汽車電子市場起風(fēng)，如何實現(xiàn)消費電子車規(guī)化的升級？

汽車電子市場起風(fēng)了

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年我國新能源汽車出貨量達到352.1萬輛，同比增長1.6倍，超過全球出貨量的一半。華潤微在世界半導(dǎo)體大會上預(yù)測，到2025年全球的新能源車將達到1800萬輛左右，中國新能源車出貨量將超過900萬臺。

 
圖 | 我國新能源汽車歷年銷量情況，信息源：中國汽車工業(yè)協(xié)會

汽車智能化方面，根據(jù)高工智能汽車研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年我國ADAS前裝標配新車搭載率約為39.6%，L2標配新車搭載率約為19.4%，其中L2+搭載率約為8.3%；2022年1-5月L2功能搭載率達到25.5%。普華永道預(yù)測，2030、2035年中國L3及以上自動駕駛搭載率將分別達到11%、34%。在汽車電動化和智能化的推動下，每輛汽車的芯片搭載率正從傳統(tǒng)汽車中的500-600顆，增長到當(dāng)下的5000-8000顆，量級不斷攀升。

然而，與需求端形成鮮明對比的是我國汽車電子的自給率情況。根據(jù)半導(dǎo)體調(diào)研機構(gòu)IC Insights發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年中國大陸制造的半導(dǎo)體價值為312億美元，整個中國大陸的芯片消費市場為1865億美元，自給率為16.7%；而在缺芯嚴重的汽車賽道，2021年中國大陸的芯片自給率更是只有5%。這對于本土要進軍汽車電子市場的廠商來說，是機遇也是挑戰(zhàn)，機遇在于內(nèi)需市場足夠大，挑戰(zhàn)在于進入汽車電子市場的門檻很高。

基于以上背景，與非網(wǎng)采訪到了潤石科技的品質(zhì)總監(jiān)於敬亮，來共同探討從消費電子到汽車電子轉(zhuǎn)型升級過程中會面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對策略，以及國內(nèi)外汽車電子領(lǐng)域模擬賽道的差距等焦點問題。

 
圖 | 潤石科技品質(zhì)總監(jiān)於敬亮，主要負責(zé)公司產(chǎn)品品質(zhì)體系

從消費電子到汽車電子的快速升級，底氣是技術(shù)能力的保障

潤石科技在今年8月份左右有5款產(chǎn)品通過了AEC-Q100 Grade 1車規(guī)認證，包括3顆運算放大器RS722P/RS724/RS721P、1顆電平轉(zhuǎn)換芯片RS8T245，以及1顆邏輯芯片RS1G08。我們知道，潤石科技是從消費類電子起家的，這幾年汽車和工業(yè)電子賽道火熱，進而將產(chǎn)品轉(zhuǎn)入這兩個領(lǐng)域。

 
圖 | 潤石科技5款產(chǎn)品通過AEC-Q100 Grade 1車規(guī)認證

於敬亮直言：“對于潤石科技來講，更廣闊的需求來自工業(yè)和汽車市場。而選擇這5顆芯片首先完成車規(guī)化升級有兩個原因，一是運算放大器是潤石科技的核心產(chǎn)品，可以突出自身的技術(shù)能力和市場價值，且這三款運算放大器非常暢銷，而電平轉(zhuǎn)換芯片和邏輯芯片，以及后面緊接著要進行車規(guī)化的模擬開關(guān)，這幾種類型的芯片在汽車市場中用量很多；二是電平轉(zhuǎn)換芯片和邏輯芯片有非常大的國產(chǎn)化需求空間”。

據(jù)悉，2021年潤石科技總銷售額約2.1億元。其中，工業(yè)和汽車電子市場占總銷售收入的63-65%，消費電子市場占總銷售收入的8-9%，其余為電力電子、儀器儀表和醫(yī)療市場，占總銷售收入20%+的份額。潤石科技預(yù)測，受汽車和工業(yè)電子體量的進一步擴張以及平均售價高于消費電子等領(lǐng)域的影響，今年潤石科技銷售收入將實現(xiàn)保四億、沖五億的規(guī)模。

 
圖 | 潤石科技產(chǎn)品線情況

為何潤石科技會有如此底氣呢？一方面，模擬芯片市場容量正呈現(xiàn)有機性地增長趨勢，受新能源汽車崛起和儲能行業(yè)發(fā)展等利好影響，偏向于基礎(chǔ)型應(yīng)用的模擬芯片行業(yè)成長迅速。另一方面，目前在國內(nèi)的模擬芯片主要玩家還是美國的TI、ADI、On Semi，以及部分歐洲和日本的企業(yè)，在國際關(guān)系緊張的當(dāng)下，出于供應(yīng)鏈安全的考量，國產(chǎn)芯片會有更多的市場機會。當(dāng)然，最主要的還是潤石科技的技術(shù)實力，包括大量產(chǎn)品過車規(guī)認證的能力等。天時、地利、人和，最終才能水到渠成。

消費電子車規(guī)化需要面對哪些挑戰(zhàn)？

從技術(shù)的角度來看，一顆芯片要成功地實現(xiàn)從消費級產(chǎn)品到車規(guī)級產(chǎn)品的蛻變，到底需要經(jīng)歷哪些挑戰(zhàn)呢？

事實上，由于需要在更為苛刻的環(huán)境下保持正常運行，因此相較于消費電子，汽車電子對可靠性的要求更高。目前，汽車電子領(lǐng)域常用的認證標準是AEC-Q100，此標準是由汽車電子協(xié)會發(fā)布的一套集成電路質(zhì)量測試標準，雖并不是強制認證制度，但現(xiàn)已成為汽車電子領(lǐng)域的通用測試標準。這意味著，要將產(chǎn)品往車規(guī)化轉(zhuǎn)，讓市場認可的最常規(guī)操作就是通過AEC-Q100的認證。

 
圖 | 打入各Tier1車電大廠供應(yīng)鏈的兩張門票：AEC-Q+IATF16949

然而，要過AEC-Q100認證并非易事，其中包含了將近30種細分的認證要求，於敬亮形象地稱這個過程為產(chǎn)品的一次脫胎換骨。

值得一提的是，產(chǎn)品在進入AEC-Q100認證前的準備工作非常復(fù)雜。首先，要保證芯片設(shè)計滿足高低溫的工作能力；其次，晶圓廠的制程能力，尤其在一些特殊的關(guān)鍵制程指標上，必須達到AEC-Q100的要求，才能生產(chǎn)出車規(guī)級的晶圓；再者，整個封裝的制程要重做，要使用非常高性能的原材料，來確保制程足夠穩(wěn)定；最后，測試段也要有別于消費類只做常溫測試的慣例，車規(guī)產(chǎn)品需要進一步展開高低溫的測試，這對測試成本和測試難度都是一個挑戰(zhàn)，而對于測試數(shù)據(jù)的分析，如PAT、SBC、SBL等，還需要采用不一樣的管理方法，來提高測試穩(wěn)定度的水準。簡而言之，一個產(chǎn)品如果要從普通消費類轉(zhuǎn)到車規(guī)類，至少要對芯片的設(shè)計、晶圓的制造、封裝的設(shè)計跟制造、測試等整個生產(chǎn)流程進行改變和準備，這樣才能開始把做出來的產(chǎn)品送去做認證。

前面提到，AEC-Q100包含將近30種細分的認證要求，而這些要求會根據(jù)待認證產(chǎn)品的類型，分成不同的認證組別，比如：A組的環(huán)境應(yīng)力加速驗證，B組的壽命加速模擬驗證，C組的封裝驗證，D組的芯片制造可靠性驗證，E組的電性驗證，F(xiàn)組的失效篩選驗證等，從而保證芯片可以耐受高溫高濕、低溫到高溫的沖擊等惡劣的工況，同時還能保證15年的工作壽命，且制程能力指數(shù)CPK值遠好于消費類電子。

如此復(fù)雜的一套流程做下來到底要花多長時間呢？於敬亮表示：“如果芯片本身在消費或工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)使用過1-2年的時間，且具備高低溫的設(shè)計能力的話，會考慮將產(chǎn)品進行車規(guī)化升級。在這個過程中，考慮到目前車規(guī)市場比較火爆，設(shè)備的請購周期可能長達4~6個月，因此前面提到的準備工作通常要花費一年及以上的時間，然后再花3-4個月去做車規(guī)的認證。當(dāng)然，這個時間評估是建立在芯片本身滿足車規(guī)的冗余要求的基礎(chǔ)上的，如果再考慮晶圓改版，那么所需的時間肯定會更長。”

 
圖 | 潤石科技采用與使用與Tier1 – TI/NXP/ADI公司相同型號的測試三溫分選機

關(guān)于芯片廠商為什么要自己買昂貴的高低溫測試設(shè)備？於敬亮表示：“目前市場需求非常旺盛，而代工廠一般不會愿意采購價格昂貴但用途又比較集中于某個領(lǐng)域的這種設(shè)備，所以Fabless廠商為了保證自己車規(guī)產(chǎn)品的產(chǎn)能或快速拓展車規(guī)市場，就會選擇自己購買。潤石科技已經(jīng)投資了數(shù)千萬人民幣，購置了21臺三溫測試設(shè)備，其中5臺已經(jīng)在生產(chǎn)線工作，到今年12月份，21臺將全面進入產(chǎn)線，屆時將實現(xiàn)每個月40-50kk的產(chǎn)能規(guī)模。”

除了以上硬件配套外，在人員的配置上也大不相同，比如，在質(zhì)量把控環(huán)節(jié)，車規(guī)產(chǎn)品的設(shè)計、制造與封測對代工廠的管理能力要求是非常高的。為此，潤石科技招募了一些非常資深的代工廠管理質(zhì)量工程師SQE、設(shè)計質(zhì)量工程師DQE，來提高自身的技術(shù)能力，去保證產(chǎn)品從設(shè)計到制造，都可以達到NXP、TI這樣的水準。

在晶圓廠和封測廠的選擇方面，潤石科技選擇了國內(nèi)做車規(guī)產(chǎn)品最頂尖的工廠合作，包括國內(nèi)做模擬器件數(shù)一數(shù)二的晶圓廠華潤上華，與TI有將近10年車規(guī)產(chǎn)品量產(chǎn)經(jīng)驗的封測廠通富微電，以及與NXP、安世、TI有將近10年車規(guī)產(chǎn)品量產(chǎn)經(jīng)驗的封測廠蘇州日月新。

潤石科技或?qū)⒊蔀橹袊M賽道上做汽車芯片最好的公司

前面提到，目前在國內(nèi)的模擬芯片賽道上，主要玩家是美國的企業(yè)TI、ADI、On Semi，以及部分歐洲和日本的企業(yè)。那么，國產(chǎn)芯片到底和國際水平有多少差距呢？

於敬亮表示：“在模擬芯片領(lǐng)域，國產(chǎn)芯片在可靠性上可以達到國際水平，基本應(yīng)用上不會有什么差異，但在產(chǎn)品的魯棒性方面還與國際水平有些差距，主要體現(xiàn)在參數(shù)表以外的特殊領(lǐng)域的應(yīng)用上面。此外，大的模擬芯片公司，例如TI、ADI、On Semi，采用的都是IDM的模式，他們都有自己的晶圓廠，在晶圓制造工藝上的累積遠超國內(nèi)的Fab廠，這也是一個重要的優(yōu)勢。而我們要補強就需要市場更廣的應(yīng)用場景支撐，提供更多的試錯機會，這是一個PDCA循環(huán)的過程。”

此外，隨著內(nèi)需市場的擴大，以及國內(nèi)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，本土模擬器件廠商的數(shù)量也在不斷增加，賽道競爭開始加劇。很多人開始擔(dān)心，如果同質(zhì)化競爭激烈，近期是否會面臨洗牌的危機？

關(guān)于這個問題，於敬亮的觀點是：“目前國內(nèi)的模擬器件公司開始變多是事實，但模擬市場細分領(lǐng)域廣，國產(chǎn)廠商基于各自產(chǎn)品的特點各家側(cè)重的細分市場不同，有在數(shù)字隔離器或者傳感器領(lǐng)域較強，有在ADC/DAC等模擬器件上較強的，潤石科技的主要產(chǎn)品包括信號鏈和電源管理兩大類別，與同領(lǐng)域側(cè)重消費電子市場的上市公司相比潤石科技的市場重心是汽車電子和工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在新能源汽車領(lǐng)域潤石科技遠比同領(lǐng)域的模擬芯片公司更早布局；目前已超越同行成為新能源汽車領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。

 
圖 | 潤石科技產(chǎn)品汽車應(yīng)用分布

“話說回來，模擬芯片的市場足夠大，國產(chǎn)公司占比還沒有超過10%，80~90%是美系的產(chǎn)品，在國產(chǎn)化的道路上還有非常大的市場空間。此外，模擬芯片的市場容量還在增長，尤其是新能源相關(guān)行業(yè)的拉動，所以本土的這些廠商目前還沒有進入到短兵相接的競爭狀態(tài)。預(yù)計國產(chǎn)化率至少要達到40~50%以上的時候，才會有洗牌的可能，而未來三年都不會發(fā)生。” 於敬亮補充道。

於敬亮強調(diào)：“車規(guī)是一個非常敏感的市場，它對可靠性的要求非常高，很多的客戶找到我們，是因為潤石科技能夠提供跟TI、ADI、On Semi這些公司相同性能的芯片，因此我們有信心去推汽車電子的市場，立志成為中國汽車芯片賽道上做模擬芯片最好的公司。”

寫在最后

目前，潤石科技的車規(guī)級芯片已經(jīng)成功進入到比亞迪、長安汽車、廣汽、寧德時代、欣旺達等整車廠/Tier1廠的汽車電子供應(yīng)鏈。而在車規(guī)級新品的計劃方面，到今年年底，預(yù)計有20~25款產(chǎn)品會轉(zhuǎn)入車規(guī)市場；到明年年底，至少會有40-50款車規(guī)產(chǎn)品通過認證并開始量產(chǎn)，其中包括15-20款運算放大器，以及一些邏輯芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片和模擬開關(guān)產(chǎn)品。