因为专业
所以领先
汽车芯片是指用于车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的半导体产品,在中国,其发展主要分了四个阶段。
早期起步阶段:在1970年以前,主要以传统车载音响喇叭及点火装置为主。这一时期汽车对于芯片的依赖度较低,芯片功能较为基础,主要是满 足汽车基本部件的简单运行需求,例如音响发声和点火装置的启动功能等。
初步拓展阶段(1970 - 1980年):主要涉及动力及制动系统作为重点的芯片应用方面,像是ABS(防抱死制动系统)、EPS(电动助力转向系统)等相关芯片开始被运用到汽车上。这些芯片的应用提高了汽车在行驶过程中的安全性和操控灵活性,汽车电子技术开始在车辆的核心运行系统中崭露头角。
主动安全产品导向阶段(1980 - 1990年):胎压监测、ESC(电子稳定控制系统)、道路监测等主动安全产品开始搭载汽车芯片。这一时期,汽车芯片在提升车辆主动安全性方面发挥了更大的作用,相关技术的发展也体现了汽车行业对驾乘安全重视程度的不断提高。
现代智能与新能源阶段(2000年 - 至今):随着技术的快速发展,汽车芯片涉及到了越来越多的驾驶辅助、智能座舱、新能源等系统。例如智能驾驶辅助系统中的芯片用于处理图像识别、距离检测等复杂任务;智能座舱内芯片要满足多媒体娱乐、人机交互等需求;新能源汽车中的电池管理系统、电机控制系统等也高度依赖芯片技术。
当前,中国汽车芯片产业已经迈过起步阶段,进入了百家争鸣和快速发展的时期,有近300家企业参与汽车芯片产品的开发中。2024年起,中国主机厂面临的汽车芯片供给压力明显缓解,但目前行业呈现百花齐放与鱼龙混杂并存的现象,未来将经历大规模的优胜劣汰过程。例如,在研发侧,虽然参与的企业众多且研发产品数量较多,但真正能够被主机厂或者Tier1(一级汽车供应商)选型使用的产品数目或者种类还相对有限。在产业布局方面宏观国家政策、中观行业需求、微观企业发展在汽车芯片产业形成同频共振,以长三角、北京 - 天津、广东 - 华南、成渝武等地区为企业落地集中区域。而且汽车芯片的产业链涉及到诸多环节,从芯片的设计(像国内一些企业尝试进行高性能、多功能的车规级芯片设计)到制造(当前不少企业面临晶圆制造等难题)再到上车应用(需要通过各种测试且要形成成熟稳定的供应链关系),每个环节都存在潜力与挑战。
此外,中国汽车芯片在供给和需求等方面存在一定现状特征。从供给端来看,国际上汽车芯片供给紧张局面显著缓解,部分国际汽车芯片厂商开始降价促销;但国际形势的不稳定因素(例如贸易摩擦、地缘政治等灰犀牛和黑天鹅事件),仍然是汽车芯片供需平衡的巨大风险。国内芯片研发企业较多,2019 - 2023年我国汽车芯片行业投融资数量呈逐渐攀升趋势,2023年投资热度高涨,但大部分企业研发的产品多,发布可用产品却较少,80%以上企业已经推出产品不超过5款。并且企业创新方向主要为基于Risc - V开发车规芯片和融合多个功能形成新品类。从需求端来看,主机厂和芯片设计企业有使用自主芯片的诉求,但在中间环节传统Tier1面临较大成本压力,国产化积极性较低。在应用侧方面来看,是目前较为关键的问题,芯片如果开发出来不被实际使用、得不到行业使用反馈,那么就难以形成真正的市场销售从而无法创造价值。例如中国目前在和国际顶级汽车芯片厂商竞争方面缺乏体系化的解决方案,多数企业是在一些细分品类有所突破。
中国汽车芯片市场规模呈现逐年扩大的趋势。2021年中国汽车芯片市场规模达到了150.1亿美元,2022年达到167.5亿美元,根据相关数据初步测算,2023年中国汽车芯片行业市场规模或达到197亿美元,中国电动汽车百人会副秘书长徐尔曼表示2030年中国汽车芯片市场规模预计将达到290亿美元,年需求量将超过450亿颗。此外,中商产业研究院分析师预测2024年市场规模将达905.4亿元(约129.34亿美元)。
中国汽车产业向电动化、智能化和网联化的快速发展,带动了汽车芯片需求的增长。传统燃油车单车芯片需求约为300 - 500颗,而当下的智能电动车单车芯片搭载量则超过了1000颗,未来L4级别车辆的单车芯片需求预计更将超过3000颗。这大大提升了汽车芯片整体的市场需求规模。不过目前中国汽车芯片行业面临的挑战是,中国汽车芯片还严重依赖进口,对外依存度高达95%。先进传感器、车载网络、三电系统、底盘电控、ADAS(高级驾驶辅助系统)、自动驾驶等关键系统芯片均被发达国家企业垄断,这一点也让中国汽车的芯片成本居高不下。例如,中国汽车芯片的费用,2021年约534美元/车,2022年约600美元/车[ 。
中国汽车芯片市场在整体半导体市场和汽车产业的大环境下不断发展变化。在全球汽车芯片市场基本被国际半导体巨头垄断的大背景下(全球前20家汽车半导体公司中,只有一家中国企业安世半导体),中国汽车芯片企业在努力寻求突破,随着中国汽车产业和芯片产业的不断发展进步,如果国产汽车芯片能够不断提高国产化率并且扩大市场份额的话,市场规模有望继续保持增长的态势。
在中国汽车芯片领域,有着众多不同类型的主要供应商,这些供应商在竞争合作中不断发展。
国际知名汽车芯片供应商在中国的布局与影响力
英飞凌:作为全球领先的汽车半导体企业,在中国市场占据重要地位。其产品覆盖了众多汽车芯片类型,如功率芯片等。英飞凌在中国有一系列本地化措施,例如其位于无锡的制造基地不断丰富产品线并优化产品组合,2023年引入了新一代IGBT模块EconoDUAL3;位于上海自贸区的物流中心升级并且2024年新成立的销售实体英飞凌科技(上海)有限公司正式运营。英飞凌的芯片供应对中国汽车制造企业来说至关重要,特别是在新能源汽车快速发展进程中,为车企的电控系统等提供高性能的芯片产品。
恩智浦:是全球汽车芯片市场份额占比较高的企业。在中国,恩智浦建立了汽车电子应用技术能力开发中心,以增强与中国客户的合作关系。恩智浦与多家中国汽车厂商保持紧密联系,包括传统车企与新能源汽车品牌如蔚来、零跑、理想等。此外,恩智浦在台积电南京工厂的16nm工艺生产汽车MCU,且还与中芯国际合作并于2024年又增加了在中国本土设立的代工合作伙伴,多方面布局应对中国市场需求并参与竞争[ 。
意法半导体:意法半导体中国本地化战略包括了“中国设计”、“中国创新”和“中国制造”。其核心研发力量与本地芯片设计团队合作,一同为中国市场定制芯片产品,目前已经有11款芯片产品实现量产、5款正在开发中。意法半导体在中国汽车芯片市场不断拓展业务,将中国汽车市场视为全球业务进一步增长的主要动力之一[ 。
国内汽车芯片的主要供应商情况
本土芯片设计企业
地平线:在汽车智能芯片领域实现了前装量产,有着完整的L2 - L3级的智能驾驶+智能座舱芯片方案的产品布局。已经和大量知名企业展开合作,像长安、一汽红旗、奥迪、上汽、广汽、比亚迪、佛吉亚、博世等,通过提供高性能、差异化的智能芯片产品为汽车智能化的发展提供芯片级别的支持,在国产智能汽车芯片设计方面处于前沿位置[ 。
紫光国微:形成了一系列超级汽车芯产品,具备多种类型汽车芯片产品研发能力。例如超稳定晶体石英晶振、DRAM、FPGA/CPLD,车载控制器MCU和智能安全芯片等都达到了车规级水平,并通过相关车规认证如自主研发的THD89系列产品2019年成功通过AEC - Q100车规认证,成为国内高水平的车载芯片之一,为国内汽车电子发展提供多样化的芯片组选择[ 。
芯驰科技:针对智能座舱、自动驾驶、中央网关等应用场景发布9系列高性能SoC系统级芯片,并同期架构完成了更高功能安全级别的车辆底层域控制芯片。它的产品竞争力在于针对汽车复杂场景下的高性能芯片供应,在国产汽车高端功能芯片领域有着自身的技术沉淀与市场定位[ 。
功率芯片等特定品类的优势企业
比亚迪半导体:经过多年在新能源汽车领域的研发积累和规模化应用,已成为国内自主可控的车规级IGBT领导厂商。IGBT芯片是新能源汽车电控系统中的核心器件,比亚迪半导体的发展为中国新能源汽车的电控功率等核心部件的芯片供应提供了有力支持,从研发到应用一体的体系保障了一定的成本和技术优势[ 。
韦尔股份:在汽车芯片领域表现突出,2022年汽车芯片销量以96.97亿颗排名第一,主要以功率芯片和模拟芯片为主。其图像传感器业务在汽车市场增长迅速,2023年来源于汽车市场的销售收入较上年同期有较大规模增长,图像传感器业务收入从2022年的36.33亿元提升至2023年的45.47亿元,实现同比增长25.15%,在车载影像等涉及芯片的汽车电子产品供应中有重要地位[ 。
国内汽车芯片还有许多企业,在各个细分领域或区域内发挥着重要作用。例如上海琪埔维半导体掌握32位车身MCU、域控制器MCU、新能源汽车电池组监控传感芯片BMSAFE、以及车联网V2X通讯芯片等一系列相关技术并供应芯片产品;北京四维图新2018年底中国首款通过车用电子规范AEC - Q100Grade1可靠性验证标准的自主研发车规级芯片AC8015的成功流片;黑芝麻智能科技推出高性能的车规级智能驾驶芯片;加特兰微电子在汽车级CMOS工艺77/79GHz毫米波雷达射频前端芯片领域全球率先量产并且不断技术创新推广在汽车前装市场的应用;珠海全志科技先后推出满足不同细分市场需求的T系列、V系列等智能车载应用处理器芯片;在车规级MCU领域,还有上海芯旺微电子、合肥杰发科技等中国厂商也在逐步发展扩大影响。
中国汽车芯片技术发展面临多方面的瓶颈制约。
技术复杂性与经验积累的挑战
设计复杂性:汽车芯片技术涵盖安全性、耐用性等多方面复杂要求。和手机芯片对比,汽车芯片大多为模拟芯片,需将汽车诸多如传感器的信号变成数字信号才能被车上计算机处理。这需要经验丰富的技术工程师精心设计,例如汽车用芯片无法像手机芯片采用如ARM的公版核心简单调试后交给台积电等按标准化工艺生产。每款汽车芯片在设计时要充分考虑汽车特殊工况下的要求,像在高温、高湿度、强烈震动等复杂环境下正常稳定工作[ 。
测试验证长周期:汽车芯片为确保安全性和可靠性,产品采用需要经历长时间的测试。如高通2016年推出的汽车芯片骁龙820A,汽车企业一直测试了3年时间,到2019年才开始采用。这种长周期测试对于新兴的中国汽车芯片企业来说是巨大的负担,因为汽车芯片的设计和生产都是高额投资过程,长时间的测试阶段内企业面临资金回收和再投资的资金链压力大[ 。
缺乏专业人才:汽车芯片行业对技术工程师要求很高,不仅需要芯片设计、制造等技术知识,还需要对汽车工程原理等汽车领域知识的深度理解,能够融合多学科知识设计芯片。中国汽车芯片行业在这一方面缺乏专业人才积累,既懂得汽车又精通芯片技术的复合型人才相对匮乏[ 。
与国际企业竞争中的技术差距
系统级方案缺失:和国际上顶级汽车芯片厂商相比,中国本土企业还缺乏体系化的解决方案。大部分中国企业目前是在一些细分品类形成局部突破,如个别类型的芯片或者是芯片中的某些功能等。而国际企业能围绕汽车整体的电子系统提供全面的芯片级解决方案,这样可以更好的满足车企整车开发中的芯片需求集成性问题。
高端芯片制造工艺短板:在高端芯片方面制造工艺同国际同行存在差距。例如在汽车主控芯片、高端传感器芯片等领域中国的逻辑类芯片在制造工艺和能力上仍然较弱。国际大型汽车芯片企业如德州仪器、恩智浦等很多拥有自己的芯片制造厂,可以根据芯片特性采用专门的工艺生产制造,而中国企业在这方面可能依赖于外部代工等情况较多,在高端制造工艺突破面临设备、技术研发投入等压力[ 。
产业链上下游协同技术难点
设计与制造协同不足:汽车芯片的研发生产链条从EDA(电子设计自动化)到IP(知识产权核),到设计、制造、再到上车应用整个过程非常长且环节复杂。中国汽车芯片产业在这一长链条中,上下游环节协同存在效率低下等问题。例如设计端对于制造端工艺变化敏感度不高,设计出来的芯片可能在现有的制造工艺下无法达到最优性能或者最佳成本效益。制造端也可能较少反馈制造过程中的芯片参数变化情况影响到设计的改进等方面。
与整车企业需求匹配困难:汽车芯片产品如果不能很好的与整车企业需求精确匹配,就会造成要么芯片能力冗余带来成本上升,要么芯片功能不足无法满足汽车性能要求等问题。在中国国内,因为汽车芯片市场存在新产品进入市场较难等情况,所以获取整车企业需求反馈以及将需求转换为芯片研发设计目标和制造标准的过程中存在脱节的现象。
技术研发与创新驱动持续发展
提高芯片性能与集成度:随着汽车对智能化、自动化和电动化需求不断提高,对汽车芯片在计算性能、数据处理速度和功能集成性方面有更高要求。未来中国汽车芯片企业会着重研究提升芯片的核心性能指标,例如CPU和GPU的运算速度、数据传输带宽等。像自动驾驶领域需要芯片能快速处理大量传感器数据,所以提高芯片中人工智能相关运算单元的性能至关重要。同时,集成多颗芯片或者多种芯片功能于单个芯片成为趋势,如将智能座舱芯片中的多媒体处理、显示驱动、语音交互等功能集成一体,降低成本、减少体积同时提高系统稳定性和可靠性。
新材料与新工艺应用探索:在新材料上SiC(碳化硅)功率器件在新能源汽车领域极具发展潜力,主要应用于主驱逆变器、车载充电系统OBC、车载电源转换器DC/DC及非车载充电桩等方面。国内虽然起步稍晚,但目前已有明显成果并会在未来持续深入研发,以提升国产芯片在这些关键汽车部件上的竞争力。在新工艺方面,无论是提升晶元制造的光刻精度还是芯片封装的小型化和高效散热性等技术都会不断革新,可以确保国产芯片在满足国际车规标准的同时提高生产效率降低成本[ 。
软件定义汽车下的芯片发展:随着汽车走向“软件定义汽车”的发展路径,汽车芯片需要与软件高度协同。芯片不仅要提供高性能硬件基础,还要适应各种软件升级和定制需求。中国汽车芯片企业会加强软件开发能力或者与软件企业深入合作,保证芯片在软件定义汽车的架构下发挥最大效能,例如实现快速OTA(空中下载)更新芯片中的软件模块,灵活调整汽车功能等。
市场格局调整与国产替代进程加快
国产替代范围扩大:目前国产汽车芯片替代主要集中在功率半导体、MCU、传感器等相对门槛较低的芯片领域,但是未来必然会向更高门槛的芯片领域如计算类芯片(用于智能座舱和自动驾驶的高级芯片)进军。随着国内车企需求扩大和对国产芯片信任度的提升,这种进口替代趋势将加速发展。中国车企越来越意识到国产芯片的供应稳定性和国内供应的成本优势,例如在国产替代作用下曾经昂贵的外国汽车芯片价格大幅下降,ESP芯片从高峰的1500元被国产芯片压至几元钱,一些常规外国芯片几元一枚,国产已经降至1元甚至更低,在这样的商业优势驱使下国产替代会在更多类型芯片上持续推进[ 。
市场竞争激烈化和集中度变化:中国汽车芯片市场企业数量众多,但是在市场快速发展的进程中必然是竞争加剧。随着产品优胜劣汰和企业间不断整合,行业的集中度会有所变化。能够持续投入研发、准确把握市场需求、建立完善供应体系的企业会逐步扩大市场份额成为行业的巨头企业,有些则面临被淘汰或者整合的局面。例如在汽车智能芯片领域,如果某些企业无法在技术竞争层面保持跟进或者在财务上面临资金链断裂等风险就可能被其他企业收购重组。
国内外企业合作与竞争新形态:一方面国际汽车芯片巨头企业看到中国汽车芯片市场巨大的潜力,纷纷调整战略加大在中国的服务布局。像英飞凌、恩智浦等在华设立多种研发、制造、销售机构等,对中国本土芯片企业既是竞争压力也是学习合作机会。中国本土企业可以在和这些巨头合作中学习先进技术和管理经验提升自身实力。另一方面中国本土企业在中低端市场逐步站稳脚跟后会和国际企业在高端市场进行竞争,积极开拓海外市场份额。例如一些中国汽车芯片企业会以性价比优势进入一些新兴国家的汽车市场同国际品牌竞争[ 。
行业生态构建助力长远发展
产业集群与人才聚集效应:目前中国汽车芯片企业已经在某些区域出现集群现象,如广东、江苏等地。未来这种产业集群会进一步得到强化,形成更加完整的产业链生态系统。在集群区域内企业之间会实现更有效的资源共享、技术交流和规模生产降低成本等优势。同时伴随产业集群发展会吸引更多专业人才流入,这种人才聚集效应又进一步反哺推动产业技术提升和创新。例如人才在集群区域内更容易在企业间流动实现知识传递和经验共享。
标准与认证体系完善:国内汽车芯片的标准与认证体系正在逐步完善过程中。从政府层面到行业组织都会加大力度建立如芯片的环境及可靠性、信息安全等相关的标准要求。工信部发布的《2024年汽车标准化工作要点》中,已经提出要加快汽车芯片各类标准研制等。这有助于规范企业生产研发、提高产品质量、增强市场信任度并且有利于国产汽车芯片走向国际市场。
跨行业合作加深:汽车芯片产业会同汽车制造业、软件行业、高校科研机构等跨行业协作加深。汽车厂商会提前介入芯片研发过程确保芯片满足汽车新功能的需求;软件企业和芯片企业联合开发针对汽车智能化操作系统和对应的芯片更适配的体系;高校和科研机构则为汽车芯片产业提供理论研究支持、人才培养保障等,从多方面构建完整的汽车芯片产业生态闭环系统。
汽车芯片封装清洗介绍
· 研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。
· 水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。
· 污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。
· 这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。
· 运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。