電源技術大車拼
汽車功率半導體市場近來熱鬧滾滾。拜汽車電氣化、智慧化發展所賜,車用功率元件需求水漲船高;加上中美貿易戰開啟汽車供應鏈新機會,吸引半導體廠爭相競逐圈地,其中又以MOSFET、SiC的市場戰況最為激烈,組織重整、新產品研發、產能擴充等布局消息頻傳。
另一方面,車內搭載的電子系統越來越多,傳統引擎車的電力系統已漸漸難以應付,使得汽車電源設計開始進入48V電源系統的新架構。48V系統藉由將車電系統的電壓提高,來降低電力損耗及廢熱,同時提升安全性,可應用在內燃機汽車、油電混合車與電動車。不過,48V降壓到5V,降幅更大,如何縮小轉換損失,成為接下來新興電源設計的發展重點。
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機會只留給準備好的人
除了市場需求的自然演進外,法令規範有時也會成為科技創新擴散的重要推手。在9月才剛落幕的德國法蘭克福車展上,眾多汽車品牌紛紛推出電動車新品,甚至宣布將停止研發採用內燃機引擎的新車款,原因就在歐盟日益嚴格的排放標準。歐盟從2020年起將實施更嚴苛的排放標準,逾九成新車的二氧化碳排放量都必須從目前的每公里平均120.5克減少到95克;到了2021年,所有新車都須符合這項規定。由於搭載內燃機引擎的汽車,很難滿足日益嚴格的環保法規要求,因此車廠全面放棄引擎車,只是時間早晚的問題。
另一方面,由於汽車搭載的電子系統數量越來越多,要實現自動駕駛功能,更必須直接在車輛上安裝具有強大運算效能的車載電腦,這使得電動車成為更直接的解答。在傳統的汽車動力總成系統中,汽車上各種電子配備所需要的電力是由車載發電機提供,而車載發電機則是由引擎帶動。隨著車載電子系統的電力需求增加,與其再用這種疊床架屋的設計架構,不如直接用電池為電子系統供電。
在簡化汽車動力系統設計與法規要求的一拉一推之下,對車廠來說,走向電動車已經是很明顯的趨勢。而隨著車廠在電動車上的投資力道不斷增加,汽車產業對功率半導體元件的需求也跟著水漲船高,且隨著功率需求高低不同,最適合的解決方案也不一樣。對功率需求最大的馬達驅動來說,絕緣閘雙極電晶體(IGBT)是目前最主流的選擇,至於碳化矽(SiC)則還在起步階段;至於功率需求較低的子系統,如先進駕駛輔助系統(ADAS)、車載電腦等,在可預見的未來,都還會是MOSFET的天下。
換言之,對功率元件業者來說,汽車應用是個人人有機會分食的市場大餅,但機會永遠只留給準備好的人。汽車應用對晶片可靠度的要求極為嚴格,必須能承受長時間且劇烈的溫度循環。在今年的SEMICON Taiwan期間,就有一線封測大廠分享車規晶片模組的測試條件跟合格門檻,能熬得過這種測試折磨的晶片,在設計跟量產上都有其過人之處。
另一方面,由於汽車的設計週期長、產品生命週期也長,元件供應商先熬過Tier 1業者長達兩到三年觀察期後,還得等待兩到三年的設計導入期,才能盼到搭載自家產品的新車進入量產。但這不是故事的結束,汽車量產後,元件供應商還得保證產品持續供應至少五到十年,才有可能做到車廠或Tier 1的生意。換言之,對元件廠商來說,一款產品從研發到停產,至少要走過十個年頭。這對公司的產品線管理跟經營能力,都是很大的考驗。
面對龐大的汽車電子商機,您準備好了嗎?
特別收錄 / 編輯的話:機會只留給準備好的人
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