重视汽车应用市场 ST持续加速碳化硅扩产

意法半导体（ST）是一家拥有非常广泛产品组合的半导体公司，尤其汽车更是ST非常重视的市场之一。 意法半导体车用和离散组件产品部策略业务开发负责人Luca SARICA指出，2022年车用和离散组件产品部（ADG）占了ST总营收的30%以上。ST在2021年的营收达到43.5亿美元，而若与2022年相比，车用产品部门与功率和离散组件部门的营收增幅都相当显著，达30%以上。车用和离散组件产品部拥有意法半导体大部分的车用产品，非常全面性的产品组合能够支持汽车的所有应用。


 
图一 : ADG营运策略

ADG的营收分布也证实了一点。去年ST的总营收有70%的来自车用产品，30%来自工业及个人电子产品中的电源解决方案。意法半导体2022年5月举办了资本市场日（Capital Market Day）活动。活动的重点之一便是分享我们的全球策略，以及如何在2025至2027年成为一家营收超过200亿美元企业的使命。但这一个使命背后是由谁肩负呢？为此，意法又制定了什么策略呢？我们会持续进步，并扩大核心业务，这是我们公司的根基所在。但要实现超过200亿美元的预期营收目标，主要还是必须依靠汽车业务。


 
图二 : ST的ADG业务与目标

为什么汽车是意法半导体的核心业务呢？目前，ST正从传统汽车迈向电动及连网汽车转型。这个转型趋势代表车用领域发生了重大变革，亦同时带动了半导体的商机。顺应这两大趋势的过程中，车用半导体组件数量飞速成长。一辆传统汽车中半导体组件的成本，大约是500美元，然而，如果再统计一辆新软件定义电动汽车中的半导体组件的成本，预估大约落在1,500至2,000美元，也就是传统汽车的三至四倍。


 
图三 : 电动化和数字化驱动汽车业务成长

ST是一家致力于创新的企业，为了帮助客户转型需求，在过去几年当中，我们在电动汽车（或汽车电动化）领域投入了大量资金，包含投资新的宽能隙（WBG）技术及解决方案，像是碳化硅（SiC），以及氮化镓（GaN）。目前，尤其是在碳化硅领域，意法半导体是汽车产业中，首家提供一流的解决方案，以支持客户制造超高效能电动汽车的企业。在数字化领域，ST不仅止于投资新技术，还予以创新，以因应转型于软件定义汽车的需求。其中，ST投资开发了名为FD-SOI的数字技术，该技术配备嵌入式非易失性内存和相变内存（PCM），是ST Stellar MCU统一数字平台的主力。此平台主要适用于连接云端的现代汽车，因为连接云端的现代汽车所需之运算能力高出传统汽车10倍以上，因此，ST Stellar统一数字化平台便成为软件定义汽车的重要基础。


 
图四 : ST于电动车市场的领先地位

接下来深入了解这两大趋势，以及ST满足客户新需求的方法。从电动汽车开始。如果将传统汽车与电动汽车进行比较，会发现后者增加了四、五个新的组件。电动汽车所新增的四个主要电子模块，包含电驱逆变器、车载充电器、DC-DC转换器，及电池管理系统。透过图可知每个方框（电子模块）所包含的电子组件数量相当多，这对于与ST相同的半导体供货商来说是一个新的商机。从这张简报可以看到新增之半导体组件的成本，扣除去常规电子组件，每辆汽车新增的半导体组件成本高达1,000美元，也就是说，新增的电子组件有九成都来自于电源设备。每一个应用、每一个电子模块都需要电源解决方案驱动（相当于肌肉的角色），而每一个应用也都需要像「大脑」般的数字化解决方案，而模拟组件则会帮助驱动应用将「大脑」与电源连接起来。
之前有提到，ST是一家拥有广泛产品组合的供货商，能够提供所有的电子建构模块，满足每一种应用的需求。今天并不会详细介绍所有的解决方案，只会着重在两个重点。首先，在电源领域，ST提供大量碳化硅功率模块及IGBT，这些产品可以有效减少汽车的二氧化碳排放量，并确保电动车每个电驱及电源转换阶段拥有最佳性能。另外一个重点是，在数字化领域，ST推出了新的产品家族：Stellar E。Stellar E是ST Stellar统一电子平台中的其中一片拼图，是专为电动车使用的／需要的数字电源转换系统量身打造的微控制器。


 
图五 : 满足软件定义汽车、ADAS和新电器架构之需求

转型至现代化汽车的另一个关键是软件定义汽车及汽车所采用的新架构。如图所示，可以找出导致（汽车）半导体组件增加的其他四个主要因素。第一是新的汽车架构以及为了使更为复杂的软件平台运作，所需新增加的先进微控制器及处理器。而这也是车用和消费市场融合的结果——除了能跑越来越多的里程数，还能与云端的联机，并运作非常复杂又需随时更新的软件。而其他方框中的因素亦同等重要，包含ADAS和自动驾驶汽车中的视觉系统、V2X 和互联、以及雷达系统。
每辆汽车所新增的半导体组件价值预估落在350美元以内，而为此，ST广泛的产品组合便能为各个方框内的四大系统提供数字化、模拟及功率组件。这里，我将与大家分享ST在数字领域所提供的产品——即每辆汽车的「大脑」。正如先前所提，我们拥有一个名为「Stellar」的统一数字平台。而此数字平台包含微控制器及微处理器，旨在满足原始设备制造商和汽车制造商对新架构的需求，确保他们能够拥有完整功能，并能依照需求将汽车连接至云端、更新软件、执行个人化的软件平台。


 
图六 : ST投资策略性制造计划

ST非常注重汽车应用，因为这是我们重点关注的领域之一。正因为如此，我们斥资开发一流的创新技术及解决方案，以帮助客户因应新趋势的来临。但与此同时，我们发现每辆汽车所用的半导体组件总需求在增加，且成长幅度非常大。如之前所提，电动汽车对半导体组件需求比传统汽车高出了3至4倍。这意味着扩大半导体组件产能以满足不断成长的需求势在必行。因此，ST不断投入资金、扩大产能。


 
图七 : 加速碳化硅扩产

ST的制造策略有两大基础。第一个是扩建12吋晶圆厂。ST特别重视法国Crolles和意大利Agrate的晶圆生产，从2022年7月发布的新闻稿中便能了解ST与格罗方德（GlobalFoundries）的合作，是为扩大Crolles工厂产能。此合作案尤其重视数字领域，也就是意法的数字产品。同时，ST也为软件定义汽车及电动汽车提供产品服务，目前正在投入大量资金建设、生产电源产品，尤其是宽能隙解决方案的工厂。ST在意大利的卡塔尼亚（Catania）工厂及新加坡工厂都已经在生产碳化硅产品。2021年10月，ST宣布将在意大利Catania建立一座碳化硅基板综合制造厂，以满足刚才提到持续成长的需求。这些都是ST的车用市场策略概述。