汽車(chē)半導(dǎo)體研制的特殊要求

2004年6月A版

　　汽車(chē)電子產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展后，目前國(guó)外先進(jìn)汽車(chē)電子技術(shù)已發(fā)展到第四階段，主流技術(shù)包括電子技術(shù)(含微機(jī)技術(shù))、自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及機(jī)電一體化耦合交叉技術(shù)等綜合技術(shù)。汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)發(fā)出倒車(chē)?yán)走_(dá)、防撞雷達(dá)、后視電視系統(tǒng)、車(chē)間通信系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等新產(chǎn)品。

　　作為汽車(chē)電子產(chǎn)品核心的汽車(chē)半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展迅速，在前兩年的經(jīng)濟(jì)低迷時(shí)期，汽車(chē)半導(dǎo)體銷(xiāo)售額仍穩(wěn)步增長(zhǎng)，成為一道亮麗的風(fēng)景。眾多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，汽車(chē)有望取代電腦而成為芯片的下一個(gè)“殺手級(jí)”應(yīng)用領(lǐng)域。

　　根據(jù)功能的不同，可將汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)品分為5種，詳見(jiàn)表1。

汽車(chē)半導(dǎo)體的特殊要求

電路設(shè)計(jì)

　　汽車(chē)半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)最大問(wèn)題就是電磁干擾(EMI)。隨著車(chē)用半導(dǎo)體數(shù)量的增多，EMI問(wèn)題也愈加突出。常見(jiàn)的EMI輻射來(lái)自微控制器。EMI的危害主要有：靜電放電、電源變動(dòng)、射頻干擾(來(lái)自其他車(chē)輛或車(chē)內(nèi)收音機(jī))以及電源線(xiàn)電場(chǎng)與磁場(chǎng)。

　　虛假EMI可能影響AM/FM收音機(jī)等電子系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)甚至影響汽車(chē)防抱制動(dòng)系統(tǒng)或出現(xiàn)爆胎(電源變動(dòng)引起)。雖然對(duì)普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)，收音機(jī)受點(diǎn)干擾并無(wú)大礙，但這些干擾有時(shí)對(duì)警車(chē)、救護(hù)車(chē)、救火車(chē)或軍車(chē)就非常致命。

　　目前尚沒(méi)有哪個(gè)方案能夠解決前述的EMI問(wèn)題。常用的減少EMI方法是：(1)電源變動(dòng)：以各種輸入電源的變動(dòng)保護(hù)為主，以及各級(jí)電路的濾波保護(hù)為輔；另外，在當(dāng)今的各種設(shè)計(jì)中，容忍噪聲的軟件業(yè)更加流行。(2)射頻：最好的方法是屏蔽，但這在車(chē)上未必總行得通，因此通常對(duì)電源及I/O線(xiàn)纜進(jìn)行高頻濾波，并精心布線(xiàn)，去除耦合。(3)靜電放電：對(duì)電源及I/O線(xiàn)纜進(jìn)行高頻濾波。(4)輻射：盡量從根本上避免。

制造工藝

　　隨著晶體管體積的減小以及軟件控制系統(tǒng)數(shù)量的增加，汽車(chē)電子系統(tǒng)更容易出現(xiàn)故障；尤其是剛剛開(kāi)發(fā)出來(lái)的新產(chǎn)品更是如此。

　　雖然特殊的封裝工藝對(duì)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的芯片至關(guān)重要，但在非苛刻環(huán)境下通常采用標(biāo)準(zhǔn)封裝工藝，以降低制造成本。當(dāng)然，在芯片設(shè)計(jì)中可靠性及性能問(wèn)題極為重要；另外，信號(hào)一致性問(wèn)題也不能忽視。

可靠性

　　由于汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)品要適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙等惡劣環(huán)境，同時(shí)要保證娛樂(lè)系統(tǒng)工作在較大的溫度范圍，這要求汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)品具有較高的可靠性。目前，汽車(chē)電子產(chǎn)品的復(fù)雜性正迅速增加，汽車(chē)行業(yè)也充分利用小型晶體管帶來(lái)的低成本及性能優(yōu)勢(shì)，但是，隨之而來(lái)的一些負(fù)面影響也不容忽視。例如，尺寸減小帶來(lái)一定的性能問(wèn)題，較低的工作電壓也帶來(lái)噪聲容限問(wèn)題，導(dǎo)線(xiàn)間距的縮小可能引起串?dāng)_，電壓浪涌則會(huì)對(duì)輸入以及輸出電路造成永久損壞；此外，小尺寸晶體管固有的漏電流大的問(wèn)題不僅會(huì)增加功耗，而且會(huì)導(dǎo)致芯片溫度升高，致使可靠性下降，因?yàn)榘雽?dǎo)體產(chǎn)品可靠性隨著溫度的升高而呈指數(shù)下降。因此，必須精心設(shè)計(jì)與封裝，以盡量避免溫度升高。

　　通過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)并嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，加之開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，是可以保證汽車(chē)半導(dǎo)體可靠性的。例如，正在開(kāi)發(fā)的碳化硅晶體管將用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱或制動(dòng)等場(chǎng)合，同時(shí)電源電壓也將普遍提高到42V。另外，高可靠計(jì)算應(yīng)用也處于開(kāi)發(fā)之中，它具有足夠的冗余以及“帶你回家” (get you home)的功能，同時(shí)汽車(chē)行業(yè)還正在開(kāi)發(fā)具有優(yōu)化機(jī)械可靠性及優(yōu)良散熱性能的封裝工藝。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

　　汽車(chē)行業(yè)一直贊同開(kāi)發(fā)并實(shí)施行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，汽車(chē)半導(dǎo)體供應(yīng)商也不例外。目前對(duì)芯片制造商影響較大的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是控制器局域網(wǎng)(CAN)以及局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然，還有其他一些關(guān)于汽車(chē)電子產(chǎn)品的協(xié)會(huì)及標(biāo)準(zhǔn)組織，見(jiàn)表2。

CAN

　　CAN是非常適合連接智能以及獨(dú)立部件的串行總線(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。CAN的主要特性是：