安森美: 以“4S”实现碳化硅成功的制胜之道

11月8日,安森美(onsemi)总裁兼首席执行官Hassane El-Khoury开启访华之旅。Hassane El-Khoury和安森美电源方案部执行副总裁兼总经理Simon Keeton分享了公司战略、产业趋势洞察、技术创新及公司业绩。


Hassane El-Khoury表示:“我们盈利最高的部分就是碳化硅(SiC)产品系列EliteSiC。上一个季度这方面的利润率超过40%,世界上任何一家做碳化硅产品的供应商,这都是已经能够实现的最好利润空间了;下一个季度,它还会继续保持增长,为我们整个企业层面贡献利润空间。”

碳化硅这么赚钱,难怪一些国际大厂都在加大相关投入,持续扩大产能;国内也是百花齐放,融资的、上市的……都想在未来的市场增长中分一杯羹。不过,我们也看到,有的碳化硅材料头部企业也因为过于“执着”碳化硅,营收虽然超出市场预期,但是亏损额进一步扩大,也超出了市场预期。

由此可见,在目前阶段,碳化硅还是一块烫手的热山芋,美味诱人,但却有烫伤手之虞,只有凭借技术专知、供应链生态、生产能力、合作伙伴关系等方面的优势,才能水到渠成,收获成功。


成功的一年,碳化硅功不可没

Hassane El-Khoury说:“有很多关键词可以描述安森美:增长、转型、可持续发展、碳化硅等等,这些词汇具象了我们的公司品牌,代表了我们目前的业务模式,也在一定程度上代表着我们未来的战略发展方向。”

事实上,安森美的核心制胜主要有两个推动力,在智能电源方面,有碳化硅和硅的电源技术,在智能感知方面有图像传感器技术。

Simon Keeton认为:“碳化硅市场是一个非常高增长的市场,也是功率器件中增长最快的市场。安森美不断进行投入,目标是实现和碳化硅市场同样甚至更高的增速。”

2023年10月,韩国富川的碳化硅超大型制造工厂扩建工程完工,每年将生产超过100万片200mm碳化硅晶圆。此外,安森美内部晶锭产能也在不断增加,已能满足生产终端产品所需晶锭的50%以上,能够很好地适应市场扩展的趋势。


碳化硅成功之道的4个S

EliteSiC品牌可以说是安森美碳化硅技术优势和卓越产品代表。“合作伙伴之所以选择与我们合作,是因为EliteSiC具有核心优势,我们把它总结为4个S,也就是EliteSiC碳化硅成功之道的4个S。”Simon Keeton表示。

第一个S是供应(Supply):安森美拥有IDM方面的丰富经验,也是唯一一家既有硅也有碳化硅晶锭生长技术的厂商。优良的晶锭生长可以保证产品质量,同时可以具备充足的供应能力,支撑晶锭、器件和封装方面的全线布局,最终确保为终端用户提供充足的供应。

第二个S是规模(Scale):安森美认为碳化硅有跨越几代的高增长需求。在电动汽车和能源基础设施方面,更大规模的碳化硅应用将推动需求增长。安森美将和终端市场一起成长,按照其市场增长趋势实现自己的战略。之所以能够做到这一点,是因为安森美在汽车和工业市场深耕几十年的结果,能够迅速满足客户的期望。

第三个S是应用范围(Scope):安森美眼中的应用范围不仅是一些最主要的应用——电动汽车和能源基础设施,还有成千上万种能够为终端用户应用做出贡献的解决方案。在碳化硅和硅基解决方案方面,安森美都能给用户应用提供最优解决方案。

第四个S是卓越技术(Superior Technology):安森美将硅基材料方面几十年的裸片设计经验沿用到碳化硅领域,包括碳化硅模块的设计制造,能够为客户提供最具性价比的解决方案。

Simon Keeton回顾到,两年半前安森美已拥有碳化硅晶圆制造厂和强大的内部封装能力,持续发布高性价比的新产品。不过,当时还缺少一个关键环节——衬底研发和生产。通过收购哈德逊工厂实现了内部生产,具备了碳化硅衬底生产能力,也实现了端到端全套碳化硅解决方案交付。

“在碳化硅方面,我们不仅购买技术,也将技术进行了扩展和延伸,现在衬底产量已实现10倍的增长,裸片方面实现了12倍的增长,封装方面增长了4倍,新产品发布增长了3倍。”他说。


集优势于一身,匹配客户需求

利用在碳化硅和硅两方面的技术专长,安森美能够集合两个领域的优势,为客户提供最佳的应用方案。Simon Keeton举例说,在碳化硅方面的能力可以将温度、电压等信息实时反馈给碳化硅器件旁边硅的器件,使其性能也得到提升。这种信息反馈有助于对器件架构进行一些优化,比如对器件生命周期建模;还可基于电动汽车、能源基础设施等具体使用案例和场景,对器件性能做实时分析。“这就是我们所说的‘智能电源’,它提供的创新的视角和能力能够支持我们未来多年的发展需求。”他说。

他表示,匹配终端客户的需求非常重要,为此,安森美和客户建立了很多应用联合实验室,以5-10年的长远视角保证未来提供的产品具有前瞻性,满足客户未来的应用需求。通过联合技术应用实验室,可以从系统层面了解客户衬底、器件、封装方面的需求,为他们提供最佳解决方案,这方面的创新跨越了所有器件门类,包括硅MOSFET、IGBT和栅极驱动器,当然还有碳化硅器件。

Simon Keeton说道:“我们提供的解决方案不是一刀切的,拿电动汽车来说,有不同的层级,包括入门级、中端、高性能和超高性能平台。我们给最终用户提供有价值的建议,无论是什么平台,我们都有基于碳化硅和硅的最优解决方案。这更有利于终端用户量产落地。”

Hassane El-Khoury也表示:“任何专注于电动汽车的公司都非常注重在本土市场起的作用,同时实现自己和本土市场客户的成功。除了与本土汽车品牌客户建立的联合应用实验室,我们还与蔚来签订了战略合作协议,为他们提供EliteSiC产品;和极氪的战略的长期供应协议也是基于EliteSiC产品。另外,本土Tier1厂商汇川联合动力成功引入了EliteSiC裸片。”

据介绍,采用EliteSiC的电驱能效比硅基技术提升7%。安森美通过技术支持提升汇川主驱的能效,优化汇川方案的性能,提升了汇川方案的竞争优势;同时也为增加电动汽车的续航里程提供了长期供货保障。


如何解决碳化硅自身难题?

毋庸置疑,碳化硅材料的引入是一种创新,为提高功率密度和功率效率提供了可能。事实上,要引领碳化硅领域的创新,还有很多问题需要解决。

在这方面,Simon Keeton给出了详细的解答。首先是碳化硅的封装,它对智能电源产品而言至关重要。安森美的策略是提供多层面封装选择,包括分立器件、PIM(功率集成模块、半桥及全桥等。其创新体现在三个方面:散热、优化寄生参数和减少应力。


在散热方面,碳化硅材料热阻很小,热传导能力比较强。作为裸片它虽然耐高温,但如果封装散热性能不好就会影响整个器件的性能。安森美在汽车领域和工业市场有多年的创新积淀,也有很多关于散热的专利解决方案,能够快速地将裸片的热量散发到周边环境中。

在优化寄生参数方面,碳化硅等宽禁带半导体材料是高温、高频材料,通过正确的元件选择、PCB布局优化以及精心设计的栅极驱动电路来优化性能,尽可能减小封装内的寄生电感。

在减少应力方面,碳化硅器件是高耐压、高频使用场景的理想选择,但碳化硅材料非常坚硬,在物理上应力一直是行业面临的一大挑战。安森美采用独特的方法建立了芯片和3D封装之间相互影响的模型,通过优化技术减少了器件内部的应力;对器件和封装之间界面的建模有助于减少器件本身的应力。客户可以使用针对EliteSiC系列的ElitePower线上仿真工具构建原型,不用做成品就可以热能、电能和机械能层面进行相关优化。


碳化硅和硅是一种互补

上面提到,安森美在碳化硅和硅器件方面都有投入,在应用层面有不同的平台和应用系统,都会用到安森美大功率的产品。根据不同的应用场景,有时用的是碳化硅器件,有时用的是硅基解决方案,如IGBT,有时要是用混合功率模块,既有碳化硅又有IGBT。

Simon Keeton解释说,虽然两个技术截然不同,但从客户角度看,他最终需要的是能够实现最高性能和最高效率的解决方案,不管底层技术是碳化硅还是IGBT。

“我们两种技术的开发方面也是互补的,为了能够实现最高的性能,重要的一点是‘沟槽设计’,将之前硅使用的一些技术经验沿用到碳化硅中。我们过去几十年在硅功率器件方面领先的经验给碳化硅技术的发展提供了坚实的基础。”

Hassane El-Khoury也表示:“过去两年,形势比较好的时候,我们做了很多结构方面的改革,以备不时之需。因为我们未雨绸缪地做了一些准备和改变,使我们在环境不太好的时候还能保证甚至提升我们的研发投入。虽然现在市场环境比较严苛,但我们并不害怕增加投入,因为我们关注的是长远的发展。”

同时关注第三代半导体其他赛道

两位高管多次提到安森美既有碳化硅也有硅产品,实际上第三代半导体中还有一个新的热点赛道——氮化镓。现在,国际上一些大厂除了有碳化硅外,还收购了一些氮化镓业务,以覆盖中低压到高压的全线应用。安森美是怎么想的呢?

Simon Keeton解释道,在不久前的分析师日上,安森美谈到了氮化镓赛道。我们在探索氮化镓领域的发展潜力,如果要进入这个赛道,我们可能也会收购相关的业务。

“不过,安森美专注的是汽车和工业市场应用,目前氮化镓50%以上的市场是笔记本、手机充电应用。所以,我们会密切关注氮化镓市场的发展,尤其是它在终端应用方面的发展,看它什么时候会应用到汽车和工业领域,根据市场变化趋势进行战略的相应调整。从我们的战略来看,除了碳化硅和氮化镓之外,如果还有其他更先进的技术,我们也会密切关注,和一些科研机构及大学进行合作。”


智能引领创新,共筑可持续生态

Hassane El-Khoury强调:“我们的制胜之道是在竞争中获胜、实施结构性变革、获取价值和执行力,长期承诺创新为客户创造更大价值。”

他最后说:“尽管环境一直在变化,但我们给客户做出的长期承诺一定能够帮助客户实现一个光明的未来。我们将会以更快、更广地渗透到市场当中,加大投入支持我们的所有客户,帮助他们实现电动汽车及能源基础设施方面的目标。”




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