EEWorld 专访 KLA 汽车部门：如何满足车载半导体新要求

受访者：KLA 战略合作高级总监 Jay Rathert

1.汽车中如何使用半导体？如今汽车有何变化？

过去十年，车载半导体数量急剧增长，如今现代汽车几乎每个主要子系统皆有其身影。半导体有助优化汽车性能，提高操作安全性，改善驾驶员和乘员的导航、通信和舒适度。

电气化、自动驾驶辅助以及车辆连接和通信等技术互为补充，从而增加了对半导体的需求。据统计，如今 80% 的汽车创新发生在半导体方面，皆因制造商为吸引消费者而增添特性和功能，令其车辆脱颖而出。 制造商争先恐后推出增强功能，促使越来越多的芯片采用最先进的技术，包括小至 5 纳米的 finFET 晶体管设计和基于碳化硅的功率器件。因而，传统汽车制造业亟需半导体专业知识。 

虽然预计到 2020 年代末，全球汽车单位产量将保持平缓，但预计普通汽车中的半导体数量将翻倍，电动汽车中的芯片数量也将显著提高。 

2.车载半导体有何要求？这将对芯片检测、计量和制造有何影响？

消费者期望汽车可靠性好。每块车载芯片均需满足这一要求，尤其是关键任务和关键安全系统中的芯片。汽车芯片面临着恶劣的操作环境，包括大多数消费类芯片从未面临的极端温度、振动和湿度，这些都会加速故障的发生。 芯片设计标准是期望能在这种环境中正常运行超过 15 年及以上。最新推出的 finFET 和碳化硅 MOSFET 技术更令此挑战雪上加霜，因为这些技术在市场上缺乏充足的时间达到完全成熟可靠的状态。随着车均芯片数增逾万片，据统计，芯片故障机率提高，促使汽车制造商对芯片供应商的可靠性要求提高到十亿分之一的故障率甚至更低。

传统的质量控制和可靠性方法是在生产过程中抽检芯片，以监测制程的稳定性并寻找影响芯片的缺陷类型。随后对每块芯片执行电气测试，以确认性能正常。采用这种传统方法，会有相当数量且可靠性低的芯片流入供应链，最终进入车辆。为了减少这种情况的发生，已经出现了一些新的方法。领先的汽车芯片制造商已经采用了一种称为 "筛查 "的检测技术，即每个晶圆上的每块裸片在多个制造步骤中接受高速检测。根据 KLA 专利的 I-PAT® 方法，在制造过程中使用机器学习技术评估每块芯片的总缺陷，以确定芯片出现过早故障的潜在风险。 缺陷程度高的问题器件将立即淘汰，而缺陷程度稍高的裸片的信息转发到电气测试步骤，以作进一步审查。 这种新式的检验与测试数据一比一配对，不仅极大降低了次品数量，而且降低了制造成本。

3.可再生能源是汽车行业的未来。半导体如何加速电动汽车的普及？

电动汽车 (EV) 的半导体数量远高于内燃机汽车。电动车的核心是逆变器，将储存的电池能量转换为电动机可用的形式。 逆变器装满半导体，采用了几十个模块，而每个模块由六个及以上的独立功率器件组成。这些器件可以是硅基绝缘栅双极晶体管 (IGBT)，也可以是基于碳化硅 (SiC) 的更新、更快、更小和更高效的替代品。这些芯片的质量至关重要，因为即使是一次故障也可能导致车辆故障，而且维修费用高昂。因此，这些器件的检查和 I-PAT 筛查尤为重要，不仅可以提高消费者的满意度，而且可以避免代价高昂的召回、保修维修和品牌声誉损失。

除了逆变器之外，电动车还装载大量其他先进芯片，用以管理电池、控制车载系统和实现充电。 除此之外，还有导航、通信和信息娱乐芯片，共同造就现代汽车的互联体验。 

4.KLA 在汽车的环保趋势中扮演什么角色？

当中国和欧洲占去年已售 1000 万辆电动车的 90% 以上市场，全球的普及率仍将预测继续增长。预计到 2020 年代末，每年将售出 5000 万台电动车，届时 30% 将销往美国、日本和世界其他市场。

KLA 在实现高质量无故障半导体方面的作用，将大幅加速环保汽车的普及。智能、高效的系统能够满足客户对续航能力和可靠性以及安全和舒适使用的期望，从而促进电动车的普及以及随之而来的能源和环境效益。