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日本车用芯片制造商浅说

2019-2-14 09:58| 发布者: 炼数成金_小数| 查看: 21283| 评论: 0|原作者: 赵元闯|来自: 芯思想

摘要: 芯片在汽车领域的用途非常广泛,堪称汽车的神经。可以说没有芯片,汽车就无法正常运行。除了常见的多媒体娱乐系统、智能钥匙和自动泊车系统外,还应用在汽车发动机、变速箱控制系统、安全气囊、驾驶辅助系统、电动助 ...

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车用电子芯片是蓝海市场
芯片在汽车领域的用途非常广泛,堪称汽车的神经。可以说没有芯片,汽车就无法正常运行。除了常见的多媒体娱乐系统、智能钥匙和自动泊车系统外,还应用在汽车发动机、变速箱控制系统、安全气囊、驾驶辅助系统、电动助力转向等多方面。
 
伴随着物联网(IoT)、人工智能(AI)时代来临,消费者对汽车的需求逐渐转向自动、智能、安全、互联、节能等方向,传统汽车厂商纷纷转型智能汽车制造。加上移动通讯市场和个人电脑(PC)市场趋于饱和,迫使半导体厂商开拓新大陆。
 
目前一辆普通的新车芯片数量超过600个,芯片在每辆汽车中的价值超过2000元,而2018年全球汽车销量接近1亿辆。估算芯片价值高达2000亿元(约300亿美元)据预测,2020年时每辆智能汽车芯片使用数量将达到1000颗,如此庞大的市场,引无数半导体厂商竞折腰。
 
恩智浦、英飞凌、意法半导体、瑞萨、德州仪器、博世等传统汽车芯片供应商牢牢把控汽车芯片市场。近年来,由于ADAS、自动驾驶技术的兴起,对计算和数据处理能力的需求暴增,导致三星、英特尔、高通、英伟达、赛灵思等较高级芯片企业也纷纷涉足汽车芯片。
 
在汽车智能化趋势进一步加快的大环境下汽车芯片市场有望快速赶超3C芯片市场,成为未来芯片厂商竞争的主要战场。
 
日本谁在做汽车芯片
在全球各大城市,包括东京、纽约、伦敦、巴黎、北京、上海、莫斯科、马德里的在各大公路上,驶过的日本汽车很多。
 
这与日本汽车的质量、可靠性有相当的关系;也和日本汽车制造商的创新有关,如1997年丰田推出了世界上第一款大规模生产的混合动力汽车普锐斯,2009年三菱推出了世界上第一款批量生产的电动汽车i-MiEV;但也和日本半导体制造商在内的供应链有着密切关系。
 
日本半导体制造商是日本汽车制造商创新的关键所在,因为日本半导体制造商在推动汽车技术进步有着悠久的历史。
 
下面我们就来简说一下日本汽车芯片供应商。 


提到日本汽车芯片供应商,首先要说说车用微控制器(MCU)供应商瑞萨电子(Resesas)。
 
20世纪70年代末,微控制器(MCU)首次应用于汽车,用以控制发动机,提高燃油效率。如今,在汽车中有多达80个MCU,用于动力总成控制(发动机、燃油管理和燃油喷射),车身控制(座椅、车门、车窗、空调、照明)和安全控制(制动、EPS、悬架、安全气囊、防撞)和信息娱乐。
 
瑞萨是日立和三菱的合资企业,2010年4月1日与NEC电子合并。因此,瑞萨的MCU采用日立的SH MCU内核设计,最近也开始采用Arm内核设计MCU。
 
作为曾经较大的微控制器(MCU)供应商,瑞萨电子在2014年以前控制着全球车用微控制器芯片市场近40%的份额。目前大约占有全球车用微控制器芯片市场近30%的份额。
 
当然,瑞萨在汽车芯片方面不仅仅只有微控制器,还有SOC、电源管理、电池管理、视频和显示等方面的芯片。2017年和2018年中,汽车芯片收入占比超过公司营收的一半。
 
第二个要提到的是CMOS图像传感器供应商索尼(Sony)。
 
索尼是全球CMOS图像传感器市场的领导者。索尼在位于九州(Kyusyu)岛的熊本、长崎和大分三个基地生产CMOS传感器。
 
CMOS图像传感器充当汽车的眼睛,在芯片上执行相机功能。如今,汽车通常配备大约10个CMOS图像传感器,预计到2020年这一数字将增长到近20个。该传感器最初用作备份监视器,但随着高级驾驶辅助系统(ADAS)的出现而增长。
 
索尼车用CMOS图像传感器有助于车辆所面临的各种交通条件下实现高度准确的识别能力,如让车辆能够避免与自行车碰撞、行人意外地进入道路、以及夜间行人。在2016年,电装(Denso)就开始使用索尼的CMOS图像传感器来检测夜间行车时的行人。
 
2017年10月索尼发布了业界较高的742万像素的车载CMOS图像传感器,提供3849 x 1929有效像素,像素尺寸为2.25μm x 2.25μm,可清晰拍摄160米远的路牌;采用了像素合并模式,在低光环境下拥有2666mV的感光度,即便在只有月光照明的环境下,依然能清晰辨识路人和路面物体;在路灯与汽车大灯不均匀光照下,可凭借高感光度获得影像的暗部细节。
 
刚刚在介绍索尼的车用CMOS图像传感器时,提到了电装(Denso),下面就说说电装(Denso)。
 
瑞萨和索尼都是日本汽车芯片独立供应商,而电装是全球较高级的汽车零部件供应商,是日本第一大汽车零部件供应商。
 
电装成立于1949年,是原丰田汽车电气部件分部。1968年就设立了半导体研发中心,开始研究半导体技术。电装在爱知县和岩手县两个基地制造芯片。爱知县Kota基地是电装最早的芯片生产工厂,用以生产电力器件和逻辑芯片;岩手县基地是2012年从富士通收购的8 英寸生产厂。由于电装生产的芯片主要是内部消耗,无法获其芯片收入,但预估在20亿美元上下。
 
2017年8月,电装成立了一家半导体IP设计公司NSITEXE,NSITEXE将研发新一代的处理器芯片,该处理器芯片能够快速而高效地对传感器及外部通信设备所采集到的海量数据加以分析,进而确定最优的车辆操控方案。
 
说完电装,下面再说说丰田汽车(Toyota Motors)。
 
有人要问了,丰田不就是一个做汽车的吗,怎么也做芯片呢?
事实上,丰田制造芯片的历史可以追溯到30年前。自1989年以来,丰田一直在爱知县的广濑(Hirose)工厂生产半导体芯片。据悉,丰田的芯片制造技术是东芝授权的,1987年丰田和东芝签署的技术转让协议。
 
从1980年代起,丰田旗下的丰田中央研究所(CRDL)就开始和电装共同推进SiC的研究,丰田总公司从2007年开始也参与到开发中。
 
1997年丰田中央研究所开始为混合动力汽车研发绝缘栅双极晶体管(IGBT)和二极管;
 
2013年,丰田在广濑工厂设置了SiC功率半导体专用开发生产线,2014年丰田开发出可以缩小芯片面积的沟道型SiC功率晶体管,低成本化值得期待,计划到2020年生产SiC逆变器。
 
刚刚提到了SiC器件,事实上日本半导体供应商在SiC等新材料的开发取得了很大成功。
 
罗姆(ROHM)一直在推动碳化硅电力器件的产业化,并与用户以及大学等机构一起展开合作,不断积累技术经验。罗姆在3英寸、4英寸和6英寸晶圆上制造SiC功率器件。2009年,罗姆收购了德国SiC晶圆制造商SiCrystal,确立了垂直统合生产体制,公司成为全球一家可以实现一条龙生产的SiC厂商;2013年开始获得稳定的6英寸晶圆供应;2016年收购了瑞萨电子位于滋贺县(Shiga)的8英寸工厂(200mm生产线),以生产SiC电源和其他分立器件。
 
2010年4月,罗姆率先在日本开始了SiC二极管的量产;2012年12月,确立了世界较早的SiC晶体管的量产体制;2012年3月,在全世界率先开始了全SiC功率模块的量产。目前,罗姆已实现第三代SiC MOSFET和SiC SBD产品的量产。
 
在2017财年(2017年4月开始)到2025财年(2026年3月止),罗姆将在日本与海外广泛投资SiC功率半导体相关生产线,累积投资金额将达600亿日圆,一方面公司在扩大产能,还要与其他合作厂商共同增产,让SiC功率半导体产能提高16倍。
 
富士电机(Fuji Electric)是功率晶体管模块和分立电源的供应商,其车用器件占公司总营收的30%以上。近来来,公司积极推进SiC功率器件的应用。2013年,在松本(Matsumoto)工厂新建了一条SiC生产线,包括晶圆制造和封装。富士电机目前正在采用6英寸晶圆生产高性能SiC器件。
 
住友电工(Sumitomo Electric)也在推动SiC功率元件业务。住友电工利用国家先进工业技术研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology,AIST)位于茨城县筑波市的TPEC(Tsukuba Power-Electronics Constellations)6英寸SiC晶圆试验线确立的量产制造技术开展业务。住友电工之前试制的SiC MOSFE器件的特点是在栅极部分挖V字型沟道,沟道侧面与元件表面斜交,而普通沟道型MOSFET的沟道侧面与元件表面相垂直。住友电工表示,挖V字型沟道,可以形成缺陷少的氧化膜界面,能够实现低导通电阻。
 
东芝(Toshiba)大力发展功率半导体,将以面向车载和工业设备的高耐压品为中心,扩充产品组合,除硅基IGBT外,大力投资新一代功率半导体SiC和GaN的生产线,全面启动量产,真可谓是Si、SiC、GaN一个不落。
 
东芝在功率半导体领域,蚀刻深沟的深沟槽MOSFET(DTMOS)技术是其优势所在。在面向铁路、汽车和工业设备等领域拥有强烈需求的1200V以上高耐压市场,投放Si晶体管和SiC功率半导体。目前4英寸SiC二极管已经投产。
 
日立(Hitachi)加快开发作为新一代组件备受期待的 SiC器件,使其尽快实现实用化,强化功率半导体组件的竞争力。2018年9月公司宣布采用SiC制造构造独特的功率半导体TED-MOS已完成研发。TED-MOS结合传统DMOS-FET(SiC晶体管)以及具有沟槽鳍结构的MOSFET半导体的优点,有助于电动汽车(EV)节省能源。
 
飞尼特半导体(Phenitec)持续与广岛大学共同研究,建构SiC生产制程,成功完成SiC SBD的样品制作,正在研发SBD的更高耐压以及SiC-MOSFET技术。公司正在冈山县构建4英寸SiC生产线。
 
当然,日本不止上面这些公司涉足汽车芯片,其他汽车厂商如日产(Nissan),零部件制造商包括日立汽车系统(Hitachi Automotive Systems)、爱信精机(Aishin Seiki)和康奈可(Calsonic Kansei)也在开发和设计半导体芯片。

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