三大可靠性抓手/四大產(chǎn)品線規(guī)劃，揭秘納芯微磁傳感器出貨超億顆的秘密

磁傳感器是傳感器中重要的品類,是電流傳感、接近傳感、線性位置檢測(cè)、轉(zhuǎn)動(dòng)速率檢測(cè)、旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)等傳感器主要實(shí)現(xiàn)方式之一,在汽車、工業(yè)、能源和消費(fèi)電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)貝哲斯咨詢的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2022年全球磁傳感器市場(chǎng)規(guī)模為224.25億元(人民幣),預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)到463.32億元,2023-2028期間的年均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)高達(dá)12.83%。

過往,人們提到磁傳感器,主要討論的都是幾家國際廠商。隨著終端市場(chǎng)對(duì)磁傳感器需求爆發(fā),國產(chǎn)磁傳感器廠商緊抓這波機(jī)遇,目前已經(jīng)初見規(guī)模。根據(jù)納芯微最新發(fā)布的2023年業(yè)績(jī)報(bào)告,其傳感器產(chǎn)品營收實(shí)現(xiàn)逆勢(shì)增長(zhǎng),2023年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入16575.26萬元,同比增長(zhǎng)49.18%。納芯微磁傳感器技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理謝奔在和記者交流時(shí)表示,“當(dāng)前納芯微磁傳感器產(chǎn)品出貨量已經(jīng)超過1億顆,汽車和工業(yè)等領(lǐng)域的一些頭部廠商都已經(jīng)是我們的客戶?！?/p>

出貨超1億顆是一個(gè)門檻,也是一個(gè)契機(jī),那么納芯微是如何完成這一成績(jī)的?有哪些引領(lǐng)市場(chǎng)的核心技術(shù)?在這篇文章中將給出答案。

磁傳感器技術(shù)、產(chǎn)品和市場(chǎng)概述

磁傳感器基于電磁感應(yīng)原理,對(duì)位置、速度、電流等變量進(jìn)行檢測(cè)。如果按照技術(shù)原理來分,磁傳感器主要分為霍爾(Hall)傳感器和磁阻傳感器兩大類,其中磁阻傳感器又可以繼續(xù)細(xì)分為AMR(各向異性磁阻)、GMR(巨磁阻)、TMR(隧道磁阻)三大類。

霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè),是目前磁傳感器中最大的門類。主要原因在于,霍爾傳感器發(fā)展歷史悠久、技術(shù)成熟,且可以用硅基工藝制造。謝奔從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度談道:“在磁傳感器領(lǐng)域,霍爾傳感器出現(xiàn)時(shí)間最早,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面就會(huì)有兩大明顯的優(yōu)勢(shì):其一是應(yīng)用于霍爾傳感器的成熟IP比較多;其二是硅基工藝讓霍爾傳感器更加有益于產(chǎn)品集成。”按照Yole的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),以出貨量口徑計(jì)算,霍爾傳感器在磁傳感器中占比高達(dá)69%,AMR、GMR、TMR傳感器占比則分別是13%、5%和13%。

從技術(shù)發(fā)展來看,霍爾傳感器之后,依次出現(xiàn)的技術(shù)是AMR、GMR、TMR。作為最新的技術(shù),TMR在低功耗和高精度方面,有著天然的優(yōu)勢(shì)。

正如上述數(shù)據(jù)所示,目前磁傳感器發(fā)展正處于高速增長(zhǎng)期。作為一個(gè)大的傳感器類別,磁傳感器能夠長(zhǎng)久存在且不斷進(jìn)行技術(shù)迭代,背后的支撐力是龐大的市場(chǎng)需求。磁傳感器具有精度高、響應(yīng)速度快、靈敏度高,且具有無接觸、無摩擦、無振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛用于汽車、工業(yè)、消費(fèi)電子、醫(yī)療器械、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域,主要的產(chǎn)品形態(tài)包括磁位置傳感器、磁速度傳感器、磁開關(guān)、磁電流傳感器、電子羅盤和鎖存器等,市占比分別為38.2%、20%、16.8%、16.2%、8.5%和0.3%。

納芯微四大磁傳感器產(chǎn)品矩陣

作為現(xiàn)代傳感器產(chǎn)業(yè)的一個(gè)主要分支,磁傳感器不僅產(chǎn)品類別豐富,且應(yīng)用廣泛。謝奔指出,納芯微公司的使命是“‘感知’‘驅(qū)動(dòng)’未來,共建綠色、智能、互聯(lián)互通的‘芯’世界”。因而,磁傳感器是納芯微重要的產(chǎn)品布局。目前,納芯微在磁傳感器方面共有四大產(chǎn)品矩陣:

· 電流傳感器,包含集成式電流傳感器、線性電流傳感器,其中線性電流傳感器又可分為有磁芯和無磁芯的方案。

· 位置傳感器,包含角度傳感器、磁開關(guān),其中磁開關(guān)又包含了車規(guī)霍爾開關(guān)/鎖存器、工規(guī)霍爾開關(guān)、工規(guī)TMR開關(guān)/鎖存器。

· 速度傳感器,主要是ABS輪速傳感器。

· 磁傳感器調(diào)理芯片,用于xMR或GaAs霍爾傳感器的信號(hào)調(diào)理。

對(duì)照上面的市占比信息,可見納芯微的磁傳感器類別是非常全面的,技術(shù)上主要傾向于布局成熟的霍爾傳感器,以及TMR磁阻效應(yīng)傳感器。記者對(duì)比納芯微和多家廠商的磁傳感器產(chǎn)品后發(fā)現(xiàn),無論是基于怎樣的技術(shù)原理,納芯微磁傳感器在精度和靈敏度方面都有一定的優(yōu)勢(shì),謝奔稱,這是因?yàn)榧{芯微對(duì)此專門做了技術(shù)增強(qiáng),尤其是針對(duì)霍爾傳感器。

他介紹說,霍爾傳感器作為一個(gè)歷史悠久的磁傳感器類別,和其他后面出現(xiàn)的技術(shù)(指AMR、GMR、TMR)相比,在精度和靈敏度等方面會(huì)有劣勢(shì)。納芯微深知這一點(diǎn),基于多年的傳感器調(diào)理芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),以及在產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用過程中積累的大量客戶需求與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),針對(duì)性地設(shè)計(jì)了一階+二階溫度補(bǔ)償電路,保證了霍爾傳感器在溫度范圍內(nèi)的輸出穩(wěn)定性。

為了讓霍爾傳感器也能夠擁有較高的精度,納芯微開發(fā)了霍爾板堆疊、旋轉(zhuǎn)電流驅(qū)動(dòng)等技術(shù)。一般而言,霍爾傳感器相比xMR傳感器會(huì)有更高的噪聲,為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的低噪聲,納芯微在產(chǎn)品內(nèi)部進(jìn)行霍爾板堆疊,雖然產(chǎn)品內(nèi)部看起來還是一個(gè)霍爾點(diǎn),不過這個(gè)點(diǎn)內(nèi)會(huì)包含6個(gè)、8個(gè),甚至更多的霍爾板,進(jìn)而讓產(chǎn)品有更加優(yōu)質(zhì)的噪聲表現(xiàn)。

產(chǎn)品有了更高的信噪比,就會(huì)更加容易實(shí)現(xiàn)高精度。同時(shí),納芯微還在霍爾傳感器內(nèi)部加入了旋轉(zhuǎn)電流驅(qū)動(dòng)等專利技術(shù),有兩象限旋轉(zhuǎn)或者四象限旋轉(zhuǎn)等多種方式,從而降低了霍爾傳感器的零漂,這也能進(jìn)一步提升產(chǎn)品精度。

謝奔指出,“為了提升霍爾傳感器的特征性能,在納芯微內(nèi)部,上述這樣的技術(shù)創(chuàng)新非常多。”他以納芯微霍爾效應(yīng)角度傳感器舉例,該產(chǎn)品一個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)是能夠在更寬的溫度和磁場(chǎng)變化范圍內(nèi)保持高精度。這主要得益于差分檢測(cè)與Cordic算法。相關(guān)器件采用四盤霍爾差分檢測(cè),針對(duì)差分后的正余弦信號(hào),又設(shè)計(jì)了自動(dòng)增益調(diào)整模塊,可以將動(dòng)態(tài)變化的原始模擬信號(hào)靈活地調(diào)整到14bit ADC的70%或80%量程。再加上Cordic算法,納芯微霍爾效應(yīng)角度傳感器便具有了抵抗外界雜散磁場(chǎng)干擾的能力,不受環(huán)境溫度變化的影響,器件內(nèi)的動(dòng)態(tài)角度補(bǔ)償、濾波器等則進(jìn)一步提升了測(cè)量精度。

記者在和謝奔的溝通中能夠明顯感覺到,在納芯微每一款霍爾傳感器背后,都會(huì)有一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新的故事。通過這些技術(shù)創(chuàng)新,納芯微的霍爾傳感器具備了線性區(qū)間大,抗干擾能力強(qiáng),等優(yōu)點(diǎn),且產(chǎn)品精度處于行業(yè)領(lǐng)先地位,也進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的性價(jià)比。和霍爾傳感器一樣,納芯微在TMR傳感器方面同樣進(jìn)行了大量的技術(shù)創(chuàng)新,以進(jìn)一步發(fā)揮TMR在低功耗和高精度方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

除了產(chǎn)品性能方面的優(yōu)勢(shì)之外,謝奔表示,無論是當(dāng)下,還是未來的產(chǎn)品規(guī)劃,汽車都是納芯微磁傳感器重點(diǎn)關(guān)注的方向。為了讓產(chǎn)品能夠滿足汽車應(yīng)用中復(fù)雜、嚴(yán)苛的環(huán)境挑戰(zhàn),“高品質(zhì)”是納芯微磁傳感器的另一張名片。高品質(zhì)體現(xiàn)在很多方面,包括性能冗余、應(yīng)力補(bǔ)償和高可靠性。

首先看性能冗余,謝奔以納芯微集成式電流傳感器舉例,產(chǎn)品提供隔離電壓功能。其中,SOW-16封裝的集成式電流傳感器的基本絕緣工作電壓是1550Vpk/1097Vrms,是UL62368法規(guī)基于其爬電距離8.0mm所允許的工作電壓。不過,該產(chǎn)品內(nèi)部的絕緣物質(zhì)的絕緣能力遠(yuǎn)不止于此。在絕緣油中,其最大浪涌隔離耐壓(Vsurge)可達(dá)10kV。

再看應(yīng)力補(bǔ)償,無論是在汽車應(yīng)用中,還是在工業(yè)、能源應(yīng)用中,外部應(yīng)力都是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。為了讓納芯微的磁傳感器能夠應(yīng)對(duì)這些應(yīng)力情況,該公司在電路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上都給出了方案。在電路設(shè)計(jì)上,納芯微部分產(chǎn)品帶有應(yīng)力補(bǔ)償功能;在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,納芯微磁傳感器在形狀設(shè)計(jì)和封裝材料選擇方面充分考慮了應(yīng)力的影響,在工程驗(yàn)證階段,會(huì)在變化的環(huán)境中根據(jù)應(yīng)力對(duì)性能的影響調(diào)整框架設(shè)計(jì),并選擇具有更低應(yīng)力系數(shù)的封裝材料。

最后看一下產(chǎn)品高可靠性保障,在這個(gè)方面,納芯微通過三大抓手進(jìn)行保障——可靠性設(shè)計(jì)、可靠性驗(yàn)證、高覆蓋度下線測(cè)試。“在納芯微內(nèi)部,針對(duì)汽車芯片開發(fā)有一套產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的準(zhǔn)則,通過設(shè)計(jì)審查的方式來評(píng)估一顆芯片是否滿足汽車應(yīng)用的需求,在過孔數(shù)量、線寬、走線等方面都有非常嚴(yán)格的要求。另外,車規(guī)級(jí)的磁傳感器,不僅需要嚴(yán)格遵循車規(guī)級(jí)測(cè)試和可靠性標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也需要使用車規(guī)級(jí)電路的設(shè)計(jì)規(guī)則,采用車規(guī)晶圓,以及符合要求的車規(guī)封測(cè)專線?！敝x奔說。

根據(jù)他的描述,實(shí)際上除了這三大抓手,納芯微針對(duì)一些特殊應(yīng)用的車規(guī)級(jí)產(chǎn)品的可靠性測(cè)試還會(huì)“加嚴(yán)”——進(jìn)行更加嚴(yán)格的額外測(cè)試,比如汽車芯片一般會(huì)有1000小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間老化測(cè)試,納芯微的標(biāo)準(zhǔn)是雙倍的,要測(cè)2000小時(shí)。

這種嚴(yán)格的產(chǎn)品測(cè)試流程在工業(yè)和消費(fèi)級(jí)磁傳感器方面同樣有所體現(xiàn)。同時(shí),納芯微工業(yè)和消費(fèi)級(jí)磁傳感器在生產(chǎn)端也有相應(yīng)的生產(chǎn)管控,比如3西格瑪(3σ)管理,進(jìn)而保障產(chǎn)品無質(zhì)量問題。

納芯微磁傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

從應(yīng)用角度來看,磁傳感器的應(yīng)用是非常廣泛的,國計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域都有涉及。那么,納芯微四大磁傳感器產(chǎn)品矩陣主要面向哪些領(lǐng)域呢。謝奔回復(fù)稱,汽車、能源、工業(yè)和消費(fèi)電子是納芯微磁傳感器重點(diǎn)覆蓋的領(lǐng)域。

面向汽車領(lǐng)域,納芯微提供集成式電流傳感器、線性電流傳感器、角度傳感器、車規(guī)霍爾開關(guān)/鎖存器、速度傳感器等產(chǎn)品。其中,集成式電流傳感器主要用于汽車OBC、DC-DC;線性電流傳感器主要用于汽車牽引電機(jī)的相電流與母線電流檢測(cè);角度傳感器主要用于汽車熱管理系統(tǒng)水閥位置檢測(cè)、雨刮器位置檢測(cè)、方向盤轉(zhuǎn)角位置檢測(cè)、EGR閥等;車規(guī)霍爾開關(guān)/鎖存器主要用于汽車座椅位置、車窗控制、天窗、尾門位置檢測(cè)、車載電機(jī)換相等;速度傳感器主要用于汽車ABS輪速檢測(cè)。謝奔強(qiáng)調(diào),后續(xù)包括主動(dòng)懸架、EPS等汽車應(yīng)用,納芯微的磁傳感器也會(huì)陸續(xù)支持。

面向工業(yè)、能源和消費(fèi)電子領(lǐng)域,納芯微提供集成式電流傳感器、線性電流傳感器、工規(guī)霍爾開關(guān)、工規(guī)TMR開關(guān)/鎖存器等產(chǎn)品。其中,集成式電流傳感器主要用于工業(yè)變頻器、電源、光伏逆變器等領(lǐng)域;線性電流傳感器主要用于電流傳感器模塊等應(yīng)用;工規(guī)霍爾開關(guān)主要用于家電、智能門鎖、電動(dòng)兩輪車、無人機(jī)、鼠標(biāo)鍵盤、電動(dòng)工具、筆記本電腦、民用電表等市場(chǎng);工規(guī)TMR開關(guān)/鎖存器主要用于工業(yè)液位計(jì)、干簧管替代、民用表計(jì)(水表、氣表、熱量表)、工業(yè)伺服編碼器等領(lǐng)域。

納芯微磁傳感器調(diào)理芯片主要用于xMR或GaAs霍爾的信號(hào)調(diào)理。

綜合謝奔的深入講解和納芯微的官方資料,納芯微磁傳感器品類全、應(yīng)用廣,全面的技術(shù)支持在中間起到積極串聯(lián)作用。針對(duì)上述應(yīng)用,納芯微提供完善的文檔和工具支持、及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持,且工具中有很多易于用戶使用的改進(jìn)。以可編程霍爾開關(guān)NSM1030應(yīng)用為例,GUI上設(shè)計(jì)了Auto trim功能,用戶不需要在應(yīng)用中手動(dòng)一步步調(diào)整code, 取而代之可以通過一鍵自動(dòng)調(diào)教的方式自動(dòng)尋找開關(guān)點(diǎn),大幅提升了編程效率。

此外,和其他磁傳感器供應(yīng)商相比,納芯微有一個(gè)顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)就是出色的產(chǎn)品定制化能力。謝奔稱,納芯微有完善的產(chǎn)品開發(fā)流程,多年的大客戶合作開發(fā)經(jīng)驗(yàn),保障了開發(fā)過程的科學(xué)性,降低人為因素造成開發(fā)事故的可能性。同時(shí),加嚴(yán)的可靠性測(cè)試進(jìn)一步確保了芯片的可靠性。

“在納芯微傳感器、電源、信號(hào)鏈、驅(qū)動(dòng)、隔離接口等眾多產(chǎn)品線中,積累了大量的IP,這些經(jīng)過不同應(yīng)用場(chǎng)景驗(yàn)證過的IP可以被芯片設(shè)計(jì)人員直接調(diào)用,從而大大提高開發(fā)效率并有效降低產(chǎn)品開發(fā)失敗、存在品質(zhì)問題的可能性。這些復(fù)用的IP讓納芯微的產(chǎn)品無論是標(biāo)準(zhǔn)品還是定制產(chǎn)品,都具有超高的性價(jià)比。”他進(jìn)一步講到。

事實(shí)上,上面提到的納芯微速度傳感器就屬于一款定制芯片,是納芯微與大陸集團(tuán)旗下合資公司陸博合作開發(fā)的輪速傳感器,主要應(yīng)用于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)、自動(dòng)變速器等控制系統(tǒng)。在這個(gè)案例中,納芯微充分發(fā)揮自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和領(lǐng)先的產(chǎn)品、市場(chǎng)理解,為陸博提供符合其本土化戰(zhàn)略及市場(chǎng)需求的解決方案。據(jù)悉,這款產(chǎn)品將于今年第四季度量產(chǎn),既是一款定制化產(chǎn)品,也是一款面向通用市場(chǎng)的產(chǎn)品。

謝奔表示,“在定制化業(yè)務(wù)合作中,還有一點(diǎn)也很重要,作為一家上市公司,納芯微具有穩(wěn)健的財(cái)務(wù)能力與業(yè)務(wù)透明度,保障定制化項(xiàng)目合作方的供應(yīng)鏈安全。”(來源于電子發(fā)燒友)

　　轉(zhuǎn)自：中國經(jīng)濟(jì)新聞網(wǎng)

　　【版權(quán)及免責(zé)聲明】凡本網(wǎng)所屬版權(quán)作品，轉(zhuǎn)載時(shí)須獲得授權(quán)并注明來源“中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)”，違者本網(wǎng)將保留追究其相關(guān)法律責(zé)任的權(quán)力。凡轉(zhuǎn)載文章及企業(yè)宣傳資訊，僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本網(wǎng)觀點(diǎn)和立場(chǎng)。版權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系：010-65363056。

延伸閱讀