窺探未來車用半導體技術發展 1
拜科技進步所賜,目前汽車產業所導入的半導體設備應用,其產品技術正賣力地往前進。過去車上所采用的半導體元件只是旁枝末節的附加功能應用而已,但汽車本體從原本電氣系統為輔的機械系統,升級為電子系統為主的汽車專屬機電整合架構及電控系統,造就汽車制造廠與半導體廠就像魚幫水、水幫魚般地開拓出汽車工業另一片天空。如來一來,該發展趨勢不僅促進汽車市場對優質車電產品強大需求,還兼具降低成本效益的最佳解決方案。
另外,要如何表述車用半導體技術進步程度,除了微控制器、微處理器等產品在汽車獲得充分應用發展之外,砷化鎵(GaAs)、矽鍺(SiGe)等為基板的半導體技術,或以矽為基板的IC工業,除了量產技術外,就以未來應用面來看,將會是車用半導體元件主流。
半導廠商如何跟汽車工業打交道
過去,在汽車工業只重視電氣系統,卻不重視電子系統。舉例來說,就像車用照明設備,過去大多采用繼電器、熔斷器和電源開關作為主要模塊設計方式。而目前,許多半導體廠商則是開始強調「智能化」矽解決方案,帶領汽車工業進入嶄新的汽車設計時代。而這場汽車設計新興時代歷程,除了發生兼具傳統特質的電氣系統中,還與機械系統密不可分。攤開目前車上發動機控制系統,幾乎沒有汽車廠商還在使用舊有機械/電氣控制方式,而是改用符合現代科技,如:微處理器/微控制器等功能,使引擎/發動機充分發揮高效性能又安靜的電控系統,并可以遵循駕駛者需求準確地輸出引擎動力。
那么,因應半導體介入汽車工業程度越來越深,加上半導體供應商持續發展新技術與新工藝制程同時,要如何滿足汽車工業對半導體產品需求,便成為當前車用半導體廠商的終極任務。另外,車用半導體發展過程將可引領汽車工業進入成本、集成度都比目前車用系統應用的最佳方式。不過,這還是必須透過半導體供應商來跟汽車工業中的相關車電產業建立橋梁,才足以獲得上述進步空間。
為了達到上述目標,汽車制造商及一級零組件供應商,就必須透過意法、瑞薩、飛思卡爾…等這類型的半導體廠商,不斷地發展汽車專用技術及制程工藝,交由半導體供應商為車用半導體元件打造出專門技術與產品。而在同一時間,汽車制造商及一級零組件供應商,也開始為車上專用系統或專用設備。從此便能發現,一個優良的交流方式與過程,對汽車本身與車用半導體產品的拓展有多么重要。
基本上,被歸列為汽車工業中車用半導體開發過程,其實是基于階段性的交流方式,而在此發展模式之下,半導體供應商必須直接面對到一級車電產品供應商,而一級供應商再轉向面對汽車廠,以達相互交流目的。這是因為一級零組件供應商在整車系統中,手中握有部份特殊應用設備開發過程的專門技術訣竅。所以,這種交流方式對于打開封閉汽車工業是極具效果。
不過,對于仰賴汽車的其它系統設備協助執行目標功能,汽車制造商適時的加入尤其重要。因此,由汽車制造商、一級零組件供應商和半導體供應商便自然形成一個大集團,而這一大集團則采用供應鏈模式,在集團成員之間建立交流橋梁,汽車工業也正享受這一方式結果所帶來的好處。
從此 能窺出汽車工業所帶來的好處
大多數半導體制造商各自擁有多項屬于自己專有的半導體技術及制程工藝,因此帶動半導體生產制造技術朝向高度智能化程度。另外,其低價成本更是主要關鍵;這么說好了,當半導體產業開始將注意力轉移到汽車工業時,這當中的好處將會由汽車制造商透過一級零組件供應商,最終還是會轉移到消費者身上。
那么,真正令人滿意的好處為何?今日的汽車制造商在長時間耕耘之后,已經開始獲得應有回報(當然,車用半導體廠商也是如此),目前可以見到許多路上奔馳中一般中等價位或經濟型的生活用車,內裝車電子系統搭載了智能化設備;由此可見,新開發中的汽車總成本其結構組成將與半導體設備成本,逐漸構成不可分的關系,而半導體的技術演進過程正大力地刺激汽車成本,促使汽車聰明程度日漸提升,反而成本卻是越來越低。
矽技術在車上應用必先突破
自晶體管(transistor)問世之后,便成為近代電子電路學中的核心應用元件,其主要功能可作為電流開關,就像控制水管中水流量的閥(valve),并與一般機械開關相較之下,最大差異在于晶體管是利用電流大小訊號來加以控制(如下圖所示),使得它的切換開關速度非常快(可達100GHz以上)。另外,這幾年晶體管演進過程,已經由原本的「鍺」轉變為「矽」的運用,這其中的變化使得矽半導體發展態勢,有了全面性改頭換面潮流。不過,最主要還是「應用環境」的問題,一旦矽技術要導入汽車上來加以應用,則必須要打破「矽」先天上在高可靠度需求及惡劣環境中的應用局限。若晶體管對于環境適應能力還遲遲無法改變,又或者矽技術無法突破原有應用領域巢臼,傳統機電型繼電器將持續以低成本、可靠度等優勢作為車用開關解決方案。
圖說:(a)機械閥與(b)晶體管功能比較圖。
文章版權歸西部工控xbgk所有,未經許可不得轉載。