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罗姆:从电动部件、ADAS、液晶面板、车灯挖掘车用半导体的潜力

当历史的车轮带来智能电动汽车这一产物,高性能IC和大功率元器件的潜能被激发而出。

以SiC为中心,围绕汽车电子不可或缺的关键零部件,罗姆紧跟汽车电动化和智能化的浪潮。

功率元器件的潜力

随着大众、丰田等发起攻势,电动汽车的销量不出意外将继续向上。此时此刻,新能源汽车对逆变器、OBC等高压部件的大规模需求,为功率元器件提供了展现自身实力的良机。

新能源汽车中的高压部件朝着高效率和小型化方向发展的道路上,功率元器件起着至关重要的作用。

能够最大程度使用电力的关键,就在于IGBT和SiC MOSFET等功率元器件。它将以低损耗的状态转换交直流电,提高转换效率(逆变器效率获得3-8%的改善)和输出功率。反应到整车层面,则是提高续航里程、缩短充电时间。

自2000年,罗姆就着手SiC功率元器件的基础研究。2009年时罗姆收购了生产SiC晶圆制造商德国SiCrystal公司。基于SiCrystal提供的晶圆,它在日本的福冈和京都进行芯片和模块的封装。

2010年,它是日本本土市场内首家实现SiC 肖特基势垒二极管(SBD)量产的半导体企业。2012年,它开始量产世界首款全SiC模块。

罗姆是全球少有SiC一条龙生产体制的半导体厂商,从晶圆、芯片封装到栅极驱动解决方案均有部署。

据罗姆官方介绍,截止至去年4月份,超过30家公司采用了其SiC SBD和SiC MOSFET模块,应用部分分布于DCDC转换器、逆变器、车载OBC、快速充电桩。

这些应用的带动下,罗姆在SiC市场中的份额从2013年的12%上涨至2018年的23%。

罗姆预计到 2025 年,汽车主流逆变器市场将实现 44%的年复合增长率,而车载充电器将实现 37%的年复合增长率。这是它的机会所在。

除了SiC功率半导体,罗姆针对电动压缩机和PTC加热器着重开发IGBT半导体芯片。

随着电动车辆的增加,压缩机日益电动化,而且其市场规模也在不断扩大;以 PTC加热器为热源使温水循环制热的系统等的需求也在日益增加。尤其是在电动汽车中,电动压缩机和PTC加热器的功耗会影响续航距离,因此需要更高的效率。由于驱动频率较低,它们的逆变器电路和开关电路中所使用的半导体主要是IGBT。

ADAS用IC

无论是现在规模最大的燃油车,还是准备取内燃机代之的电动汽车,都对车辆行驶的智能性和安全性提出与时俱进的要求。因此,L2级别范围内的ADAS系统被飞速投放到车辆中。

L2级的自动驾驶更准确地说是高级驾驶辅助系统,是自动驾驶的初期阶段。为了赋予车辆自动驾驶的功能,车企不断升级车载传感器。例如,到L3、L4甚至L5级自动驾驶,车辆需要多个摄像头和各种类型的雷达,使信息的收集更快速,更完整。

可以看到的是,作为ADAS系统的关键,雷达和摄像头等传感器,帮助驾驶员精确识别盲区。它们收集的数据让行驶的车辆及时做出决策,应对突发事件。

基于此,罗姆开发视频IC、声呐用信号处理IC、雷达用PMIC等各种车载IC,以及紧凑型传感器用MOSFET、ADAS大功率激光二极管等分立式元器件。它们将帮助传感器提高识别、检测的精度,实现模块的小型化。

同时,面向 ADAS(高级驾驶辅助系统)和自动驾驶用的传感器/摄像头、电动助力转向系统等都需要极高安全性的车载应用电源系统。对于所搭载的半导体,它们要求在产品开发时就要考虑到发生问题时如何确保安全。因此以ECU为主的IC纷纷配置自我诊断等有助于实现功能安全的功能。

罗姆今年5月开发出支持功能安全的、内置自我诊断功能的电源监控IC,从而可预先通知是否存在潜在故障。

下一代液晶面板

2016年,考虑到后视镜的盲区,导致不少交通事故的发生,日本率先推出法规,允许汽车使用摄像头代替反光镜。

当用摄像头代替反光镜,车辆就需要提高图像的可视性。自然,它对于下一代液晶仪表盘提出大面板、功能安全的要求。

近年来,汽车领域对速度、导航数据、车辆信息等安全性要求越来越高。汽车的挡风玻璃已经开始使用抬头显示,将对驾驶员有用的速度、导航灯信息投射显示。抬头显示的光源大多采用液晶面板,通过从光源向挡风玻璃和叠像镜投射信息,显示速度、路线等。

无论是仪表盘还是抬头显示,对液晶背光 LED 灯的数量和亮度的需求也呈现多样化趋势。

基于上述的种种趋势,面向液晶面板的芯片要求可支持大尺寸应用、驱动大量 LED、足够安全。

在车载信息娱乐方面,罗姆的主要产品是可以支持功能安全的芯片组。2017 年它在业内率先推出由液晶驱动器和电源 IC 等组成的支持功能安全的液晶面板芯片组。

这组芯片组由栅极驱动器、源极驱动器、时序控制器(T-CON),以及使这些器件达到最佳运行状态的电源管理IC(PMIC)和伽玛校正IC构成。

通过这些IC之间随时共享信息,它在液晶面板用的元器件内成功导入功能安全。至于PMIC,是由罗姆与SoC制造商合作开发。该芯片组将缩短客户的系统开发时间。

今年9月,它开发出一款支持 12 英寸级液晶面板的 6 通道输出车载液晶背光用LED驱动器IC。这1枚LED驱动器不仅可驱动12英寸级大型液晶,还可驱动小型液晶。

车身控制模块的新增产品群

车身控制模块是控制汽车整个车身的ECU,集中控制车载空调、车内外照明以及车门、车窗、车镜、雨刮器等车身系统ECU。

罗姆自1973年开始开发、销售LED,随着发光二极管高亮度化和多色化的进展,它于2009年开始销售LED照明产品。现在,汽车LED灯成为LED照明前景最为广阔的领域。

除了开发适用于大屏的车载液晶背光用 LED 驱动器IC,罗姆为了解决硫化问题,通过工艺的改进,开发出抗硫化LED。

罗姆预测,车身控制领域近五年正保持17%年复合增长率上涨。为此它增加多功能LED控制器IC、IPD(智能功率开关)、车身通信IC等产品群。

如今,LED凭借亮度高、寿命长,作为刹车灯、车速表等指示表光源,越来越多地被用于汽车照明中。

特别是汽车和工业设备市场,对“可靠性”的要求越来越高。汽车用LED要求即使在严苛的车载环境下也要具备稳定的光输出性能。

为了减轻这些系统的重量和尺寸,继电器逐渐被具有诊断功能的集成功率IC所取代。IPD是罗姆开发的智能化的MOS管,在传统MOS管的基础上内置保护电路、能量吸收电路,保证功率器件不会损坏。半导体继电器(IPD)正在加速替换机械式继电器、熔断器。

关于车内通信IC,罗姆开发出符合车载网络标准“CXPI”的车用收发IC,为丰田系所用。

五年车用半导体的增长

五年间,汽车变化最大的莫过于汽车电子。变化,为半导体厂商提供更多的机会。相应地,车载应用的份额也随之水涨船高。

罗姆各类产品的销售额比重变化真切地体现出大势所趋。

从2015财年的27%到2020财年的36%(预测),车载分立器件及模块在罗姆销售额中的比重上涨了近10个百分点。

根据罗姆发布的财报,车载应用自2019财年(2018年4月1日至2019年3月31日)销售额超过消费电子设备,成为罗姆销售额比重最高的业务板块。

罗姆的车载应用产品集中在车载信息娱乐、动力系统、ADAS和车身模块。财报显示,面向动力传动系统、ADAS和车身模块的车载应用产品销售额呈现增长的状态,而车载信息娱乐受传统导航系统影响有所下滑。

这意味着,车载应用IC和功率半导体潜力值得挖掘。

新 能 源 汽 车 产 业 第 一 情 报 局

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作者:NE时代

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