摘要：本文介绍了国内汽车电子市场和汽车电子用半导体器件的最新进展。同时讨论了汽车产业对汽车电子用半导体器件的质量要求、认证和检测。国产汽车电子用半导体器件要挤入国内汽车电子产品市场必须在质量上有所突破。

　　关键词：汽车电子 车用半导体器件 质量认证

　　1 国内汽车电子市场

　　近年来，我国汽车产业发展迅猛，据赛迪报告，[1]2003年我国汽车产量444．37万辆，同比增长35．2％，预计2004年达510万辆，同比增长14．8％。又据国家发改委一项研究报告，2004年我国汽车产能接近甚至超过600万辆，2007年将达1400万辆。与些同时我国汽车电子市场也得到相应的快速发展，2003年我国汽车电子销售量2488万套，同比增长40．1％，销售额300亿元，同比增长43．1％；预计2004年全国汽车电子销售量3235万套，同比增长30．0％，销售额430亿元，同比增长43．0％；2003—2006年全国汽车电子销售量年均复合增长率为29．5％，销售额年均复合增长率为37．4％，见图1。2003—2004年我国汽车电子产品市场销售额由表1所示，汽车电子产品主要包括：(1)发动机电子控制；(2)自动变速控制；(3)防抱死制动系统；(4)汽车空调；(5)防盗系统；(6)安全气囊；(7)电子组合仪表；(8)电动车窗；(9)中控锁；(10)汽车音响；(11)GPS导航系统；(12)其他信息娱乐系统。虽然目前我国汽车电子市场发展很快，但是汽车电子支出占整车的比例仍很低，与国际水平相差很大，见表2。以2003年为例，我国每辆汽车平均汽车电子应用比例比国际水平低5．5倍。目前我国一汽轿车中汽车电子支出占整车的比例约10％—15％，国外中、高档轿车中汽车电子支出占整车的比例已超过30％，预计很快会达到50％。同时，目前我国汽车电子市场基本上被国外企业所垄断，他们所占份额超过70％，国内企业(包括合资企业)所占份额不足30％。国内从事汽车电子的企业多达1000余家，但大多从事附加值较低的汽车电子产品，拿不出附加值较高的汽车电子产品，其原因之一是质量不过硬，难以通过严格的汽车电子产品质量标准和认证，质量认证对国内从事汽车电子的厂商提出了严峻的挑战。

                  
                   2 汽车电子用半导体器件
                  
      据业内人士分析，全球汽车电子用半导体市场每年以7％-9％的增长率持续、稳定的增长。又据iSuppli 2004年初的报告，中国汽车电子用半导体市场将以28％的复合增长率增长，2007年将达14．5亿美元，占全球10％的份额。[6]汽车电子产品用半导体器件主要包括八大类：(1)微控制器(MCU)；(2)传感器；(3)驱动器件；(4)通信器件；(5)电源管理；(6)专用电路；(7)照明器件；(8)音响电路。

　　2．1 微控制器(MCU)

　　MCU是汽车电子用半导体器件中技术含量较高的一种IC，人们常常以使用MCU个数的多少来衡量汽车电子化程度的高低。目前国外汽车电子约使用几十个MCU，约40-60个MCU，而国内仅使用几个MCU，足足相差一个数量级。汽车电子用MCU对可靠性和实时性要求很严，如必须满足人们对汽车安全性、动力性、经济性、操纵性、舒适性和排放法规等要求。一般MCU是这样工作的，MCU启动后，先将只读存储器EPROM(或E2pROM、闪存)中的实时操作系统和应用程序读取并装载于内存RAM中，然后CPU读取内存RAM中的数据内容，控制逻辑算法根据各种传感器信号作出决策，向执行机构发出控制指令，构成一个完整的输入——信号处理——输出的闭环系统。目前汽车电子用MCU已从8位为主流向16位、甚至32位为主流的方向发展。[2]在设计汽车电子用MCU必须充分、合理分配有限的系统资源，完成复杂的控制功能。一个理想的汽车电子用MCU应具有强大的处理能力和极低的电力功率消耗。如用于控制车身电子系统的MCU需要一对精确的模数转换器(ADC)、16位定时器、自动装载脉宽调制(PWM)输出、连接外围组件的串行接口(SPI)、K线和LIN等通信用串行通信接口(SCI)以及直接驱动步进电机的专用电机控制输出等。美国国半推出一种可使用蓝牙连接的汽车电子用16位MCU CP3BT1X，其中CPU采用最新的Compat RISC处理器核心——一种高性能的16位处理器，为嵌入式控制和连接应用设计了32位扩展。CP3BTIX具有如下性能：(1)256KB闪存程序存储器；(2)8KB闪存数据存储器；(3)10KB SRAM；(4)USB1．1(CP3BTl0)或CAN2．0 B(CP3BTl3)接口；(5)UART；(6)SPI／Microwire接口；(7)ACCESS总线接口(I2C兼容)；(8)编解码器接口；(9)具有控制和捕获寄存器的定时器；(10)37(CP3BTl0)或40(CP3BTl3)GPIO引脚；(11)100引脚LQFP和48引脚芯片比例(7mm×7mm)封装；(12)功率／性能比是0．5mA／MHZ；(13)极低功耗(在f=RMHZ和V=2．5V下，I≤6mA)；(14)12MHZ运行频率(在单芯上增大为24MHZ)提供足够的CPU带宽，来运行蓝牙协议堆栈和应用程序任务。[3]

　　2．2 传感器

　　汽车电子化的两大关键是MCU化(即电子控制单元ECU化)和传感器化。在汽车电子中使用大量的传感器，如在汽车防抱死制动系统(ABS)中采用大量轮速传感器、压力传感器；在驱动防滑转控制系统(ASR)中采用传感器监测车轮滑转状况，在电子制动分配系统(EBD)中采用传感器检测前后轮的转动状况，以最大限度保障雨雪天驾驶时的稳定性；在汽车动态控制系统(VOC或ESP)中采用方向盘转角传感器、车轮转速传感器、侧向角速度传感器和横摆角速度传感器；在急刹车辅助系统(EBA)中采用传感器检测驾驶员踩制动踏板时的速度和力度等。[4]目前传感器正在从传统传感器向智能传感器(Smart Sensor)方向发展，后者是微传感器与IC相融合的新一代传感器，它是微传感器和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在单个芯片的器件。如智能硅压力传感器是在单个芯片上集成一个微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模数转换器、微处理器(摩托罗拉69HC08)、存储器串行接口(SPI)等，目前它已广泛用于汽车电子所需各种的压力测量和控制单元中，如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。[5]智能传感器的发展方向是微系统(Microsystem)和微机电系统(MEMS)。

　　2．3 驱动器件

　　在汽车电子中使用大量的继电器来控制大电流负载，为了降低驱动继电器的半导体器件的成本和提高抗故障能力，安森美半导体推出集成式继电器的驱动器件NUD3124／3160，以替代传统的分立器件如双极型晶体管加续流二极管，并使驱动电路更简单和更可靠。NUD3124包括：(1)N—沟通FET，40V，200mA；(2)ESD保护齐纳二极管(14V)；(3)偏置电阻(门极为IOKll，门极和源极之间为100K11)；(4)箝位保护齐纳二极管(28V)作为有源箝位器。使用NUD3124／3160完全可满足汽车电子的要求，如负荷突降、电池反接、双电压加压启动和ESD，它的外形为SOT—23封装。[7]意法半导体发明了一种纵向智能功率MoS技术VIpower，用这种Vipower技术制成的智能硅器件可取代继电器。该公司已研制出很多种在单一芯片上集成系统功能的硅技术，这种技术充许控制电路与场效应MoS驱动器安装在一起，在与VIpower器件配合使用时，可形成一个系统解决方案。VIpower硅结构充许设计一个低动态电阻的开关器件，使用少量半导体器件就可驱动较大的负载，如直流电机、电磁阀和车灯。[8]

　　2．4 专用电路

　　为了满足消费者对最新汽车电子功能各方面的要求，如安全性、舒适性、信息和远程信息处理等，业界推出了汽车电子用FPGA(现场可偏程门阵列)解决方案。若采用FPGA不仅可加速轿车的上市时间，而且可提高轿车的可靠性和安全性，如防止外界窜改的免疫能力、阻止汽车售后遭黑客攻击以及试图启动某些处于休眠状态的功能等。2003年威廉姆斯F1车队在其williams F1 2003挑战者号赛车——BMWFW25的赛车控制模块(VCM)中选用Xilinx Virtex Ⅱ FPGA。VCM是控制赛车的关键部件，如变速箱、差速齿轮、牵引力的调节、启动控制和遥测技术装置。由于VCM单元尺寸小、重量轻，大大提高了赛车的性能。[9]

　　2．5 照明器件

　　近几年，世界开始大量采用LED(发光二极管)替代CCFL(冷阴极荧光灯)和EL(电极发光)作为LCD(液晶显示器)的背光，其绿色LED、蓝色LCD已用于汽车音响、汽车仪表的照明。由于白色LED具有发光效率大、功率大和寿命长等特点，未来完全有可能替代白炽灯泡，国外正在加紧开发大功率白色LED，以取代汽车普通车灯。[10]

　　2．6 音响电路

　　汽车音响已从汽车收音机、收录机、CD机、多波段立体声音响发展到具有数字地面及卫星无线传输功能的音响设备。后者采用的半导体器件包括调谐器、模拟信号处理器、数字信号处理器(DSP)、调节器和放大器等。飞利浦已推出第三代SAF7730软件无线电DSP，它将5个DSP核心集成在单个芯片上，信号处理过程完全借助于软件来完成。[11]

　　3 对汽车电子用半导体器件质量的要求

　　汽车电子用半导体器件必须适应非常苛刻的环境，如(1)环境温度范围宽，最低温度可达斯堪的纳维亚冬季的-40℃，最高温度可达沙漠地区的+55℃；(2)相对湿度高，在98％RH以上；(3)安装在发动机内的半导体器件的工作温度高达125℃以上，试验时要求达160℃；(4)振动，要承受50g的冲击试验。为此，国外汽车电子用半导体器件厂商都相继通过了ISO／TSl6949认证，它包括IS09001：2000和TSl6949：2002两项标准，后者引用了条件更为严格的汽车工业质量标准，它处于军标和一般工业标准之间的等级。进行认证的是国际汽车任务组(I-ATF)，它由国际汽车监管局(IAOB／美国)、法国汽车工业委员会(CCFA／法国)、车辆设备工业联合会FIEV／法国)、汽车制造贸易协会(SMMT／英国)、德国汽车工业质量管理中心(VDA—OMC／德国)和意大利汽车工业协会(ANFIA／意大利)组成。[12]由此可见，要满足汽车电子的要求必须进行上述的质量认证，这也是导致我国国产汽车电子用半导体器件为什么不能占领国内汽车电子产品市场的重要原因之一。

　　如汽车电子用MCU必须满足如下三项认证和检测：

　　(1)对汽车和FCC(美国联邦通信委员会)／CE认证的EMC／EMS(电磁兼容性和敏感性)。欧美对EMC的检测包括：无意辐射；无意传导辐射(交流电源线)；静电放电；辐射场；电气快速瞬变；传导RF；电压骤降与中断等；

　　(2)美国保险商实验室(UL)规定的电气安全。ULl998是美国一项军事或汽车品质／可靠性标准。由于MCU已成为汽车电气系统的关键控制器件，它应包括关键架构、硬件／软件特征以使符合UL管理机构提出的安全性／检测要求；

　　(3)汽车特有的品质／安全性检测。它包括：QS9000全套认证；在扩大的温度范围内提供所有部件；所有部件可应用于—40℃～+85℃环境；专门部件可应用于-40℃—+125℃环境；擅长在故障分析和最佳品质方面的设计和检测方法；合格品要达到大于97％的等级；现场达1ppm；专用I／O单元全部达到低EMI(电磁干扰)部件；高度安全的点火产品；产品发货时具有经过验证的记录；先进的运输物流系统；寄信库存。对于MCU提出如下检测：扫描检测；电气应力检测；内置自检(BTST)；Mayer-ick部件检测(消除变形的设备)等。从上可知，要制造符合汽车电子要求的MCU是多么难啊!为此，国产汽车电子用半导体器件要占领国内汽车电子产品市场，必须提高其质量，通过有关汽车电子的质量认证和检测。