Oct.30.2018 14:30~15:30 PM 車用電子事業部 林居敬 (Stanley Lin)

「車用電子」應用發展帶動 「分離式元器件」大商機

報告內容

頁數 時間 主講者

汽車電子市場信息 Automotive Market update

汽車產業的變遷

15 00h20mn

林居敬

汽車電子供應鏈

市場發展趨勢

帶動的分離式元器件商機 Big Opportunity for Power Discrete devices

汽車電子成本趨勢 40 00h30mn

目標應用與商機

會後問答 Q & A

問與答 - 00h10mn

全球汽車市場出貨狀況

GLOBAL AUTOMOTIVE MAKRET SCALE

GLOBLA AUTOMOTIVE MAJOR MAKERS

75,000

80,000

85,000

90,000

95,000

100,000

105,000

FY1

3

FY1

4

FY1

5

FY1

6

FY1

7

FY1

8(f)

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

FY1

3

FY1

4

FY1

5

FY1

6

FY1

7

FY1

8(f)

BEV PHEV

Renault-Nissan-

Mistubishi 10%

BYD 9%

BAIC 9%

Geely 8%

Tesla 8%

BMW 8%

VW 6%

SAIC 5%

GM 5%

Toyota 4%

Others 28%

VW 11%

Toyota 11%

Renault-Nissan 10% Hyundai-Kia

8%

GM 7%

Ford 6%

Honda 6%

FCA 5%

PSA 4%

Suzuki 3%

Others 29%

WW Shipment 96,800K pcs

FY17

WW Shipment 1,850K pcs

FY17

China 62%

USA 21% NOR

6%

JPN 6%

GER 5%

WW Shipment TOP 5 Regions

FY17

汽車電子成本分析

汽車電子成本 % in a Car By Time

汽車電子成本 % in a Car By Car Type

平均半導體成本/車

20%

30% 35%

50%

0%

20%

40%

60%

FY2000 FY2010 FY2020 FY2030

15%

28%

47%

65%

0%

20%

40%

60%

80%

Executive Luxury Hybrid EV

電源

42%

控制器

23%

其他

22%

感應器

13%

電源

76% 其他

16%

控制器

4%

感應器

4%

電源

55% 其他

27%

控制器

11%

感應器

7%

引擎車 ~$USD 320

油電複合車 ~$USD 690

電動車 ~$USD 700

汽車電子成本分析

平均半導體成本/車

電池

48%

驅動

系統

20%

車身

底盤

16%

周邊

13%

其他

3%

驅動系統

50%成品來自IGBT (600-1200V)

PHEV

Ave. $300/Car

BEV

Ave. $540/Car

Tesla Model X : 132 IGBTs (Front : 36/Back : 96)

If use IGBT Module, need 12-16x ($1200-1600)

E-Bus

> $1000 /Bus

汽車產業的變遷

電動車 互聯汽車 自動駕駛

擴大電動車市場 互聯汽車間的雲端服務 加速 Level 4 自駕

零排放的法規限定 空中下載技術的維護及升級 無司機駕駛服務

電動車製造產業蓬勃發展 網絡攻擊的威脅 AI 人工智慧電腦平台

2.0%

2.8%

4.2%

4.6%

5.4%

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6%

電腦

消費性

網路通訊

工業控制

汽車電子

不同電源類型節能車成長趨勢分析

0

5

10

15

20

2015 2016 2017 2018 2019 2020

48V Mild hybrid FHEV PHEV EV

單位 : 百萬台

48V 動力系統-減少汽車二氧化碳的排放 核心成員 LV 148 標準

48 結構(12V結構進階)

傳統12V Board Net 48V Board Net

48V 高功率電子元件

核心

BMW

VW Audi

Bosch Hella

Daimler Porsche

Continental

Ford

PSA

Renault 同樣功率下, 48V的工作電流只有 12V 的 25%, 損耗

只有 1/16 採用集成啟動電機(ISG)/皮帶驅動啟動電機(BSG),

可以減少引擎的體積, 能量, 噪音, 及震動 支援較大功率汽車電子元件與模組 雙向DC/DC 轉換 48V 皮帶驅動啟動電機(BSG)可以

輕易替代原有的 12V BSG

12V電池系統

音響 燈

12V

48V電池系統

DC/DC (雙向)

48V 起動機/發動機

加速器

EPS/EHPS

Roll stabilization

AC 壓縮機

安全 氣囊

座椅 控制

門鎖

全球電動車市場分析

(千輛) FY17’ FY18’ FY19’ FY20’ FY25’ FY30’

BEV 純電動車 700 1,400 1,750 2,400 5,800 8,500

PHEV 插電型混合動力 480 930 1,160 1,600 3,200 4,600

EV 電動車合計 1180 2,330 2,910 4,000 9,000 13,100

YoY 66.1% 95.8% 24.7% 38.4% 17.5% 7.7%

附註 • 挪威計畫 2025年 禁售燃油車 • 荷蘭計畫 2025年 禁售燃油車 • 美國加州計畫 2030年 禁售燃油車 • 德國計畫 2030年 禁售燃油車 • 豐田計畫 2050年 禁售燃油車

電動車市場加速的主要動力

禁售燃油車

技術推廣者

柴油車

租賃車使用柴油引擎

SUV使用柴油引擎

TESLA Shanghai Site Taiwan ARTC Platform

Japan 7 alliance

EU BMW

EU BenZ

主要車廠在電動車上的計畫

真實要考量的是“Pack”, 不是 cell

電動車製造商

Model 名稱 Model S Spark i3 Lead 2020 model

Wh/L

Panasonic LGC SDI AESC Solid State

Cell 709 332 228 317 412

模組 230 265 203 197 330

Pack 211 162 120 73 218

在Pack後實際功率 30% 48.8% 53% 23% 53%

電動車充電抑或是電池更換 !?

汽車電子供應鏈

導航

音響

安全氣囊

胎壓偵測

自駕系統

照明

車內空調

煞車系統

資訊娛樂系統 變速箱

車身控制

車鏡

底盤控制

助力轉向系統

診斷系統

排氣系統

燃油噴射

電子點火

電子控制單元

空氣流量

車身控制

安全系統

資訊系統

底盤系統

引擎變速

FY2017 主要汽車電子Tier 1 半導體元件採購狀況

$USDM

汽車電子的發展趨勢

感測技術的演進與導入

ADAS 自駕技術的開發與應用 隨著功能提升, ECU的需求隨之增加

MCU 功能要求提高

越來越多功能整合以及高效能要求 ECU的整合已達到高效能的電腦平台

安全, 環境, 效能

汽車電源模式的改變 設計拓撲的改變 感應器及ECU電子控制單元使用的延伸以達到符合安全的規範( NCAPs, NHTSA,..)

汽車電子的發展趨勢

感測技術的演進與導入

ADAS 自駕技術的開發與應用 隨著功能提升, ECU的需求隨之增加

資訊收集 執行動作 ECU

FY2010 FY2020 FY2030

Level 2 Level 3 Level 4

ACC

LKA LDW

EPS

Radar Lidar

Min ECU+ 2

Hi-res Maps

Hi-res Radar Lidar

GPU

V2X

AISL C&D uC

DSRC

3/4G

Max ECU+ 10

• Adaptive Cruise Control (ACC) • Automatic Emergency Braking (AEB) • Lane Departure Warning (LDW) • Lane Keep Assist (LKA)

汽車電子的發展趨勢

MCU 功能要求提高

越來越多功能整合以及高效能要求 ECU的整合已達到高效能的電腦平台

Bosch FY2007 24V Engine ECU

Bosch FY2014 24V Engine ECU

汽車電子的發展趨勢

安全, 環境, 效能

汽車電源模式的改變 設計拓撲的改變 感應器及ECU電子控制單元使用的延伸以達到符合安全的規範( NCAPs, NHTSA,..)

因應市場應用發展, 晶片以及封裝的創新

電子化功能的增加 ADAS 輔助駕駛 電子開關的取代 Powertrain電子化

• ECU ++ • ABS, Power steering,

Fuel injection, Automatic transmission

• ECU ++ • Vision & Safety

• Replace conventional electrical or mechanical relays

• Hybrid • 48V • BMS

• STD rectifier up to 1000V • Avalanche ruggedness (BYG, Avalanche Rectifier) • High current density package (SOD-128, SMPC) • ESD protection (ESD rectifier) • Load Dump Protection (Load Dump TVS) • PwrMOS with low RDS(ON) and high ID

• PwrMOS • Space saving • Efficient • Low Noise

• SKY up to 150V Trench SKY

• FRD up to 200V • PwrMOS 40/80/100V

ECU平均單輛汽車使用量

0

20

40

60

80

100

120

140

FY2015 FY2016 FY2017 FY2018

Small Medium Large Executive Luxury Special

Unit : pcs units/Car

ECU 帶動的分離式元器件商機

ECU 帶動的分離式元器件商機

極性保護 拋負載保護 整流

定義 • 反向極性連結時的保護 • 反向瞬態電壓的衝擊

• Load dump function is required for almost all automotive electronics

• 升壓/降壓 DC/DC 轉換或是 DC/AC逆變

• 12/24 V 轉 5 V 給控制器( MPU)

• 12/24 轉換高壓給予安全氣囊,引擎點火

測試規範 • ISO 7637-2 :2010 pulse 1 and pulse 3a • JASO D001 : 94

• ISO 7637 : 2004, ISO • 16750-2 : 2010, JASO, Toyota TSC7001.

N/A

設計考量 • 瞬間反向電壓, 穩態順向電流, IFSM 能力 • 鉗位能力, 拋負載突波測試能力 • 瞬間反向電壓, 穩態順向電流, IFSM 能力

產品 • STD, ESD Rectifier, BYG series • Load Dump TVS, High Power TVS (PG) • Planar/Trench SKY, Utrafast 200-600V

二次保護 信號保護 飛輪/續流

定義

• Clamping surge voltage to acceptable low voltage to protect electronic circuits.

• Load dump function is required for almost all automotive electronics

• 反向極性連結時的保護 • 反向瞬態電壓的衝擊

Protect circuits from induced high voltage by inductance load in operation mode

測試規範 • ISO 7637-2 :2010 pulse 1 and pulse 3a • JASO D001 : 94

• ISO 7637-3 • IEC 61000-4-2

N/A

設計考量 • 瞬間反向電壓 • 鉗位能力, 拋負載突波承受能力

• 瞬間反向電壓, IFSM能力, ESD承受能力 • 瞬間反向電壓,雪崩承受能力 • 續留後的IFSM能力

產品 • STD, ESD Rectifier, BYG series • TVS (PG), ESD • Planar/Trench SKY, Utrafast 200-600V

汽車電子的威脅–靜電 ESD

汽車測試- 內部測試點

汽車測試- 外部測試點

Electrostatic Discharge Path - Inside Electrostatic Discharge Path - Outside

汽車電子的威脅–瞬間突波

Vehicle test - Electrical disturbance by conduction and coupling ( Standard ISO 7637/ISO 16750)

波形 描述

1 Connected directly to an inductive load in parallel

2a Transient interruption of a device connected in parallel, due to hardness inductance

2b Transients from DC motor acting as a generator when ignition is switched off

3a/3b Switching transients due to distributed inductance and capacitance of hardness

4 Voltage dip due to starter-Motor current during cranking (Excluding spikes)

5 Load Dump

Wiper

Airbag

ABS

EEC

Motor

ESP

Alternator

Central Load Dump

ISG (BSG/IMG)

車載充電器/車外轉換器

On Board Charger AC Charging

DC(Fast) Charging

AC

DC

DC

AC Motor

HSG ISG

AC Charging • 7.2KW (32A, 1-phase) • 22KW (3-phases) • Charging time, 7.2KW, 3-4hrs DC Charging • >50KW @ >100A • 80%, 30-60mins

HV Battery Pack

Fast Charging Module

PCU

Inverter

Inverter (Motor)

Boost Converter

DC-DC Converter

Inverter (HSG)

車載充電器/車外轉換器市場演進

• DC charging • Storage charging • Mobile Charging • Convenient Charging

電動車充電等級標準

充電等級 美國(60Hz) 台灣(60Hz) 日本(50/60Hz) 中國(50Hz) 歐洲(50Hz)

AC 充電 慢速

等級1 電壓範圍 120V 110/220V 100-127V 250V 250V

1ɸ 電流範圍 <12/16A <16/32A <16/32A <16/32A <32A

AC充電 中速

等級2 電壓範圍 208-240V 220V 220-240V 380V 380-480V

1ɸ/3ɸ 電流範圍 <80A, 1ɸ <80A, 1ɸ <80A, 1ɸ <32A, 1ɸ <63A, 1ɸ <70A, 3ɸ

DC充電 快速

等級3 電壓範圍 <600V <600V <500V <600V Mode3-1 <750V Mode3-2

<850V

3ɸ 電流範圍 <200A <200A <200A <300A Mode3-1 <600A Mode3-2

<200A

車載充電器/車外轉換器常用拓撲

AC/DC+PFC DC-DC

單相+ 全橋 LLC

Vienna +

全橋 LLC

Target Products

• 橋式整流器 ~50A, 600-1000V, GBJ/TO-247/D2PAK • TVS 400W SMA/SOD-128 TVS

• TVS 400W SMA/SOD-128 TVS • SJMOSFET 650V, 41mohm, TO-247, 200ns

• SJMOSFET 650V, 41mohm, TO-247 • 超高速恢復整流 600/650V, trr<25ns, DO-247/TO-247

• 超高速恢復整流 600/650V, trr<25ns, DO-247/TO-247

未來車用充電功率元件結構趨勢

Power Device Semiconductor Key characteristic

VBR (V) IModule (A) Fswitch(KHz) Die size(mm2)

Inverter 650 900

1200 200…800 10 100…300

HV DC-DC

650 900

1200 85…500 50…300 100…300

Charging 650 900

1200 15…50

10…100 100…300

20…100

12V/48V DC-DC

650 900

1200 5…20 100…500 10…50

Component Current SPEC Next SPEC

OBCM

SiC SBD 600V 15/30A 35ns 30ns

IGBT 600V 40/60A 650V/60A

SJMOS 650V, 40A, 41mohm < 40mohm

DC-DC SiC SBD 600V 10A 35ns 30ns

SJMOS 650V, 48mohm < 40mohm

Inverter IGBT Module 660A 950A

MVMOS -16A, -60V, 65mohm < 40mohm

Device supplier Tier 1 OEM Manufacturer New material

GaN/SiC

GaN/SiC

GaN/SiC

SiC

寬能階SiC產品在汽車電子市場的應用狀況

JP Toyota JP Hitachi JP Meidensha JP Nidec

Power Module w/SiC Power Module w/SiC Power Module w/SiC Power Module w/SiC

寬能階半導體 (SiC)

Cost & Supply Chain Breakdown

Market Potential Demand & Applications

Subtract 50%

Epi 25%

Foundry 20%

Package 5%

Cost Ratio Major Suppliers Remarks

Subtract 50% Cree (90% share), Dow Corning, II-VI, SiCrystal (Rohm), PS

Main : 4” 6” already MP

Epi 25% Cree, Nippon, Okmetic, Instrinsic, Showa Denko, PS, Epiworld

Foundry 20% Bridgestone, Nippon, Episil, PS, GPT

TM : Ti-Al (Main) TM : Ti-Ni-Ag

Package 5% Japan, Taiwan, China Die saw will be a key concern

2015 2016 2017 2018 2019 2020

EV/HEV 0 2 10 40 130 250

PV inverter 60 80 100 130 170 200

PFC 40 50 60 70 75 90

R&D 20 25 40 50 60 80

Motor AC Drive 0 5 8 15 40 60

UPS 0 2 5 8 20 30

Rail traction 0 1 2 3 10 25

0100200300400500600700800

$ M

USD

FY16 FY17 FY18 FY19 FY20 FY21 FY22

OBC

DC-DC Converter

Main Inverter

SiC SBD + SiC MOSFET SiC SBD + Si MOSFET

SiC MOSFET Si MOSFET

SiC MOSFET Si-IGBT + Si-FRD

Ex. Toyota Prius G4 : PCU ( Inverter ) TOYOTA PRIUS G4 : PCU

INNER STRUCTURE

Load Dump TVS

IGBT

全球IGBT製造廠商排名

< 400V 600-650V 1200V 1700V 2500V-3300V > 4500V

App.

• HA • IND

• EV • HA • IND

• EV • HA • IND • Solar

• Solar • Wind Pwr

• Grid • HST

• Grid • HST • IND

No.1

No.2

No.3

No.4

No.5

總結

汽車電子市場需求持續成長

新興應用及功能: ADAS, ACC, CMS, etc.. , 帶動更多ECU的使用 汽車電源形式改變: 為了綠化, 環保, 效能; 進而產生更多的機會 ( 車載充電器, 車外轉換器,

寬能階產品滲透率)

Thank you

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