汽车电子半导体芯片的定义

汽车电子半导体芯片是半导体元件产品在汽车电子领域的应用，也被称为集成电路（IC, Integrated Circuit）。它是汽车电子化、智能化、安全化、环保化等功能实现的关键核心元器件，在汽车电子系统里扮演着不可或缺的角色。自2020年底以来，汽车芯片短缺一直是汽车行业的热门话题，像大众、奔驰、福特、丰田、本田等车企都曾因芯片问题减产或停产，这足以表明汽车电子半导体芯片对汽车产业的重要性。芯片生产工序主要涉及芯片设计、晶圆加工、封装和测试。芯片企业经营有IDM模式（芯片的设计、生产、封装和检测都自己做）和Fabless模式（专注于芯片的设计研发和销售，无晶圆厂，将晶圆制造、封装测试等外包给代工厂），目前只有英特尔、三星、德州仪器等极少数企业能独立完成所有工序，大部分企业如华为、联发科、高通等只从事芯片设计，台积电是全球最大的晶圆代工商。并且，当前芯片主要为硅基芯片，硅晶圆是主要原材料，芯片制程是指芯片晶体管栅极宽度大小，纳米数字越小，晶体管密度越大，芯片性能越高，但不同企业对制程工艺命名法则不同，相同纳米制程下不能做绝对判断，如英特尔10nm的晶体管密度与三星7nm、台积电7nm的相当。

汽车电子半导体芯片的分类

汽车电子半导体芯片主要分为以下几大类：

• 功能芯片（MCU，MicrocontrollerUnit）：这主要是指处理器和控制器芯片。一辆汽车能正常行驶离不开电子电气架构来进行信息传递和数据处理。汽车的车辆控制系统涵盖车身电子系统、车辆运动系统、动力总成系统、信息娱乐系统、自动驾驶系统等几个主要部分，这些系统下又包含众多子功能项，每个子功能项背后都有一个控制器，而控制器内部通常会有一颗功能芯片。其中，自动驾驶芯片本质上也属于功能芯片，是随着智能汽车发展产生的高算力芯片，它是芯片技术中的高峰，代表着很高的技术挑战。目前已商用的自动驾驶芯片基本处于高级驾驶辅助系统（可实现L1 - L2级辅助驾驶）阶段，部分宣称可实现L3级功能，但面向L4 - L5级完全自动驾驶及全自动驾驶芯片距离规模化商用还有一定距离。另外，在功能芯片里还有计算存储MCU - SoC芯片等类型。

• 功率半导体：主要负责功率转换，多用于电源和接口。例如在电动车中常用的IGBT功率芯片，以及能广泛应用在模拟电路与数字电路的场效晶体管MOSFET等。按照器件结构，现有的功率半导体分立器件可分二极管、功率晶体管、晶闸管等；按照是否集成化，大致可分为功率半导体分立器件（包括功率模块）和功率半导体集成电路两大类。功率晶体管又分为双极性结型晶体管（BJT）、结型场效应晶体管（JFET）、金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等，IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的功率半导体分立器件，它的控制极为绝缘栅场效应晶体管，输出极为双极型功率晶体管，因而兼有两者速度和驱动能力的优点，克服了两者的缺点。

• 传感器芯片：主要用于各种雷达、安全气囊、胎压检测等方面。传感器芯片包括CMOS、雷达芯片、MEMS等类型。汽车传感器能够感应汽车的运行工况，并将信息转化成电信号。此外，汽车还需要通信芯片（如总线控制、射频芯片）用于实现车辆内部各系统之间以及车辆与外部的通信，还有存储芯片（如DRAM、NAND、NOR等）用于存储汽车运行过程中的各种数据，如行车记录、地图数据等。

汽车电子半导体芯片的工作原理

• 功能芯片的工作原理：

• 信息处理方面：功能芯片在汽车的各个系统中承担着信息处理的核心任务。以车辆运动系统为例，当驾驶员操作方向盘、踩下油门或刹车踏板时，传感器会将这些机械动作转换为电信号传输给功能芯片。功能芯片根据预设的程序和算法，对这些信号进行分析处理，计算出车辆应该做出的反应，如调整发动机的输出功率、控制刹车系统的制动力等。在自动驾驶系统中，功能芯片更是要处理来自摄像头、雷达等多种传感器的复杂信息，识别道路、车辆和行人等目标，从而做出安全合理的驾驶决策。例如，在自动紧急制动功能中，功能芯片持续接收前方雷达传来的距离信息，一旦判断车辆与前方障碍物的距离小于安全阈值，就会迅速发出指令给刹车系统，避免碰撞。

• 控制指令输出方面：功能芯片在处理完信息后，会输出控制指令到相应的执行部件。这些指令以电信号的形式传递，指挥汽车的各个子系统执行特定的动作。在车身电子系统中，功能芯片可以控制车窗的升降、车门的锁闭等。比如，当驾驶员按下电动车窗上升按钮时，按钮产生的电信号传至功能芯片，功能芯片经过处理后向车窗电机发送合适的电流和电压信号，使电机转动带动车窗上升。

• 功率半导体的工作原理：

• 功率转换方面：功率半导体主要负责电能的转换和控制。以IGBT（绝缘栅双极晶体管）为例，在电动汽车的动力系统中，电池输出的直流电需要转换为交流电才能驱动电机运转。IGBT就像一个高效的电子开关，在特定的控制信号下，它能够快速地将直流电转换为不同频率和电压的交流电，以满足电机在不同工况下的需求。在汽车的充电系统中，功率半导体也起着类似的作用，将来自充电桩的交流电转换为适合电池充电的直流电。

• 功率放大和开关控制方面：功率半导体可以对微弱的电信号进行功率放大，使其能够驱动汽车中的大功率负载。例如在汽车音响系统中，音频信号的功率很小，经过功率半导体的放大后，才能够推动扬声器发出足够音量的声音。同时，功率半导体作为功率开关，能够控制电路的通断。在汽车的电子控制单元（ECU）中，功率半导体可以根据需要开启或关闭某些电路，以实现对汽车各种功能的精确控制。

• 传感器芯片的工作原理：

• 感应汽车工况方面：传感器芯片通过各种物理或化学效应来感应汽车的运行工况。例如，在胎压检测系统中，传感器芯片利用压力传感器原理，检测轮胎内部的气压变化。当轮胎气压发生变化时，传感器芯片内部的压力敏感元件会产生相应的电信号变化，这个电信号反映了轮胎气压的实际情况。在汽车的安全气囊系统中，加速度传感器芯片能够感知车辆的碰撞加速度。当车辆发生碰撞时，加速度的突然变化会使传感器芯片产生特定的电信号，触发安全气囊的弹出装置。

• 信息转化方面：传感器芯片将感应到的各种物理量（如压力、温度、加速度等）转化为电信号。这些电信号可以被汽车的电子系统识别和处理。例如，温度传感器芯片利用热敏电阻的特性，温度变化时电阻值发生改变，从而导致电路中的电流或电压发生变化，产生与温度对应的电信号。这个电信号被传输到汽车的电子控制单元（ECU），ECU根据这个信号来判断发动机或其他部件的温度是否正常，进而采取相应的控制措施，如调节冷却风扇的转速等。

汽车电子半导体芯片的发展现状

• 全球市场规模增长迅速：随着汽车行业电子化程度的不断提高，汽车对芯片的依赖程度日益加深，汽车芯片的需求量也在快速增长。据数据显示，2021年全球汽车芯片市场规模为504.7亿美元，预计2022年达到559.2亿美元。从汽车芯片的应用范围来看，从基本的电力系统控制到高级驾驶辅助系统（ADAS）、无人驾驶技术和汽车娱乐系统等各个方面，都离不开电子芯片的支持。

• 行业竞争格局呈现垄断态势：全球汽车芯片市场基本被国际半导体巨头垄断。数据表明，前五厂商占比接近50%，其中英飞凌占比最高，市场份额达12.7%，其次分别为恩智浦、瑞萨、德州仪器及意法半导体。在全球前20家汽车半导体公司中，只有一家中国公司——安世半导体（由闻泰科技收购而来）。不过中国汽车芯片市场规模也在逐年扩大，2021年达到150.1亿美元，2022年达到167.5亿美元，中国作为全球最大的汽车市场，对汽车芯片的需求量巨大。

• 中国汽车芯片行业的发展情况：

• 市场产品结构：中国汽车芯片行业市场产品结构呈现出多元化、细分化的特点。在控制类芯片方面，MCU（微控制器）在汽车芯片市场中占据主导地位，这是由于其具有丰富的外设资源和良好的可编程性，被广泛应用于发动机控制、车身控制、安全系统控制等领域。在中国，控制类芯片、传感器芯片规模占比较高，分别为27.1%、23.5%，其次功率半导体在汽车芯片占比为12.3%。

• 国产化率较低：中国汽车芯片的国产化率有待提高。2023年3月举行的中国电动汽车百人会论坛（2023）中提到，我国汽车芯片的对外依存度高达95%，计算和控制类芯片自给率不足1%，功率和存储芯片自给率也仅为8%。不过近年来国家为了促进汽车半导体产业的快速发展，弥补国内相关产业的不足，陆续出台了多项政策，鼓励汽车芯片行业发展与创新，支持汽车芯片行业不断完善产业链和持续实现技术突破，为产业的健康发展保驾护航。

汽车电子半导体芯片的未来趋势

• 需求持续增长与技术融合发展：

• 汽车电子化推动需求增长：随着汽车向电动化、智能化和网联化的快速发展，汽车对电子半导体芯片的需求将持续增加。例如，电动汽车相比传统燃油汽车需要更多的芯片来管理电池系统、电机驱动和充电功能等。智能网联汽车则需要芯片支持车辆与外部的通信、自动驾驶功能以及智能座舱体验等。未来汽车将越来越多地采用先进的半导体技术，如人工智能、物联网等，以提高车辆的性能和安全性。例如，利用人工智能技术的芯片可以对汽车行驶过程中的各种复杂情况进行更精准的预测和决策，物联网技术的芯片可以实现汽车与家居、城市交通系统等的互联互通。

• 多种技术融合创新：不同技术在汽车芯片中的融合将成为未来的发展趋势。例如，将高性能计算芯片与传感器技术融合，可以为自动驾驶提供更强大的感知和决策能力；将通信芯片与汽车电子控制单元集成，可以实现更高效的车联网功能。此外，量子计算技术的发展也可能在未来对汽车芯片产生影响，虽然目前量子计算技术在汽车领域的应用还处于探索阶段，但随着技术的不断成熟，量子芯片可能会为汽车的安全性加密、复杂路况模拟等提供全新的解决方案。

• 国产替代进程加速：

• 政策支持助力发展：中国政府出台了一系列政策支持汽车芯片产业的发展，这将有助于推动国产汽车芯片的研发和生产。通过政策引导和资金扶持，国内芯片企业将有更多机会提升技术水平、扩大生产规模，从而逐步提高汽车芯片的国产化率。例如，对从事汽车芯片研发的企业给予税收优惠、科研项目补贴等政策支持。

• 技术突破与产业协同：国内芯片企业不断加大研发投入，在一些关键技术领域有望取得突破。同时，汽车企业与芯片企业之间的合作将更加紧密，形成产业协同效应。例如，汽车企业可以根据自身需求向芯片企业提出定制化的芯片设计要求，芯片企业则可以深入了解汽车应用场景，开发出更符合汽车行业需求的芯片产品。随着国产芯片技术的不断进步和产业协同的不断加强，国产汽车芯片有望在未来逐步替代进口芯片，降低汽车产业对国外芯片的依赖程度。

汽车电子半导体芯片封装清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

合明科技运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

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