我们来看看将用于电驱动平台的半导体解决方案

2023-01-10 09:02

在电气化的趋势下，汽车半导体的承载能力成倍增长，智能化会让这个数字成倍增长其中，与传感器和单片机相比，功率半导体的比重大幅提升:从21%提升到55%

因此，发展车载功率半导体全国产化方案，打破技术垄断，无疑已成为当务之急。

2022年12月7—8日，在盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会上，纳芯微电子市场经理方舟透露，纳芯微电子第三代驱动产品将适配800V平台，支持碳化硅多管并联，峰值功率达到200—300kW。

纳米芯微电子技术市场经理

纳米核心微电子学简介

Nanomicro是一家高性能，高可靠性的模拟和混合信号芯片设计公司自2013年成立以来，公司专注于信号传感，系统互联和功率驱动三个方向，提供传感器，信号链，隔离，接口，功率驱动和电源管理等丰富的半导体产品和解决方案，广泛应用于汽车，工业控制，信息通信和消费电子等领域现有员工50%以上是R&D人员，主要是芯片设计，封装测试等领域的人才我们是中国第一家制造汽车仪表级数字隔离产品的公司目前，我们的隔离方案已经得到了许多汽车制造商OEM的认可

2015年，我公司发布首款压力传感器，信号调理ASIC，2016年发布首款车规芯片，顺利通过AEC—Q100的车规认证，进入车厂体系早在2018年，我们的车规芯片就批量加载了

从2019年到2022年，NaxMicro的产品在汽车市场的应用迅速铺开，尤其是在新能源汽车，电，电领域取得这一成绩的主要原因是，2017年，纳米芯微电子研发出第一台数字隔离器，为之后的其他产品奠定了良好的技术基础，成功打破了头部企业对隔离器的垄断，实现了供应链和封装的国产化，性能可与国际品牌媲美

2020—2021年，陆续推出隔离驱动器，隔离放大器，量产各类隔离产品，首款霍尔电流传感器2019—2020年其实是汽车断货的一年一方面，这种产能错配的背后有很多因素另一方面，新能源汽车的发展也使得汽车上使用的汽车半导体器件数量迅速增加

这种不匹配会给半导体行业的发展带来什么首先，我们需要分析不匹配的原因，以及汽车半导体数量的快速增加

与传统燃油汽车相比，电动汽车使用的半导体芯片数量增加了2倍以上，而智能汽车所需的半导体数量将是燃油汽车的8—10倍这种需求的背后是半导体结构和工艺要求的变化

从全流程来看，与传统燃油车相比，功率半导体在整车中的占比从原来的21%提高到了55%但需要注意的是，市场对芯片工艺的需求是不一样的，比如14—17nm的工艺，和BCD的需求，BCD是单片集成工艺这会导致资源的错配，这是2019—2020年核心荒潮的重要原因

纳米芯微电子隔离核心技术

对于电驱动和新能源总成，我们公司有四大类产品，分别是传感器，信号链，隔离和接口，电源和驱动未来，我们将进一步增加电力驱动的应用，并开发专门针对第三代半导体和高性能大功率IGBT的集成驱动解决方案以上是我公司新能源组件的四大产品类型这些产品背后的技术基础来自于我们在2017年研发的隔离技术

说到隔离技术，我们来看看将用于电驱动平台的半导体解决方案。

我们公司开发了一套完整的高性能模拟芯片解决方案，可以覆盖所有电气驱动我们也是国内第一家提供整车标准级别的全工位解决方案的公司，尤其是基于隔离方案的隔离驱动，电流采样和隔离采样这是我们公司的三种非常重要的产品

从技术上讲，隔离类别都基于相同的容性隔离技术接下来，从原理上解释这种隔离技术

如左图所示，我们所有的隔离产品都是结构内部的多级隔离带解决方案原边和副边采用CMOS工艺，CMOS BCD用于开发某些调理和解调电路

隔离带两端覆盖二氧化硅层，厚度约30微米，形成电容器由于电容对直流到交流是天然隔离的，当需要信号传输电容时，我们会在发射端做一个调理电路，利用OOK调制将电信号传输到负端

背面也会有二氧化硅层，也形成电容层在我们的说明书中，可以看到两端电容的电容值，通过信号传输，可以将原边的高低屏信号传输到副边

使用双层电容的好处是任何一个原边或副边短路，这种短路的高压信号都可以单独从副边传输到原边，不会对人体和通信低压域造成任何伤害。

隔离带的上述原理是实现的接下来说技术指标第一，隔离层介质，我们会选择二氧化硅二氧化硅的耐压范围是每微米500伏，而我们单个电容隔离层的厚度是30微米，完全可以承受1000伏以上的电压

客户经常问芯片能承受多大的工作电压有必要引入一个具体的指标参数:输入输出的可重复工作电压出厂时，我们会测试所有芯片的隔离耐压标准

另一个值得一提的参数是普通膜的瞬态电压，看看干扰会不会影响芯片以下数字都是数字隔离器非常重要的测量参数

除了这些参数，另一个问题是:如何保证量产产品的隔离带能满足这些基本参数。

其实业内有VDE 0884—11的认证指标，本次测试中提到了基于行业安全标准的TDDB数据分析。

值得强调的是，一个芯片一旦通过TDBB测试，就意味着这个芯片的生命周期失效率小于1 PPM如果芯片规格号上说的是1000伏隔离电压，这个测试可以保证这个芯片在持续37.5年的高电压条件下，故障率保持在百万分之一

目前，我们所有的隔离芯片都可以提供VDE认证，这是所有国内汽车仪表产品中第一家也是唯一一家获得VDE认证的公司。

纳米核心微电子驱动技术

以上主要是产品背后的核心隔离技术回到产品本身，第二个非常重要的底层技术是驱动程序

目前，我们有两代隔离驱动产品第一代是简单隔离驱动，分为单管和双管终端功率器件可以是IGBT和SiC，既兼容电压型输入，也兼容电流型输入，即兼容传统光耦的驱动方案

为了支持数字电源和OBC中的高频开关，我们将芯片的输入输出延迟和不同通道之间的匹配控制在100纳秒以下，可以支持100—200K kHz的斩波频率峰值电流达到4—5A，支持11 kW到几十kW的产品

2021年，我们推出了第二代ISO智能驱动器，将峰值驱动电流提高到10A而且，该产品同时支持IGBT模块和碳化硅模块，这使得终端Tier 1可以将芯片应用于更广泛的场景未来正在研发第三代产品，支持800伏高压平台，碳化硅多管并联，电驱动功率更大，峰值功率达到200—300kW

在保护功能方面，我们的第二代产品在芯片中集成了过饱和软关机等保护，对下一代产品的功能安全有很大的帮助。

纳米芯微电子电流采样相关产品

电流采样产品也很重要如果你看整个系统，电力驱动将包含过压保护和总线电压的监控，实际上，磁传感器应该用于检测电流目前我们是国内唯一能同时提供隔离运算放大器采样方法和磁流采样方法的供应商

在磁路检测领域，我们提供了两种方案目前国内应用最广泛的方法是磁环:中间会加一个磁环，把电流通过母线传导到电机，所有磁场都锁定在上面通过监测磁环上磁场的变化，可以监测电流另一种方案是:直接在母线上挖一个槽，做一个平面磁场，实现电流监测

这个样片部分也提供了两代产品第一代主要包括隔离电压和隔离电流的采样在电压采样端，我们提供1311系列解决方案，通过检测单端电压实现过压保护和母线电压监测功能

总而言之，Nanocore微电子的业务涵盖前端设计，车载晶圆封装，可靠性测试和最终量产所有环节都将严格按照车辆法规的要求进行设计，制造和测试，能够全程满足客户的要求2019—2021年是国内半导体企业进入汽车领域的重要窗口期在这关键的两年后，伴随着竞争的日益激烈，纳米芯微电子希望以最好的品质赢得客户和市场的认可