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中国铁合金网与国际冶金资源工业协会将于2025年3月2日-4日在厦门举办第21届中国铁合金国际会议，
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中国铁合金网：
近年来,随着汽车电子电器系统向高度集成化、智能化的方向快速发展,行业正步入一个更高效、更节能、更智能的新纪元。然而,在这一进程中,汽车电驱系统和功率器件的创新之路却并非一帆风顺。研发的长期高成本投入、技术标准的相对滞后,以及产业链内部的竞争与合作难题,都是当前汽车芯片企业亟待解决的重要挑战。
SiC 技术崛起，驱动电驱系统革新
在2024 全球汽车芯片创新大会致词环节,罗军民指出,电驱系统是新能源汽车的“心脏”,而芯片则是电驱系统的“大脑”。二者的技术进步和性能提升将直接影响到新能源汽车的性能、效率和用户体验,是推动整个行业发展的核心动力之一。
目前,宽禁带半导体（第三代半导体）和相关技术的快速发展,以及与之紧密相关的先进封装技术、高效散热解决方案等均是电驱系统和芯片产业的主要创新成果。
据朱元介绍,碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）均是典型的宽禁带半导体,各自具有独特的优势和应用领域。在一定时间内,二者将是宽禁带半导体当中最主流的两种形式。在他看来,前者将在800V 的高端场景广泛应用,后者则会在 400V 以下的应用场景占据一席之地,潜力甚至超过 IGBT（绝缘栅双极晶体管）。
然而,成本问题是当下限制碳化硅技术市场广泛应用的主要原因。据张红玉介绍,由于损耗低、能效高在 2024 年底,碳化硅在新能源汽车中的渗透率翻倍增长,但是其价格却是硅基 IGBT 的 2-3倍,如果是进口,价格还会跟高。怎样才能把碳化硅的成本降下来?这是整个行业需要共同思考的问题。据侯喜锋介绍,国内碳化硅衬底、外延、装备以及到器件、整车厂的产业链,都比较完善。但由于车规级芯片对于稳定性要求较高,目前来看,国产芯片尚不能做到对进口芯片的完全替代。而随着国内碳化硅材料制备技术的不断进步和规模化生产的实现,碳化硅功率器件的成本将持续降低,从而提高其市场竞争力。
据不完全统计,截止 2024 年 6 月,全球已有68 款碳化硅车型进入量产交付,国内主力品牌以比亚迪、吉利、蔚来、小鹏、鸿蒙智行、小米等为主,埃安、智己等车型 24 年迅速起量。2024 年 1-10 月,国内碳化硅车型销量已达 178 万辆,远超 2023 年全年水平。
杨恒在会上研判,随着新能源汽车的普及,高压化将成为未来新能源车三电系统的大趋势。在此过程中,碳化硅将有望成为未来的主导技术。他预计,未来 2-3 年内,碳化硅器件的成本将大幅度下降,这将显著提升其在高压平台的市场渗透率。孙炎权也提出了类似观点。在他看来,随着供应链的投资增加和产能提升,碳化硅的成本将进一步降低,这将是未来碳化硅市场的一个重要增长点。此外,他还强调了碳化硅在模块封装方面的优势,认为三合一、八合一等多合一的电控系统将成为标配,这将进一步推动碳化硅的应用。而随着技术的不断进步和成本的降低,碳化硅的应用范围也会逐步从高端车型向中低端车型渗透。
胡波则在会上介绍了中国电科近年来在汽车芯片领域取得的一系列成就。他表示目前 , 中国电科已完成第三代半导体从材料、装备、工艺到器件、模块、应用的体系化布局。其目标是打造整个汽车电驱芯片与控制器稳健供应链。预计在 2025 年可以实现电驱芯片和控制器集群,在 2027 年争取做到国内一流,在 2035 年做到国际一流。
技术引领，推动功率器件性能提升
尽管碳化硅器件具有显著的性能优势,但杨恒仍强调,在推动碳化硅技术的进程中,功率器件的电路设计同样不容忽视。他特别指出两点：首先,需尽量减少杂散电感,以确保器件在动态、静态及均流特性上均满足设计要求；其次,需采用CLAMP 等技术对电路进行专门设计,以防器件发生误导通。这一见解在会议上引起了广泛共鸣。张红玉进一步强调了功率模块发展中低杂感的重要性,并详细阐述了如何通过层母排设计来削减正负极母排的杂散电感。她指出,层母排设计通过合理的布局与结构优化,能够在很大程度上降低电感值,从而提升功率模块的整体性能。同时,对于功率模块内部更为复杂的杂散电感问题,张红玉建议通过优化内部结构设计及采用先进的封装技术来寻求解决方案。
在探讨技术路线时,张红玉提到了以 IGBT 为主、碳化硅为辅的混联形式。她认为,这种混联方案能够充分利用 IGBT 和碳化硅各自的优点,实现优势互补。巨一动力在这一领域的实践就是一个生动的例子。他们采用的碳化硅与 IGBT 混合并联方案,在小电流时主要依赖碳化硅的高效率特性,而当电流增大至 IGBT 的拐点电流后,则转为 IGBT与碳化硅共同导通,从而在保证效率的同时,也提升了系统的稳定性和可靠性。
朱元则从另一个角度提出了创新性的解决方案—PCB 嵌入式功率半导体技术。据介绍,通过 PCB 嵌入式功率半导体技术,可以显著缩短元器件从碳化硅芯片到驱动芯片的距离,从而有效降低机身电感杂感。据介绍,在 PCB 嵌入式功率模块中,由于碳化硅芯片与驱动芯片之间的距离被大幅缩短,功率换流回路的杂感被降低至 1nH,远低于传统 HPD 封装的杂感水平。此外,这种特殊的 PCB 电路板能够承受高达 300℃的高温,使得碳化硅芯片能在 180——200℃的高温环境下稳定工作。这一改进不仅简化了驱动电路的设计,还提升了系统的整体性能。
“三年之后,随着 PCB 嵌入式功率半导体技术越来越成熟,将会有很大的市场潜力。国内已经有创新的中小企业和英飞凌合作,并积累了一些知识产权,已开发出来功率模块样品,即将进行试验,我相信这将颠覆传统的功率模块封装技术。”朱元表示。“最终还是要融合创新,提高质量,产业发展要靠国际化,要融合创新,无论谁制裁谁,这都不是理想方式。只有合作,这个事情才能做得更好。”侯喜锋如是说。
据了解,除了碳化硅之外,IGBT、氮化镓等新型半导体材料也面临着诸多挑战。例如,如何在更小的芯片尺寸下实现更大的功率输出以及如何在性能与成本之间找到最佳平衡点,这实际上是所有厂商都需要深入思考的问题。在多数与会嘉宾看来,只有从底层技术入手进行持续创新,才能不断提升产品的性能水平并在激烈的市场竞争中脱颖而出。
协同创新，助力产业高质量发展
“供应链安全保障需求的日益凸显,为国产功率模块在汽车领域的应用提供了前所未有的机遇。在汽车电驱动系统这一复杂而精细的产业链中,整车企业作为引领者和推动者,其积极参与不仅为半导体企业注入了强大的信心,更为整个产业链的资金流动和技术研发提供了坚实的支撑。这种自上而下的合作模式,促进了产业链各环节之间的紧密协作,形成了良性循环,为国产功率模块在汽车行业的广泛应用奠定了坚实的基础。”蔡丹丹深入剖析道。
她进一步指出,在电驱动系统的快速发展过程中,主机厂与半导体企业之间的协同合作至关重要。双方应携手打造自主可控的电驱动系统生态,以中国芯片、中国模块和中国电驱动总成为核心,构建一套完整的、具有自主知识产权的产业链体系。这一过程中,软硬件的深度融合是关键,通过技术上的联合攻关和产品上的协同研发,共同建立健全的行业标准和验证测试标准,确保产业链的高安全性、高可靠性、高适用性和高稳定性,为新能源汽车产业的持续健康发展提供有力保障。
“整零之间的协同创新不仅是技术突破的必要条件,也是市场竞争中的核心优势,通过整车厂 -电驱系统 - 核心零部件之间的紧密合作,可以实现技术的快速迭代与系统的整体优化,提升产品的市场适应性和竞争力。”针对现阶段产业协同创新存在的一系列问题,刘誉博认为需要大力推进五类主体的参与。
首先是政府方面,需为技术自主提供政策补贴和专项资金,同时也应发挥组织者或协调者作用,参与行业标准建设,完善共享机制和保障供应安全；其次是企业协同方面,需明确成本、成果、利益及知识产权的分配；行业组织方面,应搭建协作平台,促进行业规范化和提升协同效率；科研机构及高校领域,需加强基础研究,推动前沿技术与学科融合,支持技术转化和创新创业,推进三权改革；金融资本则需要有足够的风险投资基金去支持全生命周期的创新,在分担风险及优化配置和体制机制设计上提供专业化的指导,推动协同化的生态建设。
为促进产业高质量发展,罗军民同样提出三点建议：一是必须始终坚持创新驱动。持续加大研发投入,加强核心技术攻关,推动电驱系统和芯片技术的不断创新,为新能源汽车产业的蓬勃发展提供源源不断的动力；二是必须加强产业链上下游的合作与交流,推动产、学、研、用深度融合,形成产业发展合力,共同做大协同发展的成果,提升整个产业链的竞争力；三是必须持续推进开放合作,加强与国际同行的交流与合作,共同推动电驱动系统和芯片产业的进步与发展。“格局有多大,世界就有多大。”罗军民强调,全球化发展是未来趋势,开放合作是推动产业发展的必由之路。只有拥有全球化的视野和格局,才能集聚全球智慧,打造具有全球影响力的品牌,共同推动汽车产业向更高水平发展。
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