非矽元件将诞生汽车工业应用
据日本科技媒体报导指出,日本有许多半导体厂商正在加快进行碳化硅(SiC)元件研究,而碳化硅涵盖了汽车应用领域中的半导体开发技术。以日本电装为例,该公司早在1995年时,就先行预测汽车领域的需求,并开始着手相关研究。从物理基础应用原则来看,碳化硅已是能够取代矽的制造工艺新技术,其优势与矽元件相比,碳化硅元件导通电阻更低,还能大幅降低耗电量。依照理论计算,一旦将目前现有矽元件更替为碳化硅元件,可减少两座核电站供电量。另一个优点在于,碳化硅元件在半导体作用下,阀值焊接温度高达400℃以上,而矽元件却只有175℃上下;因此,碳化硅元件在高温下也能维持正常作用。
基本上,在汽车工业逐渐扩大应用趋势,将有机会推动碳化硅技术发展。这是因为汽车上需要120℃以上高温环境下,还能正常工作的半导体元件,因此具有高温适应能力的车用半导体元件,将会大幅增加。另外,在车上高温环境因素,矽元件还需要安装散热装置,而碳化硅元件则不需要散热装置还能正常使用,以成本来考量,在元件上加装散热装置后再进行比较的话,碳化硅元件实用门槛将会比矽元件来得较低。另一方面,在车上大电流驱动方面,对于电动汽车、燃料汽车及油电混合汽车等电力驱动电路而言,碳化硅会比矽元件更为合适。
不过严格说来,碳化硅元件在车电半导体产品中,其实际应用仍受到限制,除了半导体元件还未能符合实用水平之外,扩大普及化最大障碍,在于芯片缺陷密度高,无法提高成品良率,导致生产制造成本过高,将会是矽元件数倍之多。但…部分车用半导体厂商仍表示,一旦车载用碳化硅元件市场崛起,或者进入量产阶段,那么就会加快减小芯片缺陷的开发,碳化硅元件成本过高劣势将有所转圜。
汽车半导体定位在高尖端科技
上世纪90年代前半期,LSI及FPD元件技术在市场发展原动力,主要来自于个人计算机,进入中后阶段,则是以携带式通讯产品、无线设备逐渐替代之,成为在个人计算机之后的第二大市场动力。至今,许多半导体元件开发商开始转移目标到汽车领域,甚至已有部份车用半导体技术领先的厂商表示,汽车已脱去「单使用性质成熟元件时代,今后则是往尖端技术方向发展」。长久以来,汽车工业不被归类为尖端技术,而对负责安全的汽车厂商,运用实用化技术的不变原则,未来也不会有所改变。但…若是为了驾驶安全,而不得不采用尖端技术的话,那么运用尖端技术来协助汽车工业发展脚步将不会有所退怯。
在日本地区的丰田汽车已先行订出在未来15年之内,要将汽车事故减少50%以上为主要发展目标,并计画将汽车设计成为电子茧网络。换句话说,就是采用百余个传感器将汽车给覆盖起来,并依据来自这些传感器所侦测到的信息,利用电控系统对车上各设备进行安全控制。因此,必须要有各类型传感器、可快速处理来自传感器的大量信息的处理器、驱动电控系统的高耐压LSI,以及能够将LSI的可靠性提高到跟飞机元件互相媲美程度。
图说:未来车用电子茧网络架构图。(资料来源:飞思卡尔)
未来车用半导体厂商 谁来扮演?
甄选薄膜太阳能电池开发、发电元件组件开发、影像传感器开发、电极材料开发、逆变器/转换器制造…等技术开发人员,提供上述技术开发设计人员的单位,不是三洋电机或是夏普等元件厂商,而是日本丰田汽车在2004年开始征选的技术开发人员,由此不难窥探出汽车厂商积极地进行车载元件的开发动作。
「汽车厂商将成为半导体厂商」…在不知情的情况下听到这句话,肯定有不少人会有所怀疑。但是,自从汽车厂商喊出自产核心元件口号时,上述情况将变得很有可能。以电子产业先前例子来看,比方说:Panasonic(松下电气)、Sony(索尼)着手开发及量产数码家电系统芯片;甚至在Sony方面,也开始准备量产液晶面板…。这是因为Panasonic或Sony将半导体及显示面板,比喻为电子产业最重要的关键元件。不可否认未来在汽车上,半导体将成为关键元件,到时候丰田汽车也仿效Panasonic或Sony自行生产半导体元件,就成为非常自然的动作。
一般来说,在车用半导体最大使用者,「汽车工业」将开始自行生产半导体元件时,其中最大困难在于现有生产线,若在最初阶段,还能克服生产线不足问题。但是随著技术的进步生产线更新换代后,现有生产线就只能成为最大的问题。不过,无论是利用现有工艺即可生产的耐高压LSI和传感器,还是可与CELL媲美的高性能产品,估计均会在未来的汽车中得到应用,可以说汽车领域将逐步具备适合于开展半导体业务的应用价值。而最终汽车厂商自行开发半导体元件会发展到哪里种程度,就让我们拭目以待。