前言：在過去10年當中，全球汽車所使用的電子IC組件產(chǎn)值大幅增長，年平均增長率都保持在12%以上。
從市場數(shù)據(jù)很明顯地看出，車用電子組件與其它應(yīng)用類型的電子組件相比，其市場增長速度要高上許多；再加上汽車市場仍然保持高增長，且汽車電子化程度只會增加而不會減少的情況，可以預(yù)估在未來10年中，汽車電子仍是個相當被看好的產(chǎn)業(yè)。
根據(jù)市場研究公司IC Insights預(yù)測，2008年全球汽車電子市場規(guī)?？蛇_千億美元以上的汽車電子市場商機，未來幾年的年增長率可望保持過去12%的年增長率，市場商機潛力可期；另外，IEEE也評估至2010年將有40%的汽車成本來自于汽車電子，4C(Car)的需求日益顯著。不過，基于汽車制造廠所訂定出的嚴苛作業(yè)環(huán)境、有限的車體容量體積下，以及對于安全性的高良率要求，還有長達10年以上的零件供應(yīng)需求等關(guān)鍵性因素。
在在都顯示出挑戰(zhàn)電子廠商的技術(shù)能力與適應(yīng)能力，以及欲進入汽車供應(yīng)鏈市場的廠商們，還有重重障礙與門坎尚待克服。因此，在全球電子業(yè)者致力于發(fā)展高科技汽車電子系統(tǒng)的同時，也出現(xiàn)了過去在電子產(chǎn)業(yè)中未曾遇到的棘手問題，那就是搭載于汽車上電子組件、零組件必須適應(yīng)于長時間運作，其穩(wěn)定性及可靠度問題。
△圖說：汽車設(shè)備設(shè)計師在開發(fā)初期必須在系統(tǒng)設(shè)計上投注更多的精力，許多國際知名汽車電子制造商已經(jīng)清楚地證明了這么做的好處。另外，進一步與組件供貨商協(xié)同合作，將可使汽車電子設(shè)備組件更能針對性地滿足汽車應(yīng)用需求。
電子設(shè)備增多 問題也就越多
隨著電子系統(tǒng)持續(xù)取代原本搭建汽車上的機械系統(tǒng)，使得搭載車內(nèi)的電子設(shè)備已經(jīng)越來越多，例如：引擎與動力傳動控制系統(tǒng)、車身電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子煞車控制系統(tǒng)，以及LED顯示、照明設(shè)備…等，使得許多想要購車的消費者越來越看重汽車上是否有搭載先進的電子設(shè)備，特別是衛(wèi)星導航系統(tǒng)及多媒體影音娛樂設(shè)備；因此，汽車產(chǎn)業(yè)便將此類型的電子系統(tǒng)稱之為信息娛樂系統(tǒng)，電子廠商更想在車載信息娛樂市場中能夠獨占先機 。
不過，以目前的市場需求來看，在汽車電子產(chǎn)品領(lǐng)域增長最快的是安全系統(tǒng)；主要是因為消費者的意識型態(tài)需求，以及法規(guī)的共同推動之下，包括：車身穩(wěn)定性系統(tǒng)控制、主/被動式安全設(shè)備、防撞系統(tǒng)等諸多相似系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。預(yù)計到2010年，在一般的汽車生產(chǎn)成本中，電子產(chǎn)品將占到37%，是目前的2倍之多。
這主要是因為眾家汽車電子廠商紛紛爭先恐后地用新型的電子技術(shù)，借以吸引中高階層的汽車使用者所致，而今日的中高階車款上更搭載了70至100個以上的微處理器，這大大地增加了系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性，更不用提這些現(xiàn)代化系統(tǒng)給汽車駕駛者所帶來的困惑了。雖然有部份喜愛操控傳統(tǒng)機械的汽車駕駛者有了反對的聲音，使得目前的形勢開始出現(xiàn)改變，很多汽車制造商實際上正在減少功能，改以質(zhì)量上下更大的功夫。不過，很明顯的汽車電子產(chǎn)品增長趨勢還是不會出現(xiàn)較大的改變，未來電子產(chǎn)品還是會持續(xù)替代過去汽車上的機械系統(tǒng)。
△圖說：汽車電子設(shè)備或電子系統(tǒng)導入車內(nèi)應(yīng)用之后，車用電力供應(yīng)逐漸呈現(xiàn)不足的現(xiàn)象，使得汽車制造廠必須開始面對功率的控制，以及功率轉(zhuǎn)換技術(shù)提出更高的要求，借以推動車用功率半導體、相關(guān)封裝技術(shù)。
因應(yīng)苛刻的汽車環(huán)境
除非采取不同的理念和方式，否則過去這10年當中所出現(xiàn)的汽車電子化的現(xiàn)象還是會持續(xù)發(fā)生。出現(xiàn)今天這種可靠性問題的部分原因是，主要是因為電子化過程讓今日的汽車變得非常復(fù)雜，不過去除掉電子化的復(fù)雜性，還有另一個因素，就是汽車的應(yīng)用環(huán)境是目前所知道的最為嚴苛的環(huán)境之一。
再者，搭在于汽車上的電源系統(tǒng)，是以12V電池電源為主，對電子產(chǎn)品而言是非常難以適應(yīng)的，因為在某些天冷的環(huán)境中，欲啟動引擎，又可稱之為冷車起動，可能導致電池電壓降至 4V，甚至有部分汽車制造商所要求的冷車發(fā)動電壓甚至更低。若電池連接不牢固或重負載斷開常常導致負載突降，因此要如何在此情況下，12V電池上的電壓瞬間可能超過100V，就一個所謂的12V系統(tǒng)而言，這也許不是人們期望出現(xiàn)的情況。讓事情更加困難的事當電池的正負極搭載錯誤，也不允許電子設(shè)備會發(fā)生任何損壞的情況。
在傳統(tǒng)的汽車引擎系統(tǒng)關(guān)閉時，整個電氣系統(tǒng)都不進行通電的動作，但與過去不同的是現(xiàn)代汽車若設(shè)計有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即便是汽車處于未啟動的關(guān)閉狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還是會持續(xù)進行通電的動作，雖然系統(tǒng)是處于備用狀態(tài)，然而電子系統(tǒng)仍可能會逐漸耗用掉電池的電量。有些高檔歐系汽車設(shè)有不少在未啟動時會進入備用狀態(tài)的系統(tǒng)，它們消耗了大量電池電流，因此引擎至少必須要每隔兩天就運轉(zhuǎn)30分鐘以上，才可避免電池電量耗盡的情況。簡單說，一旦汽車持續(xù)朝著此方向發(fā)展，那么要不了多久，汽車即便是在短期不使用的狀況下，也要像移動3C產(chǎn)品一樣插上插座充電，才有足夠電能負荷引擎啟動所需的電量，否則就得每天啟動汽車，讓引擎運轉(zhuǎn)30分鐘以上。
再由環(huán)境溫度及工作電壓的角度來看，汽車電子產(chǎn)品所處的環(huán)境非常苛刻。不僅如此，汽車環(huán)境對空間的利用設(shè)計也十分強調(diào)講究，由于汽車中的電子產(chǎn)品越來越多，因此容納這些系統(tǒng)的空間越來越小了，要讓復(fù)雜極高的電子系統(tǒng)現(xiàn)在必須塞進引擎室、儀表板、頭墊等狹小空間中，也成為汽車電子設(shè)計上的挑戰(zhàn)。此外，在空間有限的情況下，熱量管理也變成了嚴重問題，讓汽車電子設(shè)備不但必須在炎熱的環(huán)境下保持正常工作，還要能在一個受限的空間中排除、承受自身產(chǎn)生的熱量。因此，發(fā)展高效率的開關(guān)穩(wěn)壓器逐漸取代線性穩(wěn)壓器，以減輕熱量問題，就成為現(xiàn)今產(chǎn)品開發(fā)重點。
△圖說：汽車電子制造商不僅要依靠組件的嚴格測試，還要評估組件供貨商過去在可靠性方面的表現(xiàn)，以此判定廠商的合格性，這不僅是一個廠商選擇問題，再加上汽車電子多需因不同車種有不同的客制設(shè)計，因此汽車電子制造商也必須能與組件供貨商展開更密切的先期開發(fā)合作。
干擾多如牛毛 安全問題需注意
另外，現(xiàn)在汽車中有太多的電子噪訊源 (例如：微處理器、開關(guān)電源等)，因此汽車上的電氣干擾絕對是個問題。輕者，這種干擾會導致收音機和電視機接收質(zhì)量差；重者，在極端情況下，甚至會導至汽車上的電子系統(tǒng)產(chǎn)生失效的情況。為了降低這個問題，辦法就是讓微處理器與電源透過擴頻時鐘產(chǎn)生器的設(shè)計方式，借以降低特定頻率上的峰值噪聲幅度，以及改變開關(guān)頻率等，均可達成降低EMI的作用。
未來汽車中的電子產(chǎn)品會比現(xiàn)在還會更加復(fù)雜許多，這絕對是不容抹滅的事實。如果不采取相應(yīng)的方法解決電子產(chǎn)品增多帶來的干擾問題，那么今天遇到的可靠性問題還會變得更嚴重，而且這不僅是客戶滿意度問題，甚至還會變成汽車安全上的設(shè)計憂慮。
△圖說：為了汽車電子產(chǎn)品能大幅降低射頻干擾，良好的PCB布建設(shè)計是維持系統(tǒng)正常運行的基本保障，而擴頻時鐘則有助于系統(tǒng)通過EMI認證，而且可以減少電子系統(tǒng)對濾波、遮蔽的干擾。
未來趨勢與新的設(shè)計方式
那么，應(yīng)該要如何因應(yīng)以解決上述的問題？是否應(yīng)該要重新回歸到傳統(tǒng)化油器時代呢？
其實不然，設(shè)計者只要透過與汽車制造商緊密合作，并在設(shè)計的初始階段就能仔細關(guān)注到每個設(shè)計環(huán)節(jié)、并找出解決克服之道的話，便能降低失誤的情形。對一般汽車駕駛者而言，一旦汽車發(fā)生故障現(xiàn)象，其問題大都源自系統(tǒng)的設(shè)計階段而不是生產(chǎn)階段。因此，一旦設(shè)計者在設(shè)計中沒有解決可能發(fā)生故障問題的根源，生產(chǎn)線的組裝過程自然不可能在生產(chǎn)過程中排除這些潛藏問題。另外，沒有可靠的組件，也不可能生產(chǎn)出可靠的汽車，因而只采用系統(tǒng)級的方法是不能解決所有問題，系統(tǒng)與組件必須要雙頭并進。
因此，汽車電子制造廠商欲完成產(chǎn)品的設(shè)計，以提高未來汽車的質(zhì)量，同時考慮到卓越的系統(tǒng)設(shè)計與出色的組件可靠性，這些都必須要系統(tǒng)設(shè)計階段時完善地規(guī)劃，因為系統(tǒng)架構(gòu)問題在后來的設(shè)計階段是很難解決的。
考慮到功率、熱量和空間限制的汽車電子系統(tǒng)規(guī)劃
由于汽車的電子網(wǎng)絡(luò)環(huán)境程度越來越高，因此在開發(fā)初期就確定系統(tǒng)間傳遞信息的類型，以及確定系統(tǒng)通訊控制方式，是至關(guān)重要的工作，一般的汽車電子系統(tǒng)設(shè)計者，在功率、熱量和空間限制的考慮上，必須在系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃階段就要能夠發(fā)展出最佳的解決方案。雖然說目前以單一子系統(tǒng)在備用狀態(tài)可能只消耗2到3毫瓦的能量，但是在汽車的智能化系統(tǒng)不斷增加的趨勢下，未來1臺汽車就有可能會搭載100個以上的智能化子系統(tǒng)，如此一來便會快速消耗儲存于汽車電瓶中的電量；因此，諸如此類的限制因素，可能對電源系統(tǒng)類型的選擇產(chǎn)生重大影響。
另一方面，就像上述所提到的部分，整體的汽車電子設(shè)計必須在系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃時，考慮防止子系統(tǒng)間可能產(chǎn)生干擾的措施，就像上述已經(jīng)提到的那樣，而系統(tǒng)組件之可靠性也是非常之重要的關(guān)鍵，只采用系統(tǒng)驗證技術(shù)還是不夠的。
再者，從過去發(fā)展過程來看，汽車設(shè)備制造商一直把重點放在單個組件的質(zhì)量上，借以確保電子組件、系統(tǒng)IC運作時的可靠質(zhì)量。這個過程確實很重要，但是只有這種過程還不能確保系統(tǒng)的可靠性，就像1個 DC/DC 控制器電子IC具有非常出色的性能，并具有優(yōu)越性的標準，當然很容易就能通過組件的合格性測試。但是，組件在汽車電子整體設(shè)備的工作模式、環(huán)境下，就無法獲得百分之百確定性。
比方說，同時接通頂部和底部的閘極驅(qū)動組件，那么即使該電子IC組件本身不會有任何問題，但仍可能會損壞外部的金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET)；因此，這類問題不容易從組件測試階段時，就能夠被完整地檢測出來。
△圖說：電子產(chǎn)品在汽車中會得到越來越多的應(yīng)用，這種趨勢是不可阻擋的，但是如果按照現(xiàn)在這樣的趨勢發(fā)展下去，那么電子系統(tǒng)的可靠性問題，將使得汽車設(shè)計發(fā)生嚴重的瓶頸。因此，必須改變傳統(tǒng)汽車電子產(chǎn)品的設(shè)計邏輯方式。
如何選擇零組件、IC電子組件？
即便是零組件(組件)在進行測試后能夠合乎標準，但并不表示就能滿足汽車制造商的規(guī)范，所以汽車電子設(shè)備制造商必須非常仔細地選擇IC供貨商。汽車電子設(shè)計廠商必須要檢視組件供貨商過去的故障率，并進一步了解該組件供貨商的質(zhì)量文化，而這必須要通過電路設(shè)計師、測試工程師，以及芯片設(shè)計者，同時都能確保其組件具有一致的質(zhì)量和可靠性。
其次，汽車制造商在考慮總體性的設(shè)計成本之前，并不是在滿足最低要求的情況下、單純地選擇最具低成本優(yōu)勢的組件，這一點也很重要。在選擇組件廠商時，不夠充分的應(yīng)用支持、交貨不夠準時，以及附加的外部組件所帶來的成本，這都必須經(jīng)過周延考慮。最后，只要有可能選擇到專門為嚴格汽車環(huán)境設(shè)計的組件。
基本上，組件應(yīng)該有寬溫度工作范圍的規(guī)范，就電源管理組件而言，在有些情況下，要能夠承受高達 150℃的溫度變化幅度。對于電源組件來說，僅規(guī)定組件的額定工作溫度為 125℃還不夠，因為工作溫度會高于環(huán)境溫度，因此必須要隨時保持暢通的子系統(tǒng)，就應(yīng)該采用具有非常低的待機模式電流的組件，盡可能地減少電池泄漏；另外組件能夠承受冷車發(fā)動和負載突降情況，也是非常重要的。
要提高可靠性，汽車系統(tǒng)設(shè)計師與組件設(shè)計師的互動過程勢必不可缺少。因為建構(gòu)出汽車電子設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)朝向合理化，仔細選擇組件供貨商，以及專門為汽車應(yīng)用設(shè)計的組件，絕對是未來保證汽車可靠性的關(guān)鍵因素。
換句話說，組件的可靠性雖是基本要求，但是只有組件級可靠性的基本要求，在汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計中，卻是絕對不夠的。
（轉(zhuǎn)載）
