同城58网 科技 15年专攻锂电保护芯片,赛芯电子啃下技术“硬骨头”

15年专攻锂电保护芯片,赛芯电子啃下技术“硬骨头”

集微网报道,众所周知,由于锂电池具有绿色环保、循环寿命长、能量密度高、工作电压高等优势,被广泛应用于智能手机、智能家居、笔记本电脑、可穿戴设备、工业控制及新能源汽车等各类终端产品中。

不过,锂电池也有其弱点,那就是在过度充电、充电或放电电流过大等情况下容易引起燃烧、爆炸等安全隐患,而过度放电则会导致电池特性劣化、使用寿命下降,因此在实际使用中,需要电源管理芯片和锂电池保护芯片来防止锂电池过充、过流、过放等情况。

在电源管理芯片领域,当前市场上已经涌现出非常多国产品牌供应商,但在终端产品需要通过安规级认证的锂电池保护芯片领域,高端市场却仍被日本精工、日本理光、日本美之美三大国际知名厂商垄断。

究其原因,集微网从业内了解到,基于锂电保护芯片对安全特性的要求,新入局者只有长时间专注在该领域,通过稳扎稳打的方式积累出深厚的技术储备和足够大的出货量,打造出良好的市场口碑,未发生重大安全事故,才有机会进入高端市场。

令人欣喜的是,在国内市场上,早已经出现了一家专注锂电池保护芯片的厂商——赛芯电子,目前正在冲击科创板上市。其依靠自主专利的功率器件结构和独特的半导体工艺技术,推出了极具创新性的单晶圆锂电保护芯片,仅2021年其产品年销量就突破了10亿颗,并于2022年1月率先通过知名手机电池供应商欣旺达的器件认证,是国内最有希望打破高端锂电池保护芯片依赖进口局面的厂商。

直击行业痛点,打造单晶圆方案

据招股书显示,锂电池保护电路主要是由控制IC、MOS管及电阻、电容等外围元器件构成。传统的锂电保护方案为分离式,其控制IC、MOS管、电阻、电容均独立封装,再通过SMT贴装在PCB板上。

虽然日本精工、日本理光、日本美之美等主流供应商都是采用上述分离式方案,长期以来也得到了业内广泛使用。但由于上述分离式方案集成度较低,面积较大,无法适应终端电子产品的小型化趋势。此外,分离型方案的一致性及精度由控制器芯片和MOS管芯片共同决定,而控制器芯片和MOS管芯片是通过不同的工艺制造(控制器芯片由水平结构的CMOS工艺制造,MOS管芯片由垂直结构的工艺制造),通常也由不同的厂商供应,较难达到完全匹配和兼容,更难以配合下游客户实现定制化需求。

为解决上述痛点需求,业内曾推出过二芯合一方案,将控制IC晶圆和MOS管晶圆进行了合并封装,但该方案未能从根本上解决问题,无法获得业内的广泛认可。

赛芯电子深知只有通过电路设计和制造工艺相结合,将控制IC、NMOS管和外围的部分电阻集成到同一个晶圆衬底上,采用同一制造工艺的单晶圆方案,才能推出具备集成度更高、面积更小、成本更低、一致性更好、保护功能更强、可定制化程度更高的产品。

凭借自身对电路设计和工艺的深刻理解,赛芯电子早在2008年就开发出12V集成隔离型NMOS管的工艺,并于2009年推出第一款单节单晶圆锂电保护芯片。当时,作为两种完全不同的工艺结构,控制器芯片和NMOS管芯片要集成于同一晶圆衬底上的难度可想而知。

赛芯电子上述产品和工艺均采用国际首创技术,具备自主知识产权。截至2022年6月底,赛芯电子拥有的专利、布图设计及研发成果共计76项,其中发明专利30项,实用新型专利8项,集成电路布图设计专用权38项,并形成了26项核心技术。同时上述工艺技术在相关晶圆厂五年内为专有工艺技术,具备排他性权利,且该工艺以赛芯命名。

开创性技术,抢占市场先机

根据业内共识,技术的更新往往在兼容性上会有所取舍,由于是开创性的技术,赛芯电子的产品无法与传统分离式方案进行管脚兼容,尽管产品本身具备优越性,但在对入门门槛极高的传统锂电池领域来说,在创新性之外,还需考虑安全性、使用习惯、供应链稳定性等因素,导致其市场开拓难度较大,也是长期以来日系厂商在该领域的垄断地位未被撼动的原因之一。

值得一提的是,相对传统锂电池终端产品客户的坚持,赛芯电子单晶圆锂电保护方案的优越性,显然已经被业内同行所认可。近年来赛芯电子也勇于拿起法律武器进行维权,目前已在多起侵权案中胜诉,其中一起终审胜诉案件获评2020年中国法院10大知识产权案件,同时也成为最高人民法院受理的首例侵害集成电路布图设计专有权纠纷二审案件,在另两件侵权诉讼案中也获得了一审胜诉。

近年来,移动电源、电子烟、智能穿戴等新型消费电子产品逐渐兴起,作为全新的产品,在设计时更愿意接受新方案,而单晶圆方案成本低、面积小的优势恰好契合市场需求,赛芯电子也及时准确地抓住了消费电子发展潮流,陆续推出了300种以上的锂电池保护芯片。

目前,赛芯电子在各个新兴应用领域已经占据了较高的市场份额,而极具市场竞争力的创新型产品是其快速占领市场的利器。基于性能优良、集成度高、一致性好、尺寸小、综合性价比高等特点,赛芯电子的单晶圆锂电池保护方案成功获得了小米、OPPO、vivo、荣耀、漫步者、魅族、JBL、Anker、Belkin、麦克韦尔、南孚电池、万魔等品牌客户的认可,并赢得了有利的市场地位。

以移动电源、TWS耳机领域为例,根据资料显示,一个移动电源通常会用到1颗锂电池保护芯片,2021年全球移动电源出货量为6.6亿台,而赛芯电子向移动电源客户销售的锂电池保护芯片为3.58亿颗。据此匡算,其锂电池保护芯片已经占据了全球移动电源产品一半以上的市场份额。

TWS耳机方面,根据资料显示,一副TWS耳机通常会用到3颗锂电池保护芯片,2021年全球TWS耳机出货量为3.00亿副,而赛芯电子向以TWS耳机为主的智能穿戴设备客户销售锂电池保护芯片2.46亿颗。据此匡算,其锂电池保护芯片在TWS耳机领域的全球市场占有率约为27.33%。

发力智能手机市场,丰富产品结构

凭借十多年来在消费电子锂电池保护领域的深厚积淀,赛芯电子单晶圆方案的产品可靠性得到市场的充分验证,并于2019年向对技术和品质要求更高的智能手机领域和占据垄断地位的日系厂商发起挑战,开始研发应用于智能手机的单晶圆锂电池保护芯片,力争成为智能手机领域锂电池保护方案的国产替代者。

赛芯电子在智能手机锂电池保护产品的技术进展非常顺利,在技术门槛方面已经取得实质性突破。

目前,移动电源、电子烟、大部分TWS耳机的锂电保护芯片一般放在主板上而非放在电池内,如果放在电池内,由于电池本身需要满足《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》(GB31241)强制性标准要求,现有耐压12V的工艺无法满足上述要求,需要更高耐压的工艺。电池的市场主要涵盖智能手机电池和各种小容量电池(应用于智能手表、智能手环和部分TWS耳机等)。

基于此,2019年,赛芯电子再次通过工艺创新,与晶圆代工厂联合开发了高耐压工艺,并推出了几个系列的产品应用于小容量电池,成为全球首家推出高耐压单晶圆锂电保护芯片的厂商。以赛芯电子面向小容量电池市场的XBGL6系列单晶圆锂电保护芯片为例,通过与日本精工、日本理光、日本美之美同类产品进行对比,其功耗(包括静态功耗和关机功耗)远低于国外品牌竞品,保护电流值更贴近,更适合穿戴类小容量电池的保护应用,无充电二极管压降,更高等级的ESD保护,集成MOS管且更小的封装,且外围简单,占板面积更小。

2021年,赛芯电子在此工艺平台上推出了一款针对快充智能手机电池的锂电保护产品,成为全球首家推出针对智能手机电池的单晶圆锂电保护芯片厂商。业内人士评论,赛芯电子站上了锂电池保护领域技术之巅。该产品于2022年1月通过知名手机电池供应商欣旺达的器件认证,2022年5月通过了某下游知名品牌厂商内部电池专家组的技术评估,决定用赛芯电子该款产品进行预研,目前正在欣旺达进行测试。

除持续巩固自身在单节锂电池保护芯片方面的优势,发力智能手机市场外,赛芯电子还放眼于多节锂电池保护芯片、电源管理芯片以及锂电池计量芯片。

早在2019年,赛芯电子已具备多节锂电池保护技术储备,推出了成熟的产品并实现销售。公司将加大在多节锂电池保护芯片的研发和市场推广,推出高品质适销产品,提升盈利增长点。

在锂电池计量芯片方面,赛芯电子也有着深厚的技术积淀和市场积累。公司已完成研发32位MCU产品并已实现销售。MCU产品与电池计量芯片选用的工艺相同,许多模块可直接调用或少许修改即可使用,为电池计量产品研发奠定了坚实的基础。同时,公司的锂电池保护芯片和电池计量芯片拥有相同的下游客户,大大降低了产品的市场开拓成本。事实上,终端客户为降低产品开发和管理成本,更愿意从一个原厂采购完整的解决方案。赛芯电子若是能够建立产品组合竞争力,定能成为锂电池保护芯片领域的中流砥柱。

以客户为中心、专注在锂电池保护领域并持续投入积极创新,一直是赛芯电子的发展策略。相信赛芯电子在后续发展中,势必会不断扩充公司产品结构,逐渐成长为拥有多元化产品的芯片设计厂商,实现高质量的可持续发展。

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