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【预测】手机之外,联发科明年将在四大领域发力

1.手机之外,联发科明年将在四大领域发力;2.碳化硅组件展妙用 汽车电子效率/功率大增;3.研究人员打造新生物太阳能电池技术 阴雨天也可用;4.互联网服务巨头竞相开发自主芯片 减少对英特尔依赖

1.手机之外,联发科明年将在四大领域发力;

集微网消息,联发科日前表示,将会持续投入5G与人工智能(AI)等先进技术研发,原规划的新台币2000亿元经费不够,将会再增加。

展望下半年,联发科日前预期下半年景气会不错,今年营运审慎乐观。业界预期,联发科今年下半年在主流手机机型的市场份额不会受到影响。

展望2019年,外资机构日前报告预期,2019年联发科可望受惠特殊应用芯片(ASIC)、消费型物联网芯片、车用芯片以及Wi-Fi整合电源管理芯片(PMIC)等成长动能。

2.碳化硅组件展妙用 汽车电子效率/功率大增;

汽车电动化趋势正稳定成长,因此插电式油电混合车和全电动车(xEV)需要高效率的功率半导体。 相较于传统硅(Si)芯片,碳化硅(SiC)的优点不仅能应用在工业,亦能应用于汽车产业中。 随着SiC效率与功率密度的增加,汽车能更高度的自动驾驶化(电池体积更小)、系统的大小与重量减少、充电速度加快,最终能让更多客户接受电动交通。 由于技术进步,SiC半导体在xEV子系统的渗透率将在未来十年内提高。

目前功率模块与独立组件一般采用硅基二极管、MOSFET与IGBT。 相较之下,xEV传动系统中的SiC电路能让芯片有相同的额定功率,但尺寸更小。 此外,SiC技术能减少热损耗,这意味着与过去的系统相比,应用此技术的组件会更有效率,且更为轻巧。 在应用上,因SiC的优点而受益的组件有主变频器、内部充电器电子组件、升压器或DC-DC转换器(图1)。

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图1 SiC芯片特别适用于要求严格的xEV子系统,如主变频器、内部充电电子组件,以及DC-DC转换器。

克服可靠性/成本挑战 SiC准备应用至车辆中

过去二十多年来,SiC半导体组件已应用于各种用途中,但若要应用在汽车电子上,仍有一些障碍须要克服。 为了能够有效地将这项新技术也应用在车辆上,必须满足以下两个主要层面:高可靠性及成本效益。

多年以来在采用SiC MOSFET切换的情况下,无法开发出可靠的闸极成为了主要障碍。 近期在设计(例如沟槽概念)与制程上的突破,已让装置符合汽车制造商所要求的可靠性等级。

此外,SiC基本材料的生产(晶圆)更加复杂,导致晶圆尺寸变小(图2)、每晶圆瑕疵数增加及成本提高。 虽然生成的硅晶体纯度高,但SiC晶圆的瑕疵密度已成一大挑战。 但近年来有了重大进展,瑕疵密度已大幅降低,最终可达成更大的芯片面积,因而减少整合到功率封装中的难度。

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图2 硅与SiC晶圆尺寸比较

在过去,大多数的SiC供货商为规模小、专精于半导体的制造商,但产量相对较少,且对汽车产业的经验不足。 因此,规模经济有限。 但是现在这种情况已经发生根本性的变化。 高质量的6吋SiC晶圆大幅改善生产力。 汽车市场对于SiC需求的成长潜力,已经成为半导体大厂投入此市场的极具吸引力的原因,目前的市场报告更肯定了这项趋势。

SiC MOSFET有效减少变频器三分之二热损耗

与传统的硅基高电压IGBT或MOSFET(>600V)相比,SiC装置有数项优点。 例如,与IGBT相比,SiC MOSFET显示无轨迹效应,几乎无正复原,亦无逆复原。 这造成不受温度影响的切换损耗也远低于硅(图3a)。

SiC萧特基二极管在这方面也引起注意。 高切换速度或极低的逆复原电荷(Qrr)减少了切换损耗,并且有效地精简最终产品,SiC萧特基二极管适用于内部充电器系统中的功率因子校正(PFC)电路。

除了展现低切换损耗外,SiC MOSFET在传导损耗上也有数项优点。 事实上,与IGBT的类二极管特性相比,它们表现出类电阻的输出特性。 这种无临界值导通特性让部分负载范围中的传导损耗更少(图3b)。

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图3 与传统硅IGBT相比,新款的CoolSiC Trench MOSFET提供无临界值导通特性(右侧图b),并显著降低切换损耗(左侧图a)。

SiC MOSFET的基本优点使其非常适合在内部充电器或DC-DC转换器中运作,这些充电器或转换器由于更高的切换频率,可使用更小的被动组件。

这些优点也使其适用于变频器应用,因为变频器切换频率一般低于20kHz。 在此效率基本上由部分负载的运作所决定。 SiC MOSFET可减少变频器的平均热损耗达三分之二。

提升封装技术达高功率密度

为了充分利用SiC芯片的效能,功率模块需要相应优化的封装技术。 功率密度愈高,则不仅须要改善封装材料,还须要考虑到芯片愈小将导致热阻愈高,因而使热机械压力更高。

此外,为能够完全利用SiC MOSFET的快速切换功能,也需要寄生电感低的封装。 这便需要新颖的功率模块封装概念。 现代化的封装概念及双侧散热可用于优化装置的热阻,例如英飞凌的功率模块HybridPACK DSC(双侧散热)。 此模块具备有效的双侧散热,因此可大幅减少系统层级的热阻Rth(图4),如此一来便可设计出极高功率密度的变频器。

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图4 采用双面冷却的创新封装概念(指HybridPACK DSC),实现高效率且精巧的功率模块。

SiC MOSFET能够实现非常精巧且高效率的变频器,在相近条件下,与IGBT型变频器相比,SiC MOSFET能大幅缩小芯片面积;由于芯片损耗减少,不同驾驶场景的效率提高了3%以上,尤其是在有大量加速阶段的城市交通中。

缩小芯片面积 SiC MOSFET降低成本

当考虑到变频器效率时,应该注意两个方向的能量流,分别为产生扭力时从电池到方向盘,以及能源复原(回收)期间从方向盘回到电池。

因此,变频器的效率对电池型全电动车至为重要,因为它直接影响到可达范围或确保某个范围时所需的电池尺寸。 由于电池是关键的成本因素,因此电池芯若能减少5%到10%,可使电池输出功率超过40kWh的系统成本大幅降低。

硅不像SiC能够有效地支持高崩溃场强度。 标准1200V IGBT的损耗远远大于600V级别的损耗,而1200V SiC MOSFET能够在850V范围内更高的电池电压下高效率地运作。

这使得SiC特别适用于亦允许快速充电应用的架构中。 透过目前正在开发的充电站基础设施,80kWh的电池在短短15分钟内就能充电至80%,这表示推动电动车的最大障碍之一将会消除。

SiC发展日渐普及

虽然SiC材料比硅贵,却能显著地增加功率密度。 在指定的功率需求下,半导体内容可减少到系数5。 像是英飞凌一开始就以150mm(6吋)晶圆制造其沟槽型SiC MOSFET。 考虑到系统层级的优点,例如更精巧的设计、更少的冷却作业、更轻的系统、更高的效率,SiC在其首次应用中已经具有竞争力。

越来越多的系统制造商(第1层)和汽车制造商(OEM)依赖SiC进行未来的开发。 因此,英飞凌也计划透过其1200V CoolSiC MOSFET,达到新的效率与效能水平;像是针对功率模块HybridPACK Drive CoolSiC(图5) 进行的研究证明了精巧的变频器在850V时提供超过200kW功率的可行性。

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图5 HybridPACK Drive CoolSiC功率模块原型

(本文作者为英飞凌电动传动部门首席工程师) 新电子

3.研究人员打造新生物太阳能电池技术 阴雨天也可用;

7月7日消息,英属哥伦比亚大学的研究人员已经发现了一种新的廉价方式,借助细菌打造的太阳能电池将阳光转变成能量。他们打造的这种太阳能电池产生的电流比之前记录的任何类似装置都要强,而且无论在强光和弱光环境下都同样有效。

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这一革命性的太阳能新技术能够进一步推广到更多的地方,比如说英属哥伦比亚和北欧经常阴天的部分地区。经过进一步的研发与完善,这些生物太阳能电池有可能和传统太阳能电池板板中使用的人造电池同样高效。

项目负责人,英属哥伦比亚大学化学和生物工程学部门的教授Vikramaditya Yadav称:“我们为英属哥伦比亚研发的这种独特解决方案是让太阳能技术更加经济的重要一步。”太阳能电池是由太阳能板模块构成的,它们能够将阳光转变成为电流。

之前研究人员也曾打造生物太阳能电池,但他们都致力于提取出细菌用于光合作用的天然染料。那是一个成本昂贵而且复杂的过程,不仅需要使用有毒的溶剂,而且有可能导致染料降解。英属哥伦比亚大学的研究人员提出的解决方案是保留细菌中的这些生物染料。

他们对大肠杆菌进行基因编辑来产生大量的番茄红素,这种染料让番茄获得了红橙色色彩,而这种染料将光转变成能量的效率特别高。研究人员为大肠杆菌包裹了一层矿物质来充当半导体,并且将其放置到一种玻璃表面上。

研究人员借助镀膜玻璃充当太阳能电池的一个电极,他们的这个装置获得了每平方毫米0.686毫安的电流密度,比野外的其它生物太阳能电池提高了0.362毫安。Yadav称:“我们创下了生物太阳能电池最高电流密度的记录。我们研发的这些混合材料制造成本低廉而且具有可持续性,而且经过足够的优化之后,它的转化效率完全能够比得上传统的太阳能电池。”

这一技术节省的成本难以估计,但是Yadav认为这一过程将染料提取的成本降低了十分之一。Yadav称,这项研究的重点在于我们发现了一个不会杀死细菌的过程,因此它们能够无限期的制造生物染料。这种生物太阳能电池技术也拥有着其它的潜在应用,比如说在采矿业、深海探索和其它低光照环境中等。(过客)环球

4.互联网服务巨头竞相开发自主芯片 减少对英特尔依赖

据台湾媒体报道,来自行业消息来源称,包括谷歌、微软、脸书(Facebook)、亚马逊和阿里巴巴等全球网络服务巨头,纷纷进行芯片组解决方案的自主开发。此举是这些公司进军终端硬件领域努力的一部分,同时也为了减少处理器芯片对英特尔的依赖。

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在这些网络服务公司中,最积极的是谷歌,其自主开发的芯片TPU(Tensor Processing Units)已经发展到第二代。与目前市场上可用的GPU相比,谷歌的该芯片能够将机器学习的训练时间减少一半。

由于移动芯片制造商高通今年5月份有意要放弃旗下服务器部门,以将资源集中于移动芯片业务,业界认为微软自主开发芯片步伐将加快,因为微软据报道已经在网罗从高通服务器部门出走的研发工程师。

微软早些时候表示,其第二代MR(Mixed Reality)头盔HoloLens,将采用该公司自主开发的AI芯片HPU(Holographic Processing Unit),用来处理安装在该设备上传感器所收集的数据,包括深度传感,头部跟踪和惯性测量等。该HPU芯片还将用于微软其它硬件设备,也授权其他供应商在他们的终端设备上使用。

业内消息来源表示,人工智能(AI)应用的多元化,需要不同芯片解决方案的支持。此外,英特尔长期主导处理器芯片的开发和供应,这种情况促使网络服务巨头自主开发所需要的芯片,以分散对英特尔芯片过度依赖的风险。Facebook、亚马逊和阿里巴巴都将很快启动芯片自主开发。

预计在许多终端设备的处理器领域,将给英特尔的未来业绩表现投下乌云。消息来源表示,由于英特尔的10纳米制造工艺Ice Lake处理器平台的推出时间将从原计划的2019年向后推迟,英特尔目前正面临来自AMD推出的Rome和Milan处理器的严峻挑战。AMD公司的这两款芯片使用台积电的7纳米制造工艺生产。网易科技

    

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