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国产车规级MCU供应链“卡壳”真相:比晶圆产能更难的是封测

来源:爱集微

#MCU#

#产业链#

08-10 17:19

集微网报道,随着时间的推移,半导体产业进入下行周期,从全面缺芯逐步走向产能过剩,从当前市场情况来看,唯有汽车芯片的价格和需求仍然坚挺,包括NXP、Microchip、ST、英飞凌在内的国际大厂车规级产品交期依旧长达1年以上。

经过两年时间的缺芯,使得小鹏、理想、吉利、通用、日产、丰田等众多汽车生产商纷纷减产,当芯片保供成为持久战,中长期的国产化芯片替代方案逐渐成为国内汽车厂商共同的选择,也为国内芯片供应商打开汽车市场的突破口。

数十家本土MCU厂商迈向车规级

据了解,尽管市场机遇已经到来,但由于入局车规级芯片领域存在技术门槛较高、人才匮乏、市场开拓难度大、资金投入较大等困难,国内企业在汽车市场的进程中一直进展缓慢。

当然,外部环境也在近几年发生了众多变化,一方面,随着国内资本市场的逐步完善,芯片厂商有着非常利好的融资环境,同时,国内头部芯片厂商已经实现消费电子市场的进口替代,急需向前景广阔的汽车电子市场突围。

另一方面,近年来,为满足消费者对汽车安全性、舒适性和娱乐性的需求,汽车已经从功能性向智能化发展,带动了传感器、摄像头、雷达、MCU、电路板等汽车电子部件用量的大幅增长。

据中国汽车工业协会预测,未来中国每辆汽车搭载芯片平均数量将快速增长,到2025年,传统汽车芯片单车平均搭载量为934颗,新能源汽车单车平均芯片搭载量将达到1,459颗。到2025年,我国汽车年销量将达到3,431万辆,其中新能源汽车销量为640万辆。据此推测2025年国内专用汽车芯片需求将达到354亿颗。

在众多汽车芯片中,MCU占据了重要地位,却被瑞萨、NXP、ST、英飞凌、Microchip、TI等国际大厂占据了八成的市场份额。中国汽车工业协会总工程师、副秘书长叶盛基曾表示,当前,我国各类芯片中MCU控制芯片最为紧缺,国内MCU控制芯片企业最为薄弱。

集微网从业内了解到,由于进口汽车MCU芯片紧缺,很多国内工规级的芯片产品在近两年都被用在了汽车后装甚至前装市场,当然也有部分本土厂商实现了车规级MCU的量产突破,但主要面向汽车雨刷、车灯、车窗、遥控器、环境光控制、动态流水灯等与安全性能相关性较低的低端应用场景。

在良好的发展前景驱动下,据集微网不完全统计,近年来,包括杰发科技、比亚迪半导体、小华半导体、兆易创新、紫光国微、中颖电子、芯旺微、赛腾微、芯海科技、航顺芯片、中微半导、琪埔维、国民技术、峰岹科技、上海航芯、旗芯微、云途半导体、曦华科技、力源信息等国内厂商纷纷布局车规级MCU产品,冲击中高端市场。

车规级晶圆代工平台逐渐量产

不过,据知情人士称,在车规级MCU领域,老牌国际大厂经过数十年的发展,在自有架构内不断升级迭代,基本把成本和产品性能做到了极致,后来者无论在技术、成本还是供应链方面都不会有太多优势,虽然去年国内车厂开放了部分料号给本土MCU企业,但竞争力还是太弱,整体出货量非常有限。

事实上,相对消费电子市场的顺利替代,国产芯片厂商进军车规级市场的难题却是从供应端就已经开始。

某国内知名MCU厂商对集微网透露,大陆IC设计厂商想要在各大晶圆厂进行车规级芯片产品的流片,需要提前准备申请材料,递交给美国相关部门做审批,但部分国内MCU厂商却迟迟拿不到批文。

对此,另一家MCU厂商高管也表示,上述情况确实存在,基于公司本身的历史沉淀,每一家企业的审批难度都不一样,确实需要办理相关手续,这对于没有涉足过车规级芯片产品的国内厂商以及初创企业并不利。

值得注意的是,即使顺利拿到批文,也并不意味着能顺利拿到所需的车规级晶圆产能。业内人士对集微网表示,本土企业普遍体量较小,在供应链方面的竞争力较弱,拿到产能的难度远比国际大厂更高。

此外,由于长期以来车规级芯片的供应商主要为国际IDM大厂,国内车规级芯片厂商出货量少之又少,配套供应链及整个产业生态就没能发展起来。因此,国内MCU芯片厂商想要入局汽车市场,还需受困于国产车规级芯片供应链的不完善。

早在2019年,集微网就曾从某国内MCU大厂处了解到,国内无论是晶圆端,还是封测端的车规级产线本就不多,而生产高性能车规级MCU产品的供应链更是处于空白阶段。

时至今日,伴随本土MCU厂商向车规级市场突围,以华虹宏力、中芯国际为代表的本土晶圆厂纷纷完成车规级认证,并逐渐推出车规级晶圆量产工艺平台。据上述高管称,整体来看,国内车规产业链依旧不完善,但相对前几年来说,晶圆厂方面已经有了很大的改善。目前华虹集团0.11微米的车规级工艺平台已经量产发布,其他工艺节点正在加紧研发,预计华虹集团55纳米和中芯国际40纳米的车规级工艺平台将会在明后年正式量产。

另一名知情人士也表示,由于晶圆厂的生产管理规范和流程本就非常严苛,很容易满足车规级认证要求,某中国台湾知名代工厂在大陆设立的晶圆厂,原本只是做消费类芯片,但由于车规级芯片的需求暴增,2021年仅花费不到三个月时间就通过了相关车规级认证。

可以预见的是,随着时间推移,国产车规级MCU厂商能拿到的晶圆产能正在逐步增加,可选择的工艺平台也会越来越丰富。

封测端突破遥遥无期

值得注意的是,由于晶圆代工环节可以有很多模型进行推导,各种生产考核、验证等手段也很完善,相对而言,封测端面临的挑战更大。

上述高管进一步指出,在本土车规级MCU供应链中,晶圆代工并不是受限最严重的环节,至少晶圆厂有预期可以在2023年开出车规级MCU相关产能,但封装测试环节何时能有具备市场竞争力的产能推出却难以回答。

首先,封测代工厂要通过IATF16949等一系列国际质量管理体系认证,但这仅是次要问题,更重要的问题在于生产出来的产品本身要符合环境温度125度、150度甚至是170度的标准,而这与消费级、工规级有明显差异,对制造工艺、材料的要求非常高,只有长时间进行工艺调整才能实现产品高温耐受性的提升。

车规级封装的高投入门槛也使得国内众多中小封测厂商望而却步。据某国内封测厂商高管表示,车规级封测有自身独特的商业模式和特点,由于车规级产品验证周期很长,对封测厂自身的技术基础、材料的可靠性以及资本要求都很高,也需要与IC设计厂商以及下游车企紧密绑定,与产业链协同创新,还需要考虑新能源汽车发展的周期性,市场竞争压力较大,一般企业难以入局。

在上述的种种原因之下,就无可避免得造成了国内半导体封测产业在车规级封装方面处于落后地位。“虽然国内半导体封测产业整体发展相对较为完善,但本土封测厂在生产汽车MCU产品方面的经验积累并不多,没有经历过长时间、大规模车规级封装的捶打,也没有生产数据的积累和失效分析,就无法摸索出各种参数组合的最优解,也难以构成市场竞争力。”上述高管坦言,目前国内较为高端的车规级产品都要到中国台湾地区进行封测,本土封测厂还局限在样品阶段,对于大规模生产的良率、品质等方面的把控都做不到位,甚至在做要求较高的工规级产品时,国内封测代工都显得非常吃力。

值得一提的是,对于车规级产品的生产来说,技术并不复杂,所以很难从技术上寻求突破,但可靠性、安全性却非常重要。业内周知,车规市场对安全性、稳定性、可靠性的要求很高,车规级产品需要达到0PPM。

然而,国内半导体产业近几年才逐步实现在消费电子市场的国产替代。“国内封测企业才刚刚入门300PPM,根本无力实现这一要求,尤其是在成本把控方面与国际大厂之间的差距较为明显。”上述高管举例称,目前国内封测厂在车规级封装时还是采用金线,但金线的成本非常高,完全没有竞争力,而国际大厂都已经开始用铜线替代金线,既能保证可靠性,还可以很好地进行成本控制。

事实上,半导体是一个靠量取胜的行业,只有当出货量达到一定数量级,才能在可靠性、性能、成本、良率等各方面实现升级迭代,优化至较好效果。上述高管表示,车规级芯片想要达到可靠性,成本又具有市场竞争力,生产数量至少需要100万起步,还要有完整的质量跟踪。

对于消费级产品来说,失效率在3%也无所谓,根本不会有反馈信息到供应链端,但若是汽车、白电等终端产品出现质量问题,那么每个故障都要有追溯,每一个失效都需要进行分析,才能形成真正的统计报告,持续优化自身生产工艺,这一过程需要到百万级才成型。

因此,便宜、可靠性、故障率就成了悖论,若是选择本土封测厂商进行生产,在质量和成本方面就非常难以权衡,若是想要生产出好的产品,就意味着前一百万颗产品的成本很高,售价要进口产品更贵,本土MCU厂商和下游厂商根本无法接受。若是不追求可靠性,确实能做到便宜,但采用了前一百万颗产品的整车质量就会出现下滑,这对下游客户和终端消费者又将造成不可估量的后果,二者矛盾难解。(校对/邓秋贤)

责编: 邓文标

李杭森

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