汽车级电子元器件的门槛在哪里?

2017-07-05 15:03:14 来源:EEFOCUS
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汽车市场极有可能成为拉动半导体成长的新引擎。在年出货量上,汽车远不如手机,但每部汽车所采用的半导体元器件价值总和却高很多,据麦肯锡的数据,发达国家每部中档车要用到350美元的半导体元器件,豪华车用到的半导体价格将达1000美元,而iPhone 7最高配版物料成本(包含半导体元器件、PCB板及接插件等)不过292美元。

 

更重要的是,随着无人驾驶、车联网以及电驱动技术快速发展,更多电子元器件将被引入到汽车上。IC Insights预测,未来几年,车载芯片在所有半导体细分应用市场中增长最快。而最乐观的Pacific Crest证券则预测,到2025年,全球汽车半导体市场规模有望达到1100亿美元。

 

 

汽车级电子元器件利润率高,市场增长速度快,所以汽车电子传统厂商持续加大投入,新玩家千方百计要进入这个市场。但与消费电子不同,汽车零部件对于安全、可靠以及供货保证等有极高要求,尤其是前装,只有通过严格考核的企业才能进入汽车前装供应链。

 

中国虽然是全球第一大汽车市场,但在汽车级电子元器件领域几近空白,有资深业内人士表示,相比整车,在电子零部件领域,中国公司差距更大。

 

本期封面故事邀请了四家全球著名汽车电子元器件厂商专家,请他们来谈一谈汽车级电子元器件的特殊性,与读者一起揭秘车规器件门槛究竟在哪里。

 

车规标准
一家从未涉足过汽车电子的元器件厂商,如果想进入前装市场,需要取得哪些资质认证,认证时间又有多长呢?

 

意法半导体汽车和分立器件产品事业部电子产品质量和可靠性总监Alberto Mervic表示,汽车电子新玩家要进入前装市场,至少要花两年左右时间通过相关认证,企业要通过ISO/TS16949标准,制造工厂(Fab)和相关机构还需要通过VDA制程审核。


国际标准组织(ISO)针对汽车电子生产资质的标准即16949,那么在ISO16949之外,为何还有TS16949呢?这是因为国际标准组织设立标准的流程所致,针对某标准每提出一项新规范,获得三分之二成员投票支持后,该新规范即被称为技术规范标准(Techinical Specification,例如TS16949),若新规范获得四分之三成员投票支持,则该规范将被纳入ISO标准之内。所以TS16949即获得了国际标准组织三分之二投票支持,但未获得四分之三投票支持的规范。

 

“ISO/TS16949一般由Intertek或TUV对工厂进行审核颁发,VDA 6.3则一般由一级供应商对其供应商(即电子元器件等二级供应商)进行审核,审核周期和要求会与各一级供应商的产品应用相关联。”力特(Littelfuse)全球产品经理蔡颖达指出,相比ISO16949,VDA标准是一个地区标准,要进入欧洲市场的电子元器件厂商,一般要取得VDA 6.3认证。

 

“要生产汽车级的产品,不仅制造工厂要通过ISO16949认证,而且半导体分立器件本身要求通过AECQ101认证,无源被动元件要求通过AECQ200认证,这些都是非常严苛的认证规范。”力特产品开发工程师戴泰初补充。

 

除了针对公司的ISO/TS 16949、VDA6.3标准,针对具体元器件的AEC-Q标准,针对汽车电子模块功能安全,还有ISO26262标准,非传统厂商进入这个领域,取得资质只是第一步。

 

(主要根据宜特公开技术资料改编整理)

 

长期供应
“汽车市场很特殊,整车企业对于供应商要求严格:质量标准要高,产品生命周期要长,供应链要可靠,并能全生命周期支持主机厂处理危机。” 意法半导体的Alberto Mervic认为,汽车零部件厂商要始终将质量和服务放在首位,才能达到主机厂商对供应商的期望。

 

3年的工作寿命,就可以满足绝大部分消费级应用需求。工业类半导体工作寿命,则要求5至10年。到汽车级产品,通常会要求15年工作寿命(即整车生命周期均能正常工作),而供货周期,则可能长达30年。

 

(数据源自博世公开演讲稿)


“车规元器件厂商会对产品生命周期进行有效规划,使上市产品适用于较多应用从而更通用,以此增加客户应用,并保证在有效生命周期里有足够的客户应用,”这是力特蔡颖达给出的保证长期供货方案,“对于已经处于末期的产品,依然会严格有效地保证产品生产,直到客户项目生命周期结束。”

 

Alberto Mervic也指出,零部件企业要从公司战略层面保证实现车规元器件的长生命周期,即制造工厂(Fab)管理和公司市场战略都须符合产品长期生产的要求。但当产品进入生命末期时,产量自然降低,低产量元器件生产会影响生产线的正常运行,那么厂商应该如何处理才不至于成本太高?“一种解决方案是阶段性生产,根据客户需求来规划生产数量,一次产出几个供货周期的量。”采用这种方式,厂商就可以通过库存管理来避免低产量产品长期占用生产线的状况。

 

瑞萨电子香港有限公司应用技术中心汽车电子部部长林志恩则表示,虽然汽车级主芯片供货周期在十年以上,但车型在五年左右就会换新款,当主机厂要推出新车型时,零部件厂商可以建议主机厂采用新器件来替代旧产品,所以长期供应,并不会是大问题。

 

双产地与供应安全
2011年日本福岛大地震以后,汽车供应链安全观念发生了很大改变。在福岛地震之前,丰田汽车强调最低库存,以实现成本最低,生产效率最高。丰田汽车库存管理方法影响了相当多的供应链厂商与竞争对手。

 

但福岛大地震暴露出这种库存管理方法的脆弱之处,由于库存很低,一旦供应跟不上,生产线就只能停工。所以震后,全球汽车供应链开始改变,增加库存、多样化生产、双产地等方式更为流行。

 

双产地生产可以应对突发灾害,但双产地生产时,生产管理与产品一致性将考验供应商的管理水平。

 

“来自单一产地的车规产品,需要提供有效的持续生产计划(Business Continuity Plan,简称BCP),而双产地供应商,则须做好双产地质量管控和可追溯性管理。” 蔡颖达表示,采用双产地供应时,产品信息可追溯非常重要。

 

“元器件供应商与客户在是否提供双产地供应上争执已久,客户既想通过双产地策略来保证供货可靠性,又不想真从双产地购买同一颗产品(产品一致性,物料管理成本),”Alberto Mervic则认为,多数厂商还在观望阶段,“这个话题在福岛地震后引起广泛关注,但仍然只是关注。”


可靠性与严苛环境

近乎全天候状况可使用的汽车,对于车规元器件的环境适应性要求极高。“汽车级产品必须满足高温交变、震动风击、防水防晒、高速移动等要求。” 泰科电子(TE Connectivity)中国汽车事业部销售和市场负责人告诉与非网记者。

 

“随着新能源汽车和自动驾驶的革新,汽车元器件在高频高压环境下的安全性成为新的技术难点,” 该负责人举了新能源汽车的例子,“新能源汽车的系统架构安全可靠性是一个挑战,这就要求企业除了在电池、电机、电控等关键技术取得突破外,在连接器、传感器、接触器、继电器等核心基础元器件领域亦要有所作为。”

 

那么,供应商应如何保证元器件应对如此恶劣的工况呢? “意法半导体内部执行一个范围广、限制严的检测标准,即健壮性检测(Robust Qualification),该标准远高于AEC-Q100等国际标准。通过健壮性检测,可以深入分析元器件在可靠性应力作用下的电气特性变化及物理变化。”Alberto Mervic介绍意法半导体的做法。

 

汽车级元器件可靠性考虑因素众多

(资料源自Atmel公开演讲稿)

 

高速行驶的汽车,对元器件的可靠性要求异常严格。零公里故障率是汽车厂商最重视的指标之一,如果车辆发生故障,汽车厂商会立即将情况反馈给元器件供应商,并希望得到元器件供应商的及时响应。


“要实现稳定可靠的汽车级可靠性,在产品研发初始阶段就要通过有效的DFMEA与PFMEA设计,并在生产中有效应用各种质量管理工具,并做好供应商的管理工作。”力特的蔡颖达认为,可靠性是车规产品最关键的指标,为提高可靠性而增加的质量管理投入也是车规产品成本高的原因之一,“一般汽车行业的百万产品失效率(DPPM)为个位数,需要非常有效的各级质量管理工具和方法才能实现,这些都是极其隐形但不可省略的投入和成本。”

 

(注:DFMEA是Design Failure Mode and Effects Analysis的缩写,即设计失效模式及后果分析,PFMEA是Process Failure Mode and Effects Analysis,即制程失效模式及后果分析。)

 

召回与功能安全
近年来,由于制动失效、发动机或变速箱控制软件故障等导致的车辆召回事件不断出现。

 

“近年最惨痛的产品缺陷事件莫过于高田气囊事件,其暴露出的质量和安全风险导致海量汽车召回。”蔡颖达给出了一个因产品缺陷导致惨重损失的案例。

 

美国高速公路交通管理局在2014年10月22日表示,日本高田集团供应的安全气囊爆裂时可能会产生金属碎片,对乘客造成了极大的安全威胁。据当时不完全统计,高田气囊在全球已造成至少16起死亡事件和逾180起受伤事件,截止到2017年5月,全球因装配高田问题气囊而被召回的汽车总量已达1.2亿辆,2017年6月底,高田已经向东京地方法院申请了破产保护。

 

车辆安全相关的控制系统安全功能失效是导致召回级别故障的主要原因,其中车辆电子电气系统的失效最为突出,ISO26262(道路车辆-功能安全)标准即国家标准化组织联合全球三十多家汽车大厂商联合制定的功能安全标准。

 

Alberto Mervic指出,功能安全正成为大多数先进芯片必备特性。“意法半导体早在多年前就开始这方面的研发,现已发布多款符合ASIL(Automotive Safety Integration Level,即汽车安全完整性等级)汽车安全标准的产品。”


“瑞萨公司在汽车功能安全方面已经有超过十年的经验,针对ISO26262的标准,开发出MCU/SOC产品对应ASIL B、C和D等级。” 林志恩举了一个例子:底盘系统或动力系统,之前是由一个CPU来对系统进行控制,之后可能要求用另外一个CPU作为冗余系统设计。当主CPU发生故障时,就会有另一个备份系统来进行接替。

 

新玩家与中国市场
虽然汽车级元器件有上述诸多门槛,但仍有很多新玩家意图涌入这个市场。英特尔、英伟达等非传统汽车半导体厂商纷纷高调杀入,已经在局中的老手,究竟如何看待这些新玩家?

 

Alberto Mervic认为,产品创新、研发速度快和产品生命周期短是从消费与通信应用杀入的新厂商特色。“灵活快速是非传统汽车零配件企业的优势,但不是传统汽车芯片企业的长处。”

 

瑞萨林志恩表示,除了新玩家涌入,也有旧玩家因并购而消失,汽车元器件市场并不会因新玩家涌入而利润率降低。“半导体厂商通过开发新的技术和产品,提高产品生产工艺和技术来保证各自的利润率。”

 

力特的戴泰初持类似观点,“汽车电子新技术的快速发展推动着汽车级元器件市场的推陈出新,新玩家涌入的也往往正是这些新技术、新应用行业,这些领域也由于技术的高门槛而利润率不低,在这些新技术领域,新玩家所处的起跑线并不晚,相反,他们可能拥有更加多的专利,在技术优势上先牢牢站稳脚跟。”

 

“多元化竞争的另一面就是更多的机遇。更多的厂商进入这个领域是令人兴奋的,因为只有真正有增长潜力和无限机会的市场才会吸引更多的参与者,而更多元化的外部竞争也能促进企业的技术升级和发展。”泰科电子发言人也认为新玩家涌入正是说明汽车元器件市场充满活力的表现。

 

孱弱的中国汽车电子元器件产业又该如何改变目前的窘境?意法半导体汽车和分立器件产品事业部业务发展和战略营销经理Marc Guedj给出的建议是进行技术合作或并购。“并购或合作可以让中国半导体企业快速适应主机厂与一级供应商的需求模式。”

 

戴泰初给出了两条建议,首先要耐得住寂寞,“与手机等消费类市场不同,汽车设计研发流程很长,产品进入设计到量产要经历很长时间,决不能急功急利”。其次要注重质量,汽车行业犯错的机会不多,“一定要练好内功,踏踏实实做出世界一流的元器件,才能在市场上站稳。”

 

总结

相关标准多、可靠性要求高、开发与供货周期长、连带责任大等因素构成了汽车级元器件市场的护城河,但这并不是一个封闭的市场,“有形”的手并不是阻挡新玩家进入的主要原因,百年汽车行业发展建立的自身规律才是真正的门槛,在消费级市场或工业市场成功的经验很可能对进入汽车级市场帮助不大。

 

但新技术发展带来了新应用,也引入了新玩家,汽车级元器件市场稳健快速增长的前景也令不少“槛外人”垂涎。这些新入厂商中,颇有不少野心勃勃的家伙试图颠覆这个市场,不过新玩家们或许要当心,打破门槛并不是进入这个行业的最佳办法。

 

作者简介
王树一
王树一

与非网高级行业分析师。长期跟踪行业的变化发展,时刻关注产业动态,对于电子行业上下游的产业趋势变化、技术革新发展、行业新闻八卦均有浓厚的兴趣,希望通过自己的努力把握电子市场动态,架构交流平台,为中国的电子人提供有价值的信息资源。

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