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车规级芯片技术发展趋势与芯片封装清洗介绍

合明科技 👁 1886 Tags:​MCU技术车规MCU车规级芯片封装清洗

汽车电子中所使用的半导体即车规级芯片,主要有主控芯片(MCU/SoC),功率芯片(IGBT),传感器芯片(CIS)和存储芯片(Flash)四大类,车规级芯片广泛应用于汽车的动力系统、智能座舱及自动驾驶系统,是汽车电子不可或缺的核心元器件。


一、MCU芯片介绍

MCU即微控制单元(Micro Controller Unit),又称单片机(Single Chip Microcomputer),是将CPU、存储、外围功能都整合在单一芯片上具有控制功能的芯片级计算机,作为高度集成的微型计算机控制系统,单片机具有系统结构简单、可靠性高、处理功能强、低电压和低功耗、环境适应能力强等特点,已广泛应用于汽车电子、工业控制、仪器仪表、家电等领域。

在汽车电子的各个系统当中,往往需要采用车用MCU(车用微控制器)作为运作控制的核心,负责各种信息的运算处理,用于汽车的动力总成、辅助驾驶、网络互联、底盘安全、信息娱乐以及车身电子等方向。

1 ► MCU的基本结构

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构成MCU的几个重要组件包括:

(1)中央处理器(CPU)

CPU是单片机的大脑。它由算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU)组成。CPU读取、解码和执行指令以执行算术、逻辑和数据传输操作。

(2)存储单元

任何计算系统都需要两种类型的存储器:程序存储器和数据存储器。程序存储器,顾名思义,包含程序,即要由CPU执行的指令。另一方面,数据存储器需要在执行指令时存储临时数据。通常,程序存储器是只读存储器(ROM),数据存储器是随机存取存储器(RAM)。

(3)输入/输出端口

单片机与外部世界的接口由输入/输出端口(I/O端口)提供。开关、键盘等输入设备以二进制数据的形式从用户向CPU提供信息。CPU在接收到来自输入设备的数据后,执行适当的指令并通过LED、显示器、打印机等输出设备做出响应。

(4)定时器/计数器

单片机的重要组件之一是定时器和计数器。它们提供时间延迟和计数外部事件的操作。此外,定时器和计数器可以提供函数生成、脉宽调制、时钟控制等。

(5)总线

单片机的另一个重要组件,但很少讲到,它就是系统总线。系统总线是一组连接线,将CPU与其他外围设备(如内存、I/O端口和其他支持组件)连接起来。

2 ► MCU的工作原理

MCU的工作原理是逐条执行预存指令的过程,不同类型的单片机有不同的指令系统。为了让一个单片功能自动完成某项具体任务,必须将所要解决的问题编成一系列的指令,并且这些指令必须是由一个单独的函数来识别和执行的,这样一系列指令的集合就变成了程序,这些程序需要预先储存在有存储能力的存储器中,也就是我们常说的内存。

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由于程序是按顺序执行的,因此程序中的指令也是一条条地存储,MCU在执行程序时要将这些指令逐个提取并执行,必须拥有能够跟踪指令所在存储单元的功能,这个部分就是程序计数器PC(包括CPU在内),当程序开始运行时,PC将会被分配到程序中每一条指令的存储单元,并一一执行该项指令,PC中的内容自动增加,增加量由这个指令长度决定,每一条都指向下一条指令的起始地址,保证指令顺序执行。

内核架构是影响MCU性能的一个关键要素,更优秀的运算单元需要更先进的内核架构。十几年前,各大MCU厂商均采用各自的内核,如瑞萨采用RX内核,飞思卡尔采用PowerPC,微芯采用PIC,Atmel采用AVR。随着ARM推出Cortex-M架构并开展了独特的开创IP授权的模式,以其软件代码的共享和高兼容性、高密度指令集等特点,现已逐步占据主导地位。

3 ► 车规MCU的种类

车规MCU按位数可分为8位、16位和32位。位数即MCU单次处理数据宽度,位数越高,MCU性能越强。


8位MCU成本/功耗低,便于开发,性能可满足大部分场景需要,广泛应用于基础功能如风扇、雨刷、天窗,座椅控制等领域。32位MCU运算能力更强,能满足高速处理的需求,多用于解决复杂场景问题,如汽车智能座舱、车身控制、辅助驾驶,行车安全系统等领域。32位的CPU内核以ARM为主流架构,由于CPU指令集庞大,软件开发难度较高,单价一般数倍于8位MCU,因而也有较高的研发壁垒。

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从不同位数MCU规模占比来看,目前全球MCU芯片产品以32位为主。受益于其体积小性能优的特性以及汽车智能化的趋势,32位MCU销售额占比已经从2010年的38.1%提升至2015年的53.7%,进而跃升至2021年65.8%。随着汽车智能化和电动化进一步发展,汽车电子功能将日趋复杂,势必推动车规MCU向更高性能,更小尺寸,更低功耗的方向发展,32位芯片占比有望进一步提高。


MCU技术发展趋势

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1 ►更高算力

随着汽车智能化程度的不断增加,车规级MCU将向多功能集成、高算力及超低功耗方向发展,且使用数量也会随之增加。同时,未来智能汽车中大量使用的车载传感器、车载摄像头,也需要高性能的MCU来做模拟数据的运算处理与驱动控制。因此,在未来更高阶自动驾驶等级的汽车中,加以多传感器融合的大趋势下,总线宽度32位乃至64位高算力车规级MCU将成为主流产品,而8/16位中低端MCU则会被更高制程的SOC所集成,失去增长动力。

2 ►  更高集成度

由于集成更多功能,主控芯片的算力要求会指数上升,部分MCU会和GPU,DSP,NPU和AI处理单元等不同类型芯片共同被集成到SoC(系统级芯片)上。SoC是MCU集成度更高的结果,其功能更复杂,资源利用效率更高,可胜任如无人驾驶和智能座舱等需要高算力的场景。

3 ►  更高开放度

由于ARM内核IP授权费高昂(芯片售价的2%-15%),很多厂商已开始基于开源的RISC-V内核开发MCU,如瑞萨,英特尔,兆易创新等。RISC-V不仅完全免费开源,还具有低功耗,指令集精简,设计编译简单,支持模块化和可拓展等的特点,这和车规级MCU场景碎片化,功能模块化的特点十分契合。

车规级芯片封装清洗:

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

合明科技运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用合明科技水基清洗剂产品。

 

 


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