窥探未来车用半导体技术发展

图说：(a)机械阀与(b)晶体管功能比较图。（资料来源：中兴大学）

　　在半导体发展过程中，可以见到矽技术正快速地颠覆过去传统观念，并在先进矽技术之后，半导体厂商所开发的元件，不仅朝芯片大小及封装尺寸方向来走，还要求提高元件内部智能技术含量。而所谓的智能技术含量，就是该技术能够开发出对使用者更具有助益性的智能化应用。比方说：具有智能型无需熔断器的汽车头前灯控制器，可以用来保护汽车头灯与车上电流上；又或者是智能型电动车窗升降，则不需要再另行安装特定传感器，就能达到即时监控车窗使用状态与安全性。

　　不过，要如何在单一又具独立性半导体元件中，建构出嵌入式系统功能的矽技术是非常重要。因为这项技术必须要能整合控制电路与场效应MOS驱动器，再搭配车上其它半导体元件来加以运用，便自然而然形成一项完善系统解决方案。不过，在一般情况下，矽结构下只允许设计一个低通态电阻的开关元件，如此一来，仅需运用极少的半导体元件，就能做到驱动性较大的负载作用；例如：直流电机、电磁阀及汽车头灯等。再来，则在于有效率地整合出功率电子学，才得以适用于汽车产业、交通运输、流通物业…等方面，以解决在

应用环境中的震动（振动）、温度、湿度、耐久性开／关功能，并持续将开关感性负载，所引起的接触退化等问题降到最低，使半导体设备能适用于道路、轨道、空中、海上…等领域的交通工具。

　　由此可见，矽技术与半导体制程工艺逐渐结合成为一体，加快实现智能化控制器半导体技术。而当矽的先进技术及制程工艺在相互整合后，便能为汽车工业创造出特有客制化设备，将以低成本达到高功能及最佳系统设计。不过，需要特别留意处，在于「认知上要能有所了解」。这是因为当设计驱动外部负载的车电系统时，首先要先认清采用矽元件的优点及局限，才能为车电系统中的设备，确定半导体内部架构及分布设计后，选用能即时应用的健全架构，确保汽车保持良好质量及高可靠性，再结合一级车用零组件供应链中的专有系统技术，运用在汽车制造商开发的每一台汽车平台上。

图说：由于大部分中等价位的汽车上都装设导航、安全及信息娱乐等系统，因此液晶显示器便成为汽车的标准装置之一。美国国家半导体特别为汽车生产商开发芯片组，确保汽车可以采用更少互联机路及更长的电缆，以便降低汽车的整体系统成本。（资料来源：美国国家半导体）

　　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。