汽車IC的行業(yè)趨勢

KLA-Tencor公司高級營銷總監(jiān)Robert Cappel

Robert Cappel

預(yù)期在2018年智能自動駕駛汽車將延續(xù)其崛起和發(fā)展的趨勢。隨著消費者和監(jiān)管機構(gòu)對汽車功能的要求越來越高，半導(dǎo)體已經(jīng)成為這些創(chuàng)新解決方案中的最核心部分。但是，這些芯片旨在協(xié)助汽車更為安全和經(jīng)濟地運行，同時卻也增加了復(fù)雜性并且對可靠性提出了更高要求，這是在移動設(shè)備和個人計算機等其他消費者領(lǐng)域中前所未見的[1]?，F(xiàn)在，許多半導(dǎo)體高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）對于汽車的功能和安全性是至關(guān)重要的功能，從而對于故障是零容忍。

汽車自動駕駛功能的快速發(fā)展只會進一步強調(diào)所有芯片完美協(xié)作的必要性，這不僅保護了汽車乘客，也保護了汽車周圍人員的安全。這是為什么汽車制造商和一級供應(yīng)商都堅持所有汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商實施零缺陷（Zero Defect）計劃的根本原因。這些計劃對汽車半導(dǎo)體工藝控制的重要性正在產(chǎn)生深遠的影響。無論是IDM還是無晶圓廠/晶圓代工廠的制造模式都開始認識到傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法需要進行根本性的改良，才足以應(yīng)對目前的趨勢，并在競爭激烈的汽車市場中獲得成功。

第一個趨勢是車載半導(dǎo)體的數(shù)量在迅速地增長。10年前僅有幾百個大設(shè)計規(guī)則的控制器和其他器件，而現(xiàn)代的汽車則可能包含超過3 500個半導(dǎo)體器件，這代表著半導(dǎo)體的開支在汽車總成本中的百分比不斷持續(xù)上升。由于汽車制造商的任務(wù)是讓越來越多的駕駛功能自動化，因此各種功能不同的器件數(shù)量都在增長，汽車現(xiàn)在可能包含多個復(fù)雜的SoC和數(shù)十個圖像傳感器，同時閃存和DRAM芯片也大幅增加。根據(jù)2016年消費者報告，目前汽車電子產(chǎn)品是出廠不足3年的汽車發(fā)生故障的首要原因，汽車制造商致力減少這些故障以表明他們對質(zhì)量的承諾，因為品牌忠誠度對于消費品牌是首要考量之一。

第二個趨勢是轉(zhuǎn)而采用先進的設(shè)計規(guī)則。大多數(shù)汽車器件以前都是在老式的200 mm晶圓代工廠生產(chǎn)，設(shè)計規(guī)則為65 nm及以上，或者在成熟的300 mm晶圓代工廠中較小規(guī)模地制造。然而，自動駕駛汽車技術(shù)的開發(fā)需要更強大的計算能力，而這些陳舊的代工廠和器件則無法滿足。對先進技術(shù)的需求以及更多的產(chǎn)能將促使汽車電子產(chǎn)能轉(zhuǎn)移到先進的300 mm邏輯代工廠。預(yù)期到這一趨勢，代工廠已經(jīng)準備好為汽車領(lǐng)域提供14 nm和10 nm的SoC，并已經(jīng)開始進行更小設(shè)計規(guī)則的汽車電子設(shè)計。但是，在使用傳統(tǒng)的為消費電子移動設(shè)備而設(shè)計的制造方法時，這些工藝會受到正常產(chǎn)線良率問題和突發(fā)的良率下降的影響，從而導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性差強人意。因此，廠商需要采用新的工藝控制策略以應(yīng)對不成熟的工藝，并防止可能的器件可靠性故障。激烈的市場競爭和強勁的需求給晶圓廠帶來了額外的壓力，它們需要比以往更快的速度達到極其成熟的良率。

最后一個趨勢是對于汽車市場器件可靠性的預(yù)期要求要遠遠高于消費電子級元件，多達幾個數(shù)量級。在比較平穩(wěn)的運行環(huán)境中，消費電子元件在頭兩年內(nèi)的故障率也可允許在10%。這是許多非汽車工廠所習(xí)慣的服務(wù)標準。相反，汽車質(zhì)量要求十億分之幾（ppb）的故障率，從而產(chǎn)生“零缺陷”的制造概念。零缺陷需要綜合多個學(xué)科的質(zhì)量方法，而工藝控制是其中主要的成功因素。導(dǎo)致可靠性問題的缺陷類型與導(dǎo)致良率問題的缺陷類型是相同的[2]。因此，總?cè)毕萋士梢宰鳛楹饬靠煽啃缘挠行е笜?。半?dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)習(xí)慣于拋棄型的消費者設(shè)備，而現(xiàn)在要達到十億分之幾級別的汽車電子質(zhì)量意味著要努力達到更高的良率曲線（見圖1）。

圖1 良率曲線

2018年對于汽車和半導(dǎo)體行業(yè)將是激動人心的1年，隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新，汽車半導(dǎo)體元件會采用更先進的設(shè)計規(guī)則。然而，成為成功的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者將取決于更為嚴苛的方法來降低缺陷率并提高產(chǎn)品良率，將產(chǎn)品未來的可靠性故障消除在汽車安裝之前。

[1]Price，Sutherland and Rathert.Process Watch：The(Automotive)Problem with Semiconductors[J].Solid State Technology，January 2018.

[2]Price and Sutherland.Process Watch：The Most Expensive Defect，Part 2[J].Solid State Technology，July 2015.