KLA-Tencor公司高級(jí)營(yíng)銷總監(jiān)Robert Cappel

Robert Cappel

預(yù)期在2018年智能自動(dòng)駕駛汽車將延續(xù)其崛起和發(fā)展的趨勢(shì)。隨著消費(fèi)者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)汽車功能的要求越來(lái)越高，半導(dǎo)體已經(jīng)成為這些創(chuàng)新解決方案中的最核心部分。但是，這些芯片旨在協(xié)助汽車更為安全和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，同時(shí)卻也增加了復(fù)雜性并且對(duì)可靠性提出了更高要求，這是在移動(dòng)設(shè)備和個(gè)人計(jì)算機(jī)等其他消費(fèi)者領(lǐng)域中前所未見的[1]。現(xiàn)在，許多半導(dǎo)體高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）對(duì)于汽車的功能和安全性是至關(guān)重要的功能，從而對(duì)于故障是零容忍。

汽車自動(dòng)駕駛功能的快速發(fā)展只會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)所有芯片完美協(xié)作的必要性，這不僅保護(hù)了汽車乘客，也保護(hù)了汽車周圍人員的安全。這是為什么汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商都堅(jiān)持所有汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商實(shí)施零缺陷（Zero Defect）計(jì)劃的根本原因。這些計(jì)劃對(duì)汽車半導(dǎo)體工藝控制的重要性正在產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。無(wú)論是IDM還是無(wú)晶圓廠/晶圓代工廠的制造模式都開始認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法需要進(jìn)行根本性的改良，才足以應(yīng)對(duì)目前的趨勢(shì)，并在競(jìng)爭(zhēng)激烈的汽車市場(chǎng)中獲得成功。

第一個(gè)趨勢(shì)是車載半導(dǎo)體的數(shù)量在迅速地增長(zhǎng)。10年前僅有幾百個(gè)大設(shè)計(jì)規(guī)則的控制器和其他器件，而現(xiàn)代的汽車則可能包含超過(guò)3 500個(gè)半導(dǎo)體器件，這代表著半導(dǎo)體的開支在汽車總成本中的百分比不斷持續(xù)上升。由于汽車制造商的任務(wù)是讓越來(lái)越多的駕駛功能自動(dòng)化，因此各種功能不同的器件數(shù)量都在增長(zhǎng)，汽車現(xiàn)在可能包含多個(gè)復(fù)雜的SoC和數(shù)十個(gè)圖像傳感器，同時(shí)閃存和DRAM芯片也大幅增加。根據(jù)2016年消費(fèi)者報(bào)告，目前汽車電子產(chǎn)品是出廠不足3年的汽車發(fā)生故障的首要原因，汽車制造商致力減少這些故障以表明他們對(duì)質(zhì)量的承諾，因?yàn)槠放浦艺\(chéng)度對(duì)于消費(fèi)品牌是首要考量之一。

第二個(gè)趨勢(shì)是轉(zhuǎn)而采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)規(guī)則。大多數(shù)汽車器件以前都是在老式的200 mm晶圓代工廠生產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)則為65 nm及以上，或者在成熟的300 mm晶圓代工廠中較小規(guī)模地制造。然而，自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的開發(fā)需要更強(qiáng)大的計(jì)算能力，而這些陳舊的代工廠和器件則無(wú)法滿足。對(duì)先進(jìn)技術(shù)的需求以及更多的產(chǎn)能將促使汽車電子產(chǎn)能轉(zhuǎn)移到先進(jìn)的300 mm邏輯代工廠。預(yù)期到這一趨勢(shì)，代工廠已經(jīng)準(zhǔn)備好為汽車領(lǐng)域提供14 nm和10 nm的SoC，并已經(jīng)開始進(jìn)行更小設(shè)計(jì)規(guī)則的汽車電子設(shè)計(jì)。但是，在使用傳統(tǒng)的為消費(fèi)電子移動(dòng)設(shè)備而設(shè)計(jì)的制造方法時(shí)，這些工藝會(huì)受到正常產(chǎn)線良率問題和突發(fā)的良率下降的影響，從而導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性差強(qiáng)人意。因此，廠商需要采用新的工藝控制策略以應(yīng)對(duì)不成熟的工藝，并防止可能的器件可靠性故障。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和強(qiáng)勁的需求給晶圓廠帶來(lái)了額外的壓力，它們需要比以往更快的速度達(dá)到極其成熟的良率。

最后一個(gè)趨勢(shì)是對(duì)于汽車市場(chǎng)器件可靠性的預(yù)期要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子級(jí)元件，多達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在比較平穩(wěn)的運(yùn)行環(huán)境中，消費(fèi)電子元件在頭兩年內(nèi)的故障率也可允許在10%。這是許多非汽車工廠所習(xí)慣的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。相反，汽車質(zhì)量要求十億分之幾（ppb）的故障率，從而產(chǎn)生“零缺陷”的制造概念。零缺陷需要綜合多個(gè)學(xué)科的質(zhì)量方法，而工藝控制是其中主要的成功因素。導(dǎo)致可靠性問題的缺陷類型與導(dǎo)致良率問題的缺陷類型是相同的[2]。因此，總?cè)毕萋士梢宰鳛楹饬靠煽啃缘挠行е笜?biāo)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)習(xí)慣于拋棄型的消費(fèi)者設(shè)備，而現(xiàn)在要達(dá)到十億分之幾級(jí)別的汽車電子質(zhì)量意味著要努力達(dá)到更高的良率曲線（見圖1）。

圖1 良率曲線

2018年對(duì)于汽車和半導(dǎo)體行業(yè)將是激動(dòng)人心的1年，隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新，汽車半導(dǎo)體元件會(huì)采用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)規(guī)則。然而，成為成功的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者將取決于更為嚴(yán)苛的方法來(lái)降低缺陷率并提高產(chǎn)品良率，將產(chǎn)品未來(lái)的可靠性故障消除在汽車安裝之前。

[1]Price，Sutherland and Rathert.Process Watch：The(Automotive)Problem with Semiconductors[J].Solid State Technology，January 2018.

[2]Price and Sutherland.Process Watch：The Most Expensive Defect，Part 2[J].Solid State Technology，July 2015.