汽車電子半導體芯片的定義

汽車電子半導體芯片是半導體元件產品在汽車電子領域的應用，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軐崿F的關鍵核心元器件，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或停產，這足以表明汽車電子半導體芯片對汽車產業(yè)的重要性。芯片生產工序主要涉及芯片設計、晶圓加工、封裝和測試。芯片企業(yè)經營有IDM模式（芯片的設計、生產、封裝和檢測都自己做）和Fabless模式（專注于芯片的設計研發(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、德州儀器等極少數企業(yè)能獨立完成所有工序，大部分企業(yè)如華為、聯發(fā)科、高通等只從事芯片設計，臺積電是全球最大的晶圓代工商。并且，當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、臺積電7nm的相當。

汽車電子半導體芯片的分類

汽車電子半導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來進行信息傳遞和數據處理。汽車的車輛控制系統(tǒng)涵蓋車身電子系統(tǒng)、車輛運動系統(tǒng)、動力總成系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)等幾個主要部分，這些系統(tǒng)下又包含眾多子功能項，每個子功能項背后都有一個控制器，而控制器內部通常會有一顆功能芯片。其中，自動駕駛芯片本質上也屬于功能芯片，是隨著智能汽車發(fā)展產生的高算力芯片，它是芯片技術中的高峰，代表著很高的技術挑戰(zhàn)。目前已商用的自動駕駛芯片基本處于高級駕駛輔助系統(tǒng)（可實現L1 - L2級輔助駕駛）階段，部分宣稱可實現L3級功能，但面向L4 - L5級完全自動駕駛及全自動駕駛芯片距離規(guī)模化商用還有一定距離。另外，在功能芯片里還有計算存儲MCU - SoC芯片等類型。

• 功率半導體：主要負責功率轉換，多用于電源和接口。例如在電動車中常用的IGBT功率芯片，以及能廣泛應用在模擬電路與數字電路的場效晶體管MOSFET等。按照器件結構，現有的功率半導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體分立器件（包括功率模塊）和功率半導體集成電路兩大類。功率晶體管又分為雙極性結型晶體管（BJT）、結型場效應晶體管（JFET）、金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等，IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的功率半導體分立器件，它的控制極為絕緣柵場效應晶體管，輸出極為雙極型功率晶體管，因而兼有兩者速度和驅動能力的優(yōu)點，克服了兩者的缺點。

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

汽車電子半導體芯片的工作原理

• 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系統(tǒng)中承擔著信息處理的核心任務。以車輛運動系統(tǒng)為例，當駕駛員操作方向盤、踩下油門或剎車踏板時，傳感器會將這些機械動作轉換為電信號傳輸給功能芯片。功能芯片根據預設的程序和算法，對這些信號進行分析處理，計算出車輛應該做出的反應，如調整發(fā)動機的輸出功率、控制剎車系統(tǒng)的制動力等。在自動駕駛系統(tǒng)中，功能芯片更是要處理來自攝像頭、雷達等多種傳感器的復雜信息，識別道路、車輛和行人等目標，從而做出安全合理的駕駛決策。例如，在自動緊急制動功能中，功能芯片持續(xù)接收前方雷達傳來的距離信息，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，會輸出控制指令到相應的執(zhí)行部件。這些指令以電信號的形式傳遞，指揮汽車的各個子系統(tǒng)執(zhí)行特定的動作。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，當駕駛員按下電動車窗上升按鈕時，按鈕產生的電信號傳至功能芯片，功能芯片經過處理后向車窗電機發(fā)送合適的電流和電壓信號，使電機轉動帶動車窗上升。

• 功率半導體的工作原理：

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

• 功率放大和開關控制方面：功率半導體可以對微弱的電信號進行功率放大，使其能夠驅動汽車中的大功率負載。例如在汽車音響系統(tǒng)中，音頻信號的功率很小，經過功率半導體的放大后，才能夠推動揚聲器發(fā)出足夠音量的聲音。同時，功率半導體作為功率開關，能夠控制電路的通斷。在汽車的電子控制單元（ECU）中，功率半導體可以根據需要開啟或關閉某些電路，以實現對汽車各種功能的精確控制。

• 傳感器芯片的工作原理：

• 感應汽車工況方面：傳感器芯片通過各種物理或化學效應來感應汽車的運行工況。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，檢測輪胎內部的氣壓變化。當輪胎氣壓發(fā)生變化時，傳感器芯片內部的壓力敏感元件會產生相應的電信號變化，這個電信號反映了輪胎氣壓的實際情況。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。當車輛發(fā)生碰撞時，加速度的突然變化會使傳感器芯片產生特定的電信號，觸發(fā)安全氣囊的彈出裝置。

• 信息轉化方面：傳感器芯片將感應到的各種物理量（如壓力、溫度、加速度等）轉化為電信號。這些電信號可以被汽車的電子系統(tǒng)識別和處理。例如，溫度傳感器芯片利用熱敏電阻的特性，溫度變化時電阻值發(fā)生改變，從而導致電路中的電流或電壓發(fā)生變化，產生與溫度對應的電信號。這個電信號被傳輸到汽車的電子控制單元（ECU），ECU根據這個信號來判斷發(fā)動機或其他部件的溫度是否正常，進而采取相應的控制措施，如調節(jié)冷卻風扇的轉速等。

汽車電子半導體芯片的發(fā)展現狀

• 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。據數據顯示，2021年全球汽車芯片市場規(guī)模為504.7億美元，預計2022年達到559.2億美元。從汽車芯片的應用范圍來看，從基本的電力系統(tǒng)控制到高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、無人駕駛技術和汽車娛樂系統(tǒng)等各個方面，都離不開電子芯片的支持。

• 行業(yè)競爭格局呈現壟斷態(tài)勢：全球汽車芯片市場基本被國際半導體巨頭壟斷。數據表明，前五廠商占比接近50%，其中英飛凌占比最高，市場份額達12.7%，其次分別為恩智浦、瑞薩、德州儀器及意法半導體。在全球前20家汽車半導體公司中，只有一家中國公司——安世半導體（由聞泰科技收購而來）。不過中國汽車芯片市場規(guī)模也在逐年擴大，2021年達到150.1億美元，2022年達到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：

• 市場產品結構：中國汽車芯片行業(yè)市場產品結構呈現出多元化、細分化的特點。在控制類芯片方面，MCU（微控制器）在汽車芯片市場中占據主導地位，這是由于其具有豐富的外設資源和良好的可編程性，被廣泛應用于發(fā)動機控制、車身控制、安全系統(tǒng)控制等領域。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%，其次功率半導體在汽車芯片占比為12.3%。

• 國產化率較低：中國汽車芯片的國產化率有待提高。2023年3月舉行的中國電動汽車百人會論壇（2023）中提到，我國汽車芯片的對外依存度高達95%，計算和控制類芯片自給率不足1%，功率和存儲芯片自給率也僅為8%。不過近年來國家為了促進汽車半導體產業(yè)的快速發(fā)展，彌補國內相關產業(yè)的不足，陸續(xù)出臺了多項政策，鼓勵汽車芯片行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新，支持汽車芯片行業(yè)不斷完善產業(yè)鏈和持續(xù)實現技術突破，為產業(yè)的健康發(fā)展保駕護航。

汽車電子半導體芯片的未來趨勢

• 需求持續(xù)增長與技術融合發(fā)展：

• 汽車電子化推動需求增長：隨著汽車向電動化、智能化和網聯化的快速發(fā)展，汽車對電子半導體芯片的需求將持續(xù)增加。例如，電動汽車相比傳統(tǒng)燃油汽車需要更多的芯片來管理電池系統(tǒng)、電機驅動和充電功能等。智能網聯汽車則需要芯片支持車輛與外部的通信、自動駕駛功能以及智能座艙體驗等。未來汽車將越來越多地采用先進的半導體技術，如人工智能、物聯網等，以提高車輛的性能和安全性。例如，利用人工智能技術的芯片可以對汽車行駛過程中的各種復雜情況進行更精準的預測和決策，物聯網技術的芯片可以實現汽車與家居、城市交通系統(tǒng)等的互聯互通。

• 多種技術融合創(chuàng)新：不同技術在汽車芯片中的融合將成為未來的發(fā)展趨勢。例如，將高性能計算芯片與傳感器技術融合，可以為自動駕駛提供更強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，可以實現更高效的車聯網功能。此外，量子計算技術的發(fā)展也可能在未來對汽車芯片產生影響，雖然目前量子計算技術在汽車領域的應用還處于探索階段，但隨著技術的不斷成熟，量子芯片可能會為汽車的安全性加密、復雜路況模擬等提供全新的解決方案。

• 國產替代進程加速：

• 政策支持助力發(fā)展：中國政府出臺了一系列政策支持汽車芯片產業(yè)的發(fā)展，這將有助于推動國產汽車芯片的研發(fā)和生產。通過政策引導和資金扶持，國內芯片企業(yè)將有更多機會提升技術水平、擴大生產規(guī)模，從而逐步提高汽車芯片的國產化率。例如，對從事汽車芯片研發(fā)的企業(yè)給予稅收優(yōu)惠、科研項目補貼等政策支持。

• 技術突破與產業(yè)協同：國內芯片企業(yè)不斷加大研發(fā)投入，在一些關鍵技術領域有望取得突破。同時，汽車企業(yè)與芯片企業(yè)之間的合作將更加緊密，形成產業(yè)協同效應。例如，汽車企業(yè)可以根據自身需求向芯片企業(yè)提出定制化的芯片設計要求，芯片企業(yè)則可以深入了解汽車應用場景，開發(fā)出更符合汽車行業(yè)需求的芯片產品。隨著國產芯片技術的不斷進步和產業(yè)協同的不斷加強，國產汽車芯片有望在未來逐步替代進口芯片，降低汽車產業(yè)對國外芯片的依賴程度。

汽車電子半導體芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。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)生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，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、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應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，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質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引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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。

合明科技運用自身原創(chuàng)的產品技術，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求，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自主提供強有力的支持。

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