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【产业链论坛】武汉大学工研院执行院长刘胜:汽车微电子技术创新及应用前景展望

发布日期:2022-09-06   浏览次数:2714

由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社联合主办,天津经济技术开发区管理委员会特别支持,日本汽车工业协会、德国汽车工业协会联合协办的第十八届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛(简称“泰达汽车论坛”)于2022年9月2-4日在天津市滨海新区召开。本届论坛以“强信念 稳发展 开新局”为年度主题,邀请重磅嘉宾展开深入研讨。

在9月3日 “产业链论坛:汽车产业链进化升级路在何方?”中,武汉大学工研院执行院长刘胜发表了题为“汽车微电子技术创新及应用前景展望”的演讲。
武汉大学工研院执行院长 刘胜
以下为演讲实录:

非常高兴来到天津。今天汇报的汽车微电子不只是微电子技术。这里介绍一下,我原来是研发飞机的。但是那个时候硅谷在制造芯片,看到芯片很有意思。1992年开始做电力电池。基本上把光电子、微电子都做了一遍,尤其在老家湖北培养不少学生,希望能给地方经济做一些贡献。

现在给大家汇报汽车微电子技术现状与发展趋势。从最近美国2800亿元《2022芯片与科学法案》,到两年前的欧洲0 PPM故障率,说明国外高度重视芯片设计和封装产业发展。我们首先看看芯片是怎么做出来的。芯片都有碳化硅。首先是集成电路、外延、芯片制造等东西。谈芯片不能不说摩尔定律,到了五纳米、三纳米、二纳米的需求主要是手机需求,成本过高。

模拟电路方面,汽车电子都会集成在一起。芯片制成七纳米与五纳米,从下面两个图看出,焊点距离200个微米,大小为200个纳米,距离是1000倍。先进封装可以刚柔并济,很多薄膜层都是纳米级的。在整个产业链来说,上游不一样。上游材料与设备过千亿,中国大陆只能生产2%下游的芯片制造。现在大概整个半导体行业有5400亿美金左右规模,进口占80%,我们自己生产只有600亿,可能还不是最高端的。比如说中国大陆是红的,美国是黑的,中国台湾省用的是深绿。你会看到整个设计做的还可以,代工也还行,大陆和台湾省占80%。

整个汽车芯片发展历程。1970年,开始的时候是点火装置,喷油装置,胎压,导航,这是整个汽车芯片的发展状态,目前2015年-2020年汽车复合增速32.8%,连续六年蝉联世界第一。

碳化硅制造工艺,目前的问题是器件制备,高界面电场会降低特性及可靠性,以及碳化硅和二氧化硅界面粗糙度,严重退化具备低接收电子的原路。这里还有一些问题,目前只能做到175度,所以一些研究机构仍在研究。

另外碳化硅关键问题研究,芯片内部结构还是垂直机构,制备工艺有高能粒子珠。另外封装里面有新型高可靠性的封装技术,目前国内中车走在前面,大概还有几十家企业在跟后面。所以整个模块右面图我们借鉴一下,包括前几年碳化硅的粉都不敢借鉴,包括衬底,芯片封装,封装下游。智能电网、轨道交通、新能源交通,在热机械或者化学方面非常稳定,所以目前是一个不二选择。整个封装可靠性工艺,也是一个非常重要的方向,在长期高温和冷热循环环境下进行。所以封装材料之间的热吸收不匹配,容易产生变形,所以蠕变变形是可靠的因素。

我下面给大家汇报一下,先进制造的共性技术。因为芯片多材料、多界面、多任务、多添加剂。所以客观是仿真。我讲的汇报研究,我们主要就是华为的朋友,我们经常拿这个图,科学问题还是一个堆出来,一层一层制造出来,表面缺陷和工艺设备的耦合机制,这里需要很强的材料数据库,简化测试机构。另外算到的前端工艺、后端工艺,包括可靠性评估,车规里面有26个可靠性测试,怎么能做到虚拟来评估,来减少研发成本,为什么一个封装要80%成本。原来有CPI,现在是把系统放进去,而且应用场景放进去了,一个PPM做不到,做的是一个粗糙的过程,这两个有冲突。所以现在智能制造当中要求把很多测试的环境下的东西放在制造当中,所以是一个交互的过程。像特斯拉数字孪生,大家原来都不相信,认为这是学术界的东西。为什么不能比别人早点呢,有人说这是学院派的工作,现在要求你要有知识面,比如过去封装也不客观蠕变,也不考虑界面力学。有自动化产品迭代,有很多新的技术,在过去引用的时候没有问题。现在创新的东西永远是难的,现在迫切需要把芯片制造性和可靠性在一起考虑,过去是没有的。

我们把很多工艺虚拟建模,把很多可靠性虚拟建模,可以得到不同封装架构和技术,甚至可以跟系统在一起,把系统运用作为专门的模块,但是需要材料的表征数据库东西,所以把材料选择好,结构优化好。所以一个企业的成功不在于长板、短板。

大家知道工业4.0智能产线,我们介入的第一代自动化传感器产线是46秒。在德国公司需要智能化产线,宁愿相信机器不相信人,机器不会犯错或者少犯错。第四代可以做到无人,这是2019年科技部支持项目,包括超快成像不细讲了,包括一些退火,需要一些超快薄膜材料工艺,很多薄膜材料纳米级能做到在线测量。我们自己包括柔性版适合工艺建模,包括后面机械运操作平台,包括整个软件系统,我们做的一些机器人操作平台,以及碳化硅和孵化的半导体公司。我们自己滤波器就是天大的教授做的。

我们将来的前景更智能,用于自动驾驶的技术,更安全、更节能环保、更舒适。这是我们学校责无旁贷的义务,在国外待了十多年、二十年,希望回来真正把东西做好,把标准的数据库尤其很多设施机构进行分享,谢谢各位,谢谢大家!

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