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半导体领域的汽车创新

汽车正在发生什么变化,这将如何影响芯片检测、计量和制造。

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作者:杰夫·巴纳姆,贾奈·坎普,凯茜·佩里·沙利文

尽管2019冠状病毒病(COVID-19)对全球经济产生了影响,但半导体行业在2020年的表现好于预期,并正在为2021年及以后的加速增长做准备。全球冠状病毒大流行显著增加了对通信电子产品的需求,并推动了云计算的增长,以支持远程工作和学习。半导体制造商继续生产关键芯片,其中许多制造商处于峰值产能,这些芯片用于几乎所有电子设备,包括计算机、5G网络基础设施、智能手机、汽车、电视、家用电器、数据网络、医疗设备等等。事实上,在许多市场,这种爆炸性的需求超过了制造业和交货周期。这种前所未有的情况暴露了集成在汽车上的半导体芯片的数量及其对基本车辆操作和功能的重要性。让我们更深入地探讨这个动态的汽车主题,并探索半导体行业带来的一些关键创新、趋势和机遇。

汽车与消费r
汽车作为当今的主要交通工具,是我们生活中必不可少的一部分。目前,世界上有超过13亿辆机动车在路上行驶,这个数字预计将增加到18亿到2035年。其中乘用车约占74%统计数据,而轻型商用车和重型卡车、公共汽车、长途客车和小巴则占其余26%。汽车为我们提供了便利和功能——独立旅行的独特能力,通常是按需旅行,地点和时间我们选择。我们每天、每周都依靠汽车的性能、可靠性和安全性来开展我们的工作和个人生活,并期望多年来始终如一、可靠的产品生命周期性能。毫无疑问,可靠性和安全性是消费者购买汽车时的关键决策因素,也是汽车制造商保护客户的首要考虑因素。

当需要购买或租赁一辆新车时,许多人会上网研究大量的规格,包括制造商、型号、风格、传动系统、特性、功能、车辆质量、可靠性、排名、定价、激励、性能和评论。对消费者购车行为的调查揭示了我们的实用性:外观、安全性、燃油经济性和制造质量都是购买汽车的十大原因。然而其中之一最主要的原因有在做买车决定的时候可靠性,以及车辆在使用时能否保障乘客、其他人和周围环境的安全。让我们来简要地、高层次地了解一下汽车行业,它是如何在过去几年里发生变化的,以及专家们所做的一些预测。然后,我们将接触到驱动半导体器件在汽车中的临界值的创新和关键变化。最后,我们将连接KLA在半导体过程控制中的作用,以支持这一不断发展的行业。

汽车创新
这些年来一直有一个巨大的数量创新在汽车工业,有5、6项发明,包括:福特T型车(1908年)、收音机(1933年)、钥匙(1949年)、空调(1953年)、安全带(1958年)、电动车窗(1960年)、防抱死刹车(1971年)、数字仪表盘显示器(1974年)、安全气囊(1974年)、车载诊断(1994年)、混合动力汽车(1997年)、GPS卫星导航(2000年)、高级驾驶辅助系统(ADAS;以及自动驾驶(现在正在改进中)。当今不断发展的汽车市场正受到几个关键领域的推动,其中最显著的是互联互通、电气化和自动驾驶。7,8人们被这些特性和功能所吸引并渴望拥有,所以让我们仔细看看这个趋势。

连接
如今,免提移动服务和车载导航已成为大多数车辆的标配。在远程信息处理、GPS导航、远程访问、紧急服务、碰撞通知、语音辅助、集成移动应用程序、弹出式显示、3D地图等方面不断改进。5G支持的车与车之间的连接将会增加。全球技术研究公司高德纳公司估计到2020年底,全球将安装500亿台物联网设备,其中许多将安装在我们的汽车上。连通性强影响车辆购买决策并可能在未来产生更大的影响。

电气化
合并后的年销售额纯电动汽车和插电式混合动力汽车的销量在2019年首次突破200万辆大关,占所有新车销量的2.5%。尽管受到全球新冠肺炎疫情的影响,但电动汽车市场预计将持续增长,出现反弹。德勤预测,未来十年全球电动汽车的复合年增长率(CAGR)将达到29%:电动汽车总销量将从2020年的250万辆增长到2025年的1120万辆,然后到2030年达到3110万辆。

自主驾驶
自动驾驶的发展分为五个阶段。在过去的几年里,我们看到了越来越多的采用1级ADAS,包括改进的激光雷达距离传感、车道偏离控制、盲侧检测、自适应巡航控制和改进的摄像头传感器。汽车制造商目前生产的汽车是第2级,许多制造商正在展示第3级的(一些)功能。最终的第5级将根本不需要驱动程序,一旦所有复杂的、相互依赖的和内部依赖的技术和基础设施都建立起来、经过测试并得到良好验证,许多人就会兴奋地拥抱这一愿景。想象一下,当你开车去目的地的时候,你在电脑前工作,开视频会议,享受一顿饭,或者看电视节目或电影。那该有多酷?

汽车连接、电气化和自动驾驶方面的创新主要是通过集成更多的电子产品来实现的,这些电子产品由大量且不断增长的硅元素提供动力。事实上,当今汽车的核心是成千上万的半导体芯片,它们充当汽车的眼睛、耳朵和大脑——感知周围环境,做出决定,控制行动。现代汽车可能有8000或以上半导体芯片和超过100个电子控制单元,目前占汽车总成本的35%以上,这一数字预计将达到增加到50%到2030年。Gartner报告称,汽车电子行业将经历最大的半导体市场复合增长率在接下来的四年,直到2024年,为9.3%。

在汽车中发现的数千个芯片有一个简单的事实:它们就是不会坏。然而,今天汽车装配线上一半以上的半导体故障(所谓的0km故障)可追溯到defectivity来自半导体制造过程。当然,任何在现场出现故障的芯片都可能导致昂贵的召回和保修维修,损害汽车制造商的品牌形象,最坏的情况下,会导致人身伤害甚至生命损失。SEMI一直积极倡导贯穿整个汽车供应链的可追溯性标准。PEER集团的产品传道者Doug Suerich是SEMI标准可追溯委员会的积极参与者,他说:“归根结底是一个安全问题。我们需要在整个供应链中收集数据的能力,这样我们就可以追踪可靠性问题的根源,分析数据,并针对安全至关重要的应用程序采取纠正措施。汽车、医疗和航空航天设备需要持续工作五年、十年甚至更长时间。对于半导体行业来说,这意味着重新定义屈服”。

KLA是过程控制和产量管理的领导者,我们在这个行业中扮演着重要的角色。2019年,KLA是第一家被接受为汽车电子理事会(AEC)准会员的半导体设备公司,该组织为汽车行业的电子元件设定资格标准。我们很高兴在密歇根州安阿伯市建立第二个北美总部,在那里我们一直在扩大我们的研发项目,专注于人工智能,靠近美国汽车行业的核心。

当今半导体的高需求,很大程度上是由通信和消费电子产品驱动的——这通常被认为是一个“好问题”——已经造成了一些供应链问题,影响了汽车生产、个人电脑、家用电器等。许多晶圆厂以100%的产能运行,不能简单地增加新的晶圆投产;计划中的新晶圆厂和扩建不能在短期内解决问题。为汽车制造商提供更多功能(和可靠)芯片的一个机会是提高晶圆厂和最终测试的产量,这些急需的芯片正在制造。

如今,KLA的检测、计量、数据分析和创新的模具筛选解决方案正在帮助汽车IC制造商增强过程控制方法并提高良率。我们帮助芯片制造商实施零缺陷战略,旨在通过在线发现和隔离潜在的可靠性缺陷来优化汽车电子产品的可靠性,帮助防止具有高故障潜力的芯片离开晶片厂。我们与多家半导体制造商和OEM汽车制造商的合作,提出了独特的工艺控制和筛选策略,提高了芯片质量、晶圆厂产量、可靠性,并降低了总体成本。

系好安全带,开始这令人兴奋、充满活力和不断增长的汽车之旅。

本博客首次发表于解放军的推进



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