車規(guī)級(jí)功率器件?：一輛汽車需要哪些半導(dǎo)體器件？

合明科技發(fā)布時(shí)間：2023-10-08 ?? 2716 Tags：汽車芯片汽車功率半導(dǎo)體器件清洗功率半導(dǎo)體

一輛汽車需要哪些半導(dǎo)體器件？

輛汽車會(huì)用到的電子器件

汽車電子控制系統(tǒng)

車載電子裝置

汽車電子控制系統(tǒng)是利用半導(dǎo)體等芯片，通過(guò)和汽車機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，對(duì)汽車的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，是保證汽車完成基本行駛功能不可或缺的控制單元

車載電子裝置是利用單獨(dú)的電子設(shè)備，獨(dú)自承擔(dān)并實(shí)現(xiàn)其功能，對(duì)車輛的行駛性能并不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多直接的影響，主要用于提升汽車舒適性和便利性。

控制汽車行駛

增加娛樂(lè)性和舒適性

若只考慮汽車行駛所需芯片呢？

傳統(tǒng)汽車 VS 智能電動(dòng)車核心部件對(duì)比

汽車芯片按功能主要分為計(jì)算與控制芯片、傳感器芯片、功率半導(dǎo)體、模擬和通信芯片、存儲(chǔ)芯片等種類。

主要負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換，多用于電源和接口。例如：IGBT功率芯片、MOSFET等。目前電動(dòng)車（不含 48VMHEV）系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率器件的組件包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的主逆變器、車載充電系統(tǒng)（OBC）、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（DC-DC）和非車載充電樁。

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，中文名稱絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT 和 MOSFET 組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件，同時(shí)具備 MOSFET 開(kāi)關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率低、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)。

MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor-金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）是一種半導(dǎo)體器件，廣泛用于開(kāi)關(guān)目的和電子設(shè)備中電子信號(hào)的放大。

SiC 是由硅(Si)和碳(C)組成的化合物半導(dǎo)體材料，是目前在電力電子領(lǐng)域發(fā)展最快的功率半導(dǎo)體器件之一。

功率半導(dǎo)體主要布局企業(yè)有：

汽車芯片：穩(wěn)定壓倒一切

汽車芯片因其交通工具的特殊性而十分注重可靠性，安全性及長(zhǎng)效性！為何首推可靠性？由于車規(guī)芯片的特點(diǎn)：

1、車輛運(yùn)行環(huán)境惡劣

發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)溫度區(qū)間為 -40°C~150°C，所以車輛芯片要滿足這一較大溫度運(yùn)行區(qū)間，消費(fèi)芯片僅要滿足 0°C~70°C 的運(yùn)行環(huán)境。加之車輛行進(jìn)時(shí)會(huì)遇到較多振動(dòng)與沖擊，且車內(nèi)環(huán)境濕度大，粉塵大，侵蝕大等問(wèn)題遠(yuǎn)超消費(fèi)芯片所需。

2、汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命更長(zhǎng)

手機(jī)的生命周期在 3 年，最多不超過(guò) 5 年，而汽車設(shè)計(jì)壽命普遍都在 15 年或 20 萬(wàn) 公里左右，遠(yuǎn)大于消費(fèi)電子產(chǎn)品壽命要求。因此，汽車芯片的產(chǎn)品生命周期要求在 15 年以上，而供貨周期可能長(zhǎng)達(dá) 30 年。

在這樣的情況下，如何保持芯片的一致性、可靠性，是車規(guī)芯片首先要考慮的問(wèn)題。

3、安全在汽車芯片中格外重要

汽車芯片的安全主要由功能安全與信息安全兩個(gè)方面組成。

手機(jī)芯片死掉可以停機(jī)重新啟動(dòng)，但一旦汽車芯片宕機(jī)就有可能引發(fā)嚴(yán)重安全事故，這對(duì)于消費(fèi)者而言根本無(wú)從談起。因此，在汽車芯片設(shè)計(jì)時(shí)，首先要將功能安全放在架構(gòu)設(shè)計(jì)之初就成為車規(guī)芯片中極為重要的組成部分，采用獨(dú)立的安全島的設(shè)計(jì)，在關(guān)鍵模塊、計(jì)算模塊、總線、內(nèi)存等等都有 ECC、CRC 的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，包括整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都采用車規(guī)芯片的工藝，以確保車規(guī)芯片的功能安全。

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣，信息安全變得越來(lái)越重要，汽車作為實(shí)時(shí)在線設(shè)備，其與網(wǎng)絡(luò)的溝通包括與車內(nèi)車載網(wǎng)絡(luò)溝通，都要加密數(shù)據(jù)，不然就有可能被黑客入侵。因此有必要預(yù)先將高性能加密校驗(yàn)?zāi)K嵌入到芯片內(nèi)部。

針對(duì)功能安全，國(guó)際組織 IEC 發(fā)布了 IEC 61508 標(biāo)準(zhǔn)，并衍生出了一系列適用不同行業(yè)的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，如下圖：

4、汽車芯片設(shè)計(jì)還要考慮長(zhǎng)效性

手機(jī)芯片的發(fā)展基本遵循摩爾定律，每年都會(huì)發(fā)布新一代芯片，每年都有新旗艦機(jī)的上市，基本上一款芯片能滿足兩三年內(nèi)的軟件系統(tǒng)性能需求即可。但汽車開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，新車型從研發(fā)到上市驗(yàn)證需要至少兩年的時(shí)間，意味著汽車芯片設(shè)計(jì)必須具有前瞻性，能夠滿足顧客今后 3 ~ 5 年內(nèi)的一種前瞻性需求。此外，隨著當(dāng)前汽車中軟件數(shù)量的不斷增加，從芯片開(kāi)發(fā)角度看，不僅需要支持多個(gè)操作系統(tǒng)，而且還需要支持軟件中不斷迭代的要求。

所以車規(guī)級(jí)芯片表現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化周期長(zhǎng)、供應(yīng)體系閾值高等特點(diǎn)。進(jìn)入汽車電子主流供應(yīng)鏈體系需滿足多項(xiàng)基本要求：滿足北美汽車產(chǎn)業(yè)所推出的 AEC-Q100(IC)、101(離散元件)、200 (被動(dòng)零件)可靠度標(biāo)準(zhǔn)；遵從汽車電子、軟件功能安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 26262；符合 ISO 21448 預(yù)期功能安全，覆蓋基于非系統(tǒng)失效導(dǎo)致的安全隱患；符合 ISO21434 網(wǎng)絡(luò)安全要求，合理保證車輛及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全；滿足零失效供應(yīng)鏈品質(zhì)管理準(zhǔn)則 IATF 16949 標(biāo)準(zhǔn)?；旧弦粋€(gè)芯片車規(guī)級(jí)認(rèn)證一般需要 3 - 5 年的時(shí)間，這對(duì)于芯片廠商來(lái)說(shuō)是巨大的技術(shù)成本，生產(chǎn)成本和時(shí)間成本考驗(yàn)。Mobileye 用了整整 8 年才獲得第一張車企訂單，英偉達(dá)當(dāng)前主力芯片 Xavier 的研發(fā)耗資達(dá) 20 億美元。

汽車功率半導(dǎo)體器件清洗：

針對(duì)各類半導(dǎo)體不同的封裝工藝如功率器件QFN，為保證產(chǎn)品的可靠性，合明科技研發(fā)多款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利清洗劑，針對(duì)不同工藝及應(yīng)用的半導(dǎo)體封裝需要的精密清洗要求，合明科技在水基清洗方面開(kāi)發(fā)了較為完整的水基系列產(chǎn)品，精細(xì)化對(duì)應(yīng)涵蓋從半導(dǎo)體封裝到PCBA組件終端，包括有水基清洗劑和半水基清洗劑，堿性水基清洗劑和中性水基清洗劑等。具體表現(xiàn)在，在同等的清洗力的情況下，合明科技的兼容性較佳，兼容的材料更為廣泛;在同等的兼容性下，合明科技的功率器件QFN清洗劑清洗的錫膏種類更多(測(cè)試過(guò)的錫膏品種有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;測(cè)試過(guò)的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分)，清洗速度更快，離子殘留低、干凈度更好。合明科技專注電子制程精密清洗20多年經(jīng)驗(yàn)，在水基清洗劑方面頗有心得，包括油墨水基清洗劑，環(huán)保清洗劑，半導(dǎo)體芯片封裝水基清洗劑等數(shù)十款產(chǎn)品，多年來(lái)受到無(wú)數(shù)客戶的青睞。我們有強(qiáng)大的售前技術(shù)指導(dǎo)和最貼心的服務(wù)，水基清洗，選擇合科技，決不會(huì)讓您失望！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(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。以上便是功率器件的材料的演進(jìn)與功率器件電子芯片清洗介紹介紹，希望可以幫到您！

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