汽車級(jí)電子元器件的門檻在哪里？

汽車市場極有可能成為拉動(dòng)半導(dǎo)體成長的新引擎。在年出貨量上，汽車遠(yuǎn)不如手機(jī)，但每部汽車所采用的半導(dǎo)體元器件價(jià)值總和卻高很多，據(jù)麥肯錫的數(shù)據(jù)，發(fā)達(dá)國家每部中檔車要用到 350 美元的半導(dǎo)體元器件，豪華車用到的半導(dǎo)體價(jià)格將達(dá) 1000 美元，而 iPhone 7 最高配版物料成本（包含半導(dǎo)體元器件、PCB 板及接插件等）不過 292 美元。

更重要的是，隨著無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)以及電驅(qū)動(dòng)技術(shù)快速發(fā)展，更多電子元器件將被引入到汽車上。IC Insights 預(yù)測，未來幾年，車載芯片在所有半導(dǎo)體細(xì)分應(yīng)用市場中增長最快。而最樂觀的 Pacific Crest 證券則預(yù)測，到 2025 年，全球汽車半導(dǎo)體市場規(guī)模有望達(dá)到 1100 億美元。

汽車級(jí)電子元器件利潤率高，市場增長速度快，所以汽車電子傳統(tǒng)廠商持續(xù)加大投入，新玩家千方百計(jì)要進(jìn)入這個(gè)市場。但與消費(fèi)電子不同，汽車零部件對(duì)于安全、可靠以及供貨保證等有極高要求，尤其是前裝，只有通過嚴(yán)格考核的企業(yè)才能進(jìn)入汽車前裝供應(yīng)鏈。

中國雖然是全球第一大汽車市場，但在汽車級(jí)電子元器件領(lǐng)域幾近空白，有資深業(yè)內(nèi)人士表示，相比整車，在電子零部件領(lǐng)域，中國公司差距更大。

本期封面故事邀請(qǐng)了四家全球著名汽車電子元器件廠商專家，請(qǐng)他們來談一談汽車級(jí)電子元器件的特殊性，與讀者一起揭秘車規(guī)器件門檻究竟在哪里。

車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)
一家從未涉足過汽車電子的元器件廠商，如果想進(jìn)入前裝市場，需要取得哪些資質(zhì)認(rèn)證，認(rèn)證時(shí)間又有多長呢？

意法半導(dǎo)體汽車和分立器件產(chǎn)品事業(yè)部電子產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性總監(jiān) Alberto Mervic 表示，汽車電子新玩家要進(jìn)入前裝市場，至少要花兩年左右時(shí)間通過相關(guān)認(rèn)證，企業(yè)要通過 ISO/TS16949 標(biāo)準(zhǔn)，制造工廠（Fab）和相關(guān)機(jī)構(gòu)還需要通過 VDA 制程審核。

國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）針對(duì)汽車電子生產(chǎn)資質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)即 16949，那么在 ISO16949 之外，為何還有 TS16949 呢？這是因?yàn)閲H標(biāo)準(zhǔn)組織設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)的流程所致，針對(duì)某標(biāo)準(zhǔn)每提出一項(xiàng)新規(guī)范，獲得三分之二成員投票支持后，該新規(guī)范即被稱為技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（Techinical Specification，例如 TS16949），若新規(guī)范獲得四分之三成員投票支持，則該規(guī)范將被納入 ISO 標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。所以 TS16949 即獲得了國際標(biāo)準(zhǔn)組織三分之二投票支持，但未獲得四分之三投票支持的規(guī)范。

“ISO/TS16949 一般由 Intertek 或 TUV 對(duì)工廠進(jìn)行審核頒發(fā)，VDA 6.3 則一般由一級(jí)供應(yīng)商對(duì)其供應(yīng)商（即電子元器件等二級(jí)供應(yīng)商）進(jìn)行審核，審核周期和要求會(huì)與各一級(jí)供應(yīng)商的產(chǎn)品應(yīng)用相關(guān)聯(lián)?！绷μ兀?a class="article-link" target="_blank" href="/manufacturer/1000325/">Littelfuse）全球產(chǎn)品經(jīng)理蔡穎達(dá)指出，相比 ISO16949，VDA 標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，要進(jìn)入歐洲市場的電子元器件廠商，一般要取得 VDA 6.3 認(rèn)證。

“要生產(chǎn)汽車級(jí)的產(chǎn)品，不僅制造工廠要通過 ISO16949 認(rèn)證，而且半導(dǎo)體分立器件本身要求通過 AECQ101 認(rèn)證，無源被動(dòng)元件要求通過 AECQ200 認(rèn)證，這些都是非常嚴(yán)苛的認(rèn)證規(guī)范。”力特產(chǎn)品開發(fā)工程師戴泰初補(bǔ)充。

除了針對(duì)公司的 ISO/TS 16949、VDA6.3 標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)具體元器件的 AEC-Q 標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)汽車電子模塊功能安全，還有 ISO26262 標(biāo)準(zhǔn)，非傳統(tǒng)廠商進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，取得資質(zhì)只是第一步。

（主要根據(jù)宜特公開技術(shù)資料改編整理）

長期供應(yīng)
“汽車市場很特殊，整車企業(yè)對(duì)于供應(yīng)商要求嚴(yán)格：質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要高，產(chǎn)品生命周期要長，供應(yīng)鏈要可靠，并能全生命周期支持主機(jī)廠處理危機(jī)。” 意法半導(dǎo)體的 Alberto Mervic 認(rèn)為，汽車零部件廠商要始終將質(zhì)量和服務(wù)放在首位，才能達(dá)到主機(jī)廠商對(duì)供應(yīng)商的期望。

3 年的工作壽命，就可以滿足絕大部分消費(fèi)級(jí)應(yīng)用需求。工業(yè)類半導(dǎo)體工作壽命，則要求 5 至 10 年。到汽車級(jí)產(chǎn)品，通常會(huì)要求 15 年工作壽命（即整車生命周期均能正常工作），而供貨周期，則可能長達(dá) 30 年。

（數(shù)據(jù)源自博世公開演講稿）

“車規(guī)元器件廠商會(huì)對(duì)產(chǎn)品生命周期進(jìn)行有效規(guī)劃，使上市產(chǎn)品適用于較多應(yīng)用從而更通用，以此增加客戶應(yīng)用，并保證在有效生命周期里有足夠的客戶應(yīng)用，”這是力特蔡穎達(dá)給出的保證長期供貨方案，“對(duì)于已經(jīng)處于末期的產(chǎn)品，依然會(huì)嚴(yán)格有效地保證產(chǎn)品生產(chǎn)，直到客戶項(xiàng)目生命周期結(jié)束?！?/p>

Alberto Mervic 也指出，零部件企業(yè)要從公司戰(zhàn)略層面保證實(shí)現(xiàn)車規(guī)元器件的長生命周期，即制造工廠（Fab）管理和公司市場戰(zhàn)略都須符合產(chǎn)品長期生產(chǎn)的要求。但當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入生命末期時(shí)，產(chǎn)量自然降低，低產(chǎn)量元器件生產(chǎn)會(huì)影響生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，那么廠商應(yīng)該如何處理才不至于成本太高？“一種解決方案是階段性生產(chǎn)，根據(jù)客戶需求來規(guī)劃生產(chǎn)數(shù)量，一次產(chǎn)出幾個(gè)供貨周期的量?！辈捎眠@種方式，廠商就可以通過庫存管理來避免低產(chǎn)量產(chǎn)品長期占用生產(chǎn)線的狀況。

瑞薩電子香港有限公司應(yīng)用技術(shù)中心汽車電子部部長林志恩則表示，雖然汽車級(jí)主芯片供貨周期在十年以上，但車型在五年左右就會(huì)換新款，當(dāng)主機(jī)廠要推出新車型時(shí)，零部件廠商可以建議主機(jī)廠采用新器件來替代舊產(chǎn)品，所以長期供應(yīng)，并不會(huì)是大問題。

雙產(chǎn)地與供應(yīng)安全
2011 年日本福島大地震以后，汽車供應(yīng)鏈安全觀念發(fā)生了很大改變。在福島地震之前，豐田汽車強(qiáng)調(diào)最低庫存，以實(shí)現(xiàn)成本最低，生產(chǎn)效率最高。豐田汽車庫存管理方法影響了相當(dāng)多的供應(yīng)鏈廠商與競爭對(duì)手。

但福島大地震暴露出這種庫存管理方法的脆弱之處，由于庫存很低，一旦供應(yīng)跟不上，生產(chǎn)線就只能停工。所以震后，全球汽車供應(yīng)鏈開始改變，增加庫存、多樣化生產(chǎn)、雙產(chǎn)地等方式更為流行。

雙產(chǎn)地生產(chǎn)可以應(yīng)對(duì)突發(fā)災(zāi)害，但雙產(chǎn)地生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)管理與產(chǎn)品一致性將考驗(yàn)供應(yīng)商的管理水平。

“來自單一產(chǎn)地的車規(guī)產(chǎn)品，需要提供有效的持續(xù)生產(chǎn)計(jì)劃（Business Continuity Plan，簡稱 BCP），而雙產(chǎn)地供應(yīng)商，則須做好雙產(chǎn)地質(zhì)量管控和可追溯性管理。” 蔡穎達(dá)表示，采用雙產(chǎn)地供應(yīng)時(shí)，產(chǎn)品信息可追溯非常重要。

“元器件供應(yīng)商與客戶在是否提供雙產(chǎn)地供應(yīng)上爭執(zhí)已久，客戶既想通過雙產(chǎn)地策略來保證供貨可靠性，又不想真從雙產(chǎn)地購買同一顆產(chǎn)品（產(chǎn)品一致性，物料管理成本），”Alberto Mervic 則認(rèn)為，多數(shù)廠商還在觀望階段，“這個(gè)話題在福島地震后引起廣泛關(guān)注，但仍然只是關(guān)注。”

可靠性與嚴(yán)苛環(huán)境

近乎全天候狀況可使用的汽車，對(duì)于車規(guī)元器件的環(huán)境適應(yīng)性要求極高?！捌嚰?jí)產(chǎn)品必須滿足高溫交變、震動(dòng)風(fēng)擊、防水防曬、高速移動(dòng)等要求?！?泰科電子（TE Connectivity）中國汽車事業(yè)部銷售和市場負(fù)責(zé)人告訴與非網(wǎng)記者。

“隨著新能源汽車和自動(dòng)駕駛的革新，汽車元器件在高頻高壓環(huán)境下的安全性成為新的技術(shù)難點(diǎn)，” 該負(fù)責(zé)人舉了新能源汽車的例子，“新能源汽車的系統(tǒng)架構(gòu)安全可靠性是一個(gè)挑戰(zhàn)，這就要求企業(yè)除了在電池、電機(jī)、電控等關(guān)鍵技術(shù)取得突破外，在連接器、傳感器、接觸器、繼電器等核心基礎(chǔ)元器件領(lǐng)域亦要有所作為。”

那么，供應(yīng)商應(yīng)如何保證元器件應(yīng)對(duì)如此惡劣的工況呢？?“意法半導(dǎo)體內(nèi)部執(zhí)行一個(gè)范圍廣、限制嚴(yán)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，即健壯性檢測（Robust Qualification），該標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于 AEC-Q100 等國際標(biāo)準(zhǔn)。通過健壯性檢測，可以深入分析元器件在可靠性應(yīng)力作用下的電氣特性變化及物理變化?！盇lberto Mervic 介紹意法半導(dǎo)體的做法。

汽車級(jí)元器件可靠性考慮因素眾多

（資料源自 Atmel 公開演講稿）

高速行駛的汽車，對(duì)元器件的可靠性要求異常嚴(yán)格。零公里故障率是汽車廠商最重視的指標(biāo)之一，如果車輛發(fā)生故障，汽車廠商會(huì)立即將情況反饋給元器件供應(yīng)商，并希望得到元器件供應(yīng)商的及時(shí)響應(yīng)。

“要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的汽車級(jí)可靠性，在產(chǎn)品研發(fā)初始階段就要通過有效的 DFMEA 與 PFMEA 設(shè)計(jì)，并在生產(chǎn)中有效應(yīng)用各種質(zhì)量管理工具，并做好供應(yīng)商的管理工作?！绷μ氐牟谭f達(dá)認(rèn)為，可靠性是車規(guī)產(chǎn)品最關(guān)鍵的指標(biāo)，為提高可靠性而增加的質(zhì)量管理投入也是車規(guī)產(chǎn)品成本高的原因之一，“一般汽車行業(yè)的百萬產(chǎn)品失效率（DPPM）為個(gè)位數(shù)，需要非常有效的各級(jí)質(zhì)量管理工具和方法才能實(shí)現(xiàn)，這些都是極其隱形但不可省略的投入和成本?！?/p>

（注：DFMEA 是 Design Failure Mode and Effects Analysis 的縮寫，即設(shè)計(jì)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。）

召回與功能安全
近年來，由于制動(dòng)失效、發(fā)動(dòng)機(jī)或變速箱控制軟件故障等導(dǎo)致的車輛召回事件不斷出現(xiàn)。

“近年最慘痛的產(chǎn)品缺陷事件莫過于高田氣囊事件，其暴露出的質(zhì)量和安全風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致海量汽車召回?！辈谭f達(dá)給出了一個(gè)因產(chǎn)品缺陷導(dǎo)致慘重?fù)p失的案例。

美國高速公路交通管理局在 2014 年 10 月 22 日表示，日本高田集團(tuán)供應(yīng)的安全氣囊爆裂時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生金屬碎片，對(duì)乘客造成了極大的安全威脅。據(jù)當(dāng)時(shí)不完全統(tǒng)計(jì)，高田氣囊在全球已造成至少 16 起死亡事件和逾 180 起受傷事件，截止到 2017 年 5 月，全球因裝配高田問題氣囊而被召回的汽車總量已達(dá) 1.2 億輛，2017 年 6 月底，高田已經(jīng)向東京地方法院申請(qǐng)了破產(chǎn)保護(hù)。

車輛安全相關(guān)的控制系統(tǒng)安全功能失效是導(dǎo)致召回級(jí)別故障的主要原因，其中車輛電子電氣系統(tǒng)的失效最為突出，ISO26262（道路車輛 - 功能安全）標(biāo)準(zhǔn)即國家標(biāo)準(zhǔn)化組織聯(lián)合全球三十多家汽車大廠商聯(lián)合制定的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

Alberto Mervic 指出，功能安全正成為大多數(shù)先進(jìn)芯片必備特性?！耙夥ò雽?dǎo)體早在多年前就開始這方面的研發(fā)，現(xiàn)已發(fā)布多款符合 ASIL（Automotive Safety Integration Level，即汽車安全完整性等級(jí)）汽車安全標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品?！?/p>

“瑞薩公司在汽車功能安全方面已經(jīng)有超過十年的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì) ISO26262 的標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)出 MCU/SOC 產(chǎn)品對(duì)應(yīng) ASIL B、C 和 D 等級(jí)?！?林志恩舉了一個(gè)例子：底盤系統(tǒng)或動(dòng)力系統(tǒng)，之前是由一個(gè) CPU 來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，之后可能要求用另外一個(gè) CPU 作為冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)主 CPU 發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)有另一個(gè)備份系統(tǒng)來進(jìn)行接替。

新玩家與中國市場
雖然汽車級(jí)元器件有上述諸多門檻，但仍有很多新玩家意圖涌入這個(gè)市場。英特爾、英偉達(dá)等非傳統(tǒng)汽車半導(dǎo)體廠商紛紛高調(diào)殺入，已經(jīng)在局中的老手，究竟如何看待這些新玩家？

Alberto Mervic 認(rèn)為，產(chǎn)品創(chuàng)新、研發(fā)速度快和產(chǎn)品生命周期短是從消費(fèi)與通信應(yīng)用殺入的新廠商特色?！办`活快速是非傳統(tǒng)汽車零配件企業(yè)的優(yōu)勢，但不是傳統(tǒng)汽車芯片企業(yè)的長處?！?/p>

瑞薩林志恩表示，除了新玩家涌入，也有舊玩家因并購而消失，汽車元器件市場并不會(huì)因新玩家涌入而利潤率降低?！鞍雽?dǎo)體廠商通過開發(fā)新的技術(shù)和產(chǎn)品，提高產(chǎn)品生產(chǎn)工藝和技術(shù)來保證各自的利潤率?！?/p>

力特的戴泰初持類似觀點(diǎn)，“汽車電子新技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)著汽車級(jí)元器件市場的推陳出新，新玩家涌入的也往往正是這些新技術(shù)、新應(yīng)用行業(yè)，這些領(lǐng)域也由于技術(shù)的高門檻而利潤率不低，在這些新技術(shù)領(lǐng)域，新玩家所處的起跑線并不晚，相反，他們可能擁有更加多的專利，在技術(shù)優(yōu)勢上先牢牢站穩(wěn)腳跟。”

“多元化競爭的另一面就是更多的機(jī)遇。更多的廠商進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域是令人興奮的，因?yàn)橹挥姓嬲性鲩L潛力和無限機(jī)會(huì)的市場才會(huì)吸引更多的參與者，而更多元化的外部競爭也能促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)升級(jí)和發(fā)展。”泰科電子發(fā)言人也認(rèn)為新玩家涌入正是說明汽車元器件市場充滿活力的表現(xiàn)。

孱弱的中國汽車電子元器件產(chǎn)業(yè)又該如何改變目前的窘境？意法半導(dǎo)體汽車和分立器件產(chǎn)品事業(yè)部業(yè)務(wù)發(fā)展和戰(zhàn)略營銷經(jīng)理 Marc Guedj 給出的建議是進(jìn)行技術(shù)合作或并購。“并購或合作可以讓中國半導(dǎo)體企業(yè)快速適應(yīng)主機(jī)廠與一級(jí)供應(yīng)商的需求模式?！?/p>

戴泰初給出了兩條建議，首先要耐得住寂寞，“與手機(jī)等消費(fèi)類市場不同，汽車設(shè)計(jì)研發(fā)流程很長，產(chǎn)品進(jìn)入設(shè)計(jì)到量產(chǎn)要經(jīng)歷很長時(shí)間，決不能急功急利”。其次要注重質(zhì)量，汽車行業(yè)犯錯(cuò)的機(jī)會(huì)不多，“一定要練好內(nèi)功，踏踏實(shí)實(shí)做出世界一流的元器件，才能在市場上站穩(wěn)?！?/p>

總結(jié)

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)多、可靠性要求高、開發(fā)與供貨周期長、連帶責(zé)任大等因素構(gòu)成了汽車級(jí)元器件市場的護(hù)城河，但這并不是一個(gè)封閉的市場，“有形”的手并不是阻擋新玩家進(jìn)入的主要原因，百年汽車行業(yè)發(fā)展建立的自身規(guī)律才是真正的門檻，在消費(fèi)級(jí)市場或工業(yè)市場成功的經(jīng)驗(yàn)很可能對(duì)進(jìn)入汽車級(jí)市場幫助不大。

但新技術(shù)發(fā)展帶來了新應(yīng)用，也引入了新玩家，汽車級(jí)元器件市場穩(wěn)健快速增長的前景也令不少“檻外人”垂涎。這些新入廠商中，頗有不少野心勃勃的家伙試圖顛覆這個(gè)市場，不過新玩家們或許要當(dāng)心，打破門檻并不是進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的最佳辦法。