汽車半導(dǎo)體晶圓代工產(chǎn)業(yè)展望
2022年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為6180億美元，年增長(zhǎng)率約為7.3%。其中，汽車市場(chǎng)占 10%，價(jià)值 530 億美元，年增長(zhǎng)率為 10.5%。由于疫情導(dǎo)致全球芯片短缺，與消費(fèi)電子產(chǎn)品相比，汽車半導(dǎo)體的需求相對(duì)較低。因此當(dāng)需求激增時(shí)，汽車制造商不得不排長(zhǎng)隊(duì)等待芯片。
本文是 X-FAB SiC 和 GaN 產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理 Agnes Jahnke 的演講摘要。她為觀眾提供了全球汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)的代工廠視角。X-FAB 是一家服務(wù)于汽車、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)和通信行業(yè)的跨國(guó)半導(dǎo)體代工廠。
Jahnke 女士首先概述了 X-FAB 及其多年來(lái)的發(fā)展。車用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)多年發(fā)展，但受疫情影響，因種種原因未能在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)繼續(xù)成長(zhǎng)并貢獻(xiàn)更大的份額。談話中指出的一些主要原因是 Covid 大流行、消費(fèi)電子產(chǎn)品制造商的更高需求、汽車半導(dǎo)體的更長(zhǎng)交貨時(shí)間、事故和自然災(zāi)害。
圖1：每輛車平均芯片的增長(zhǎng)趨勢(shì)及其美元價(jià)值演講進(jìn)一步討論了半導(dǎo)體芯片在汽車中的各種應(yīng)用。它們用于輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)車道輔助系統(tǒng)、碰撞警告系統(tǒng)等安全系統(tǒng)。此外，它們還用于內(nèi)部系統(tǒng)，如信息娛樂(lè)系統(tǒng)、自動(dòng)氣候控制空調(diào)以及其他與駕駛員和乘客相關(guān)的功能。半導(dǎo)體芯片還控制著汽車的內(nèi)部和外部通信。
內(nèi)部使用總線通信協(xié)議，如 LIN 和 CAN，而藍(lán)牙和以太網(wǎng)用于外部通信。所有這些應(yīng)用都導(dǎo)致現(xiàn)代汽車中安裝的芯片數(shù)量顯著增長(zhǎng)。談到半導(dǎo)體應(yīng)用汽車的增長(zhǎng)，Jahnke 女士說(shuō)：“平均而言，汽車中的半導(dǎo)體含量在不斷增加;在過(guò)去的 10 年里，它幾乎翻了三倍。平均而言，我們今天的汽車中有近 800 個(gè)芯片，幾乎是智能手機(jī)的 6 倍。高級(jí)車輛有數(shù)千個(gè)芯片”。
2021 年，一輛典型的內(nèi)燃機(jī)汽車搭載了價(jià)值約 500 美元的半導(dǎo)體，而純電動(dòng)汽車搭載了價(jià)值 950 美元的半導(dǎo)體。雖然轉(zhuǎn)向 BEV 減少了監(jiān)控 IC 發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)所需的芯片，但增加了更多芯片來(lái)監(jiān)控其中使用的電池、動(dòng)力總成和電機(jī)。此外，車載充電器需要不同的轉(zhuǎn)換器和芯片才能實(shí)現(xiàn)高效充電。為促進(jìn)無(wú)縫旅行體驗(yàn)而日益集成的電子系統(tǒng)將不斷增加汽車行業(yè)使用的芯片數(shù)量。
安裝在汽車上的所有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和芯片中，約 48% 的半導(dǎo)體芯片用于電源應(yīng)用，以便為不同的車載電子系統(tǒng)高效供電。使用這些半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的其他主要系統(tǒng)包括光子、模擬和存儲(chǔ)器。
談到基于 SiC 的汽車半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的滲透，Jahnke 女士說(shuō)：“今天，大約 20% 的汽車電力電子產(chǎn)品是基于碳化硅半導(dǎo)體。眾所周知，特斯拉是第一個(gè)實(shí)施的，而其他汽車制造商也在緊隨其后。像現(xiàn)代這樣的新玩家也開(kāi)始使用它，其他制造商的采用率相當(dāng)高。其他所有 OEM 都在其開(kāi)發(fā)中使用 SiC;我們將在未來(lái)看到更高的采用率，預(yù)計(jì)到 2050 年將達(dá)到 50%?！?/span>
為了說(shuō)明一塊半導(dǎo)體晶圓在汽車行業(yè)的重要性，下表顯示，即使有1塊晶圓的延誤或丟失，也可能導(dǎo)致約1k至30k芯片的制造延誤。這可能會(huì)進(jìn)一步延遲 500 到 30k 系統(tǒng)和 500 到 20k 車輛的制造，造成 2000 萬(wàn)美元到 8 億美元的總影響。
圖 2：顯示在其價(jià)值鏈的不同階段丟失單個(gè)晶圓的影響的表格半導(dǎo)體制造業(yè)以亞洲國(guó)家為主，約 75% 來(lái)自亞洲。為了滿足全球不同行業(yè)不斷增長(zhǎng)的需求，全球各地的參與者都在尋求擴(kuò)大產(chǎn)能，并大力投資尖端技術(shù)以實(shí)現(xiàn)高效制造。當(dāng)今大多數(shù)汽車半導(dǎo)體都依賴成熟節(jié)點(diǎn) > 28nm。但到 2022 年底，據(jù)估計(jì) 56% 的裝機(jī)容量位于小于 28nm 的節(jié)點(diǎn)尺寸上，而總設(shè)備支出中只有 10% 用于 >80mm 的節(jié)點(diǎn)。這對(duì)汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)是個(gè)壞消息，因?yàn)樗麄冃枰哔|(zhì)量和低成本的芯片，但只有少數(shù)公司投資于廣泛的汽車半導(dǎo)體技術(shù)。
談到X-FAB，Jahnke女士談到了它在制造汽車半導(dǎo)體方面使用的尖端技術(shù)。該公司提供高達(dá) 650V 超高壓的模塊化 1um 至 130nm CMOS 和 SOI 半導(dǎo)體。X-FAB 還為 6 英寸晶圓上的寬帶隙材料碳化硅 (SiC) 和 8 英寸晶圓上的氮化鎵 (GaN) 提供加工技術(shù)。
汽車在受到大流行的打擊后正處于復(fù)蘇階段，此后對(duì)汽車的需求猛增。但芯片短缺已導(dǎo)致汽車制造商的重大延誤。全球的代工廠并沒(méi)有在汽車半導(dǎo)體上投入巨資，這進(jìn)一步加劇了這些汽車制造商的問(wèn)題。X-FAB 是市場(chǎng)上為數(shù)不多的汽車半導(dǎo)體代工廠之一。需要更多這樣的鑄造廠來(lái)滿足汽車工業(yè)的需求。
作者：Saumitra JagdaleEET電子工程專輯原創(chuàng)
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