電動(dòng)車呼聲勁揚(yáng)車用半導(dǎo)體器件可靠性成關(guān)鍵
2010/11/16 9:26:07
新能源汽車的研發(fā)在世界各國(guó)如火如荼地進(jìn)行，技術(shù)上則五花八門，諸如生物燃料、醇燃料、混合動(dòng)力、氫動(dòng)力、純電力等等。中國(guó)選擇全力切入電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)，以圖實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，拉近與歐美日韓在傳統(tǒng)汽車工業(yè)之間的差距。日前，EVS25(世界電動(dòng)車大會(huì))再次在中國(guó)舉辦，諸多與電動(dòng)車相關(guān)的報(bào)道見(jiàn)諸報(bào)端，也使民間對(duì)電動(dòng)車市場(chǎng)的熱情驟然升溫。EVS25吸引了眾多的國(guó)內(nèi)外整車廠、關(guān)鍵系統(tǒng)與零部件供應(yīng)商，甚至包括英飛凌、富士電機(jī)和賽米控等專注于電動(dòng)車電源方案的半導(dǎo)體供應(yīng)商。
電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)模式的改變，使得產(chǎn)業(yè)鏈上的合作呈現(xiàn)多樣化。譬如，車廠在馬達(dá)系統(tǒng)甚至整套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面都要向零部件供應(yīng)商采購(gòu)；而在電池管理和控制系統(tǒng)方面，整車廠大多缺乏獨(dú)立開(kāi)發(fā)的能力，一般依賴電池模組供應(yīng)商提供整套方案，稍有研發(fā)實(shí)力的則選擇與半導(dǎo)體供應(yīng)商合作開(kāi)發(fā)。盡管電動(dòng)車用磷酸鐵鋰電池在成本、功率密度、可靠性、使用壽命等方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。但就長(zhǎng)遠(yuǎn)的中國(guó)市場(chǎng)而言，純電動(dòng)汽車是大勢(shì)所趨，在相應(yīng)的充電網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)未完善之前，HEV或PHEV 等混合動(dòng)力方式則可作為補(bǔ)充技術(shù)。
在EVS25上，英飛凌的汽車電驅(qū)動(dòng)部門OPM總監(jiān)Mark Munzer表示，電動(dòng)車為工業(yè)帶來(lái)一次分裂性革命。這不但表現(xiàn)在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的合作上，也將表現(xiàn)在未來(lái)與電動(dòng)車相關(guān)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)模式上。甚至，除了繼續(xù)鞏固和一級(jí)零部件供應(yīng)商的合作，他認(rèn)為車用半導(dǎo)體廠商將成為電動(dòng)車廠商真正意義的系統(tǒng)合作伙伴。
英飛凌、瑞薩電子、飛思卡爾、意法半導(dǎo)體是主要的車用半導(dǎo)體供應(yīng)商。英飛凌近兩年已在汽車專用半導(dǎo)體器件市場(chǎng)躍居第一，而在功率器件(包含車用功率器件)市場(chǎng)更是多年排名第一。Mark Munzer聲稱，與主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手比較，英飛凌的車用產(chǎn)品線更全面，覆蓋中低高壓各個(gè)領(lǐng)域，優(yōu)勢(shì)則體現(xiàn)在車用高壓功率器件上，而在車用IGBT模塊方面，當(dāng)前的對(duì)手有三菱電機(jī)和富士電機(jī)等。
當(dāng)前，英飛凌針對(duì)電動(dòng)汽車推出HybridPACK系列IGBT模塊，包括 HybridPACK l和HybridPACK 2。其中，HybridPACK l適合諸如野外混合動(dòng)力和電池充電器等10kW到30kW應(yīng)用，HybridPACK 2適合功率為 40kW和100kW的全混與純電動(dòng)應(yīng)用；而在EVS25上，英飛凌宣布針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)推出了適合輕混和純電動(dòng)的帶PinFin的HybridPACK l模塊，功率范圍30kW至40kW。功率半導(dǎo)體器件對(duì)于電動(dòng)車的重要性顯而易見(jiàn)。據(jù)了解，中國(guó)的車用IGBT芯片依賴這些歐美日半導(dǎo)體公司，本土車用 IGBT/MOSFET在可靠性和EMC方面存在較大問(wèn)題，目前技術(shù)仍難以突破實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
車用半導(dǎo)體器件的品質(zhì)和可靠性是至關(guān)重要的。Mark Munzer認(rèn)為，滿足于1ppm半導(dǎo)體器件失效率是不夠的。他表示，從單獨(dú)器件角度看這是1ppm，ECU上布了眾多元器件則使其失效率達(dá)到 300ppm，以每輛車平均50個(gè)ECU單元來(lái)計(jì)算，汽車的故障率將高達(dá)1.5%；因此，從安全角度考慮，英飛凌的目標(biāo)是0ppm的器件失效率。
他進(jìn)而解釋說(shuō)，如果不良半導(dǎo)體產(chǎn)品進(jìn)入零部件供應(yīng)商或整車廠的安全或動(dòng)力系統(tǒng)，導(dǎo)致的失效問(wèn)題所帶來(lái)的損失將會(huì)是數(shù)倍、甚至指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)，因此與其冒險(xiǎn)花費(fèi)上千萬(wàn)歐元召回處理事故車輛，不如在器件設(shè)計(jì)和晶圓廠的源頭就開(kāi)始嚴(yán)格執(zhí)行失效分析。
對(duì)車用半導(dǎo)體的制造，英飛凌在對(duì)晶圓探測(cè)的時(shí)候就堅(jiān)持多做探針測(cè)試等掃描，以剔除壞區(qū)，為了達(dá)到0ppm的產(chǎn)品目標(biāo)，在壞區(qū)周邊區(qū)間甚至也不會(huì)被拿來(lái)生產(chǎn)這些性命攸關(guān)的車用級(jí)器件；而對(duì)于IGBT，在生產(chǎn)車間實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)以避免人手觸摸引入靜電也是必須的。對(duì)于每一片車用器件，該公司設(shè)定的追蹤碼可跟蹤相應(yīng)批次的其他芯片，所以能在客戶端發(fā)現(xiàn)故障初始就能夠追蹤到同批次其他器件的去處，以盡量避免更多安全事故的發(fā)生。
為了說(shuō)明汽車級(jí)功率器件的重要性，下表是汽車級(jí)和工業(yè)級(jí)功率器件所要求的參數(shù)供參考，其中CAV是指工程車類應(yīng)用。
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