汽车IC的行业趋势

KLA-Tencor公司高级营销总监Robert Cappel

Robert Cappel

预期在2018年智能自动驾驶汽车将延续其崛起和发展的趋势。随着消费者和监管机构对汽车功能的要求越来越高，半导体已经成为这些创新解决方案中的最核心部分。但是，这些芯片旨在协助汽车更为安全和经济地运行，同时却也增加了复杂性并且对可靠性提出了更高要求，这是在移动设备和个人计算机等其他消费者领域中前所未见的[1]。现在，许多半导体高级驾驶辅助系统（ADAS）对于汽车的功能和安全性是至关重要的功能，从而对于故障是零容忍。

汽车自动驾驶功能的快速发展只会进一步强调所有芯片完美协作的必要性，这不仅保护了汽车乘客，也保护了汽车周围人员的安全。这是为什么汽车制造商和一级供应商都坚持所有汽车半导体供应商实施零缺陷（Zero Defect）计划的根本原因。这些计划对汽车半导体工艺控制的重要性正在产生深远的影响。无论是IDM还是无晶圆厂/晶圆代工厂的制造模式都开始认识到传统的生产方法需要进行根本性的改良，才足以应对目前的趋势，并在竞争激烈的汽车市场中获得成功。

第一个趋势是车载半导体的数量在迅速地增长。10年前仅有几百个大设计规则的控制器和其他器件，而现代的汽车则可能包含超过3 500个半导体器件，这代表着半导体的开支在汽车总成本中的百分比不断持续上升。由于汽车制造商的任务是让越来越多的驾驶功能自动化，因此各种功能不同的器件数量都在增长，汽车现在可能包含多个复杂的SoC和数十个图像传感器，同时闪存和DRAM芯片也大幅增加。根据2016年消费者报告，目前汽车电子产品是出厂不足3年的汽车发生故障的首要原因，汽车制造商致力减少这些故障以表明他们对质量的承诺，因为品牌忠诚度对于消费品牌是首要考量之一。

第二个趋势是转而采用先进的设计规则。大多数汽车器件以前都是在老式的200 mm晶圆代工厂生产，设计规则为65 nm及以上，或者在成熟的300 mm晶圆代工厂中较小规模地制造。然而，自动驾驶汽车技术的开发需要更强大的计算能力，而这些陈旧的代工厂和器件则无法满足。对先进技术的需求以及更多的产能将促使汽车电子产能转移到先进的300 mm逻辑代工厂。预期到这一趋势，代工厂已经准备好为汽车领域提供14 nm和10 nm的SoC，并已经开始进行更小设计规则的汽车电子设计。但是，在使用传统的为消费电子移动设备而设计的制造方法时，这些工艺会受到正常产线良率问题和突发的良率下降的影响，从而导致产品可靠性差强人意。因此，厂商需要采用新的工艺控制策略以应对不成熟的工艺，并防止可能的器件可靠性故障。激烈的市场竞争和强劲的需求给晶圆厂带来了额外的压力，它们需要比以往更快的速度达到极其成熟的良率。

最后一个趋势是对于汽车市场器件可靠性的预期要求要远远高于消费电子级元件，多达几个数量级。在比较平稳的运行环境中，消费电子元件在头两年内的故障率也可允许在10%。这是许多非汽车工厂所习惯的服务标准。相反，汽车质量要求十亿分之几（ppb）的故障率，从而产生“零缺陷”的制造概念。零缺陷需要综合多个学科的质量方法，而工艺控制是其中主要的成功因素。导致可靠性问题的缺陷类型与导致良率问题的缺陷类型是相同的[2]。因此，总缺陷率可以作为衡量可靠性的有效指标。半导体产业已经习惯于抛弃型的消费者设备，而现在要达到十亿分之几级别的汽车电子质量意味着要努力达到更高的良率曲线（见图1）。

图1 良率曲线

2018年对于汽车和半导体行业将是激动人心的1年，随着技术不断创新，汽车半导体元件会采用更先进的设计规则。然而，成为成功的行业领导者将取决于更为严苛的方法来降低缺陷率并提高产品良率，将产品未来的可靠性故障消除在汽车安装之前。

[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.