高集成化的芯片成為當下MCU領域研發和市場布局的重點，但是在實際應用中仍然面臨散熱等痛點問題，MCU廠商是如何解決和優化這些痛點？

隨著全球工業自動化、智能制造和綠色發展的不斷推進，中國電機行業正站在新一輪技術變革的風口浪尖。

在電機領域的MCU應用上，一方面市場競爭進入競爭白熱化階段，各廠商從多維度加碼產品升級，以推動提升市場占有率;另一方面，下游整機廠商對MCU等元器件的需求越來越精細化、方案化，這也使得上游廠商在設計和推廣MCU產品時需要更貼合市場前沿趨勢。

那么，如今MCU產品在電機應用領域的發展趨勢是怎樣的?MCU市場從紅海競爭又將分化出哪些細分領域?MCU未來新的增長點會是什么?

帶著這些問題，在2024中國(秋季)電機智造與創新應用暨電機產業鏈交流會期間，我們與元能芯、靈動微、睿興科技等MCU廠商，以及部分整機廠商進行了交流。

圖注：2024中國(秋季)電機智造與創新應用暨電機產業鏈交流會現場

01 | “大功率、小體積”的集成芯片方案，已是電機應用趨勢?

集成化，是如今電機市場對MCU產品最明顯的需求點。

在受訪的下游整機廠商中，小熊電器相關人員表示：“現在我們做的家電產品體積越來越小，因此需要芯片集成度越來越高;我們也觀察到目前元器件廠商推出的主流BLDC產品集成化趨勢越來越明顯，算法趨于簡單，這將大大降低整機廠商開發的難度和周期。我們希望未來能通過一個芯片集成化全部元器件，實現‘大功率、小家電’。”

和而泰產品經理唐祥也表示，目前傳統工具類行業已經相對成熟，新的增量或將來自于應用于新興領域的大功率、大電流器件類產品。

采訪中，多家MCU廠商均共性認為，集成化、高性能、穩定性強是如今市場對MCU產品及相關方案的主要需求。

集成化，是MCU、驅動乃至功率器件的封裝集成，以簡化硬件電路，降低成本。值得注意的是，集成化并不意味著簡單的芯片組合，而是系統性的集成化方案整合。

笙泉科技產品企劃行銷部專案經理王駿維表示：“越來越多客戶選擇采購整體集成化方案，而非以往情況只采購MCU。對于客戶來說，因為不同元器件參數不同，單獨采購元器件后還需要方案調試;而集成化方案下，整合元器件進行了系統性方案配備，客戶可以直接導入集成化方案而無需重新調試。這也要求MCU廠商不僅能提供產品，還要能提供完整的集成化方案。”

多家MCU廠商也提到，如今下游客戶的需求正在明顯從MCU產品轉向綜合類的集成化方案。如今市面上主流的電機驅動MCU產品沒有明顯的性能代差，未來產品競爭將更聚焦于集成化方案上。

在集成化方案應用中，高性能、高可靠性、多應用和低功耗是4個主要目標。

02 | 實現集成化方案下的高性能+高可靠性+低功耗，MCU廠商有哪些思路?

在追求集成化方案高性能實現的道路上，現場MCU廠商為我們指明了一些集成化的關鍵方向。

來自元能芯的市場總監王磊介紹，當前元能芯All in One系列產品通過設計較小的內阻、精簡外圍電路，展現大電流、單面板、高功率密度的優勢，功率范圍在十幾瓦到50瓦不等，與市面上ASIC方案相比擁有2-3倍的功率優勢，因此具有更高性能、更靈活的控制方式、更廣泛應用領域。

All in One系列能有效解決終端在散熱和電路板面積等難題，解決終端設備因過熱而引發產品故障、壽命縮短的問題，滿足終端設備小型化的需求，客戶可以快速生產出性能穩定、高良率的產品。

靈動微電子市場經理鄔正鑫介紹，公司研發的SPIN080G，在200V三相N溝道柵極驅動器的基礎上再設計了內置DC/DC支持電壓，進一步滿足更偏高壓的園林工具應用。

笙泉科技則是從馬達控制升級到BLDC控制，增加了70-80%的轉換效率，以提高輸出功率。

此外，集成化方案的高可靠性也是在集成化應用中非常重要的。

很多廠商均表示，如今MCU的集成化產品在電機驅動應用領域的主要技術難點是實現集成化方案性能的穩定性。

元能芯王磊表示：“一款高集成化電機IC，要實現電機的運轉和功能開發并不難，但是一萬次、十萬次都能持續穩定性能，就不是那么容易，需要長期且大量的算法優化來實現。基于此，元能芯通過將算法和系統級方案整合到芯片內部，未來還將把AI元素融入到芯片內部，實現AI模型下的電機調機，以快速匹配電機應用中的最佳參數。”

睿興科技研發總監蕭經華認為，隨著電壓提升，元器件的耐壓度和耐受程度將會有所下降，理論上需要體積更大的元器件來維持性能的穩定。但是在集成化方案下，可以通過高算力來計算電壓坡度、功率等等，并對電機和電池進行智能集成化，以達到更好的集成化性能和更強的集成化穩定性。

沖擊高壓應用中空調市場的笙泉科技則是從原材料方面來提高集成化芯片的性能穩定性。王駿維表示，笙泉科技在這個賽道選定的制程的工作溫度可以高達125℃，實際應用場域在工規-40-105℃，這相對晶圓來說雖然成本更高，但是集成化下的穩定性更好。

高性能下的低功耗，也是如今MCU領域在集成化方案發展的技術前沿方向。

賽元微電機產品線產品經理王謙敏認為，集成化趨勢下電機的增效與節能一方面要求外圍功率器件的功耗提升和電源管理效率提升，另一方面要求集成化MCU在驅動算法上可以做到更加高效，如何提升控制的精度、速度和效率。

蕭經華認為，當下產品功率越來越高，尤其是集成化方案芯片下，功耗也會相應提高，因此未來集成化MCU趨勢之一將是高壓下的低運行功耗。

王駿維也表達了類似的觀點，“例如笙泉科技幫客戶開發的暴力風扇產品，我們通過優化集成化MCU控制，不僅使整個電機效率更高，也能實現集成化下更加節能省電。”

03 | 芯片集成化下，散熱難題將如何解決?

與此同時，在集成化、小型化趨勢下，隨著芯片集成化程度的提高，元器件內部發熱量急劇增加，而有效散熱空間嚴重不足，這使得散熱問題成為集成化元器件進一步向高功率方向發展的瓶頸。

具體來說，目前在集成化方案市面主流方法是采用先進封裝方式。

王磊介紹了元能芯是如何通過先進的封裝方式來減少發熱，“傳統的封裝方式主要是通過銅互聯或鋁互聯的打線方式使芯片連接在一起，我們采用先進封裝--面板級封裝FOPLP，讓多個芯片通過PCB基板的方式整合在一個小模塊上，可有效降低功率損耗，以提高散熱效率，這樣可使芯片的體積更小、更輕薄。”

與此同時，王磊介紹：“元能芯持續堅持采取以BOM級替換來代替Pin to Pin替代，我們不選擇簡單的插拔替換方式，而是以幫助客戶優化功能為前提，可以根據客戶的需求把外圍相關器件集成到芯片內部，打造滿足客戶特定需求的智能功率系統。”

另外，行業內也有在集成化的封裝中采用各種形式的冷卻、頂部放置 TIM(熱界面材料)來幫助冷卻等集成化方案的案例。

Synopsys EDA 集團產品管理總監 William Ruby在公開報道中提到，有很多方法可以消除系統中的熱量，例如強制液體冷卻，“我們看到一些更先進的封裝取得了許多進步。通過3D-IC設計，可以采用強制氣流和液體冷卻。有一些關于能夠通過特殊通孔減輕熱量以幫助擴散的新概念。

總的來說，目前國內MCU廠商在高集成化芯片領域已經基本解決了小功率狀態下的散熱問題，而當功率到一定級數后散熱問題暫時還未得到徹底解決。如何解決集成化下大功率下的散熱問題，或許將是未來MCU集成化趨勢下的技術發展重點。

04 | 高集成化芯片高效調試與定制化，如何實現?

除了散熱問題外，當下集成化面臨的另一個痛點是集成化方案的調機。

在應用過程中，如果需要單獨元器件的參數調試優化，對于高集成化芯片相關廠商來說不僅比較復雜，還會帶來額外成本。

面對這種市場痛點，賽元構建了MotoMatrix 電驅平臺的系統集成化方案，目標是為用戶提供易用、標準、開放的電驅生態平臺，提升開發效率，降低開發門檻。系統集成化，在電機驅動芯片上集成化更多的外設資源，將電機驅動與外圍控制放在一顆芯片和一套軟件中，以最大化利用芯片的資源。

賽元微電機產品線產品經理王謙敏介紹，MotoMatrix 平臺在賽元電驅 MCU 及集成化產品上，構建了標準化、開放的MotoMatrix算法庫，將內環核心、外環控制、應用接口等進行深層次解耦和分級，并將有感、無感、方波、FOC進行了整合統一，為用戶提供標準、統一的接口。

“在此基礎上，賽元自主研發了MotoMatrix Studio軟件平臺，提供圖形化、建議的開發調試工具，如硬件配置、硬件檢測、速度曲線、在線調試、實時監測等，方便用戶進行系統調試和故障排除。”

王磊介紹，元能芯旨在通過創造高效集成化芯片，加速綠色能源的替代，助力全球環保和能效提升，倡導高效低能耗電機整體解決方案。協助將傳統電機向高效節能電機的升級，主打MetaOne智能功率系統平臺(MCU+Driver+MOSFET)，為“風”(風機)、“器”(電動工具)、“乘”(電動出行)、“居”(大小家電)等領域提供產品和全棧式解決方案。MetaOne平臺可輔助客戶跨越電機技術的的升級，協助客戶進行快速調機、提供加密燒錄、及為客戶方案做二次開發。以創新型方案協助客戶產品的升級，并降低產品價格，達成與客戶的合作雙贏。

對于定制化需求，鄔正鑫也表示，靈動微希望在集成化趨勢下，未來能與電機廠商做更多產品研發的配合，“我們觀察到，已經有一些電機廠商的產品所設置的芯片并不是通用芯片，而是以電機為本體，去選擇更有針對性的芯片。在這種情況下，對于MCU廠商來說，一方面要把通用市場的產品系列鋪得更滿，另一方面要與電機廠商開展合作，以提供更針對性產品。”

05 | 小結

近幾年，高集成化的芯片一直是MCU領域的熱門領域，體積小、高性能的高集成化芯片更適配于如今對電機產品的需求。

我們發現，高集成化的芯片不僅從概念變成了產品，還在使用過程中不斷優化性能、減少功耗，滿足下游市場產品性能提升和優化的需求。而在這其中，作為高集成化芯片的核心控制單位MCU，對集成化方案的優化起到了關鍵作用。

在此次采訪中可以感受到，在集成化趨勢下，如今MCU廠商與電機廠商共同研發、整合方案的情況越來越多，集成化產品也更加貼近整機產品需求。

但是，散熱問題、調試難、功能穩定性仍然是當下高集成化芯片應用面臨的主要痛點，而這也將成為未來集成化芯片的技術增長空間和市場突破口。

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審核編輯 黃宇