汽车电子行业对半导体行业提出了怎样的要求?

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近年来,随着汽车电子的不断发展,汽车电子对半导体行业的依赖是越来越大,从车载娱乐到电动汽车的电机驱动,甚至是小到车灯LED的驱动,都离不开半导体行业的支持,下面我们来谈谈具体的哪些应用会涉及到半导体行业。我们以罗姆半导体为例,来看看半导体行业与汽车行业到底有哪些千丝万缕的关系。
      
罗姆半导体(ROHM)是一家具有50年历史的日本厂商。它拥有从晶体材料生产到晶圆加工再到器件组装的全流程半导体技术,是一家所谓的垂直整合制造商。十年以前,ROHM以消费类电子市场为主要标的,而现在,罗姆的业务重点正在向车载市场和工业设备市场转移,目标是在2020年这两部分业务达到公司总体业务的一半。
      
 据介绍,ROHM在汽车市场的努力体现在环境、安全和舒适三个汽车行业发展趋势上,包括汽车的电动化、LED车灯、ADAS及自动驾驶,以及车载信息娱乐系统等方面。ROHM的车载产品主要有以下这些类别:
 
车载娱乐信息系统
 
支持功能安全的LCD面板芯片组。用于液晶仪表盘和后视镜。ROHM的液晶仪表盘技术能够在出现异常的情况下显示基本行驶信息,从而保证行车安全。
 
与SoC制造商合作开发的PMIC。ROHM与英特尔和瑞萨合作开发了电源管理芯片,为英特尔的Atom E600系列芯片组和瑞萨的Gen.3 H3平台开发电源,节省了用户的研发时间。
 
 
高级驾驶辅助系统(ADAS)
 
ROHM用于ADAS的产品包括声呐用信号处理IC、摄像头电源IC和毫米波雷达电源IC,以及传感器用MOSFET。
 
车身控制模块
 
ROHM的车身控制产品有多功能LED控制器IC+IPD,以及车内通信IC。ROHM的LED控制技术的亮点是,在发现对面来车时自动关闭本车的LED远光灯,从而保证双方的行驶安全。
 
面向新能源汽车的动力传动:SiC技术
 
ROHM的SiC器件是重点。赵争鸣教授介绍说,与属于弱电的电子科学相比,电力电子科学的发展程度还相当低,理论上相当不完备,很多情况下还要依赖经验来摸索前进。
 
目前市场上的功率器件还是以半导体材料为基础,其中硅材料是主流。近年来,新的功率半导体材料受到重视,其中以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)最受瞩目。
 
赵争鸣教授介绍说,与硅材料相比,SiC材料有着显著的优势:击穿场强是硅的10倍,相同耐压下具有更低的通态电阻,相同耐压下具有更快的开关速度,禁带宽度是硅的3倍,热传导率是硅的3倍,而且可以提供更高的电流密度,可以在高温下运行。当然,SiC材料也有些不利的特性,例如硬度太高,不易加工。此外,SiC器件的效能与驱动、控制、冷却、结构、无源元件等存在紧密的关系,限制了SiC器件的潜力。
 
水原德健先生介绍说,与传统的硅材料相比,SiC材料能够以更高的频率运行,能承受更高的电压,器件的输出功率得以大幅提高。如下图所示,基于SiC材料的MOSFET和IGBT具有高频率和高功率的特性。
 
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图1:各种功率器件的定位
 
 
更高的开关频率所带来的好处是,外围的无源器件尺寸得以大幅缩小,这样就降低了供电系统的尺寸和成本。更高的转化效率对散热的要求更低,能耐受更高的工作温度使得SiC器件更适合恶劣环境下的车载应用。
      
ROHM的SiC器件主要应用在新能源汽车的三个部分:车载电池充电器、牵引逆变器和降压转换器。自2010年开始,ROHM已经陆续量产了基于SiC材料的SBD、DMOS、功率模块和Trench-MOS。据介绍,ROHM的SiC器件工艺不断改善,各项性能较竞品更优。例如,其第三代SiC MOSFET采用了双沟槽结构,该结构可缓解Gate Trench底部电场集中,确保产品的长期可靠性并实现量产。
 
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图2:第三代SiC MOSFET采用双沟槽结构
 
总结
 
作为一家以提供高质量、高精度器件为宗旨的半导体厂商,ROHM的业务重心正在向车载应用倾斜,基于SiC材料的功率器件是提升ROHM车载应用的重点技术,该技术将有助于减轻电动汽车重量并延长行驶距离,除了SiC这个主力军,ROHM还有很多助力车载电子的产品,在未来,汽车电子是一个非常大的市场,提前的部署能让Rohm占得先机,在汽车电子市场上有一席立足之地。
 
 
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