汽車電子半導(dǎo)體芯片的定義

汽車電子半導(dǎo)體芯片是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用，也被稱為集成電路（IC, Integrated Circuit）。它是汽車電子化、智能化、安全化、環(huán)?；裙δ軐?shí)現(xiàn)的關(guān)鍵核心元器件，在汽車電子系統(tǒng)里扮演著不可或缺的角色。自2020年底以來，汽車芯片短缺一直是汽車行業(yè)的熱門話題，像大眾、奔馳、福特、豐田、本田等車企都曾因芯片問題減產(chǎn)或停產(chǎn)，這足以表明汽車電子半導(dǎo)體芯片對汽車產(chǎn)業(yè)的重要性。芯片生產(chǎn)工序主要涉及芯片設(shè)計(jì)、晶圓加工、封裝和測試。芯片企業(yè)經(jīng)營有IDM模式（芯片的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝和檢測都自己做）和Fabless模式（專注于芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)和銷售，無晶圓廠，將晶圓制造、封裝測試等外包給代工廠），目前只有英特爾、三星、德州儀器等極少數(shù)企業(yè)能獨(dú)立完成所有工序，大部分企業(yè)如華為、聯(lián)發(fā)科、高通等只從事芯片設(shè)計(jì)，臺(tái)積電是全球最大的晶圓代工商。并且，當(dāng)前芯片主要為硅基芯片，硅晶圓是主要原材料，芯片制程是指芯片晶體管柵極寬度大小，納米數(shù)字越小，晶體管密度越大，芯片性能越高，但不同企業(yè)對制程工藝命名法則不同，相同納米制程下不能做絕對判斷，如英特爾10nm的晶體管密度與三星7nm、臺(tái)積電7nm的相當(dāng)。

汽車電子半導(dǎo)體芯片的分類

汽車電子半導(dǎo)體芯片主要分為以下幾大類：

• 功能芯片（MCU，MicrocontrollerUnit）：這主要是指處理器和控制器芯片。一輛汽車能正常行駛離不開電子電氣架構(gòu)來進(jìn)行信息傳遞和數(shù)據(jù)處理。汽車的車輛控制系統(tǒng)涵蓋車身電子系統(tǒng)、車輛運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力總成系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等幾個(gè)主要部分，這些系統(tǒng)下又包含眾多子功能項(xiàng)，每個(gè)子功能項(xiàng)背后都有一個(gè)控制器，而控制器內(nèi)部通常會(huì)有一顆功能芯片。其中，自動(dòng)駕駛芯片本質(zhì)上也屬于功能芯片，是隨著智能汽車發(fā)展產(chǎn)生的高算力芯片，它是芯片技術(shù)中的高峰，代表著很高的技術(shù)挑戰(zhàn)。目前已商用的自動(dòng)駕駛芯片基本處于高級駕駛輔助系統(tǒng)（可實(shí)現(xiàn)L1 - L2級輔助駕駛）階段，部分宣稱可實(shí)現(xiàn)L3級功能，但面向L4 - L5級完全自動(dòng)駕駛及全自動(dòng)駕駛芯片距離規(guī)?；逃眠€有一定距離。另外，在功能芯片里還有計(jì)算存儲(chǔ)MCU - SoC芯片等類型。

• 功率半導(dǎo)體：主要負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換，多用于電源和接口。例如在電動(dòng)車中常用的IGBT功率芯片，以及能廣泛應(yīng)用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管MOSFET等。按照器件結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的功率半導(dǎo)體分立器件可分二極管、功率晶體管、晶閘管等；按照是否集成化，大致可分為功率半導(dǎo)體分立器件（包括功率模塊）和功率半導(dǎo)體集成電路兩大類。功率晶體管又分為雙極性結(jié)型晶體管（BJT）、結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）、金屬氧化物場效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的功率半導(dǎo)體分立器件，它的控制極為絕緣柵場效應(yīng)晶體管，輸出極為雙極型功率晶體管，因而兼有兩者速度和驅(qū)動(dòng)能力的優(yōu)點(diǎn)，克服了兩者的缺點(diǎn)。

• 傳感器芯片：主要用于各種雷達(dá)、安全氣囊、胎壓檢測等方面。傳感器芯片包括CMOS、雷達(dá)芯片、MEMS等類型。汽車傳感器能夠感應(yīng)汽車的運(yùn)行工況，并將信息轉(zhuǎn)化成電信號。此外，汽車還需要通信芯片（如總線控制、射頻芯片）用于實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)部各系統(tǒng)之間以及車輛與外部的通信，還有存儲(chǔ)芯片（如DRAM、NAND、NOR等）用于存儲(chǔ)汽車運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù)，如行車記錄、地圖數(shù)據(jù)等。

汽車電子半導(dǎo)體芯片的工作原理

• 功能芯片的工作原理：

• 信息處理方面：功能芯片在汽車的各個(gè)系統(tǒng)中承擔(dān)著信息處理的核心任務(wù)。以車輛運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為例，當(dāng)駕駛員操作方向盤、踩下油門或剎車踏板時(shí)，傳感器會(huì)將這些機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給功能芯片。功能芯片根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和算法，對這些信號進(jìn)行分析處理，計(jì)算出車輛應(yīng)該做出的反應(yīng)，如調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率、控制剎車系統(tǒng)的制動(dòng)力等。在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，功能芯片更是要處理來自攝像頭、雷達(dá)等多種傳感器的復(fù)雜信息，識(shí)別道路、車輛和行人等目標(biāo)，從而做出安全合理的駕駛決策。例如，在自動(dòng)緊急制動(dòng)功能中，功能芯片持續(xù)接收前方雷達(dá)傳來的距離信息，一旦判斷車輛與前方障礙物的距離小于安全閾值，就會(huì)迅速發(fā)出指令給剎車系統(tǒng)，避免碰撞。

• 控制指令輸出方面：功能芯片在處理完信息后，會(huì)輸出控制指令到相應(yīng)的執(zhí)行部件。這些指令以電信號的形式傳遞，指揮汽車的各個(gè)子系統(tǒng)執(zhí)行特定的動(dòng)作。在車身電子系統(tǒng)中，功能芯片可以控制車窗的升降、車門的鎖閉等。比如，當(dāng)駕駛員按下電動(dòng)車窗上升按鈕時(shí)，按鈕產(chǎn)生的電信號傳至功能芯片，功能芯片經(jīng)過處理后向車窗電機(jī)發(fā)送合適的電流和電壓信號，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)車窗上升。

• 功率半導(dǎo)體的工作原理：

• 功率轉(zhuǎn)換方面：功率半導(dǎo)體主要負(fù)責(zé)電能的轉(zhuǎn)換和控制。以IGBT（絕緣柵雙極晶體管）為例，在電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中，電池輸出的直流電需要轉(zhuǎn)換為交流電才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。IGBT就像一個(gè)高效的電子開關(guān)，在特定的控制信號下，它能夠快速地將直流電轉(zhuǎn)換為不同頻率和電壓的交流電，以滿足電機(jī)在不同工況下的需求。在汽車的充電系統(tǒng)中，功率半導(dǎo)體也起著類似的作用，將來自充電樁的交流電轉(zhuǎn)換為適合電池充電的直流電。

• 功率放大和開關(guān)控制方面：功率半導(dǎo)體可以對微弱的電信號進(jìn)行功率放大，使其能夠驅(qū)動(dòng)汽車中的大功率負(fù)載。例如在汽車音響系統(tǒng)中，音頻信號的功率很小，經(jīng)過功率半導(dǎo)體的放大后，才能夠推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出足夠音量的聲音。同時(shí)，功率半導(dǎo)體作為功率開關(guān)，能夠控制電路的通斷。在汽車的電子控制單元（ECU）中，功率半導(dǎo)體可以根據(jù)需要開啟或關(guān)閉某些電路，以實(shí)現(xiàn)對汽車各種功能的精確控制。

• 傳感器芯片的工作原理：

• 感應(yīng)汽車工況方面：傳感器芯片通過各種物理或化學(xué)效應(yīng)來感應(yīng)汽車的運(yùn)行工況。例如，在胎壓檢測系統(tǒng)中，傳感器芯片利用壓力傳感器原理，檢測輪胎內(nèi)部的氣壓變化。當(dāng)輪胎氣壓發(fā)生變化時(shí)，傳感器芯片內(nèi)部的壓力敏感元件會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號變化，這個(gè)電信號反映了輪胎氣壓的實(shí)際情況。在汽車的安全氣囊系統(tǒng)中，加速度傳感器芯片能夠感知車輛的碰撞加速度。當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，加速度的突然變化會(huì)使傳感器芯片產(chǎn)生特定的電信號，觸發(fā)安全氣囊的彈出裝置。

• 信息轉(zhuǎn)化方面：傳感器芯片將感應(yīng)到的各種物理量（如壓力、溫度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電信號。這些電信號可以被汽車的電子系統(tǒng)識(shí)別和處理。例如，溫度傳感器芯片利用熱敏電阻的特性，溫度變化時(shí)電阻值發(fā)生改變，從而導(dǎo)致電路中的電流或電壓發(fā)生變化，產(chǎn)生與溫度對應(yīng)的電信號。這個(gè)電信號被傳輸?shù)狡嚨碾娮涌刂茊卧‥CU），ECU根據(jù)這個(gè)信號來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)或其他部件的溫度是否正常，進(jìn)而采取相應(yīng)的控制措施，如調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等。

汽車電子半導(dǎo)體芯片的發(fā)展現(xiàn)狀

• 全球市場規(guī)模增長迅速：隨著汽車行業(yè)電子化程度的不斷提高，汽車對芯片的依賴程度日益加深，汽車芯片的需求量也在快速增長。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年全球汽車芯片市場規(guī)模為504.7億美元，預(yù)計(jì)2022年達(dá)到559.2億美元。從汽車芯片的應(yīng)用范圍來看，從基本的電力系統(tǒng)控制到高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、無人駕駛技術(shù)和汽車娛樂系統(tǒng)等各個(gè)方面，都離不開電子芯片的支持。

• 行業(yè)競爭格局呈現(xiàn)壟斷態(tài)勢：全球汽車芯片市場基本被國際半導(dǎo)體巨頭壟斷。數(shù)據(jù)表明，前五廠商占比接近50%，其中英飛凌占比最高，市場份額達(dá)12.7%，其次分別為恩智浦、瑞薩、德州儀器及意法半導(dǎo)體。在全球前20家汽車半導(dǎo)體公司中，只有一家中國公司——安世半導(dǎo)體（由聞泰科技收購而來）。不過中國汽車芯片市場規(guī)模也在逐年擴(kuò)大，2021年達(dá)到150.1億美元，2022年達(dá)到167.5億美元，中國作為全球最大的汽車市場，對汽車芯片的需求量巨大。

• 中國汽車芯片行業(yè)的發(fā)展情況：

• 市場產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：中國汽車芯片行業(yè)市場產(chǎn)品結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多元化、細(xì)分化的特點(diǎn)。在控制類芯片方面，MCU（微控制器）在汽車芯片市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，這是由于其具有豐富的外設(shè)資源和良好的可編程性，被廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制、車身控制、安全系統(tǒng)控制等領(lǐng)域。在中國，控制類芯片、傳感器芯片規(guī)模占比較高，分別為27.1%、23.5%，其次功率半導(dǎo)體在汽車芯片占比為12.3%。

• 國產(chǎn)化率較低：中國汽車芯片的國產(chǎn)化率有待提高。2023年3月舉行的中國電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇（2023）中提到，我國汽車芯片的對外依存度高達(dá)95%，計(jì)算和控制類芯片自給率不足1%，功率和存儲(chǔ)芯片自給率也僅為8%。不過近年來國家為了促進(jìn)汽車半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，彌補(bǔ)國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不足，陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策，鼓勵(lì)汽車芯片行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新，支持汽車芯片行業(yè)不斷完善產(chǎn)業(yè)鏈和持續(xù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，為產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展保駕護(hù)航。

汽車電子半導(dǎo)體芯片的未來趨勢

• 需求持續(xù)增長與技術(shù)融合發(fā)展：

• 汽車電子化推動(dòng)需求增長：隨著汽車向電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，汽車對電子半導(dǎo)體芯片的需求將持續(xù)增加。例如，電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng)燃油汽車需要更多的芯片來管理電池系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和充電功能等。智能網(wǎng)聯(lián)汽車則需要芯片支持車輛與外部的通信、自動(dòng)駕駛功能以及智能座艙體驗(yàn)等。未來汽車將越來越多地采用先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等，以提高車輛的性能和安全性。例如，利用人工智能技術(shù)的芯片可以對汽車行駛過程中的各種復(fù)雜情況進(jìn)行更精準(zhǔn)的預(yù)測和決策，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的芯片可以實(shí)現(xiàn)汽車與家居、城市交通系統(tǒng)等的互聯(lián)互通。

• 多種技術(shù)融合創(chuàng)新：不同技術(shù)在汽車芯片中的融合將成為未來的發(fā)展趨勢。例如，將高性能計(jì)算芯片與傳感器技術(shù)融合，可以為自動(dòng)駕駛提供更強(qiáng)大的感知和決策能力；將通信芯片與汽車電子控制單元集成，可以實(shí)現(xiàn)更高效的車聯(lián)網(wǎng)功能。此外，量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展也可能在未來對汽車芯片產(chǎn)生影響，雖然目前量子計(jì)算技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段，但隨著技術(shù)的不斷成熟，量子芯片可能會(huì)為汽車的安全性加密、復(fù)雜路況模擬等提供全新的解決方案。

• 國產(chǎn)替代進(jìn)程加速：

• 政策支持助力發(fā)展：中國政府出臺(tái)了一系列政策支持汽車芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這將有助于推動(dòng)國產(chǎn)汽車芯片的研發(fā)和生產(chǎn)。通過政策引導(dǎo)和資金扶持，國內(nèi)芯片企業(yè)將有更多機(jī)會(huì)提升技術(shù)水平、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，從而逐步提高汽車芯片的國產(chǎn)化率。例如，對從事汽車芯片研發(fā)的企業(yè)給予稅收優(yōu)惠、科研項(xiàng)目補(bǔ)貼等政策支持。

• 技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)協(xié)同：國內(nèi)芯片企業(yè)不斷加大研發(fā)投入，在一些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域有望取得突破。同時(shí)，汽車企業(yè)與芯片企業(yè)之間的合作將更加緊密，形成產(chǎn)業(yè)協(xié)同效應(yīng)。例如，汽車企業(yè)可以根據(jù)自身需求向芯片企業(yè)提出定制化的芯片設(shè)計(jì)要求，芯片企業(yè)則可以深入了解汽車應(yīng)用場景，開發(fā)出更符合汽車行業(yè)需求的芯片產(chǎn)品。隨著國產(chǎn)芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)協(xié)同的不斷加強(qiáng)，國產(chǎn)汽車芯片有望在未來逐步替代進(jìn)口芯片，降低汽車產(chǎn)業(yè)對國外芯片的依賴程度。

汽車電子半導(dǎo)體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(huì)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(huì)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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