2022年11月8日至10日，由中国汽车工业协会主办的第十二届中国汽车论坛在上海嘉定举行作为党的二十大后汽车行业的首次盛会，本届论坛以凝心聚力，蓄势待发为主题，设置了一场闭门峰会 一场会议论坛 16场主题论坛以汽车产业高质量发展为主线，与行业精英一起落实新精神，研判新形势，共商新举措其中，湖南三安半导体碳化硅应用专家石洪亮在11月9日下午举行的主题论坛三:汽车与芯片的融合发展上做了精彩演讲
以下为现场演讲实录:
各位下午好我上一个压力很大该吃晚饭了，所以我会加快速度
今天我的主要话题是:湖南三安半导体，作为宽带隙设计制造的厂商，刚才sebastian mueller先生谈到了新能源汽车的机会我想谈谈同样的机会今天，我将更多地谈论挑战
我的报告主要分为以下四个部分第一部分很快就过去了，就不再说了我将重点介绍第二和第三部分，第四部分与大家分享
第一部分:
大家可以看到，新能源市场发展非常快，预计2030年中国将成为全球最大的市场。
这是对市场渗透率的预测大家对这个市场的预测都是一样的，包括代工，芯片，自动驾驶同时他们的心理预期也是一样的，所以这部分更快
在这一部分，我想重点介绍宽带隙器件的优势我想你听过很多这样的故事，也就是sic器件给系统带来的好处这部分塞巴斯蒂安·穆勒已经讲过了碳化硅和氮化镓等宽带隙器件在该器件中应用最为广泛氮化镓主要用于obc和dc—dc，湖南三安半导体也在制造氮化镓功率器件有人说碳化硅的电驱动不够吸引人可以用氮化镓做牵引电传动吗所以功率密度更高我的回答是，近十年甚至更久都不太可能，因为氮化镓主要是低压器件虽然高压应用可以通过多电平实现，但氮化镓器件最大的问题是没有短路能力，这使得氮化镓几乎不可能用作牵引电驱动所以今天，我主要关注碳化硅功率器件
这部分是国外宽带隙半导体厂商，各大电动车厂商，零部件供应商，各大研究机构的合作关系图可见他们与各大汽车巨头的合作，包括大众，三菱，特斯拉，沃尔沃等等，都是非常紧密的我们可以看到当前电气化时代最大的变化是什么我想说，博世作为传统汽车时代的汽车零部件供应商巨头是非常成功的，但在电动化的现在和未来，它可能会面临巨大的挑战现在我跟他们几乎所有主机厂的老板和技术人员聊的时候，他们都说:我们不可能像以前的内燃机车时代那样，买一个配件就能开发出最适合这个车型的牵引电驱动，或者我买一个功率半导体一个电驱动就能得到最好的系统和用户体验为什么我们可以看到现在的oem厂商更愿意与我们的半导体厂商进行深度合作，在产品开发需求明确的时候需要他们参与很多汽车厂商都想根据自己企业的车型市场定位，用户体验，技术特点来定制动力模块，而不是直接购买足够的动力模块甚至他们参与了很多投资，直接投资碳化硅芯片设计，以及模块制造和封装企业可见国外在这一领域已经深入，国内造车的新生力量也不少
右边可以看到，我们的器件厂商和半导体厂商，比如英飞凌，博世，都和ev厂商有深度合作，不再是传统汽车时代像博世电子这样的零部件巨头给oem厂商供应零部件的原始商业模式因此，在电气化时代，宽带隙器件制造商和原始设备制造商之间的深度合作是迎来双赢的必要条件
这个图我就不细说了塞巴斯蒂安·穆勒先生已经谈到了这一点这个图的逻辑是碳化硅的特性导致了应用特性的优势最终结果:开关频率的提高导致系统尺寸的减小和功率密度的增加直接结果就是在电池组不变的前提下，续航里程增加
碳化硅和硅的主要区别是硅的开关速度很慢，开关的波形很干净不过下面这些碳化硅器件真的很好用，因为开关速度更快，所以频率可以更高可是，它也带来了许多挑战，我们需要共同努力来解决这些挑战
这些问题是主机厂非常关心的dv/dt高导致的电机绝缘怎么办如此高的开关速度将给电机的绝缘材料带来巨大的挑战，因为电压将从400伏到800伏，未来甚至会发现更高的电压如何解决电机端的绝缘，材料和局部放电，电腐蚀等问题
最后是emi问题，这也需要功率器件厂商和主机厂紧密合作，从器件端到系统应用端解决。
所以oem厂商一方面想用碳化硅，但另一方面也对这些问题有很多顾虑所以刚才sebastian mueller先生也提到了，大众是传统汽车时代特别大的公司，但是他们对碳化硅在牵引电驱动方面的应用有相当大的保留在这件事上，不同的汽车制造商对机遇和挑战有不同的理解这其中最大的原因是大家对sic功率器件在电动汽车上应用所带来的机遇和挑战的理解并不完全一致我觉得这是很正常的现象可是，从作为sic器件制造商的湖南三安半导体的角度来看，我们，我们的合作客户和我们的投资者都非常看好这个行业的长期增长虽然我们面临着许多挑战，但我们肯定会迎来更多的挑战
这是我们目前看到的，以及自己的一些思考，湖南三安半导体在做这个行业的时候总结出来的有时候和oem的领导和客户交流，他们对我们引进器件的速度，模块的封装，新产品的进度都不是很满意他们怎么认为你可以选择这么少的包和模块类型在这里，我想告诉你为什么回应客户对湖南三安的关注和期望
首先，碳化硅器件的可靠性存在一个尚未完全解决的问题，即栅级阈值电压漂移，缺乏在高压，高温等恶劣工作条件下长期运行的大量可靠性数据积累相比igbt，igbt已经非常成熟，积累了大量的运营数据igbt从晶圆，芯片，分立器件到电源模块都非常成熟，可靠性没有问题可是，在sic器件中仍然存在许多挑战
在高压设备的可靠性和高压设备的芯片和模块的封装方面仍然存在许多挑战我们三安有很多技术人才，提前布局了芯片设计研发，模块封装，器件系统应用等核心人才的团队建设湖南三安半导体长沙应用实验室围绕这些关键问题进行突破，购买专用机器，着力解决这些问题我们的长期目标是尽力提供高质量的碳化硅器件，同时希望为客户提供全方位的技术服务
碳化硅衬底目前也严重短缺，预测在未来十年甚至更长时间内可能跟不上市场快速增长的需求碳化硅确实有很多机会，但是还有很多挑战需要一起解决
gan缺陷，高晶片缺陷以及制造高压器件的许多困难可是，氮化镓在600伏特或以下的obc场有很好的应用比如安科充电器就是非常好的体验，但是快充主要集中在200瓦以下如果想用氮化镓做几十千瓦的高压电力电子转换器，还有很多挑战
我们把这些问题摆出来，希望能有机会一起解决。
将来，它应该由应用程序需求驱动只有设备制造商和汽车制造商共同合作，才能解决这个问题我们不能等别人解决了这个问题再去做这个时候已经太晚了
第三部分在电动汽车领域非常重要，关于宽禁带牵引逆变器。
牵引逆变器是车辆最重要的唯一动力，是车辆的心脏。五个方面非常重要:
1.电源组
该模块必须具有低功率损耗，低寄生电感和低热阻。
2.母线
具有低寄生电感和小回路面积的母线。
3.支持电容器
在这方面，dc链接电容器占据了非常大的体积和成本如果这个东西出了问题，整个系统就不能正常工作了
4.智能驱动
我觉得这个东西不是只有半导体厂商能做到的我想和地平线，恩智浦，新驰这样的公司合作我就重点说说这个东西，特别有意思
5.高度集成的问题
这是碳化硅汽车电驱动功率的拓扑图从原来的分立器件到后面的二合一igbt模块再到最后一个，从一个到两个再到六个越来越集成化，这和恩智浦的集成思路差不多
三安半导体的这一部分有专门的专家在研究，因为我们认为这对oem来说非常重要这些多物理场，如流场，电磁场，热场，是多物理场耦合的，这是一个很难解决的问题如何优化汇流条，使均流特性更好，器件长期运行可靠性更高这是一个巨大的挑战
这部分从这张图可以看的很清楚任何电力驱动都有一个非常大的dc环节电容器现在，一种新的技术是使用陶瓷电容，这与中心化的思路正好相反分布式多电容器并联连接以代替单个大电容器
以前大家都喜欢集中all in one，现在这个是分布式的为什么这是一个大电容器如果坏了，整个系统就完了我该怎么办目前有一些新技术，就是用pcb陶瓷电容代替薄膜电容，这样可以降低寄生电感，小的出问题，ok就是开路模式所以这也是未来技术的关键部分
我想重点说一下智能驾驶这个东西很有意思最初，功率半导体和信息处理芯片是分开的我们是功率半导体，和信息处理芯片差别很大，但是现在这个东西要集成在一起驱动电路是连接电源电路和控制电路的非常重要的部件原来传统的通断电阻是固定的在这个碳化硅的时代，我们无法发挥碳化硅器件的最大优势碳化硅的开启时间在几十到几百纳秒之间我可以通过高速氮化镓分段控制提供不同的驱动电阻，可以优化开关损耗和关断峰值电压，也可以降低系统的损耗，几乎不增加成本
这方面已经做了很多研究，这不是动力模块的核心部分。
以前我们传统的电力变流器，比如牵引电传动，都是在那里工作的至于它的健康状况，什么时候可能会坏掉，没有数据如果给我一个电池电压，我的输出就是正弦波我转动电机推动车辆前进或后退，但作为电动汽车的动力心脏，它的很多数据并没有采集，或者采集后不知道发给谁，也不知道这些数据会不会智能
如果我们的功率器件制造商与horizon或恩智浦等公司合作，我们会向您发送一些电力电子转换器的关键数据，我们会为您提供接口如果我们做智能电驱，如果能每隔一段时间就对用户电动车的动力心脏进行智能诊断，提前告知用户或车辆厂商一些风险，让电动车的动力心脏变得更加智能，这将是一个很大的进步和进步我想，对于电动车车主来说，安全需求永远是第一位的，牵引电驱安全才是车辆安全最重要的部分
比如我平时90km/h的时候，上海的气温是知道的我也知道路上的温度和电源模块的表面温度如果这个东西在正常工作状态下是健康的，比如我的体温是110度我今天只有60km/h如果此时智能驱动诊断系统发出预警信息，其中一个功率模块温度异常，经诊断，可能存在功率模块故障的问题这时候你可以提醒车子主动减速甚至停下来送去修理厂全面检查我觉得地平线可以通过他的芯片和他的感知系统做出一套算法，可以诊断出我们力量的心脏再加上电力电子判断的机制，如果我们给用户提供这样的智能驾驶，包括emi，故障诊断，温度等，其实我们不需要实时，只需要隔几天做一次诊断就可以了
我们目前做这个是超越用户需求的，他们会很高兴，主机厂也会很高兴，因为你是电动车的心脏，你没有任何诊断你的质量完全取决于它跑向哪里，你无法提前预测我觉得这是未来可以做的事情，但是需要和芯片厂商，自动驾驶厂商一起做我们将收集数据，收集后发送给谁，我们将积累这些数据，以保持电源模块和系统处于健康状态
这部分是高度集成的设计，因为电驱动是所有厂商最关心的事情为什么这么复杂主要物理场太多了，电磁场，流体，热场，传输，结构这些部分很多是耦合在一起的，不能单独考虑
所以两个三合一应该升级为六合一电源拓扑集成和控制电路集成需要芯片厂商与我们合作我们把数据变成有用的东西这个事情怎么做，以后有很大的空间和提升空间
湖南三安在这方面的布局，湖南三安总投资160亿，10个月建成投产这里的一线也诚邀您亲临湖南参观交流从这里到那里，晶体生长，外延，芯片，封装，测试都在湖南三安的完成，全长约1.2公里所以我们是全产业链的样板，二期工程预计2024年完成
碳化硅三酮在中国市场很大，目前主要供应obc和光伏领域可以看到，碳化硅二极管的国产器件发展很快，成本下降很快
这个挺有意思的湖南三安专注于功率半导体器件制造很多时候，如果我们作为一个设备制造商，不充分考虑客户的应用需求，客户是不会想用的就好像我想吃苹果，你却送我梨为了解决这个问题，湖南三安半导体的老板在尊龙凯时人生就博的人才招聘和r&d团队组建中充分考虑了这些部分第一，做半导体要有材料如果我们从材料和器件上升到系统应用，我们会有更多有经验的人来做这件事
右图，现在碳化硅模块不能成为我给你自己使用和设计的设备用户不接受这种模式我该怎么办从我们的底层材料，电路拓扑到系统性能参数，我们都会从右边开始，给你另一个起点我们充分考虑了因为我们知道自己做的设备安全工作区应该是什么范围，所以我们尽量在这个范围内把边界给你说清楚
所以我们把重点放在材料和拓扑上，包括磁芯结构的优化设计，从如何与需求和电路拓扑连接到如何在上面迭代，比如寿命模型的成本整个事情都是希望为oem定制你真正需要的东西，而不是仅仅卖给你一个设备我们希望为用户提供一套完整的尊龙凯时人生就博的解决方案
以后希望和地平线这样的公司一起做整个电驱健康管理，这样用户会很动心现在的电驱动都没有这些东西
接下来给大家看一个客户案例我们为这个客户做了一个分析后逆变器故障导致客户大量召回，他可能在行驶过程中失去动力，非常危险我们团队分析了其他器件的fa和器件的并联均流我们发现最有可能的问题是从属设备的制造长时间在高温高压应力下运行，栅氧化层会老化，阈值电压会漂移
最后，碳化硅mos反并联二极管是不稳定的，在生命周期早期的前端可能体现不出来，但是在后端体现出来就会导致振荡失效我们老板比较关注这个事情，让我们有针对性的分析
我们团队拆分下来，发现可以把问题打开，按照这个思路呈现给客户，大家一起努力找到解决问题的办法。
我们知道很多半导体公司，比如芯片在德国，封装在马来西亚，器件卖给中国一整圈下来，哪个客户应用端出了问题，不管是器件还是封装，都需要来回转圈，沟通成本非常高，导致效率低下
我们的客户也跟我们说，国外的一些供应商确实很强，但是一旦他们的产品出了问题，你让他去分析，给出一个失败的分析报告，真的太痛苦了，因为这里面涉及到很多的纠纷但是我在湖南三安，我们要一个房间解决这个问题所有负责人都在一起怎么才能解决这个问题这也是我们希望在未来解决的问题，以提高用户的极致体验
这就是我们如何解决我谈到的系统级应用方案，因此我们主要关注功率芯片，分立器件，功率模块，转换器，应用控制，原型开发和测试数据作为国产功率半导体碳化硅的生产商，我们希望用户能缩短开发时间我们帮助他们提前发现问题，在内部解决避免产品大规模召回的问题这是我们想出的一个方法，可能对未来有所帮助
谢谢大家。
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