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聚焦智能电源及智能感知,安森美在汽车上的野心有多大?

据第三方市调机构预测,到2028年,全球每卖出的100辆汽车中,将有超过一半的电动汽车,当然这其中包括了纯电动汽车、插电式电动汽车以及混动汽车等。随着电动汽车占比日益增加,半导体企业在汽车市场嗅到了巨大的商机。作为垂直行业媒体从业者,《国际电子商情》记者在近年来的业内发布会、展会中,看到半导体厂商纷纷聚焦汽车电子应用,而安森美正是其中的代表企业之一。

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2021年8月上旬,安森美半导体更名为安森美,并同步启用新的LOGO。在更名之后的多个场合中,安森美CEO Hassane El-Khoury都强调说,此次更名标志着公司集中精力发展智能电源和智能感知技术,以此来支持汽车和工业领域的高增长。cJMesmc

紧接着,在今年8月下旬,安森美宣布收购碳化硅(SiC)晶圆供应商GT Advanced Technologies(GTAT)。SiC是第三代半导体的关键材料,它可以显著提高电动车、电动车充电和能源基础设施的系统效率。该公司的一系列加码布局,正好印证了安森美CEO强调的更聚焦汽车领域的说法。 cJMesmc

在近日的安森美汽车方案媒体交流会上,安森美中国区应用工程总监吴志民向《国际电子商情》记者在内的媒体,进一步介绍了安森美在汽车领域的创新方案。cJMesmc

在汽车领域有多项技术和产品

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“工业和汽车都是增长较快的应用,这也是为什么安森美会提出智能电源和智能感知技术的原因。”吴志民说,“目前,安森美汽车业务占比约为33%,该数字会随着汽车应用占半导体总应用的份额越来越高,预估我们的汽车业务占比将会持续增加。”cJMesmc

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经过多年的发展,安森美在汽车领域已经有多项技术和产品。在智能感知方面,有适用于图像传感器、超声波传感器的专用芯片以及激光雷达产品;在汽车智能电源方面,有可用于电动/混动汽车(EV/HEV)的SiC及IGBT功率模块,还有用于汽车CPU、LED照明和车身电子的电源管理等产品。cJMesmc

吴志民围绕安森美在电动汽车和先进安全的应用为例:首先,许多电动汽车上的主驱采用IGBT模块,而碳化硅技术可提供更可靠、更高效的主驱。一般车厂会生产不同功率段的电动汽车,包括150 kW、300 kW等,采用碳化硅技术的主驱便于后续做扩充。对此安森美正加大对碳化硅领域的投资。其次,安全性方面,安森美的传感器可应用在智能驾驶或先进驾驶辅助系统(ADAS)上;而电源相关产品有符合最高等级的产品来配合,其中智能感知和智能电源的安全性能可做到ASIL D;在图像传感器方面,已经有车型采用安森美传感器产品,其分辨率能达人眼的100倍。cJMesmc

针对SiC应用,安森美可提供从衬底、外延到晶圆设计/制造等一条龙服务,能提供裸片、元器件、模块等工业器件,为全球客户提供技术和应用支持。吴志民介绍说:“为了增强碳化硅的供应能力,我们完成了对碳化硅晶锭公司GTAT的收购。GTAT有很强的晶体生长技术,此前该公司就已经与安森美有多年合作。此次主要是保证晶锭的供应,目前市场上并无太多碳化硅晶锭供应商。同时,我们也与OSP签订了针对晶锭供应的长期合作。”cJMesmc

针对碳化硅,安森美在开发阶段就把汽车应用置于重要位置,在可靠性上投入了很多精力。“我们在验证碳化硅技术时,除了AECQ或模块是AQG3标准验证之外,其他方面也做了很多额外验证,其中包括静态、动态、门极验证。对比友商的同类产品,我们验证得出的数据变化最低,我们对碳化硅产品的可靠性非常有信心。”cJMesmc

安森美汽车主驱模块封装类别

无论是SiC MOSFET还是SiC二极管,现在的技术都已发展到第二代,相比上一代在功率损耗方面有所缓解。安森美不但有纯碳化硅产品,而且也有应用在工业领域的IGBT、碳化硅混合模块,这些模块采用行业标准的封装和引脚,具备易于安装的特点。cJMesmc

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无论采用IGBT材料还是碳化硅材料,安森美都能提供直接冷却的凝胶模块,这种模块诞生的时间比较早,业界很多厂家都在使用该类模块。安森美也推出间接冷却的塑封模块,它采用半桥整流结构,合在一起可做整个器械驱动。吴志民透露说:“未来安森美会重点聚焦于塑封压铸模块,也可以做直接水冷。压铸模块较之凝胶模块,前者的功率密度可更高,杂散电感可更低。这类模块也更适合碳化硅应用,尤其是碳化硅器件而言,它可接受的工作温度更高,达到200℃甚至以上。在同样系统成本的情况下,压铸模块潜力更大,具备差异化特点,基于以上特征,安森美正与车厂讨论推出特别制造的主驱模块。”cJMesmc

冷却塑封模块的特性,除了较低的杂散电感、功率密度之外,在扩展性方面也相对更好,比如可用3个半桥的模块来实现150 kW功率,也可把两个这样的模块合在一起来实现300 kW功率。这种总计6个半桥模块的整合,所占用的空间与3个板桥模块没有太大的差异。还需注意,在双面冷却的模块里,其中的IGBT是一个智能芯片,内置了两个传感器——一个是温度传感器,比市场上很多的NTC检测温度更精准;另一个是电流检测传感器,可带来更快的反应时间,更全面的系统保护能力。cJMesmc

谈到主驱模块封装技术的发展,安森美以双面间接水冷的主驱模块为主,后续将会推出直接水冷的模块,预计到2023年会双面直接水冷模块,2024年进一步优化水冷的效果。这些封装技术的一步步升级,是为了把器件的热阻做到更低,这是安森美确定的方向和计划。cJMesmc

另外,在车规器件这个大类别中,有很多不同的分立器件以及一些功率较小的汽车功率模块,它们主要应用在车载充电(OBC)、DC-DC、电动助力转向系统(EPS)上。cJMesmc

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与电动车相关的工业应用包括了充电站,充电站上有PFC、AC-DC、DC-DC相关的芯片和方案。吴志民说,安森美在充电站方面经验丰富。“我们有一个专家团队,很早之前就已经在开发相关应用,现在可以为客户提供热和电仿真模型。这些应用很多会涉及到碳化硅技术,辅以其他模拟IC、辅助电源、感知保护,专家团队能做出很好的设计。”cJMesmc

安森美智能感知产品介绍

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一提到安森美的智能感知产品,就不得不提图像传感器。近几年来,安森美通过收购不同的公司,获取了超过2300个专利,在微透镜和CFA方面都有自己的工厂,并计划会更多地使用自有芯片。cJMesmc

在图像传感器封装方面,有iBGA、CSP等封装方式,来满足客户的不同需求。此外,也有IVEC产品——把传感器和镜头组合在一起,做成尺寸非常小的产品。cJMesmc

在光学、图像信号处理(ISP)上,安森美可为客户提供系统上的帮助。比如,针对图像传感器,客户通常会特别关注高动态范围(HDR)。安森美采用超级曝光技术,配合均匀的像素架构,可提供优秀的HDR性能,抑制LED的闪烁。“我们用同一像素平台衍生的多分辨率系列产品,可减少算法训练成本。我们有超过15年的汽车成像经验,有超过4亿颗汽车传感器被应用于汽车中,足以验证我们车规图像传感器的高可靠性。”吴志民自豪地说。cJMesmc

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大家还发现,摄像头在汽车中的应用越来越多。无论是前端感知、场景感知、环视,还是组合应用,比如带DVR或AR、盲区AD摄像头+环视等应用,这些细分功能都依靠摄像头来实现。除了摄像头数量更多以外,本身单个摄像头的像素也越来越高,从以前的100万/200万像素,增加到现在的800万像素,这些趋势在汽车领域都更明显。cJMesmc

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另外,在智能座舱中,为了让司机集中精神驾驶,即便是晚上,座舱内基本都不会开灯。在这种应用场景中,RGB-IR图像传感器就有较大的使用空间,它能做到较好的近红外感应度的图像传感器(或IVEC产品),有助于摄像头外形尺寸小型化。cJMesmc

摄像头数量越多代表安森美的机会越多。图像传感器像素的增加,有助于缩短人工智能的培训时间及上市周期,比如安森美图像传感器可为通用的29 X 29尺寸高分辨率参考设计摄像头缩短产品设计时间。而在IVEC中,图像传感器和镜头放在一起的模式,能带来无需过多调试的优势,比较方便客户采购并节省时间。cJMesmc

当然,要保持芯片的品质,需把像素做得更小,但像素过小会影响到低照度效果,所以其中要有一个取舍。随着摄像头的应用越来越多,ADAS的成本会往增长,而具体会上涨到什么程度,要看整体市场的反应。cJMesmc

如何保证智能感知产品的安全性?

随着摄像头与5G、云端接在一起,大家会担心黑客篡改图像的问题。这在自动驾驶汽车行驶中非常关键。安森美是网络安全标准ISO21434工作组的成员,可提供用于图像传感器的网络安全方案,针对传感器进行身份验证、篡改检测以及视频数据加密。cJMesmc

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激光雷达(LiDAR)也是智能感知的重要领域,许多具备ADAS或自动驾驶功能的汽车,需要配置精确度更高的激光雷达。现在很多激光雷达产品采用适用雪崩光电二极管(APD)的元件,而安森美所提供的是硅光电倍增管(SIPM)效果更好的元件。与APD 相比,SIPM有更好的一致性,支持150m单拍检测距离,300m的多拍检测距离。“SIPM产品的光子探测效率(PDE)表现优异,其单光子探测能力可让系统监测到300米范围内的距离,此外还能辨别见度低的物体,在烟雾环境中有较好的表现。该探测器技术可用于单像素、线阵或面阵传感器。”cJMesmc

另一个智能感知产品是超声波专用芯片。它的动态增益和回声检测,能区分静止的物体、人和宠物。实际上,每一颗传感器都具备差异性,在安森美专用芯片可增强传感器的不同特性,经过一段时间的应用可发掘其特性,提高整个方案的安全性。吴志民解释说:“我们的这个芯片支持不同的调制技术,如振幅调制、二进制相移健控(BPSK)、频率啁啾声等,我们在下一代产品中可增加更好的诊断方法。”cJMesmc

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针对ADAS和自动驾驶,很多客户的应用会往L1- L5的方向走,这代表其中所需的处理器功能越来越强,相应的所需的电流要求也会更大。在以上方面,安森美有很多电源方案,其中包括了提供大电流的电源,可根据客户要求,配合ASIL-B到ASIL-D不同的安全等级水平;控制方法较好的控制过冲和下冲。一般来说,要抑制过冲或下冲,会释放很多的电源,安森美的技术具备PCB和成本方面的优势。cJMesmc

安森美在超声波停车辅助IC市场的排名是No.1,因此被选用在Minerva平台上。同时,安森美在X By Wire(线传控制)上的应用领域也表现出色。随着很多汽车从传统机械控制变成电子控制,它们就会用到很多线传控制,目前安森美已交付了10亿用于X By Wire应用的电感式位置传感器。cJMesmc

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在驱动和先进安全方面,在传统的内燃机车中,如果它没有ADAS功能或者仅达到L1的水平,单辆汽车中只有50美金的机会;而在48V的微型混动中,其ADAS达到L2或L2+以上,单辆汽车大概有280美金的机会;自动驾驶水平达L4、L5的xEV,单量汽车将有1600美金机会,以上正是安森美的增长动力和商机所在。“即将步入2022年,越来越多电动车及配L2+自动驾驶,现在的机会大概在715美金左右。”cJMesmc

小结

在汽车领域中,碳化硅让电动汽车重量更轻、续航能力更远。安森美凭借的不同感知技术,助力提升汽车的安全性和出行体验。可以预测到,未来几年内,安森美将在智能电源和智能感知方面做更大的投入,优化智能感知还有智能电源上的产品。cJMesmc

原创
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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