前言：在過(guò)去10年當(dāng)中，全球汽車所使用的電子IC組件產(chǎn)值大幅增長(zhǎng)，年平均增長(zhǎng)率都保持在12%以上。
從市場(chǎng)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(chǎng)增長(zhǎng)速度要高上許多；再加上汽車市場(chǎng)仍然保持高增長(zhǎng)，且汽車電子化程度只會(huì)增加而不會(huì)減少的情況，可以預(yù)估在未來(lái)10年中，汽車電子仍是個(gè)相當(dāng)被看好的產(chǎn)業(yè)。
根據(jù)市場(chǎng)研究公司IC Insights預(yù)測(cè)，2008年全球汽車電子市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)千億美元以上的汽車電子市場(chǎng)商機(jī)，未來(lái)幾年的年增長(zhǎng)率可望保持過(guò)去12%的年增長(zhǎng)率，市場(chǎng)商機(jī)潛力可期；另外，IEEE也評(píng)估至2010年將有40%的汽車成本來(lái)自于汽車電子，4C(Car)的需求日益顯著。不過(guò)，基于汽車制造廠所訂定出的嚴(yán)苛作業(yè)環(huán)境、有限的車體容量體積下，以及對(duì)于安全性的高良率要求，還有長(zhǎng)達(dá)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(jìn)入汽車供應(yīng)鏈?zhǔn)袌?chǎng)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(shí)，也出現(xiàn)了過(guò)去在電子產(chǎn)業(yè)中未曾遇到的棘手問(wèn)題，那就是搭載于汽車上電子組件、零組件必須適應(yīng)于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作，其穩(wěn)定性及可靠度問(wèn)題。
△圖說(shuō)：汽車設(shè)備設(shè)計(jì)師在開發(fā)初期必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上投注更多的精力，許多國(guó)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(jìn)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(duì)性地滿足汽車應(yīng)用需求。
電子設(shè)備增多 問(wèn)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(jī)械系統(tǒng)，使得搭載車內(nèi)的電子設(shè)備已經(jīng)越來(lái)越多，例如：引擎與動(dòng)力傳動(dòng)控制系統(tǒng)、車身電動(dòng)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(gòu)車的消費(fèi)者越來(lái)越看重汽車上是否有搭載先進(jìn)的電子設(shè)備，特別是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及多媒體影音娛樂(lè)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(lè)系統(tǒng)，電子廠商更想在車載信息娛樂(lè)市場(chǎng)中能夠獨(dú)占先機(jī) 。
不過(guò)，以目前的市場(chǎng)需求來(lái)看，在汽車電子產(chǎn)品領(lǐng)域增長(zhǎng)最快的是安全系統(tǒng)；主要是因?yàn)橄M(fèi)者的意識(shí)型態(tài)需求，以及法規(guī)的共同推動(dòng)之下，包括：車身穩(wěn)定性系統(tǒng)控制、主/被動(dòng)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(jì)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?yàn)楸娂移囯娮訌S商紛紛爭(zhēng)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(gè)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(lái)的困惑了。雖然有部份喜愛(ài)操控傳統(tǒng)機(jī)械的汽車駕駛者有了反對(duì)的聲音，使得目前的形勢(shì)開始出現(xiàn)改變，很多汽車制造商實(shí)際上正在減少功能，改以質(zhì)量上下更大的功夫。不過(guò)，很明顯的汽車電子產(chǎn)品增長(zhǎng)趨勢(shì)還是不會(huì)出現(xiàn)較大的改變，未來(lái)電子產(chǎn)品還是會(huì)持續(xù)替代過(guò)去汽車上的機(jī)械系統(tǒng)。
△圖說(shuō)：汽車電子設(shè)備或電子系統(tǒng)導(dǎo)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(duì)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(dòng)車用功率半導(dǎo)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(guò)去這10年當(dāng)中所出現(xiàn)的汽車電子化的現(xiàn)象還是會(huì)持續(xù)發(fā)生。出現(xiàn)今天這種可靠性問(wèn)題的部分原因是，主要是因?yàn)殡娮踊^(guò)程讓今日的汽車變得非常復(fù)雜，不過(guò)去除掉電子化的復(fù)雜性，還有另一個(gè)因素，就是汽車的應(yīng)用環(huán)境是目前所知道的最為嚴(yán)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(duì)電子產(chǎn)品而言是非常難以適應(yīng)的，因?yàn)樵谀承┨炖涞沫h(huán)境中，欲啟動(dòng)引擎，又可稱之為冷車起動(dòng)，可能導(dǎo)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(dòng)電壓甚至更低。若電池連接不牢固或重負(fù)載斷開常常導(dǎo)致負(fù)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(guò)100V，就一個(gè)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(dāng)電池的正負(fù)極搭載錯(cuò)誤，也不允許電子設(shè)備會(huì)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(shí)，整個(gè)電氣系統(tǒng)都不進(jìn)行通電的動(dòng)作，但與過(guò)去不同的是現(xiàn)代汽車若設(shè)計(jì)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即便是汽車處于未啟動(dòng)的關(guān)閉狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還是會(huì)持續(xù)進(jìn)行通電的動(dòng)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(huì)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(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)30分鐘以上，才可避免電池電量耗盡的情況。簡(jiǎn)單說(shuō)，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(dòng)3C產(chǎn)品一樣插上插座充電，才有足夠電能負(fù)荷引擎啟動(dòng)所需的電量，否則就得每天啟動(dòng)汽車，讓引擎運(yùn)轉(zhuǎn)30分鐘以上。
再由環(huán)境溫度及工作電壓的角度來(lái)看，汽車電子產(chǎn)品所處的環(huán)境非?？量獭２粌H如此，汽車環(huán)境對(duì)空間的利用設(shè)計(jì)也十分強(qiáng)調(diào)講究，由于汽車中的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，因此容納這些系統(tǒng)的空間越來(lái)越小了，要讓復(fù)雜極高的電子系統(tǒng)現(xiàn)在必須塞進(jìn)引擎室、儀表板、頭墊等狹小空間中，也成為汽車電子設(shè)計(jì)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(yán)重問(wèn)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(gè)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(wèn)題，就成為現(xiàn)今產(chǎn)品開發(fā)重點(diǎn)。
△圖說(shuō)：汽車電子制造商不僅要依靠組件的嚴(yán)格測(cè)試，還要評(píng)估組件供貨商過(guò)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(gè)廠商選擇問(wèn)題，再加上汽車電子多需因不同車種有不同的客制設(shè)計(jì)，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(wèn)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(duì)是個(gè)問(wèn)題。輕者，這種干擾會(huì)導(dǎo)致收音機(jī)和電視機(jī)接收質(zhì)量差；重者，在極端情況下，甚至?xí)?dǎo)至汽車上的電子系統(tǒng)產(chǎn)生失效的情況。為了降低這個(gè)問(wèn)題，辦法就是讓微處理器與電源透過(guò)擴(kuò)頻時(shí)鐘產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)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(dá)成降低EMI的作用。
未來(lái)汽車中的電子產(chǎn)品會(huì)比現(xiàn)在還會(huì)更加復(fù)雜許多，這絕對(duì)是不容抹滅的事實(shí)。如果不采取相應(yīng)的方法解決電子產(chǎn)品增多帶來(lái)的干擾問(wèn)題，那么今天遇到的可靠性問(wèn)題還會(huì)變得更嚴(yán)重，而且這不僅是客戶滿意度問(wèn)題，甚至還會(huì)變成汽車安全上的設(shè)計(jì)憂慮。
△圖說(shuō)：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(jì)是維持系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保障，而擴(kuò)頻時(shí)鐘則有助于系統(tǒng)通過(guò)EMI認(rèn)證，而且可以減少電子系統(tǒng)對(duì)濾波、遮蔽的干擾。
未來(lái)趨勢(shì)與新的設(shè)計(jì)方式
那么，應(yīng)該要如何因應(yīng)以解決上述的問(wèn)題？是否應(yīng)該要重新回歸到傳統(tǒng)化油器時(shí)代呢？
其實(shí)不然，設(shè)計(jì)者只要透過(guò)與汽車制造商緊密合作，并在設(shè)計(jì)的初始階段就能仔細(xì)關(guān)注到每個(gè)設(shè)計(jì)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(duì)一般汽車駕駛者而言，一旦汽車發(fā)生故障現(xiàn)象，其問(wèn)題大都源自系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段而不是生產(chǎn)階段。因此，一旦設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中沒(méi)有解決可能發(fā)生故障問(wèn)題的根源，生產(chǎn)線的組裝過(guò)程自然不可能在生產(chǎn)過(guò)程中排除這些潛藏問(wèn)題。另外，沒(méi)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(jí)的方法是不能解決所有問(wèn)題，系統(tǒng)與組件必須要雙頭并進(jìn)。
因此，汽車電子制造廠商欲完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，以提高未來(lái)汽車的質(zhì)量，同時(shí)考慮到卓越的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與出色的組件可靠性，這些都必須要系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段時(shí)完善地規(guī)劃，因?yàn)橄到y(tǒng)架構(gòu)問(wèn)題在后來(lái)的設(shè)計(jì)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(lái)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(jì)者，在功率、熱量和空間限制的考慮上，必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃階段就要能夠發(fā)展出最佳的解決方案。雖然說(shuō)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(shì)下，未來(lái)1臺(tái)汽車就有可能會(huì)搭載100個(gè)以上的智能化子系統(tǒng)，如此一來(lái)便會(huì)快速消耗儲(chǔ)存于汽車電瓶中的電量；因此，諸如此類的限制因素，可能對(duì)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(jì)必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，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(yàn)證技術(shù)還是不夠的。
再者，從過(guò)去發(fā)展過(guò)程來(lái)看，汽車設(shè)備制造商一直把重點(diǎn)放在單個(gè)組件的質(zhì)量上，借以確保電子組件、系統(tǒng)IC運(yùn)作時(shí)的可靠質(zhì)量。這個(gè)過(guò)程確實(shí)很重要，但是只有這種過(guò)程還不能確保系統(tǒng)的可靠性，就像1個(gè) 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(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然很容易就能通過(guò)組件的合格性測(cè)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(wú)法獲得百分之百確定性。
比方說(shuō)，同時(shí)接通頂部和底部的閘極驅(qū)動(dòng)組件，那么即使該電子IC組件本身不會(huì)有任何問(wèn)題，但仍可能會(huì)損壞外部的金氧半場(chǎng)效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET)；因此，這類問(wèn)題不容易從組件測(cè)試階段時(shí)，就能夠被完整地檢測(cè)出來(lái)。
△圖說(shuō)：電子產(chǎn)品在汽車中會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，這種趨勢(shì)是不可阻擋的，但是如果按照現(xiàn)在這樣的趨勢(shì)發(fā)展下去，那么電子系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題，將使得汽車設(shè)計(jì)發(fā)生嚴(yán)重的瓶頸。因此，必須改變傳統(tǒng)汽車電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jìn)行測(cè)試后能夠合乎標(biāo)準(zhǔn)，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(xì)地選擇IC供貨商。汽車電子設(shè)計(jì)廠商必須要檢視組件供貨商過(guò)去的故障率，并進(jìn)一步了解該組件供貨商的質(zhì)量文化，而這必須要通過(guò)電路設(shè)計(jì)師、測(cè)試工程師，以及芯片設(shè)計(jì)者，同時(shí)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(jì)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(shì)的組件，這一點(diǎn)也很重要。在選擇組件廠商時(shí)，不夠充分的應(yīng)用支持、交貨不夠準(zhǔn)時(shí)，以及附加的外部組件所帶來(lái)的成本，這都必須經(jīng)過(guò)周延考慮。最后，只要有可能選擇到專門為嚴(yán)格汽車環(huán)境設(shè)計(jì)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(dá) 150℃的溫度變化幅度。對(duì)于電源組件來(lái)說(shuō)，僅規(guī)定組件的額定工作溫度為 125℃還不夠，因?yàn)楣ぷ鳒囟葧?huì)高于環(huán)境溫度，因此必須要隨時(shí)保持暢通的子系統(tǒng)，就應(yīng)該采用具有非常低的待機(jī)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(dòng)和負(fù)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(jì)師與組件設(shè)計(jì)師的互動(dòng)過(guò)程勢(shì)必不可缺少。因?yàn)榻?gòu)出汽車電子設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)朝向合理化，仔細(xì)選擇組件供貨商，以及專門為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的組件，絕對(duì)是未來(lái)保證汽車可靠性的關(guān)鍵因素。
換句話說(shuō)，組件的可靠性雖是基本要求，但是只有組件級(jí)可靠性的基本要求，在汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，卻是絕對(duì)不夠的。
（轉(zhuǎn)載）
