汽車半導(dǎo)體研制的特殊要求

2004年6月A版

　　汽車電子產(chǎn)品在經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展后，目前國外先進汽車電子技術(shù)已發(fā)展到第四階段，主流技術(shù)包括電子技術(shù)(含微機技術(shù))、自動化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及機電一體化耦合交叉技術(shù)等綜合技術(shù)。汽車電子技術(shù)發(fā)達國家已開發(fā)出倒車雷達、防撞雷達、后視電視系統(tǒng)、車間通信系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等新產(chǎn)品。

　　作為汽車電子產(chǎn)品核心的汽車半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展迅速，在前兩年的經(jīng)濟低迷時期，汽車半導(dǎo)體銷售額仍穩(wěn)步增長，成為一道亮麗的風景。眾多業(yè)內(nèi)人士認為，汽車有望取代電腦而成為芯片的下一個“殺手級”應(yīng)用領(lǐng)域。

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

汽車半導(dǎo)體的特殊要求

電路設(shè)計

　　汽車半導(dǎo)體電路設(shè)計面臨的一個最大問題就是電磁干擾(EMI)。隨著車用半導(dǎo)體數(shù)量的增多，EMI問題也愈加突出。常見的EMI輻射來自微控制器。EMI的危害主要有：靜電放電、電源變動、射頻干擾(來自其他車輛或車內(nèi)收音機)以及電源線電場與磁場。

　　虛假EMI可能影響AM/FM收音機等電子系統(tǒng)，嚴重時甚至影響汽車防抱制動系統(tǒng)或出現(xiàn)爆胎(電源變動引起)。雖然對普通用戶來說，收音機受點干擾并無大礙，但這些干擾有時對警車、救護車、救火車或軍車就非常致命。

　　目前尚沒有哪個方案能夠解決前述的EMI問題。常用的減少EMI方法是：(1)電源變動：以各種輸入電源的變動保護為主，以及各級電路的濾波保護為輔；另外，在當今的各種設(shè)計中，容忍噪聲的軟件業(yè)更加流行。(2)射頻：最好的方法是屏蔽，但這在車上未必總行得通，因此通常對電源及I/O線纜進行高頻濾波，并精心布線，去除耦合。(3)靜電放電：對電源及I/O線纜進行高頻濾波。(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，汽車電子系統(tǒng)更容易出現(xiàn)故障；尤其是剛剛開發(fā)出來的新產(chǎn)品更是如此。

　　雖然特殊的封裝工藝對用于發(fā)動機的芯片至關(guān)重要，但在非苛刻環(huán)境下通常采用標準封裝工藝，以降低制造成本。當然，在芯片設(shè)計中可靠性及性能問題極為重要；另外，信號一致性問題也不能忽視。

可靠性

　　由于汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品要適應(yīng)發(fā)動機艙等惡劣環(huán)境，同時要保證娛樂系統(tǒng)工作在較大的溫度范圍，這要求汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品具有較高的可靠性。目前，汽車電子產(chǎn)品的復(fù)雜性正迅速增加，汽車行業(yè)也充分利用小型晶體管帶來的低成本及性能優(yōu)勢，但是，隨之而來的一些負面影響也不容忽視。例如，尺寸減小帶來一定的性能問題，較低的工作電壓也帶來噪聲容限問題，導(dǎo)線間距的縮小可能引起串擾，電壓浪涌則會對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題不僅會增加功耗，而且會導(dǎo)致芯片溫度升高，致使可靠性下降，因為半導(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)計與封裝，以盡量避免溫度升高。

　　通過嚴格的設(shè)計并嚴把質(zhì)量關(guān)，加之開發(fā)新的技術(shù)，是可以保證汽車半導(dǎo)體可靠性的。例如，正在開發(fā)的碳化硅晶體管將用于發(fā)動機、變速箱或制動等場合，同時電源電壓也將普遍提高到42V。另外，高可靠計算應(yīng)用也處于開發(fā)之中，它具有足夠的冗余以及“帶你回家” (get you home)的功能，同時汽車行業(yè)還正在開發(fā)具有優(yōu)化機械可靠性及優(yōu)良散熱性能的封裝工藝。

行業(yè)標準

　　汽車行業(yè)一直贊同開發(fā)并實施行業(yè)標準，汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商也不例外。目前對芯片制造商影響較大的兩個標準是控制器局域網(wǎng)(CAN)以及局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)標準，當然，還有其他一些關(guān)于汽車電子產(chǎn)品的協(xié)會及標準組織，見表2。

CAN

　　CAN是非常適合連接智能以及獨立部件的串行總線系統(tǒng)標準。CAN的主要特性是：