汽車行業(yè)是一個快速發(fā)展的領域，從第一臺內(nèi)燃機到混合動力和純電動汽車，行業(yè)發(fā)生了巨大的變化。如今的汽車比往任何時候都更加智能，汽車半導體支持車輛監(jiān)控系統(tǒng)、自動車道輔助系統(tǒng)等功能，這些進步歸功于車輛引擎蓋下的智能電子系統(tǒng)。
2022年全球半導體市場規(guī)模預計為6180億美元，年增長率約為7.3%。其中，汽車市場占 10%，價值 530 億美元，年增長率為 10.5%。由于疫情導致全球芯片短缺，與消費電子產(chǎn)品相比，汽車半導體的需求相對較低。因此當需求激增時，汽車制造商不得不排長隊等待芯片。
本文是 X-FAB SiC 和 GaN 產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Agnes Jahnke 的演講摘要。她為觀眾提供了全球汽車半導體市場的代工廠視角。X-FAB 是一家服務于汽車、計算機、消費和通信行業(yè)的跨國半導體代工廠。
Jahnke 女士首先概述了 X-FAB 及其多年來的發(fā)展。車用半導體產(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繼續(xù)成長并貢獻更大的份額。談話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、汽車半導體的更長交貨時間、事故和自然災害。
圖1：每輛車平均芯片的增長趨勢及其美元價值
演講進一步討論了半導體芯片在汽車中的各種應用。它們用于輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)、自動車道輔助系統(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)，如信息娛樂系統(tǒng)、自動氣候控制空調(diào)以及其他與駕駛員和乘客相關的功能。半導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，而藍牙和以太網(wǎng)用于外部通信。所有這些應用都導致現(xiàn)代汽車中安裝的芯片數(shù)量顯著增長。談到半導體應用汽車的增長，Jahnke 女士說：“平均而言，汽車中的半導體含量在不斷增加；在過去的 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 個芯片，幾乎是智能手機的 6 倍。高級車輛有數(shù)千個芯片”。
2021 年，一輛典型的內(nèi)燃機汽車搭載了價值約 500 美元的半導體，而純電動汽車搭載了價值 950 美元的半導體。雖然轉(zhuǎn)向 BEV 減少了監(jiān)控 IC 發(fā)動機和燃料系統(tǒng)所需的芯片，但增加了更多芯片來監(jiān)控其中使用的電池、動力總成和電機。此外，車載充電器需要不同的轉(zhuǎn)換器和芯片才能實現(xiàn)高效充電。為促進無縫旅行體驗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體開關和芯片中，約 48% 的半導體芯片用于電源應用，以便為不同的車載電子系統(tǒng)高效供電。使用這些半導體開關的其他主要系統(tǒng)包括光子、模擬和存儲器。
談到基于 SiC 的汽車半導體開關的滲透，Jahnke 女士說：“今天，大約 20% 的汽車電力電子產(chǎn)品是基于碳化硅半導體。眾所周知，特斯拉是第一個實施的，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 都在其開發(fā)中使用 SiC；我們將在未來看到更高的采用率，預計到 2050 年將達到 50%。”
為了說明一塊半導體晶圓在汽車行業(yè)的重要性，下表顯示，即使有1塊晶圓的延誤或丟失，也可能導致約1k至30k芯片的制造延誤。這可能會進一步延遲 500 到 30k 系統(tǒng)和 500 到 20k 車輛的制造，造成 2000 萬美元到 8 億美元的總影響。
圖 2：顯示在其價值鏈的不同階段丟失單個晶圓的影響的表格
半導體制造業(yè)以亞洲國家為主，約 75% 來自亞洲。為了滿足全球不同行業(yè)不斷增長的需求，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)以實現(xiàn)高效制造。當今大多數(shù)汽車半導體都依賴成熟節(jié)點 > 28nm。但到 2022 年底，據(jù)估計 56% 的裝機容量位于小于 28nm 的節(jié)點尺寸上，而總設備支出中只有 10% 用于 >80mm 的節(jié)點。這對汽車行業(yè)來說是個壞消息，因為他們需要高質(zhì)量和低成本的芯片，但只有少數(shù)公司投資于廣泛的汽車半導體技術(shù)。
談到X-FAB，Jahnke女士談到了它在制造汽車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)。
汽車在受到大流行的打擊后正處于復蘇階段，此后對汽車的需求猛增。但芯片短缺已導致汽車制造商的重大延誤。全球的代工廠并沒有在汽車半導體上投入巨資，這進一步加劇了這些汽車制造商的問題。X-FAB 是市場上為數(shù)不多的汽車半導體代工廠之一。需要更多這樣的鑄造廠來滿足汽車工業(yè)的需求。
