是典型的寬禁帶半導體,各自具有獨特的優勢和應用領域。在一定時間內,二者將是寬禁帶半導體當中最主流的兩種形式。在他看來,前者將在800V 的高端場景廣泛應用,后者則會在 400V 以下的應用場景占據一席之地,潛力甚至超過 IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。
然而,成本問題是當下限制碳化硅技術市場廣泛應用的主要原因。據張紅玉介紹,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?這是整個行業需要共同思考的問題。據侯喜鋒介紹,國內碳化硅襯底、外延、裝備以及到器件、整車廠的產業鏈,都比較完善。但由于車規級芯片對于穩定性要求較高,目前來看,國產芯片尚不能做到對進口芯片的完全替代。而隨著國內碳化硅材料制備技術的不斷進步和規模化生產的實現,碳化硅功率器件的成本將持續降低,從而提高其市場競爭力。
據不完全統計,截止 2024 年 6 月,全球已有68 款碳化硅車型進入量產交付,國內主力品牌以比亞迪、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的大趨勢。在此過程中,碳化硅將有望成為未來的主導技術。他預計,未來 2-3 年內,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。孫炎權也提出了類似觀點。在他看來,隨著供應鏈的投資增加和產能提升,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,他還強調了碳化硅在模塊封裝方面的優勢,認為三合一、八合一等多合一的電控系統將成為標配,這將進一步推動碳化硅的應用。而隨著技術的不斷進步和成本的降低,碳化硅的應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體從材料、裝備、工藝到器件、模塊、應用的體系化布局。其目標是打造整個汽車電驅芯片與控制器穩健供應鏈。預計在 2025 年可以實現電驅芯片和控制器集群,在 2027 年爭取做到國內一流,在 2035 年做到國際一流。
技術引領，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勢,但楊恒仍強調,在推動碳化硅技術的進程中,功率器件的電路設計同樣不容忽視。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、靜態及均流特性上均滿足設計要求；其次,需采用CLAMP 等技術對電路進行專門設計,以防器件發生誤導通。這一見解在會議上引起了廣泛共鳴。張紅玉進一步強調了功率模塊發展中低雜感的重要性,并詳細闡述了如何通過層母排設計來削減正負極母排的雜散電感。她指出,層母排設計通過合理的布局與結構優化,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,對于功率模塊內部更為復雜的雜散電感問題,張紅玉建議通過優化內部結構設計及采用先進的封裝技術來尋求解決方案。
在探討技術路線時,張紅玉提到了以 IGBT 為主、碳化硅為輔的混聯形式。她認為,這種混聯方案能夠充分利用 IGBT 和碳化硅各自的優點,實現優勢互補。巨一動力在這一領域的實踐就是一個生動的例子。他們采用的碳化硅與 IGBT 混合并聯方案,在小電流時主要依賴碳化硅的高效率特性,而當電流增大至 IGBT 的拐點電流后,則轉為 IGBT與碳化硅共同導通,從而在保證效率的同時,也提升了系統的穩定性和可靠性。
朱元則從另一個角度提出了創新性的解決方案—PCB 嵌入式功率半導體技術。據介紹,通過 PCB 嵌入式功率半導體技術,可以顯著縮短元器件從碳化硅芯片到驅動芯片的距離,從而有效降低機身電感雜感。據介紹,在 PCB 嵌入式功率模塊中,由于碳化硅芯片與驅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 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℃的高溫環境下穩定工作。這一改進不僅簡化了驅動電路的設計,還提升了系統的整體性能。
“三年之后,隨著 PCB 嵌入式功率半導體技術越來越成熟,將會有很大的市場潛力。國內已經有創新的中小企業和英飛凌合作,并積累了一些知識產權,已開發出來功率模塊樣品,即將進行試驗,我相信這將顛覆傳統的功率模塊封裝技術。”朱元表示。“最終還是要融合創新,提高質量,產業發展要靠國際化,要融合創新,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。
據了解,除了碳化硅之外,IGBT、氮化鎵等新型半導體材料也面臨著諸多挑戰。例如,如何在更小的芯片尺寸下實現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。在多數與會嘉賓看來,只有從底層技術入手進行持續創新,才能不斷提升產品的性能水平并在激烈的市場競爭中脫穎而出。
協同創新，助力產業高質量發展
“供應鏈安全保障需求的日益凸顯,為國產功率模塊在汽車領域的應用提供了前所未有的機遇。在汽車電驅動系統這一復雜而精細的產業鏈中,整車企業作為引領者和推動者,其積極參與不僅為半導體企業注入了強大的信心,更為整個產業鏈的資金流動和技術研發提供了堅實的支撐。這種自上而下的合作模式,促進了產業鏈各環節之間的緊密協作,形成了良性循環,為國產功率模塊在汽車行業的廣泛應用奠定了堅實的基礎。”蔡丹丹深入剖析道。
她進一步指出,在電驅動系統的快速發展過程中,主機廠與半導體企業之間的協同合作至關重要。雙方應攜手打造自主可控的電驅動系統生態,以中國芯片、中國模塊和中國電驅動總成為核心,構建一套完整的、具有自主知識產權的產業鏈體系。這一過程中,軟硬件的深度融合是關鍵,通過技術上的聯合攻關和產品上的協同研發,共同建立健全的行業標準和驗證測試標準,確保產業鏈的高安全性、高可靠性、高適用性和高穩定性,為新能源汽車產業的持續健康發展提供有力保障。
“整零之間的協同創新不僅是技術突破的必要條件,也是市場競爭中的核心優勢,通過整車廠 -電驅系統 - 核心零部件之間的緊密合作,可以實現技術的快速迭代與系統的整體優化,提升產品的市場適應性和競爭力。”針對現階段產業協同創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,需為技術自主提供政策補貼和專項資金,同時也應發揮組織者或協調者作用,參與行業標準建設,完善共享機制和保障供應安全；其次是企業協同方面,需明確成本、成果、利益及知識產權的分配；行業組織方面,應搭建協作平臺,促進行業規范化和提升協同效率；科研機構及高校領域,需加強基礎研究,推動前沿技術與學科融合,支持技術轉化和創新創業,推進三權改革；金融資本則需要有足夠的風險投資基金去支持全生命周期的創新,在分擔風險及優化配置和體制機制設計上提供專業化的指導,推動協同化的生態建設。
為促進產業高質量發展,羅軍民同樣提出三點建議：一是必須始終堅持創新驅動。持續加大研發投入,加強核心技術攻關,推動電驅系統和芯片技術的不斷創新,為新能源汽車產業的蓬勃發展提供源源不斷的動力；二是必須加強產業鏈上下游的合作與交流,推動產、學、研、用深度融合,形成產業發展合力,共同做大協同發展的成果,提升整個產業鏈的競爭力；三是必須持續推進開放合作,加強與國際同行的交流與合作,共同推動電驅動系統和芯片產業的進步與發展。“格局有多大,世界就有多大。”羅軍民強調,全球化發展是未來趨勢,開放合作是推動產業發展的必由之路。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,共同推動汽車產業向更高水平發展。
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- [責任編輯：kangmingfei]
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