車用半導體採用了各種不同的控制系統。在ECU以及智慧型驅動器中,使用了混載數位迴路、類比迴路以及負載驅動電路的複合IC、微控制器以及分離式元件等。汽車感應器則針對行駛、轉彎、停止、安全、舒適、環境、資訊、通訊的用途,搭載了可以偵測溫度、壓力、加速度、位置、角度、迴轉、流量等的感應器,並透過使用矽材料的MEMS技術極度縮小體積。
大部分的汽車電子產品都具有ECU,並且以其為核心,處理感應器等的輸入資訊,驅動馬達等的驅動器,並以車內LAN網路(Local Area Network)實施ECU彼此之間的通訊。ECU配備有通訊電路,以當作維持與感應器、處理開關輸入的輸入處理迴路、AD(類比與數位)變換迴路、微控制器、電源、輸出處理迴路、電源元件以及其他ECU的通訊手段,而組成的零件幾乎都是半導體。【圖1】為ECU圖示。
汽車對環境性能、安全性與舒適性的要求越來越高,為了實現這些要求,未來汽車電子的搭載數量將會越來越多。最近在車載感應器方面,出現了使用MEMS技術的壓力感應器以及加速度感應器等各種感應器,另外信號處理以及輸出處理迴路等也都使用了半導體。此外,在驅動器方面,比如搭載信號處理、輸出處理迴路、負荷驅動迴路等的智慧型驅動器也正式實用化。
汽車使用地點五花八門,包括熱帶、沙漠、寒冷地區等,必須具有可以抗溫度、溼度、水、鹽害、耐震的性能,使用的環境十分嚴酷。因為引擎在室內有些地方最高溫度會達到150°C,而最低溫度可能降至零下40°C,ECU必須在這些狀況下仍然可以動作。此外,直接搭載在引擎上的ECU必須對抗30G的震動。因此,須具有可以對抗電壓變動、突波電壓(瞬間流入電路的大型電壓)、EMG(Electro Magnetic Compatibility)等電氣外部干擾的性能。
如【圖2】所示,使用穩壓積納二極體保護ECU的半導體,以免因為負載突降等引發的高電壓造成損害,即便如此,還仍是會施加35V的電壓。也有可能會因為靜電現象而施加突波電壓。
智慧型驅動器使用的半導體如【圖3】所示,可以使用晶片電容器降低靜電突波。此外,有些安裝地點會讓半導體暴露在高溫下。
半導體的基本特性,如同【表1】所示會受到溫度的影響。如果是高溫環境,PN接合的順方向電壓下降,逆方向漏電流則增加。溫度若是高溫,二極半導體的電流增幅率以及MOSFET的臨界值也會增加。使用時必須考慮這些溫度帶來的影響。
汽車使用的半導體必須具有以下特徵。
1. 不會劣化,可長時間使用。
2. 體積小,使用容易。
3. 可以複合其他不同功能的元件。
4. 高精度。
5. 抗噪音性。
6. 驅動使用的能源少。
7. 具有自我診斷功能。
8. 成本低。
車用半導體採用了各種不同的控制系統。在ECU以及智慧型驅動器中,使用了混載數位迴路、類比迴路以及負載驅動電路的複合IC、微控制器以及分離式元件等。汽車感應器則針對行駛、轉彎、停止、安全、舒適、環境、資訊、通訊的用途,搭載了可以偵測溫度、壓力、加速度、位置、角度、迴轉、流量等的感應器,並透過使用矽材料的MEMS技術極度縮小體積。
車用半導體,比起民生用半導體必須具有更高水準的品質。比如說,在品質持久方面,溫度循環(零下40°C~150°C,2000次循環),抗濕負載(85°C,濕度80~85%,2000小時),抗高溫負載(150°C,2000小時)等。這些特性比起民生用半導體要求的溫度循環(零下25°C~85°C,數百次次循環),抗濕負載(40°C,濕度90~95%,500小時),抗高溫負載(85°C,1000小時)而言,要求程度嚴格許多。
即使是初期品質,不良率也要求必須低於1ppm,比起民生半導體的50ppm來說更為嚴格。此外,依據理論計算出來的壽命設計要提供全部保證這一點,比起民生半導體的生產批次保證而言,品質上的要求更是嚴格。
圖2 ECU結構
資料來源:金屬中心ITIS計畫整理(2011/03)
資料來源:金屬中心ITIS計畫整理(2011/03)
表1 溫度對半導體基本特性的影響
元件 |
特性 |
低溫→高溫 |
PN二極體 |
順方向電壓 |
|
逆方向漏電壓 |
|
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逆方向耐壓 (累崩二極體) |
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雙極電晶體 |
電流增加率 |
|
MOSFET |
臨界電壓 |
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資料來源:金屬中心ITIS計畫整理(2011/03)
圖3 智慧型驅動器結構
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