tag 标签: 汽车芯片

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    2023-8-16 15:34
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    车规级半导体,也被称为“汽车芯片”,主要应用于车辆控制装置、车载监控系统和车载电子控制装置等领域。这些半导体器件主要分布在车体控制模块上,以及车载信息娱乐系统方面,包括动力传动综合控制系统、主动安全系统和高级辅助驾驶系统等。 ​ 按照功能种类划分,车规级半导体大致可分成以下几类:主控/计算类芯片,如MCU、CPU、FPGA、ASIC和AI芯片等;功率半导体,如IGBT和MOSFET;传感器,如CIS、加速传感器等;无线通信及车载接口类芯片;以及车用存储器等。 ​ 若按照车辆的不同控制层级来衡量,车辆的智能化和网联化导致对新型器件的需求主要集中在感知层与决策层,其中摄像头、雷达、IMU/GPS、V2X和ECU等直接刺激了各种传感器芯片和计算芯片的需求。另一方面,汽车电动化在执行层更直接地作用于动力、制动、转向和变速系统,这比传统燃油车对功率半导体和执行器提出了更高的要求。 ​ 未来,汽车将与手机、电脑等设备一样,成为整个半导体行业发展的首要推动力。这主要是由于更加高级别的自动驾驶、智能座舱、车载以太网络、车载信息系统等都会酝酿着对半导体新的需求。 新能源汽车携带的芯片比传统燃油车增加了1.5倍左右。据预测,到2028年,单车半导体含量将比2021年时增加一倍。自动驾驶级别越高,需要的传感器芯片的数量也就越大。L3级自动驾驶的传感器芯片平均为8颗,而L5级自动驾驶的传感器芯片数量增加到20颗。
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    2022-12-15 17:55
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    关注新能源车的朋友应该都知“IGBT”这个词,如果你去4S店买新能源车在谈到提车时间时,销售可能都会说由于芯片产能的不足,缺“芯片”导致整车的交付时间加长。这个“缺芯片”中也包含新能源汽车上必不可少IGBT。 受益于新能源汽车、新能源发电等需求推动,实际上,部分IDM厂在年中即公开表态,订单一路接满至2023年,虽难排除有部分客户可能是超额下单(overbooking)。IGBT是新能源汽车中的核心元器件,目前全球供应主要仍集中在国际整合元件厂(IDM)。机构认为,受益于国内新能源车的高速发展,新能源车IGBT在2020年已成为中国IGBT第一大应用领域,占比约30%。 今天主要从技术的角度,具体来聊聊IGBT吧。 相比于传统汽车,新能源汽车的生产需要用到的芯片可达到500-800个,有的甚至超过1000个不同类型的芯片。这远远超过了传统的燃油车。汽车的芯片种类主要包括主控芯MCU、存储芯片、传感器类器件、 IGBT功率类芯片 、其次是信号链类的通信芯片。 IGBT全称为 绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor) ,可以等效看做是MOS管和三极管的结合体。 图片来源:华秋商城 回顾三极管和MOS的工作原理&特点: 01 先来了解下三极管 : 三极管属于电流控制型,通过在基极施加一个很小的电流,可以在集电极和发射极之间获得更大的电流通过。在电路中应用的最多的放大作用和开关作用。 图片来源:华秋商城 如上图所示,PNP三极管Q1在电路中属于开关作用,当开关KEY1按下时Q1的基极与电源GND导通,电流此时从Q1的集电极流向发射极,LED1被点亮。图中Q1是一个普通的三极管,Ice仅仅只有几百mA。驱动一个发光二极管是绰绰有余的。 在一些需要大电流的驱动场景就需要一个叫GTR(Giant Transistor)的三极管,GTR 是三极管的一种,属于巨型晶体管,由于可工作在高电压、高电流下,也称电力晶体管。GTR也是属于电流驱动型器件,导通后集电极和发射极之间的导通电阻非常小,载流密度非常大,可以做到很高的通路电流。 但是在大功率应用场景下时需要消耗较高的驱动电流,此时就要寻求新的突破点。 02 MOS管如何呢? MOS管,又称为绝缘栅场效应管,注意几个词“绝缘”、“场效应”。这将是MOS与三极管最大的不同之处。 图片来源:华秋商城 MOS管从结构上主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层 二氧化硅绝缘层 ,因此具有很高的输入阻抗。这就是其名称中 “绝缘” 一词的由来。 由于绝缘层的存在,在栅极与源极之间加电压后,是通过电场的作用下吸引载流子形成导电沟道,所以工作原理可以理解为它是利用VGS来控制“感应电荷”的多少,以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况,然后达到控制漏极电流的目的。所以这就是其名称中 “场效应” 的来源。 在一些高电压驱动场景中,需要高耐压的MOS,这样就要从构造上做调整,内部结构就要做的很厚,同时带来的新的问题就是导致导通电阻增大。不同耐压的MOS管,其导通电阻中各部分电阻比例分布也不同。 比如耐压30V的MOS管,其外延层电阻仅为总导通电阻的29%,耐压600V的MOS管的外延层电阻则是总导通电阻的96.5%。想要获得高阻断电压,就必须采用高电阻率的外延层,并且厚度增加。这就是高耐压MOS的导通电阻高的原因。 03 总结三极管和MOS管的优缺点: 三极管(特指GTR巨型晶体管) 优点:载流子多,导通电阻小; 缺点:电流控制方式,消耗较大的驱动电流; MOS(特指高压MOS) 优点:输入阻抗大,几乎不消耗驱动电流。 缺点:导通电阻大。 那么在一些高压大电流的驱动场景应该如何选择呢?对于合格高效的电路来讲,以上MOS管和三极管的任何一个的缺点都是不被允许的存在的,会大大影响电路的工作效率,同时会产生比较难克服的热量,影响整个产品的寿命。 IGBT的诞生 IGBT诞生了,如前面所讲,IGBT是由MOS管和三极管结合组成的,既然要结合,那么肯定要继承两者的优良基因。所以IGBT相较于三极管和MOS管的特点就是高耐压、大通路电流、低导通阻抗、不消耗驱动电流,非常适合大功率驱动场景。 如下图是IGBT构造示意图,相当于在MOS管的基础上再叠加一个三极管。通过PNP和NPN的组合构成了PNPN的排列,这样同时就实现如其名字的特点,“ 绝缘栅 ”和“ 双极性 ”。 图片来源:华秋商城 如下图所示,从它的等效电路图来看,当在栅极加正向电压后,MOS管导通,这样PNP三极管的集电极与基极形成低阻状态,此时三极管也就相继导通,这样相当于IGBT的集电极和发射极导通。当栅极电压取消或负压时,IGBT的集电极和发射极关断。这样IGBT就实现了MOS管的高输入阻抗和晶体管的低导通电阻特性,可以当做开关应用在大功率的驱动电路中。 图片来源:华秋商城 IGBT的应用 IGBT是能源变换与传输的核心器件,也被称为电力电子装置的“CPU”,主要应用在航空航天、轨道交通、智能电网、、电动汽车与新能源装备等领域。 如下是仙童半导体的FGH60N60SMD规格参数,主要应用在太阳能逆变器UPS,焊机等领域,可以看到耐压可以达到600V,Ice在常温下可以达到120A。 图片来源:华秋商城 新能源汽车为什么会用到IGBT呢? 新能源汽车是通过电池驱动电机来给汽车提供动力输出的,所以存在交流市电给汽车电池充电和电池放电来驱动电机使汽车行驶的场景。这两个过程都是需要通过使用IGBT设计的电路来实现。 01 应用在充电桩 220V交流市电给电池充电时,需要通过IGBT设计的电源转换电路将交流电转变成直流电给电池充电,同时要把220V电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。 比如特斯拉的快充为高功率直流电充电,充电功率一般可达40kW以上,把电网的交流电转化成直流电,输送到汽车的快充口,电能直接进入电池充电。 02 应用在电机驱动 新能源汽车使用的是三相异步交流电机,电池的直流电是不能直接驱动电机转动的,电池放电驱动电机的时候,通过IGBT组成的电路,把直流电转变成交流电机使用的交流电,同时起到对交流电机的变频和变压的控制。 如下是直流电源利用IGBT的开关作用来驱动电机转动的简单示意图,控制器负责输出控制IGBT1~6的开启和关闭的信号,从而将电池的直流电转换为可驱动三相异步交流电机转动的交流电。 03 应用在车载空调 新能源汽车车载空调的工作原理与电动驱动相同,即通过逆变器将电池的直流电转换成交流电后,驱动空调压缩机电机进行工作。 04 逆变器 有些新能源车还配备了向外输出220V/50Hz交流的接口,这个过程是将电池的直流电通过逆变电路转换为交流电,这个过程中IGBT同样是不可或缺的器件。 ​ 结语 IGBT是功率半导体器件,可以说是电动车的的核心技术之一,IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。特斯拉Model X使用132个IGBT管,其中后电机为96个,前电机为36个IGBT约占电机驱动系统成本的一半,IGBT是除电池之外成本第二高的元件,也决定了整车的能源效率。
  • 热度 4
    2022-7-5 12:08
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    BOM 询 报价 是我们 拍明芯城 每天的工作日常。完整的BOM价格能真实体现产品成本,BOM是Bill Of Material的缩写,指物料清单,是每款产品研发、设计和制造无法或缺的文件,文件内容包括不仅限于电子料及明细、结构料及明细、替代料及明细、PCB及明细、软件及明细、制造工具及明细、且包含用量等信息。其中电子料BOM表是PCBA制造阶段所选用的元器件明细,以手机为例,BOM里的信息就包含了手机的所有元器件的采购成本价,因体现了制造商的议价权、供应商等绝密信息,所以基本不可能对外公开。但2015年的乐视第一个吃螃蟹,手机发布会上公开了BOM价格,引起行业热 嘲 。 图1、乐视自爆BOM(图源:网络) BOM是公司电子工程师与采购负责人、采购负责人与供应商内外沟通的重要文件,是 Costdown 的基础,简单算一笔帐:假设量 产 产品 100K PCS, BOM采购成本降了1元/PCS,就能实现降本10万元。小米2018 IPO前为了自证是一家新型互联网公司,寻求更高的估值,喊出了“硬件综合净利润率永不超5%”的口号。乐视和小米都传达了同样的信号:不靠硬件赚钱,而靠软件或生态。 图2、小米硬件 赚不过 5%(图源:小米6X发布会) 2020年8月19日, 广汽蔚来 新车发布会除了公开合创HYCAN 007的BOM成本约在30万,还喊出硬件综合净利润率 不 高于1%,师从乐视和小米。 图3、 广汽蔚来 HYCAN 007的BOM(图源:网络) 遗憾的是,补贴后售价25.98万起的 广汽蔚来 HYCAN 007缺位了2020 TOP10销量榜。 图4、2020年电动车销量及主力车型(图源:汽车之家) 广汽蔚来 的HYCAN 007成本倒是和 蔚来 NIO的差不多,都接近30万, 但蔚来一直 以来对标的是豪 车品牌 BBA,售价35.8万起。相对而言,特斯拉model 3的成本12.62万元,而售价24.99万元起。理想ONE的成本22万元,售价32.8万元。特斯拉被类比为电动汽车领域的苹果,多半是其定价策略和利润相仿的原因! 图5、 不同车企单车 BOM成本(图源:中泰证券研究所) 以下是特斯拉的PCBA实拍的集合图: 图6、特斯拉PCBA 我们选择特斯拉域控制器AP3.0硬件板进行分析,BOM清单里的主要芯片总价是4920元,再加上 美国TTM 公司制造的PCB和定制化的接插件,预计整个域控制器成本约在7500-8500人民币之间,而特斯拉官方选配价高达5.6万人民币,可见这其中的高利润。其中特斯拉自 研 交由三星代工的FSD芯片成本价或高于1500元/PCS,AP3.0整板应该是由台湾广 达位于 上海松江的工厂就近代工。 图7、特斯拉AP3.0硬件板BOM成本预估(图源: 佐思汽研 ) 全球的汽车与消费电子企业正持续面临芯片供应紧张情况。不久前,大众、福特、斯巴鲁、丰田、日产、克莱斯勒等多家 车企均 公开表示,公司因芯片短缺而不得不步入减产停线的困境。在与消费电子芯片竞争产能的争夺中,车 规 级芯片也处于劣势。 图8、汽车行业缺芯(图源:央视财经) 汽车芯片主要有MCU功能芯片、车载主控芯片、功率半导体(IGBT、MOSFET等)、传感器、存储芯片和模拟IC等组成,缺一不可。 图9、汽车主要芯片构成(图源:搜 狐汽车 研究室) 其中 德国英飞凌 、荷兰 恩智浦 、日本瑞萨、意法半导体和美国德州仪器占据了全球 车用 芯片市场50%以上份额;掌 控全球 80%以上车载半导体市场的 是英飞凌 、 恩智浦 、瑞萨、意法半导体、德州仪器、博 世 、安森美、罗姆、东 芝和亚德诺。 图10、全球车 规 芯片较为集中(图源:中国电子报) 近期网络传言欧、美政府拟起草断供中国车厂芯片,虽真实性存疑。但高度依赖进口车用芯片的中国,造车新势力的议价 和抢货能力 肯定不如国际车 企 。从长远趋势来看,中国汽车电子零部件市场有着巨大的发展潜力。在这波涨价缺货背后,也是国产汽车芯片的一次机会,接下来越来越多的造车厂,或要思考国产替代了。 图11、 拍明芯城 合作客户实例 此前 , 拍明芯城 创始人&CEO 夏磊先生2020年11月6日“全球分销与供应链领袖峰会”上的演讲汇报,压轴案例就引用了与 某合作 客户共同 服务着 新兴电动汽车市场需求。 拍明芯城 作为一家快速撮合的元器件交易和综合供应 链服务 平台,追求的是为客户提供更全的商品、更优的价格、更广泛的信息以及更便捷的服务,以实际行动关注和支持着车用国产芯片,在拓展汽车市场的路上,也希望交到更多的产业朋友,共同助力中国芯发展, 解决车企的缺芯之 难。 部分车 规 级国产 芯 片: 模拟芯片: 纳芯微 ( Novosense )、富瀚(FULLHAN)、圣 邦 微(SGMICRO); 分立器件:基本(BASIC)、比亚迪(BYD)、中车、斯达(STARPOWER)、华微电子(JSMC)、士兰微(SILAN)、固锝(GOOD-ARK)等; 逻辑芯片:安路(ANLOGIC)、希尔塔(SEALTA) 等; 存储芯片: 兆易创新 (GIGADEVICE)、芯成(ISSI,君正旗下)等; 微控制器芯片: 芯旺( ChipON )、芯驰(SEMIDRIVE)、琪 埔 维(CHIPWAYS)、航顺(HK)、芯海(CHIPSEA)、杰发(AUTOCHIPS)、 比亚迪(BYD)、 全志(ALLWINNER)、 兆易创新 (GIGADEVICE)等; 光学半导体:豪威(OMNIVISION,韦尔旗下)、思特威(SMARTSENS)等; 传感器和执行器:森思泰克(WHST)、琻捷(SENASIC)、矽杰(SGRSEMI)意行半导体(IMSEMI)、加特兰(CALTERAH)等; 自动驾驶及其他芯片:地平线、黑芝麻智能(BST)、裕 太 车通( MotorComm )等。
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    2022-6-22 09:54
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    据媒体报道, 车用芯片紧缺情况依旧严峻 。 小鹏汽车及华为都 曾公开表示, 市场上频频出现芯片经销商借机哄抬物价谋取利润的行为 , 在汽车行业一颗市场价为10~20元的芯片,甚至被炒到 2500 元 。 近日,小鹏汽车董事长何小鹏通过社交媒体谈及了汽车供应链逐步恢复下芯片短缺的问题,并用手持“急求芯片”字样的可达鸭来反映小鹏汽车供应链团队当前的状态。 何小鹏表示,在微博上借用网红“可达鸭”急求芯片后,有机构联系小鹏汽车表示可以提供帮助,目前双方正在沟通中,但也有一些人趁机抬高芯片报价, 成本仅几元的产品,对方开价几千元,芯片价格仍被炒高几百倍。 何小鹏还称,一台智能汽车芯片的绝对数量在5000颗以上其中 , 缺少的很多是汽车专有芯片,且大部分是价格便宜的芯片,不是被广泛关注或很贵的芯片。 据了解, 传统燃油车每台车所需要的芯片数量在500-600个,而 每台 新能源车则大概需要1000-1200个 ,如果是主打车机智能,自动驾驶等,则需要更多芯片。 且 自 2020 年疫情暴发以来,芯片供应链屡受 冲击 , “缺芯”成为了全球汽车行业的常态,也成为了制约汽车产业发展 的重 要问题之一。 据不完全统计,2021年全年, 全球汽车市场减产了 1050万 辆汽车,几乎是销量的1/8。而今年的情况也不容乐观,据汽车行业数据预测公司AFS的最新数据显示,截至5月8日,由于芯片短缺, 今年全球汽车市场累计减产量已达约169.38万辆。 以日本汽车业龙头丰田汽车(Toyota)为例:该公司宣布5月份全球减产一成,日本国内9座工厂将在5月暂时停工;此外,还将6月份全球产量目标削减约10万辆,至85万辆左右。 据第一财经报道, 芯谋研究分析师王立夫表示, 现在涨价太离谱了 。 诸多业内人士也称,很多芯片经销商依靠囤积居奇实现“暴富”。即使去年9月市场监督管理总局对三家汽车芯片经销企业哄抬价格行为作出了行政处罚,也未能遏制这种现象继续发生。 而在此背景之下,车企明显出现了恐慌下单的行为。 英飞凌近期表示,包括尚未确认的订单在内,今年一季度英飞凌积压的订单金额已经从去年四季度的 310亿欧元增长至370亿欧元 , 其中75%的订单在未来12个月内才能交货, 积压订单额今年一季度环比增长超19%。 王立夫认为,这一现象的出现,一方面是因为汽车芯片增量需求确实很多,另一方面也有恐慌性下单的因素在内,其实去年才是消费级和汽车芯片出现全面短缺的时候。 值得注意的是, 消费级芯片供需状况已经出现拐点 , 与汽车芯片依旧短缺形成鲜明对比 。以手机为代表的电子消费品需求明显下滑,市场上传出联 发科下半年砍单逾30%的消息 , 高通方面也传出将对SM8450与SM8475芯片降价30%~40% ,以利于出清库存。 但王立夫称,受安全等级和可靠性不同等因素影响, 过剩的消费级芯片产能难以很快地转向汽车芯片产能,所以汽车“缺芯”现象短期内依旧会存在。
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    2022-6-20 21:58
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    集成电路,或称微电路、微芯片、晶片/芯片在电子学中是一种把电路小型化的方式,并时常制造在半导体晶圆表面上。 前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜集成电路。另有一种厚膜集成电路是由独立半导体设备和被动组件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。
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