汽车半导体晶圆代工产业展望

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汽车行业是一个快速发展的领域,从第一台内燃机到混合动力和纯电动汽车,行业发生了巨大的变化。如今的汽车比往任何时候都更加智能,汽车半导体支持车辆监控系统、自动车道辅助系统等功能,这些进步归功于车辆引擎盖下的智能电子系统。

2022年全球半导体市场规模预计为6180亿美元,年增长率约为7.3%。其中,汽车市场占 10%,价值 530 亿美元,年增长率为 10.5%。由于疫情导致全球芯片短缺,与消费电子产品相比,汽车半导体的需求相对较低。因此当需求激增时,汽车制造商不得不排长队等待芯片。

本文是 X-FAB SiC 和 GaN 产品营销经理 Agnes Jahnke 的演讲摘要。她为观众提供了全球汽车半导体市场的代工厂视角。X-FAB 是一家服务于汽车、计算机、消费和通信行业的跨国半导体代工厂。

Jahnke 女士首先概述了 X-FAB 及其多年来的发展。车用半导体产业历经多年发展,但受疫情影响,因种种原因未能在全球半导体市场继续成长并贡献更大的份额。谈话中指出的一些主要原因是 Covid 大流行、消费电子产品制造商的更高需求、汽车半导体的更长交货时间、事故和自然灾害。

 

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图1:每辆车平均芯片的增长趋势及其美元价值

演讲进一步讨论了半导体芯片在汽车中的各种应用。它们用于轮胎压力监测系统、自动车道辅助系统、碰撞警告系统等安全系统。此外,它们还用于内部系统,如信息娱乐系统、自动气候控制空调以及其他与驾驶员和乘客相关的功能。半导体芯片还控制着汽车的内部和外部通信。

内部使用总线通信协议,如 LIN 和 CAN,而蓝牙和以太网用于外部通信。所有这些应用都导致现代汽车中安装的芯片数量显着增长。谈到半导体应用汽车的增长,Jahnke 女士说:“平均而言,汽车中的半导体含量在不断增加;在过去的 10 年里,它几乎翻了三倍。平均而言,我们今天的汽车中有近 800 个芯片,几乎是智能手机的 6 倍。高级车辆有数千个芯片”。

2021 年,一辆典型的内燃机汽车搭载了价值约 500 美元的半导体,而纯电动汽车搭载了价值 950 美元的半导体。虽然转向 BEV 减少了监控 IC 发动机和燃料系统所需的芯片,但增加了更多芯片来监控其中使用的电池、动力总成和电机。此外,车载充电器需要不同的转换器和芯片才能实现高效充电。为促进无缝旅行体验而日益集成的电子系统将不断增加汽车行业使用的芯片数量。

安装在汽车上的所有半导体开关和芯片中,约 48% 的半导体芯片用于电源应用,以便为不同的车载电子系统高效供电。使用这些半导体开关的其他主要系统包括光子、模拟和存储器。

谈到基于 SiC 的汽车半导体开关的渗透,Jahnke 女士说:“今天,大约 20% 的汽车电力电子产品是基于碳化硅半导体。众所周知,特斯拉是第一个实施的,而其他汽车制造商也在紧随其后。像现代这样的新玩家也开始使用它,其他制造商的采用率相当高。其他所有 OEM 都在其开发中使用 SiC;我们将在未来看到更高的采用率,预计到 2050 年将达到 50%。”

为了说明一块半导体晶圆在汽车行业的重要性,下表显示,即使有1块晶圆的延误或丢失,也可能导致约1k至30k芯片的制造延误。这可能会进一步延迟 500 到 30k 系统和 500 到 20k 车辆的制造,造成 2000 万美元到 8 亿美元的总影响。

 

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图 2:显示在其价值链的不同阶段丢失单个晶圆的影响的表格

半导体制造业以亚洲国家为主,约 75% 来自亚洲。为了满足全球不同行业不断增长的需求,全球各地的参与者都在寻求扩大产能,并大力投资尖端技术以实现高效制造。当今大多数汽车半导体都依赖成熟节点 > 28nm。但到 2022 年底,据估计 56% 的装机容量位于小于 28nm 的节点尺寸上,而总设备支出中只有 10% 用于 >80mm 的节点。这对汽车行业来说是个坏消息,因为他们需要高质量和低成本的芯片,但只有少数公司投资于广泛的汽车半导体技术。

谈到X-FAB,Jahnke女士谈到了它在制造汽车半导体方面使用的尖端技术。该公司提供高达 650V 超高压的模块化 1um 至 130nm CMOS 和 SOI 半导体。X-FAB 还为 6 英寸晶圆上的宽带隙材料碳化硅 (SiC) 和 8 英寸晶圆上的氮化镓 (GaN) 提供加工技术。

汽车在受到大流行的打击后正处于复苏阶段,此后对汽车的需求猛增。但芯片短缺已导致汽车制造商的重大延误。全球的代工厂并没有在汽车半导体上投入巨资,这进一步加剧了这些汽车制造商的问题。X-FAB 是市场上为数不多的汽车半导体代工厂之一。需要更多这样的铸造厂来满足汽车工业的需求。

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