車規(guī)級MCU芯片概述

車規(guī)級MCU（Microcontroller Unit）芯片是一種專門用于汽車電子系統(tǒng)的微控制器。它將計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲器、I/O端口等集成在一顆芯片上，實(shí)現(xiàn)對汽車各部件的運(yùn)算和控制。車規(guī)級MCU在汽車中的應(yīng)用非常廣泛，包括車身控制、駕駛輔助、動力系統(tǒng)、底盤控制和ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）等功能。

MCU芯片種類的劃分主要有以上四種，分別為：商業(yè)級（也稱消費(fèi)級）、工業(yè)級、車規(guī)級和軍用級。

他們的劃分標(biāo)準(zhǔn)主要有以下區(qū)別：

1. 工作溫度方面：商業(yè)級芯片的工作溫度在0℃~+70℃之間。工業(yè)級芯片則能達(dá)到-40℃~+85℃。車規(guī)級芯片在耐高溫方面更是能夠達(dá)到125℃，工作溫度為-40℃～+125℃。軍用級芯片在低溫方面比車規(guī)級芯片更優(yōu)秀，工作溫度能夠達(dá)到-55℃~+125℃。

   
   

2. 工藝處理方面：商業(yè)級芯片僅做了防水處理。工業(yè)級則是在防水處理的基礎(chǔ)上增加了防潮、防腐、防霉變處理。車規(guī)級芯片在工業(yè)級芯片的基礎(chǔ)上又增強(qiáng)封裝設(shè)計(jì)和散熱處理。而軍用級芯片則相較車規(guī)級芯片而言更耐沖擊、耐高低溫、耐霉菌。

   
   

3. 電路設(shè)計(jì)方面：商業(yè)級芯片做了防雷設(shè)計(jì)、短路保護(hù)、熱保護(hù)等電路設(shè)計(jì)。工業(yè)級芯片則是在商業(yè)級芯片基礎(chǔ)上進(jìn)行了多級防雷設(shè)計(jì)、雙變壓器設(shè)計(jì)、抗干擾設(shè)計(jì)、短路保護(hù)、熱保護(hù)、超高壓保護(hù)等設(shè)計(jì)。車規(guī)級芯片在工業(yè)及芯片的基礎(chǔ)上又增加了多重短路保護(hù)、多重?zé)岜Ｗo(hù)，和超高壓保護(hù)等電路設(shè)計(jì)。而軍工級芯片同樣在車規(guī)級芯片基礎(chǔ)上增添了輔助電路和備份電路設(shè)計(jì)，多級防雷設(shè)計(jì)雙變壓器設(shè)計(jì)。

   
   

4. 系統(tǒng)成本方面：商業(yè)級芯片采用線路板一體化設(shè)計(jì)，價(jià)格低廉但維護(hù)費(fèi)用較高。工業(yè)級芯片采用積木式結(jié)構(gòu)，每個(gè)電路均帶有自檢功能。車規(guī)級同樣也采用了積木式結(jié)構(gòu)，但在工業(yè)級芯片的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了散熱處理，造價(jià)較高維護(hù)費(fèi)用也較高。軍用級的造價(jià)就非常高了，維護(hù)費(fèi)用也在這幾類芯片中拔得頭籌。

車規(guī)級MCU芯片的分類及應(yīng)用

車規(guī)級MCU芯片根據(jù)其位數(shù)不同，可以分為8位、16位和32位三種類型，每種類型的MCU在汽車中的應(yīng)用也有所不同：

1. 8位MCU：主要用于低端控制功能，如風(fēng)扇控制、空調(diào)控制、雨刷、天窗、車窗升降、低端儀表盤、集線盒、座椅控制、門控模塊等。

2. 16位MCU：主要用于中端控制功能，應(yīng)用于動力系統(tǒng)（如引擎控制、齒輪與離合器控制和電子式渦輪系統(tǒng)）、底盤系統(tǒng)（如懸吊系統(tǒng)、電子式動力方向盤、扭力分散控制和電子泵、電子剎車）等。

3. 32位MCU：主要用于高端控制功能，在實(shí)現(xiàn)L1和L2的自動駕駛功能中扮演重要角色，如儀表盤控制、車身控制、多媒體信息系統(tǒng)、引擎控制，以及新興的智能性和實(shí)時(shí)性的安全系統(tǒng)及動力系統(tǒng)。

車規(guī)級MCU芯片的市場現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，盡管受到芯片短缺和疫情影響，2021年全球汽車MCU銷售額仍達(dá)到76億美元，同比增長23%。預(yù)計(jì)全球汽車MCU銷售額在2022年和2023年將分別增長14%和16%，到2023年將達(dá)到100億美元的規(guī)模。

隨著新能源汽車銷量的逆勢提高，以及整車廠進(jìn)入主動加庫存階段，車規(guī)芯片需求量持續(xù)保持高位。車規(guī)MCU芯片的高需求將持續(xù)到2022年底，擴(kuò)產(chǎn)能的投資有望在2023年中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模的大體量提升。

車規(guī)級MCU芯片的行業(yè)壁壘及認(rèn)證流程

車規(guī)級MCU芯片不僅認(rèn)證時(shí)間長，還具有較高的行業(yè)壁壘。工作溫度、壽命和良率等指標(biāo)要求嚴(yán)格，認(rèn)證流程復(fù)雜且標(biāo)準(zhǔn)高，導(dǎo)致車規(guī)級MCU的導(dǎo)入時(shí)間至少需要3到5年，但車廠要求的供貨時(shí)間最長可達(dá)30年。

主流車規(guī)級MCU多以自有架構(gòu)為主要路線，海外廠商均已實(shí)現(xiàn)32位產(chǎn)品量產(chǎn)，核心廠商料號可達(dá)上千顆，且以IDM（Integrated Device Manufacture）為主，在產(chǎn)研調(diào)動上更有優(yōu)勢。相比之下，國產(chǎn)MCU仍然以Fabless（無工廠芯片供應(yīng)商）為主，無法單獨(dú)進(jìn)行IATF 16949這類流片和封裝階段的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

國產(chǎn)車規(guī)級MCU芯片的發(fā)展現(xiàn)狀及前景

目前，國內(nèi)車載MCU僅少數(shù)廠商量產(chǎn)出貨，應(yīng)用在汽車雨刷、車燈、車窗等低端應(yīng)用場景。對電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等高端應(yīng)用場景，僅極少數(shù)廠商具備出貨能力。大部分車規(guī)級MCU產(chǎn)品使用8英寸晶圓產(chǎn)線，少部分高端車用12英寸。全球8英寸晶圓產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)緩慢，而國內(nèi)晶圓廠8英寸產(chǎn)能充足，且國產(chǎn)自組率約2%，國產(chǎn)替代空間大。

每輛新能源汽車用MCU芯片至少35片，較傳統(tǒng)汽車約增加30%的需求量。純電動汽車中其價(jià)值量占比僅次于功率半導(dǎo)體，為11%。受益于新能源汽車帶動，車規(guī)MCU需求高增。2021年，車載MCU售額同比飆升23%，創(chuàng)76億美元新記錄。

國內(nèi)廠商在車規(guī)級MCU芯片領(lǐng)域的進(jìn)展

近期，四維圖新宣布，旗下杰發(fā)科技國產(chǎn)化供應(yīng)鏈車規(guī)級MCU芯片AC7802x正式量產(chǎn)，并已交付多家標(biāo)桿客戶并進(jìn)行規(guī)模應(yīng)用。這標(biāo)志著國內(nèi)廠商在車規(guī)級MCU芯片領(lǐng)域的技術(shù)水平和市場競爭力進(jìn)一步提升。

市面上的車規(guī)級芯片

1、功率類芯片

新能源汽車是功率器件增量需求主要來源。其中，增量較大的主要是IGBT模塊、SiC 模塊、MOSFET 和 GaN 產(chǎn)品。其中新增功率器件主要用于主驅(qū)逆變器、車載充電機(jī)（OBC）、直流-直流變換器（DC-DC）等動力系統(tǒng)零部件。

2、計(jì)算機(jī)及控制芯片

計(jì)算及控制芯片為智能汽車之“眼”，以微控制器和邏輯IC為主，包括主控芯片和輔助芯片。從應(yīng)用場景來看，計(jì)算芯片可以劃分為智能座艙芯片和自動駕駛芯片、車身控制芯片。

3、儲存芯片

主要用于數(shù)據(jù)存儲功能，包含DRAM（動態(tài)存儲器）、SRAM（靜態(tài)存儲器）、FLASH（閃存芯片）等。

4、傳感器芯片

主要用于探測、感受外界的信號，并將探知的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柣蚱渌栊问絺鬟f給其他設(shè)備。包括CMOS圖像傳感器（CIS）、圖像信號處理器（ISP）、激光雷達(dá)芯片等。

5、通信芯片

主要用于發(fā)送、接收以及傳輸通信信號，包括基帶芯片、射頻芯片、信道芯片、電力線載波通信芯片等。

6、模擬芯片

模擬芯片在汽車各個(gè)部分均有應(yīng)用，包括車身、儀表、底盤、動力總成及ADAS，主要分為信號鏈芯片與電源管理芯片兩大板塊。

7、電源芯片

汽車電源管理芯片（PMIC）廣泛應(yīng)用于汽車智能座艙、自動駕駛、車身電子、儀表及娛樂系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及BMS等場景。

8、驅(qū)動芯片

其性能的的高低決定了爬坡能力、加速能力以及最高車速等汽車行駛的主要性能指標(biāo)。

9、安全芯片

汽車安全芯片屬于一種車規(guī)級芯片，主要包括AEC和ISO 26262等標(biāo)準(zhǔn)，其功能為控制車輛的安全性、效率性和舒適性等。

結(jié)論

車規(guī)級MCU芯片作為汽車電子系統(tǒng)的核心部件，其市場需求和技術(shù)要求都在不斷提高。盡管全球市場仍由海外廠商主導(dǎo)，但國內(nèi)廠商在政策支持和技術(shù)進(jìn)步的推動下，正在逐步縮小與國際先進(jìn)水平的差距。未來，隨著新能源汽車和智能駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，車規(guī)級MCU芯片將迎來更廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展機(jī)遇。

車規(guī)級MCU芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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