汽車(chē)半導體晶圓代工產(chǎn)業(yè)展望
2022年全球半導體市場(chǎng)規模預計為6180億美元，年增長(cháng)率約為7.3%。其中，汽車(chē)市場(chǎng)占 10%，價(jià)值 530 億美元，年增長(cháng)率為 10.5%。由于疫情導致全球芯片短缺，與消費電子產(chǎn)品相比，汽車(chē)半導體的需求相對較低。因此當需求激增時(shí)，汽車(chē)制造商不得不排長(cháng)隊等待芯片。
本文是 X-FAB SiC 和 GaN 產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Agnes Jahnke 的演講摘要。她為觀(guān)眾提供了全球汽車(chē)半導體市場(chǎng)的代工廠(chǎng)視角。X-FAB 是一家服務(wù)于汽車(chē)、計算機、消費和通信行業(yè)的跨國半導體代工廠(chǎng)。
Jahnke 女士首先概述了 X-FAB 及其多年來(lái)的發(fā)展。車(chē)用半導體產(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體市場(chǎng)繼續成長(cháng)并貢獻更大的份額。談話(huà)中指出的一些主要原因是 Covid 大流行、消費電子產(chǎn)品制造商的更高需求、汽車(chē)半導體的更長(cháng)交貨時(shí)間、事故和自然災害。
圖1：每輛車(chē)平均芯片的增長(cháng)趨勢及其美元價(jià)值演講進(jìn)一步討論了半導體芯片在汽車(chē)中的各種應用。它們用于輪胎壓力監測系統、自動(dòng)車(chē)道輔助系統、碰撞警告系統等安全系統。此外，它們還用于內部系統，如信息娛樂(lè )系統、自動(dòng)氣候控制空調以及其他與駕駛員和乘客相關(guān)的功能。半導體芯片還控制著(zhù)汽車(chē)的內部和外部通信。
內部使用總線(xiàn)通信協(xié)議，如 LIN 和 CAN，而藍牙和以太網(wǎng)用于外部通信。所有這些應用都導致現代汽車(chē)中安裝的芯片數量顯著(zhù)增長(cháng)。談到半導體應用汽車(chē)的增長(cháng)，Jahnke 女士說(shuō)：“平均而言，汽車(chē)中的半導體含量在不斷增加;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(chē)中有近 800 個(gè)芯片，幾乎是智能手機的 6 倍。高級車(chē)輛有數千個(gè)芯片”。
2021 年，一輛典型的內燃機汽車(chē)搭載了價(jià)值約 500 美元的半導體，而純電動(dòng)汽車(chē)搭載了價(jià)值 950 美元的半導體。雖然轉向 BEV 減少了監控 IC 發(fā)動(dòng)機和燃料系統所需的芯片，但增加了更多芯片來(lái)監控其中使用的電池、動(dòng)力總成和電機。此外，車(chē)載充電器需要不同的轉換器和芯片才能實(shí)現高效充電。為促進(jìn)無(wú)縫旅行體驗而日益集成的電子系統將不斷增加汽車(chē)行業(yè)使用的芯片數量。
安裝在汽車(chē)上的所有半導體開(kāi)關(guān)和芯片中，約 48% 的半導體芯片用于電源應用，以便為不同的車(chē)載電子系統高效供電。使用這些半導體開(kāi)關(guān)的其他主要系統包括光子、模擬和存儲器。
談到基于 SiC 的汽車(chē)半導體開(kāi)關(guān)的滲透，Jahnke 女士說(shuō)：“今天，大約 20% 的汽車(chē)電力電子產(chǎn)品是基于碳化硅半導體。眾所周知，特斯拉是第一個(gè)實(shí)施的，而其他汽車(chē)制造商也在緊隨其后。像現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，預計到 2050 年將達到 50%?！?/span>
為了說(shuō)明一塊半導體晶圓在汽車(chē)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 系統和 500 到 20k 車(chē)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體制造業(yè)以亞洲國家為主，約 75% 來(lái)自亞洲。為了滿(mǎn)足全球不同行業(yè)不斷增長(cháng)的需求，全球各地的參與者都在尋求擴大產(chǎn)能，并大力投資尖端技術(shù)以實(shí)現高效制造。當今大多數汽車(chē)半導體都依賴(lài)成熟節點(diǎn) > 28nm。但到 2022 年底，據估計 56% 的裝機容量位于小于 28nm 的節點(diǎn)尺寸上，而總設備支出中只有 10% 用于 >80mm 的節點(diǎn)。這對汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō)是個(gè)壞消息，因為他們需要高質(zhì)量和低成本的芯片，但只有少數公司投資于廣泛的汽車(chē)半導體技術(shù)。
談到X-FAB，Jahnke女士談到了它在制造汽車(chē)半導體方面使用的尖端技術(shù)。該公司提供高達 650V 超高壓的模塊化 1um 至 130nm CMOS 和 SOI 半導體。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(chē)在受到大流行的打擊后正處于復蘇階段，此后對汽車(chē)的需求猛增。但芯片短缺已導致汽車(chē)制造商的重大延誤。全球的代工廠(chǎng)并沒(méi)有在汽車(chē)半導體上投入巨資，這進(jìn)一步加劇了這些汽車(chē)制造商的問(wèn)題。X-FAB 是市場(chǎng)上為數不多的汽車(chē)半導體代工廠(chǎng)之一。需要更多這樣的鑄造廠(chǎng)來(lái)滿(mǎn)足汽車(chē)工業(yè)的需求。
作者：Saumitra JagdaleEET電子工程專(zhuān)輯原創(chuàng )
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