如何区分车规级半导体

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总的观点：市场足够大，机遇与挑战并存

曾有过一篇《2020年汽车芯片行业现状及重点企业》本文算是更全面的梳理，及观念更新

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基本情况

半导体产品根据应用领域可分为汽车、消费电子、通讯互联、工业物联网、航空航天等，这些领域对环境条件、可靠性、耐久性等指标的标准不同，按照从低到高的排列，大致是民用（消费）级、工业级、汽车级、军工级、航空航天级。

汽车是半导体的重要应用领域，目前汽车半导体的用量占到半导体总量的15%以上，是仅次于通信、计算机、消费电子后的第四大领域。汽车半导体从车载收音机、电子喇叭开始，到防抱死系统，电动助力、胎压监测、导航等一直提升到现在的智能驾驶、车联网等等。随着汽车智能化水平的不断提升，半导体的应用也越来越广泛。

汽车级半导体从性能角度看，要求高于工业级和消费级半导体。汽车半导体除了汽车行业通用的规范外，还有更严苛的车规级认证标准。比如故障率的要求是百万分之一，而消费级只要千分之一。从市场角度看，需求量高于军工级和航空航天级半导体。所以汽车半导体具有技术壁垒高与需求旺盛的特点。

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分类及公司

汽车半导体的种类比较多，按用途可以分为功能芯片（MCU）、传感器芯片、功率半导体、其他小类别半导体等，其中MCU、功率半导体和传感器三者的价值占单车半导体总价值的55%以上，是汽车中价值比重最大的三类半导体。相对于传统燃油车，新能源车的半导体成本增加明显，主要是在功率半导体、传感器半导体上，而与发动机相关的半导体成本则在不断降低。

微控制器(简称MCU)，广泛应用于车用仪表、车用防盗装置、充电器、胎压计、温湿度计、传感器等诸多汽车半导体领域。目前单车平均搭载数量超过20个，主要分为以下三类：8位MCU。主要应用于空调、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅、门控模块等较低阶的系统控制。16位MCU。主要应用于引擎、齿轮与离合器、电子式涡轮系统、动力传动系统、悬架系统、方向盘、扭力、电子刹车等底盘系统控制。32位MCU。主要应用于仪表板、车身、多媒体信息系统、引擎、智能实时性安全系统、动力系统以及X-by-wire系统等的控制。

全球车载MCU市场占有率前

半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。

目前，高档汽车用的永磁电机已经超过40个，大量采用永磁铁氧和稀土永磁，仪器仪表传感器也大量用到铝镍钴和钐钴永磁，而软磁材料因其特性在汽车电子中更是得到广泛使用。

为了抑制汽车电子系统的传导噪声，采用LC滤波器原理的常模扼流圈和共模扼流圈是一种简单有效的手段。由于常模扼流圈是非电流补偿型，所以需要大的磁心截面和高的饱和磁通密度，通常采用不易磁饱和的金属磁粉心，如铁硅铝和铁镍钼磁粉心等；而对于电流补偿型的共模扼流圈，锰锌系高磁导率软磁铁氧体则是最适合的材料。

汽车HID安定器用软磁铁氧体，在各种品牌的安定器内，核心部件DC-DC转换器的主变压器毫无例外都采用高性能功率铁氧体磁心制成，主变压器磁心分别采用小型PQ和RM型。

EV充电装置用软磁铁氧体，感应式充电系统（ICS，Inductive Charging System）克服了接触式的缺点，安全可靠，性能稳定，代表着充电技术的发展方向。在这种充电方式中，充电站端和汽车端各有一个用软磁铁氧体材料制成的大型扁平罐形磁心，其中嵌绕线圈。充电时两线圈靠近构成一个变压器，靠初次级间磁感应耦合将高频交流电能由充电站馈送至电池组，类似TDK PC44、PC47或FDK 6H40、6H45等低损耗功率铁氧体是制作磁耦合装置较适合的磁心材料。

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【太平洋汽车网】新能源汽车需要半导体芯片，汽车芯片制造的技术要求并不高，相比手机芯片达到5nm这个精度，汽车芯片比较常用的却是28nm、45nm、65nm的12英寸晶圆体以及0.18um的晶圆体。

为什么我们买不到想要的车？为什么汽车行业普遍都在缺芯片？

制程要求不高，但良品率更为严苛对于大多数人来说，最常听到芯片的场景就是我们的数码产品，无论是购买手机时的“苹果A14”、“高通骁龙处理器”，亦或者是在购买电脑时候的英特尔、AMD等，我们似乎常常能听到这个词，甚至有不少发烧友能细数7nm、10nm制程工艺的不同之处，芯片离我们似乎并不遥远。

手机行业作为消费领域的高集成度行业，对于芯片的技术要求极高，5nm这个级别的制程全球也仅有几家晶圆厂可以制造，但汽车芯片可不同。

从汽车电子产业链上来看，晶圆厂制造不同规格的晶圆体（不同制程的8英寸、12英寸晶圆体）提供给零部件巨头们，接着零部件供应商生产出对应控制器或者处理器（常见的有MCU、CMOS图像传感器、各类ADAS辅助类芯片、传感器等），再交付给整车厂进行组装。

不过事实上，汽车芯片制造的技术要求并不高，相比手机芯片达到5nm这个精度，汽车芯片比较常用的却是28nm、45nm、65nm的12英寸晶圆体以及0.18um的晶圆体。

但是，汽车芯片和数码产品芯片最大的两个不同便是在于超高的良品率，以及因工作环境不同而更为严苛的产品可靠性。

汽车作为直接关系到驾乘人员人身安全的交通工具，在电子器件越来越多的情况下，汽车芯片的良品率要求极高——你试想一下，如果负责ACC自适应巡航的芯片以及传感器是残次品，在实际使用中发生故障很可能会直接造成人员伤亡，所以汽车厂家对于零部件的要求不仅有着严苛的检查筛选机制，还有在制造阶段就达到百万分之一这样的良品率。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

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