汽车半导体研制的特殊要求

2004年6月A版

　　汽车电子产品在经过半个多世纪的发展后，目前国外先进汽车电子技术已发展到第四阶段，主流技术包括电子技术(含微机技术)、自动化控制技术、传感器技术、网络技术以及机电一体化耦合交叉技术等综合技术。汽车电子技术发达国家已开发出倒车雷达、防撞雷达、后视电视系统、车间通信系统、自动驾驶系统以及驾驶员状态监视系统等新产品。

　　作为汽车电子产品核心的汽车半导体技术发展迅速，在前两年的经济低迷时期，汽车半导体销售额仍稳步增长，成为一道亮丽的风景。众多业内人士认为，汽车有望取代电脑而成为芯片的下一个“杀手级”应用领域。

　　根据功能的不同，可将汽车半导体产品分为5种，详见表1。

汽车半导体的特殊要求

电路设计

　　汽车半导体电路设计面临的一个最大问题就是电磁干扰(EMI)。随着车用半导体数量的增多，EMI问题也愈加突出。常见的EMI辐射来自微控制器。EMI的危害主要有：静电放电、电源变动、射频干扰(来自其他车辆或车内收音机)以及电源线电场与磁场。

　　虚假EMI可能影响AM/FM收音机等电子系统，严重时甚至影响汽车防抱制动系统或出现爆胎(电源变动引起)。虽然对普通用户来说，收音机受点干扰并无大碍，但这些干扰有时对警车、救护车、救火车或军车就非常致命。

　　目前尚没有哪个方案能够解决前述的EMI问题。常用的减少EMI方法是：(1)电源变动：以各种输入电源的变动保护为主，以及各级电路的滤波保护为辅；另外，在当今的各种设计中，容忍噪声的软件业更加流行。(2)射频：最好的方法是屏蔽，但这在车上未必总行得通，因此通常对电源及I/O线缆进行高频滤波，并精心布线，去除耦合。(3)静电放电：对电源及I/O线缆进行高频滤波。(4)辐射：尽量从根本上避免。

制造工艺

　　随着晶体管体积的减小以及软件控制系统数量的增加，汽车电子系统更容易出现故障；尤其是刚刚开发出来的新产品更是如此。

　　虽然特殊的封装工艺对用于发动机的芯片至关重要，但在非苛刻环境下通常采用标准封装工艺，以降低制造成本。当然，在芯片设计中可靠性及性能问题极为重要；另外，信号一致性问题也不能忽视。

可靠性

　　由于汽车半导体产品要适应发动机舱等恶劣环境，同时要保证娱乐系统工作在较大的温度范围，这要求汽车半导体产品具有较高的可靠性。目前，汽车电子产品的复杂性正迅速增加，汽车行业也充分利用小型晶体管带来的低成本及性能优势，但是，随之而来的一些负面影响也不容忽视。例如，尺寸减小带来一定的性能问题，较低的工作电压也带来噪声容限问题，导线间距的缩小可能引起串扰，电压浪涌则会对输入以及输出电路造成永久损坏；此外，小尺寸晶体管固有的漏电流大的问题不仅会增加功耗，而且会导致芯片温度升高，致使可靠性下降，因为半导体产品可靠性随着温度的升高而呈指数下降。因此，必须精心设计与封装，以尽量避免温度升高。

　　通过严格的设计并严把质量关，加之开发新的技术，是可以保证汽车半导体可靠性的。例如，正在开发的碳化硅晶体管将用于发动机、变速箱或制动等场合，同时电源电压也将普遍提高到42V。另外，高可靠计算应用也处于开发之中，它具有足够的冗余以及“带你回家” (get you home)的功能，同时汽车行业还正在开发具有优化机械可靠性及优良散热性能的封装工艺。

行业标准

　　汽车行业一直赞同开发并实施行业标准，汽车半导体供应商也不例外。目前对芯片制造商影响较大的两个标准是控制器局域网(CAN)以及局域互联网(LIN)标准，当然，还有其他一些关于汽车电子产品的协会及标准组织，见表2。

CAN

　　CAN是非常适合连接智能以及独立部件的串行总线系统标准。CAN的主要特性是：