周末和劉總等人一起找了地方喝了茶,主要聊了一些有關(guān)車載電源的發(fā)展方向,其中有一項(xiàng)內(nèi)容就是OBC和DCDC會選擇塑封的功率模塊去替代原有分立方案。換句話來說,在汽車領(lǐng)域,從逆變器到我們看到的所有高壓功率部分,模塊化的趨勢是很明顯的。根據(jù)Yole分析報(bào)告,MOSFET市場有希望在2026年達(dá)到94億美金,IGBT市場84億美金,而功率模塊封裝材料市場在2026年有望實(shí)現(xiàn)35億美元的市場。
▲圖1.功率電子和功率封裝的市場
Part 1、功率封裝
從價(jià)值區(qū)分來看,功率封裝材料的最大細(xì)分市場是基板,其次是襯底,排在后面的是襯底貼裝和芯片貼裝材料。由于需求漸長,功率器件市場的緊缺,這使得產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生了商業(yè)模式的改變和供應(yīng)鏈的重塑。
從目前來看,原有Tier 1的汽車零部件供應(yīng)商和車企OEM開始深度參與到功率模塊的設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體器件的功率模塊封裝對于系統(tǒng)廠商和汽車廠商來說,是一個(gè)往上游把控的機(jī)會,由于IGBT的功率封裝技術(shù)比較成熟,Tier1供應(yīng)商和OEM更愿意在碳化硅(SiC)MOSFET技術(shù)領(lǐng)域下手。
▲圖2.功率封裝的迭代
2021年的芯片短缺,使得中國汽車企業(yè)對于核心功率電子部件的希望是供應(yīng)鏈盡可能本地化。中國公司開發(fā)功率模塊封裝解決方案,開始使用一部分本土的功率芯片,歐洲、日本和美國公司提供的功率芯片還是占了比較多的部分。
▲圖3.基于SiC的封裝,從研發(fā)角度有一些可以做的點(diǎn)
從技術(shù)角度來看,功率模塊封裝技術(shù)不僅僅是關(guān)于引線鍵合、焊接和封裝;汽車領(lǐng)域的封裝技術(shù),在功率密度、性能和可靠性有很強(qiáng)的要求是比較復(fù)雜的,需要特定的專有技術(shù)。
▲圖4.功率模塊的典型失效
Part 2、功率模塊的發(fā)展趨勢
從技術(shù)發(fā)展的趨勢來看,Yole和聯(lián)電的工程師分別給了一個(gè)技術(shù)發(fā)展趨勢,我的理解,是需要按照每家車企的選擇來做一個(gè)梳理,目前在單個(gè)企業(yè)的押注好像有些早。圍繞耐溫、可靠性、寄生電感、熱阻和成本這些要素,可以組合出很多的系統(tǒng)方案出來。
▲圖5.功率模塊的技術(shù)發(fā)展趨勢
▲圖6.聯(lián)電探討的功率模塊技術(shù)
隨著SiC模塊的發(fā)展,圍繞Tier1和芯片廠家的各自路線是可以探討的,之前沒有特別的關(guān)注,接下來要花時(shí)間把這些信息收集起來進(jìn)行歸檔和整理。
▲圖7.功率模塊的封裝
每家的技術(shù)路線和考量是不同的。以安森美為例,它的發(fā)展重點(diǎn)也會放在塑封壓鑄模塊上,也可以做直接水冷。壓鑄模塊跟凝膠模塊的差異,模塊功率密度可以更高,雜散電感可以更低,尤其是碳化硅可以接受的工作溫度更高,到200℃甚至以上。碳化硅的工作溫度可以是很高的。
同樣的系統(tǒng)價(jià)錢,用壓鑄模塊應(yīng)該可以做到更大潛力和差異化——安森美現(xiàn)在跟很多車廠討論,為他們做一些特別制造的主驅(qū)模塊。冷卻塑封模塊的特性,除了比較低的雜散電感和高功率密度之外,在擴(kuò)展性方面也相對比較好。安森美可以用三個(gè)半橋的模塊做成150kW的功率,也可以把它們兩個(gè)合在一起做成300kW,基本上占用的空間沒有太大差異。跟凝膠模塊相比,壓鑄模塊的生命周期是比較長的。在安森美雙面冷卻的模塊里,IGBT是一個(gè)智能芯片,主要內(nèi)置了兩個(gè)傳感器。一個(gè)是溫度傳感器(精準(zhǔn)的溫度檢測),另外一個(gè)是電流檢測也內(nèi)置在里面(總體反應(yīng)時(shí)間會比較快,能更好地去保護(hù)系統(tǒng))。
▲圖8.安森美的技術(shù)路線
小結(jié):
在功率半導(dǎo)體的競爭中,國內(nèi)企業(yè)國產(chǎn)替代的空間是很大的,從未來的市場需求來看,供應(yīng)鏈安全的要求被放置在很高的位置。