一、車規(guī)級(jí)芯片概述

車規(guī)級(jí)芯片（Automotive Grade Chip）是指那些專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)和制造，且滿足嚴(yán)苛地汽車行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的芯片。這類芯片需要在極端溫度范圍、高振動(dòng)、高壓、高濕、EMI等惡劣環(huán)境中保持穩(wěn)定可靠的性能，且通常要通過(guò)諸如AEC-Q系列認(rèn)證的汽車行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)。

基于汽車安全性和可靠性要求極高的應(yīng)用需求，任何芯片故障都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，為此車規(guī)級(jí)芯片相比于消費(fèi)級(jí)或工業(yè)級(jí)芯片而言，具有更高的品質(zhì)要求。當(dāng)下，這類芯片被廣泛應(yīng)用于如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、剎車系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車載娛樂(lè)信息系統(tǒng)、ADAS等車載各個(gè)子系統(tǒng)中。

二、車載芯片分類

在芯片的車載應(yīng)用中，根據(jù)其所執(zhí)行的功能不同，通常可將其分為運(yùn)算及控制類芯片、功率型芯片、傳感器類芯片以及其他功能型芯片四大類。其中運(yùn)算及控制類芯片主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算、過(guò)程分析、邏輯執(zhí)行等功能，此類芯片是控制單元實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的基本平臺(tái)，其包括如MCU、SoC等產(chǎn)品；

功率型芯片于控制單元中主要負(fù)責(zé)具有高功率負(fù)載的控制電路，是可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中電力控制與管理的關(guān)鍵零件，由于其所具有的電能轉(zhuǎn)換特性，故也被稱為電能轉(zhuǎn)換芯片，于車載應(yīng)用中如MOSFET、IGBT等產(chǎn)品；

傳感器類芯片位于車載應(yīng)用中的各式各樣的傳感器之中，其主要功能是通過(guò)對(duì)光、壓力、水溫等模擬信號(hào)的感知，并將其轉(zhuǎn)換為可供系統(tǒng)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，以此讓系統(tǒng)可準(zhǔn)確地識(shí)別車輛運(yùn)行中的各種工況，是實(shí)現(xiàn)車輛感知功能的重要組成部分；

其他功能型芯片主要指具有存儲(chǔ)、通信、定位等功能的芯片。對(duì)車載芯片分類如下：

圖1 車載芯片分類

三、車規(guī)芯片與非車規(guī)芯片基本性能對(duì)比

當(dāng)一款芯片被應(yīng)用于控制單元中并實(shí)現(xiàn)了裝車，那么該款芯片便需滿足車載應(yīng)用中的高可靠、高安全、高穩(wěn)定等特性，同時(shí)為確保在車輛全生命周期中的生產(chǎn)及售后的應(yīng)用，對(duì)于車載芯片在供貨及質(zhì)量上需達(dá)到10年以上供貨周期且零缺陷的要求。在芯片產(chǎn)品的性能上，不同行業(yè)的基本要求如下表所示：

表1 車規(guī)與非車規(guī)芯片基本性能對(duì)比

于上表所示的‘測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)’一欄中，車規(guī)級(jí)芯片主要涵蓋ISO 26262、AEC-Q100以及IATF 16949三類標(biāo)準(zhǔn)/體系。其中，ISO 26262為功能安全標(biāo)準(zhǔn)，主要被應(yīng)用于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中。IATF 16949為汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系，該體系要求相關(guān)生產(chǎn)廠家需按其要求規(guī)范生產(chǎn)流程及過(guò)程，以保證工藝的穩(wěn)定性、流程的合規(guī)性以及產(chǎn)品質(zhì)量的高可靠性；

AEC-Q為AEC（AutomotiveElectronics Council，汽車電子委員會(huì)）針對(duì)車規(guī)半導(dǎo)體產(chǎn)品而制定的產(chǎn)品批次可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)下，為保證車規(guī)半導(dǎo)體產(chǎn)品產(chǎn)出的質(zhì)量穩(wěn)定性，將對(duì)所生產(chǎn)的三個(gè)批次產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，唯有三批次皆通過(guò)測(cè)試，方能形成AEC-Q的測(cè)試報(bào)告。

根據(jù)車載半導(dǎo)體產(chǎn)品自身的差異以及在車載中的不同應(yīng)用，其所采用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)類別以及測(cè)試等級(jí)也有差異，具體如下所示：

表2不同類型車載半導(dǎo)體AEC-Q測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

按照上述測(cè)試類型劃分，車載芯片的產(chǎn)品批次可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用AEC-Q100。

表3 不同應(yīng)用下的車載半導(dǎo)體AEC-Q測(cè)試等級(jí)

此表表示當(dāng)車規(guī)芯片位于不同車載系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)不同功能時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的測(cè)試等級(jí)也將不同。

四、車規(guī)級(jí)芯片從開(kāi)發(fā)到裝車流程

與控制單元的開(kāi)發(fā)流程類似，車規(guī)芯片的開(kāi)發(fā)流程同樣依循V模型，但由于芯片在車上無(wú)法單獨(dú)應(yīng)用，故在芯片開(kāi)發(fā)過(guò)程中需配合相關(guān)控制單元進(jìn)行功能及性能的驗(yàn)證，以此來(lái)確保產(chǎn)品的可靠，為此，一款車規(guī)級(jí)芯片從研發(fā)至量產(chǎn)所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)要長(zhǎng)于控制單元等零部件的開(kāi)發(fā)周期。

通常而言，按照整車開(kāi)發(fā)流程，一款車規(guī)級(jí)芯片從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)上車大約需要3.5-5.5年的時(shí)間，這其中功能安全的認(rèn)證時(shí)間占據(jù)了一半以上。

圖2 車規(guī)級(jí)芯片開(kāi)發(fā)周期

正由于車規(guī)芯片的開(kāi)發(fā)周期過(guò)于長(zhǎng)，同時(shí)開(kāi)發(fā)一款專用芯片所需付出的成本代價(jià)也并非一般企業(yè)所能承受，因此于絕大部分主機(jī)廠、供應(yīng)商而言，都不太可能會(huì)針對(duì)一項(xiàng)功能而去專門定制開(kāi)發(fā)一款芯片。不過(guò)為了在某一特定領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，基于現(xiàn)有芯片產(chǎn)品進(jìn)行專用升級(jí)的做法在一些世界級(jí)企業(yè)中卻也是常有的事情。

五、國(guó)產(chǎn)車規(guī)芯片相關(guān)工藝特點(diǎn)

由于車載產(chǎn)品的應(yīng)用其所具有的物理空間較之消費(fèi)類產(chǎn)品要更富足，同時(shí)相對(duì)而言，整車的靜態(tài)功耗與消費(fèi)類產(chǎn)品相比，其可接受范圍也要更大些。因此，在車規(guī)級(jí)芯片的制造工藝中，其所追求的微型化水平也不像在消費(fèi)類領(lǐng)域的應(yīng)用那般，需達(dá)到7nm甚至5nm等超高水平。

基于此考慮，當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流的車規(guī)級(jí)芯片的制造工藝主要選用了成熟度較高的制程，此制程下的工藝節(jié)點(diǎn)尺寸常大于28nm，而對(duì)于具有高算力、高集成度要求的如AI、SoC等類型芯片，在技術(shù)允許的前提下，多采用了28nm以下的制程工藝。對(duì)不同國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片的工藝特性整理如下表：

表4 國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片工藝特性

審核編輯：黃飛