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半導體（儲存芯片）進入汽車產業的回憶（朱池山）

cng

04/06/2022

車用晶片：

由於車用芯片是利基型的產品（利基产品=特殊定制产品）（niche products），通常需要提前一年做規劃，加上汽車業為了更高效的管控成本，通常採取精實生產，庫存並不多。因此在2021年，當車市迎來反轉向上的強勁需求後，晶片供不應求導致的生產阻礙，就顯得更加嚴重。

汽車半導體元件主要包含ＭＣＵ、功率半導體如IGBT、MOSFET等、感測器和各類類比元件，而自駕車還包括ＡＤＡＳ輔助類晶片、ＣＩＳ、ＡＩ晶片、（Lidar）雷達、毫米波雷達和MEMS等一系列產品；目前產能受排擠最主要集中於八吋與十二吋成熟製程所涵蓋的ＭＣＵ、功率半導體、ＣＩＳ等晶片。

汽車半導體可以分為四類積體電路（1.微控制器、2.模擬 IC、3.邏輯 IC、4.儲存芯片），用在 1.分立器件。2.感測器。3.執行器。4.光電子器件共四大類。

儲存芯片：主要用於資料儲存功能，具體包含 DRAM（動態儲存芯片）SRAM （靜態儲存芯片），FLASH（快閃存储芯片）等。

汽车存储器在功能上与商用存储器相似，但操作形式不同。它们更接近 ECC（error correcting code) (纠错码）存储器，其中重要的是来自存储器的存取结果是正确的，并且存储的信息是正确的。随着越来越多的微处理器在汽车中使用，信号原來的分布式 DRAM 、信息处理SRAM 和Flash存储器被用于在汽车功能之间传输信息。

汽车的新架构是有一个主要中央處理器，具有类似于标准计算机的内存配置。该单元根据来自所有驾驶员辅助系统、发动机和传动系统子系统的信息处理并做出系统决策。（當駕駛員起動汽車后，中央處理器就檢查全部系統，如有問題馬上會在儀表顯示器出現黃色的故障訊號）。

汽車計算機与一般家用計算機和商用计算机不同，（家用和商用只有2至5年使用寿命）但是汽车的使用週期是10年到20年，所以，汽車計算機和存储器每天需要运行，一直用10年至20年。同典型的计算存储器相比，生命周期長很多，所以車用晶片的耐久週期需要很長的。汽車的計算機，上电和断电循环每天多次，平均运行时间较短（不到2小时）。（比如上班和下班開車的時間）这导致，与传统消费类存储器不同的可靠性和设计模型，，这些设备的许多方面都需要进行设计更改，以提高性能和可靠性。

汽車電子一般分為五個主要領域–車身body、連接connectivity、安全 fusion/safety、資訊娛樂infotainment和動力系統power train。Body包括車身控制，如門禁、照明和窗戶。connectivity包括cellular、WiFi和相關功能。 fusion/safety安全包括攝像頭、LiDAR雷達。資訊娛樂包括駕駛員資訊和娛樂。power train動力系統包括engine control和變速器。有些人將底盤 chassis，如刹車和轉向brakes /steering也歸類於此。

車用電子對半導體的要求:

車用半導體通常不需要最先進的製程，大部份還是在8吋晶圓上製造，但須嚴守嚴格的可靠性和測試要求，並需要 IC 製造商承諾滿足汽車廠客戶的長生命週期需求。

當前全球多數汽車半導體的晶圓生產，都是130/180奈米及以上製程，採尖端製程技術者非常稀少。

所有的車用半導體元件都要通過

1.AEC-Q100 with capabilities for each temperature grade 可靠度驗證。

(AEC-Q100 的規範, Please see the photo.)

2.要符合零失效（Zero manufacturing defects）。

3.另外生產車用半導體公司一定要得到

ISO TS 16949 certified 品質管理系統認證。

將儲存芯片推進汽車工業的經歷：

我（朱池山）二十年前，在一家儲存芯片設計公司工作，當時公司決定將公司的存储半導體產品推進汽車工業。我負責封裝工程和生產運營，所以，我同品管部主管一起去參加專門為汽車生產音響和別的電腦系統生產公司開會，了解汽車工業對半導體的要求。在美國的汽車重鎭，開了多次會議後，我又到墨西哥汽車工業生產線去實地考察，回來後，就開始預訂計劃去生產汽車半導體。

車用半導體多為導線架封裝，芯片外殻1毫米（1mm ）的厚度，因為它必須在-40C和+150C的低溫和高溫都能運作，所以我們一定要用膨胀系数低的塑膠材料，因為汽車在不同的地方，不同的氣候行駛，不同的溫度會使塑膠材料會對芯片表面，產生強大的材料應力（Stress 抓力），所以用低膨脹係數的塑膠，產生的應力（抓力）比較小，芯片上的積成電路是可以承受的。因為封裝體型很簿，所以選擇strength module 模塊強度比較高一點的塑膠材質。可以承受比較高的壓力。

另外要符合零失效的要求（全部都是好的）.

我們會加入半導體加速老化過程（Burn-in process) ，加上測試，可以將不良芯片，全部拿掉（removed early failures）。因為半導體的可靠度失效率)(Reliability Failure Rate)具有“浴盆”曲线(Bathtub curve)的特征。只要將早期失效產品挑選出來，(infant mortality ）剩下的產品，就可以用很長的時間（十多年到二十多年）。我們又加入高溫測試和低溫測試，最後加一次品管測試，再烘烤几個小時將水份蒸發，放入真空袋內外面用防水塑膠袋包裝，才能送給汽車組裝廠。

汽車工業要求凡是幫我們生產的產商公司都要得到ISO TS 16949 certified 品質管理系統認證, 加上他們認証, 通過測試後，我們就固定用這家公司，汽車工業為了保持高品質的半導體，所以不批准我們換生產的公司。他們擔心新的生產缐，會產生品質下降的情況。

另外我們也做很多的Reliability test 可靠性測試，高溫，低溫，高壓濕度測試，高溫儲存測試，長期老化測試等，種種的資料顯示出，對汽車工業的要求，都可以達到後，才送出我們的儲存半導體樣品給他們做試驗。經過嚴格的汽車工業測試, 試驗后，我們的產品通過了，成功進入汽車工業。因為汽車工業持續下去的，不像其他電腦，電話，每六個月就有新產品推出，舊產品就逐漸被淘汰了。所以當產品過關,進入汽車工業，就可以繼續十年以上的定單，奠定了固定的收入來源。到目前為止，我已經退休，公司的產品還繼續生產。感到十分欣慰。

結論：

目前可見全球主要汽車OEM廠商宣布的未來5年電動車投資金額，合計超過 2,500億美元規模，主要車廠將面臨必須發展全面電動化的浪潮壓力，未來幾年全球汽車產業，電動化，將需要相當多的半導體。

在運算技術、地圖資訊，影像處理、自駕芯片甚至是作業系統，都需要半導體。所以在未來汽車工業，每年都會增加對半導體的需求。希望下一代的海外僑胞對半導體和汽車工業上發揚光大，造福大眾。