在東海汽車測試技術中心舉辦的率芯“2020年博世汽車與智能交通技術創新體驗日”上,博世特別展示了其碳化硅和智能座艙域控制器解決方案。片和“博世,域控不僅是制器一家汽車零部件公司,同時也是芯片半導體公司”。
從產品角度來說,芯博世半導體產品主要有三大類。博世一塊是動力MEMS,這是碳化博世最大的半導體版塊,包括慣性、硅功角速度傳感器;壓力傳感器,用于自動駕駛,安全氣囊系統包括汽車動力系統、懸架等。
除此之外還有兩塊,一是集成電路,也就是我們說的IC(integrated circuit)或者是ASICS,是專用系統芯片和傳感器,用在特定的汽車應用中。(目前,這部分的產品主要還是對內使用。)另一塊,博世功率半導體。
一、電動汽車發展“芯”動力,碳化硅SiC
博世中國汽車電子事業部市場經理王駿躍表示:“碳化硅會成為電動汽車未來發展的“芯”動力。這個“芯”,一方面是核心、很重要的意思,另外也是一個芯片的意思。因為碳化硅的大部分產品是以芯片的形式,加上各種封裝,封裝成分立器件或者模塊的形式對外出售。所以從這個角度來說,我們稱之為“芯”動力。”
從市場應用的前景來說,碳化硅在電動車中應用主要有逆變器、車載充電器、DC/DC直流轉換以及充電樁上。
從整個市場規模的預測來看,2024年碳化硅市場規模大概可以到20億美金左右。2018到2024年,市場規模年復合增長率大概在30%左右。
王駿躍認為 “碳化硅主要的應用或者說未來占據整個市場主流的產品會是模塊,據預測,2023、2024年模塊會開始進入相對成熟的階段。2024年以后,碳化硅的模塊量會有較大的突破,預計年復合增長率會比30%更高。”
博世于2019年10月在德國正式宣布其開始碳化硅相關業務。功率碳化硅半導體生產基地位于德國羅伊特林根,主要來生產碳化硅的晶圓以及MOSFET。
德國羅伊特林根生產基地主要涉及的產品主要有種,一是有不同結構的裸芯片產品,客戶基于芯片進行封裝成為模塊后可以用在新能源車的逆變器當中。另一是可以提供分立器件MOSFET,它有兩種封裝的形式,一種是直插式的THT,如TO-247、263等等不同的封裝形式,以及貼片式的SMD封裝,主要是用在充電樁、車載充電以及DC/DC直流轉換等。
裸芯片和MOSFET均可以提供兩種電壓型:一種是1200V,用于高性能逆變器和充電器;另一種是750V,用于標準性能逆變器和充電器。
在特性上,博世碳化硅可以做到更長的短路耐受時間(大概可以做到3微秒),高雪崩穩定性。另外,應用雙通道溝槽技術,可以實現較低的RDS(ON),通俗來說就是導通電阻比較低,有助于降低能耗。結溫溫度會到175度,裸芯片200度。同時針對兩款電壓,裸芯片的RDS(ON)最低分別做到8毫歐和12毫歐。此外,博世基于150mm晶圓自主制造芯片,符合車規標準。
碳化硅MOSFET有兩種技術趨勢,一種是現在市場上比較主流的,我們稱為叫平面型結構,基于這個結構產品的間距比較大,意味著器件的體積會比較大。如果做到系統里面,用多個器件,這個系統體積就會變得比較大。
而現博世雙通道溝槽技術,可以保證在有較小的RDS(ON)同時,可以將這個間距做得更小,讓系統實現小型化、輕量化。
博世碳化硅產品的技術路線圖,裸芯片,預計2021年的年底會上市。分立器件MOSFET這塊,大概會在2022年初上市,基于對于客戶的需求的匹配。
二、“芯”動力,座艙域控制器
電子電器架構發展趨勢
博世座艙域控制器實現了多個操作系統的集成,能夠同時支持儀表、中控、副駕娛樂、HUD、空調、后排等多塊顯示屏,并且整合了駕駛員和乘員監控(DOMS)、360 環視(AVM)、及人臉識別(FaceID)、多麥克風輸入、主動降噪等功能。這一強大而靈活的系統解決方案不僅保障了行車安全,也能極大限度地提升車內環境的用戶體驗。
隨著用戶功能需求提升,車載娛樂域使用的ECU越來越多,具有消費電子外觀和體驗的信息娛樂系統仍然是OEM的主要競爭優勢。而通過將多個ECU整合為座艙域控制器可以降低整車成本(BOM)、減少布線、減輕重量,并且可以降低軟件開發難度以及整車集成驗證周期,達到更好的OTA能力。
主芯片選型層面,博世座艙域控制器搭載了高通 8155 芯片。 從芯片性能、高低搭配的平臺化、本地支持等多方面考慮,博世選擇了高通作為座艙域控制器的主芯片。“在博世汽車多媒體的設計里,電子屏是車機座艙內最大的人機交互系統,而高通8155芯片可以完美實現“一芯多屏”的設計構想。”
平臺化設計層面,博世通過軟硬件分離,兼容性規范,保證一套應用在多個硬件平臺上兼容。博世領先且成熟的硬件平臺化設計,精通軟硬分離的合作開發模式并積累了大量經驗,尤其是QC6155/8155。
三、“芯”動力,新未來
博世半導體領域的發展,歷史悠久。據悉,博世從1970年開始就已經在做半導體相關的產品。從產品的角度來說,從最開始的ASICS,到傳感器到功率半導體,以及到最新的碳化硅的功率半導體一步步演進。
從生產線的角度來說,最開始的6英寸的晶圓片,逐步發展到8英寸,以及2010年的時候,8英寸開始落地生產,2018年在德國德累斯頓,開始12英寸晶圓片的生產。
博世“芯”動力,座艙域控制器芯片和碳化硅功率器件在飛速發展著。因為過去,我們相信未來,同時,我們也期待博世“芯”未來。