汽車半導體晶圓代工產業(yè)展望
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 產品營銷經理 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。車用半導體產業(yè)歷經多年發(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，它們還用于內部系統(tǒng)，如信息娛樂系統(tǒng)、自動氣候控制空調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部和外部通信。
內部使用總線通信協議，如 LIN 和 CAN，而藍牙和以太網用于外部通信。所有這些應用都導致現代汽車中安裝的芯片數量顯著增長。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。高級車輛有數千個芯片”。
2021 年，一輛典型的內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換器和芯片才能實現高效充電。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%?！?/span>
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能，并大力投資尖端技術以實現高效制造。當今大多數汽車半導體都依賴成熟節(jié)點 > 28nm。但到 2022 年底，據估計 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，因為他們需要高質量和低成本的芯片，但只有少數公司投資于廣泛的汽車半導體技術。
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。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。
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。
作者：Saumitra JagdaleEET電子工程專輯原創(chuàng)
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