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汽车领域正驱动MEMS和功率器件市场发展
上传更新:2016-05-23

2016-05-17    摘自麦姆斯咨询MEMS

      毫无疑问,智能手机需要大量的MEMS传感器和功率器件。然而,由于市场日趋饱和,智能手机呈现增长放缓的迹象,那么,下一个重要增长领域在何处?

      产业界的主要分析师一致指向了汽车领域。过去几年,汽车电子元器件获得了显著增长。根据Gartner分析师Jim Hines预测,2016年,汽车电子元器件将从2000年的250美元/辆跃升至350美元/辆,2012年~2018年期间,车用半导体营收的复合年增长率为6.4%。

      据麦姆斯咨询报道,随着越来越多的传感器、功率器件和其它电子元器件进入到汽车系统,汽车电子元器件数量将大幅增长。今年年初,拉斯维加斯的消费电子展(Consumer Electronics Show, CES)上,汽车制造商们展示了多种基于电子元器件的新技术。尽管自动驾驶汽车占据了消费电子展的很大一部分,但是汽车制造商们也展示了一些已经获得应用的实用功能,如能检测驾驶员酒驾或车道偏离的传感器,以及碰撞预警系统。

2012~2018年车用半导体营收情况

     汽车制造商和技术供应商正快速结成联盟。2016年3月,通用汽车(General Motors)收购了一家位于旧金山的初创公司Cruise Automation,Cruise Automation可以为现有车辆提供自动驾驶系统。据麦姆斯咨询报道,这家成立仅3年、拥有40名员工的公司,收购价格高达十亿美元。最近,福特创立了一个新的业务部门——福特智能移动(Ford Smart Mobility),新部门位于加州帕洛阿尔托,之所以选址在该处,是因为福特想要引进硅谷的工程人才来发展无人驾驶汽车和车联网。

      上述应用引领电子元器件制造商进入新世界。2016年3月,在比利时布鲁塞尔举办的化合物半导体国际大会(Compound Semiconductor International Conference, CSIC)上,领先的功率器件厂商和供应商强调,功率器件需要更多创新型先进技术来支撑汽车和其它产品向5G无线即时通讯过渡。

     汽车领域已经“消费”了很大一部分的功率器件和MEMS传感器,预计还将保持健康增长。

     汽车领域占据了整个MEMS和传感器市场约26%的市场份额。根据市场调研公司Yole Développement(以下简称Yole)所给出的数据,预计未来15年,传统汽车及自动驾驶汽车中所包含的传感器,将以平均每年16%的速度增长。

      根据Yole所给出的数据,2014年,汽车功率器件占据整个功率器件市场18%的市场份额,市场规模为115亿美元。预计2020年汽车功率器件市场的市场规模将达到172亿美元,电动汽车和混合动力汽车(EV/HEV)将成为该领域市场增长的主要动力。

      此次汽车革命不仅仅是电动机替代内燃机的革新。例如,市场调研公司IHS Technology对特斯拉S型车进行了车载信息娱乐系统和仪表系统的拆解分析,揭示了其与平板电脑或智能手机在内容与设计方面的很多相似之处。

      特斯拉也积极的投入先进驾驶辅助系统(ADAS)开发。例如,2015年6月后生产的汽车可以收到软件更新信息,此次软件更新可以赋予汽车自动驾驶功能。软件更新费用为6000美元,有些人称它为最贵的待售APP。

业内中坚汽车制造商对先进驾驶辅助系统(ADAS)也非常重视,最近,在加利福尼亚州纳帕举办了一场MEMS产业聚会,一位通用汽车的管理人员在的演讲中说道,他感受了其中一家公司的全自动驾驶原型车,带领他像“小马快递小分队”一样从美国东海岸驾驶到西海岸。

      先进驾驶辅助系统并不是科学幻想,多种形式的无人驾驶已然成为现实。先进驾驶辅助系统将先进传感器立体摄像机和远程/短程雷达组合在一起,加上驱动器、控制单元和集成软件,帮助汽车监控并响应周围环境。例如,一种用于先进驾驶辅助系统的重要技术——激光雷达(LIDAR),它将“光”和“雷达”组合起来,通过发射激光束探测目标距离。

      部分先进驾驶辅助系统解决方案已经投入使用,尤其是偏离车道警示系统、自适应巡航控制、倒车警报和停车辅助系统,其它先进的自动驾驶功能也将在未来几年逐步实现。除了先进驾驶辅助系统,汽车上基于传感器的管理系统还可以解决各种各样的问题,从发动机及传动系统状况到通讯、定位服务、疲劳驾驶监测,以及最为重要的驾驶安全。

      新兴MEMS传感器

      现有传感器,如压力传感器、温度传感器、气体传感器、惯性传感器、光学传感器和超声波传感器,将继续在汽车领域应用,同时仍需要能支持安全或自动驾驶功能的特定类型传感器。

      对如应用材料公司(Applied Materials)这样的公司而言,所面临的挑战在于不仅要为先进驾驶辅助系统应用开发下一代MEMS和传感器工艺技术,还需要满足汽车中现有应用不断增长的发展需求。包括发动机管理传感器(满足严苛环境需求)、气体传感器(车厢内外气体检测,包括发动机与排气系统内部和周围环境)和其它类型传感器。

      在车厢内部,汽车公司青睐于提供全新的语音控制功能,这需要信噪比在60~70分贝区间的MEMS麦克风。和其它创新技术一样,这些需求推动了基于悬臂梁的MEMS麦克风的设计发展,这种MEMS麦克风需要工艺流程上的创新。汽车厂商已经开始应用这些新麦克风,而且至少有一家公司已计划将基于叉指技术的电容式MEMS麦克风投入生产。

MEMS麦克风技术线路图

      汽车生产流程的需求

      功率器件有不同的电压范围,电动汽车所需功率器件的电压范围介于300V到1200V之间,(例如,火车头机车需要高电压功率器件,介于1700V~6500V)。根据Yole预测,低压到中压范围的绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor, IGBT)功率器件,受电动汽车和混合动力汽车增长驱动,其增速将超过全球   半导体市场增速。

      构建先进的功率器件需要改进的半导体加工设备。例如,应用材料公司的高增长率磊晶炉的磊晶硅生长,为串联电阻或导通电阻的精确控制提供均匀、超高纯度、低不良率的硅晶片。功率器件的电压处理需求可以超过1000V,磊晶层最薄可达到5μm,最厚可达到100μm或更甚。应用材料公司的高增长率磊晶炉跟以往相比,生长速度提高了50%,因而获得了客户的青睐。

      同样的,为了解决电流电压和器件散热需求,应用材料公司的高沉积率PVD(物理气相沉积)厚铝反应堆沉积厚度大约为3~6μm+。应用材料公司的高沉积率铝炉以2.3μm/分的速率进行铝沉积,并且没有任何缺陷与裂缝。例如, IGBT器件的特定电气性能需要独特的磊晶掺杂工艺。

      在汽车领域,更好的先进驾驶辅助系统性能要求将推动对更快(例如,数据和安全系统的即时通讯)、更高效(超快速开关和最小功耗)功率器件的需求增长。同时,为了在性能上超过硅晶片,芯片设计厂商也将继续挑战现有半导体制程技术的极限,下一代宽带隙(GaN和SiC)功率器件的开发任重而道远。

     上述改变将对GaN和SiC器件、磊晶、刻蚀、缺陷和检测、掺杂处理和退火处理的工艺产生重大影响。

 

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