車用電子

由外貿協會主辦的AMPA品牌旗下包含：「台北國際汽車零配件展(Taipei AMPA)」、「台北國際車用電子展(Autotronics Taipei)」、「台灣國際機車產業展(Motorcycle Taiwan)」(簡稱AMPA三展)，於10月21日至24日在南港展覽2館舉行中，2020年展覽聚焦汽車工業未來趨勢「自駕化」、「電動化」、「聯網化」及「共享化」，共規畫9大主題展區及多項周邊活動，疫情下仍獲90家國內外業者熱烈支持，展出超過300多項產品和技術，外貿協會亦整合O2O虛實服務，助業者搶攻復甦商機，為本年度全球車輛產業眾所矚目的實體展盛事。 疫情衝擊全球商業生態，2020年AMPA三展自2020年4月展期延期至10月，在國境未完全開放下，具有外銷導向的全球第4大汽配展，展覽規模確有縮減，但強化線上活動突破國界及時間限制，服務有拓銷國內外市場及展示需求90家業者。因應汽車供應鏈轉為區域化布局，台灣傑出的防疫表現，加上彈性的製造結合深厚的資通訊實力、享譽國際的產品和服務品質及貼近主要市場等優勢，運輸工具在台商回流及外人投資大幅增加下，9月出口金額已開始較去年同期小幅反彈成長2.5%達9.79億美元，預期明年將大幅復甦回升。該展獲得國內指標業者包括:華城電機、拓連科技、大可電機及飛鳥車用電子等企業鼎力支持；在台知名外商有台灣昭和電工(Showa Denko)、台灣希悅爾(SEALED AIR)、台灣艾普凌科(ABLIC)、台灣愛普生(Epson)及德州儀器(Texas Instruments)等，看準國內車市迎來報復性需求也力挺支持該項展覽。 因應防疫，主辦單位外貿協會於實體展期間推出一系列線上服務「AMPA Digital Plus Edition」，包含線上虛擬展、一對一視訊採洽會、線上論壇直播、線上新產品發表會及全新規畫的線上展場直擊，以零接觸及零時差方式增加參展廠商與國外買主的互動交流，更讓買主也能身歷其境，見證台灣汽機車零配件與車電產業充沛的創新研發能量與彈性製造競爭力。其中，視訊採洽會已邀請到包含年營業額超過250億美元的歐洲第二大汽車零配供應商、德國知名改裝配件製造商SIP Scootershop及雪佛蘭巴西經銷商Nova Chevrolet等重要買主報名參加。主辦單位特別邀請鵬揚工業、親元企業及元力智庫等13家廠商錄製英文新產品發表影片，於展期間上架，協助展商與國外觀賞買主互動。 此外，展期間亦舉辦國際論壇、汽機車達人開講及改裝酷車展示等多項周邊活動。展覽第一日(21)及第三日(23)規畫的車聯網及電動車趨勢論壇，更匯聚近期跨界車輛產業的半導體巨擘輝達(Nvidia)與安謀(ARM)、攜手5G共頻共網的遠傳及亞太電信、積極與國內充電業者布局電動車市場的台灣捷豹(Jaguar)及屢獲國際學生方程式賽車佳績的清華大學等跨界講師分享產業技術與趨勢，勢必將為全場帶來精彩火花。 2020年AMPA三展與「台北國際電子產業展」同期展出，深化車輛產業與新科技的鏈結度，展期四天預計吸引逾5,000名國內外參觀者。歡迎國內外業者至官網預先登記，展期間憑名片免費換證入場參觀，或至粉絲頁瞭解活動資訊。

本文將依據ISO 26262針對嵌入式安全系統開發提出的相關建議，介紹高壓(HV)電池電動車的功能安全概念，其中將涵蓋ISO 26262的方法，並考量依此安全概念完成的不同工作產品： ．ISO第3部分—項目定義、風險評估、安全目標定義。 ．ISO第3部分—高壓牽引變頻器功能安全概念。 ．ISO第4部分—高壓牽引變頻器技術安全架構。 ．ISO第4部分—系統故障檢測及響應。 汽車硬體設計需定義安全項目 汽車電子元件日漸增多為汽車產業的共識。汽車開始變得更加精密複雜，並納入各種感測、思考及執行功能以輔助駕駛使用，電子元件的形式已經改變。特別是油電混合車及電動車將大幅成長，而自駕功能也是一樣。 朝向全電池電動車的目標發展需經過多步驟程序，其中包含由基本的電氣化系統轉變為功能更豐富的系統，並包括移轉所有高功率負載。業界在前述轉變過程中的關鍵挑戰之一，就是確保系統承受峰值狀態的強健程度。 市場迅速成長，許多國家以政策獎勵促進成長。而各界擔憂長期永續發展問題，因此強烈要求對排放、材料及製程訂定更嚴格的法規。不過目前電動車的商業模式無法讓OEM長期獲利的問題需待解決，因為基本電動車的平均預估成本仍是一大問題。OEM將尋求各種方式消弭成本落差，如在內部自行處理更多設計工作，或是跳過第一層供應商，直接與IC供應商接洽。這裡所面對的困難，在於以全新方式結合ECU及成套功能，以整合嵌入式電子架構。 因此業界合作夥伴密切合作，加速找出方法因應以上限制。其中一種方式為開發參考設計，結合系統知識及安全專業。這代表參考設計從一開始就要納入關鍵安全系統要素。若要開發硬體參考設計的安全概念，必須能定義安全目標、概念及功能，讓預定項目能夠識別適當的系統實作，進而納入系統設計中。 ISO 26262 V週期程序流程 ISO 26262針對車輛安全系統產品的各個開發階段提供建議及準則，協助達成適當程度的功能安全成熟度。ISO在第2、第8及第9部分說明程序及方法，此外也說明V週期專案開發過程中，有關特定工作產品的技術層面，以及需要執行的各項審查(圖1)。透過第一層供應商或系統供應商，V週期由上而下，從OEM到IC供應商考量功能安全開發事宜。視公司在電動車開發中所負的責任而定，開發階段期間可能適用第3、第4、第5、第6及第7部分的內容，或選擇量身打造。 圖1　ISO 26262 V週期程序流程 如果以系統供應商開發變頻器模組作為電動車SEooC為例，就可適用第3部分的用途假設、第4部分的系統、第5部分的硬體、第6部分的軟體，以及第7部分的主要生產。而第10及第11部分為ISO 26262的應用準則。 V週期需參考設計安全概念 如簡介所述，IC供應商預期及開發系統ECU的方式，與傳統第一層相同。如此可加速開發時間，提供標準交付項目，並有利於整條生態鏈。其中的目標並不一定是提供解決方案，達到第一層所能提供的相同成熟度，而是為第一層加速開發工作產品。不過，為了適當定義安全概念，使其盡可能接近客戶安全概念，應針對ISO各部分內容進行開發作業。除了專門用於第一層量產的第7部分以外，IC供應商的重點就是因應V週期的各部分需求(圖2)。 圖2　ISO 26262 V週期程序流程 第3部分引導協助建立安全概念，定義目標系統中的項目，其中也包括初步功能安全架構，以及功能安全概念不應違背的可能危害及安全目標。本部分內容可協助客戶輕易瞭解業者提出的參考設計內容是否與其應用相符。 第4部分為技術說明及定義，以所需系統產品的系統架構需求為依據。本部分也定義及分析所有系統故障，以便定義診斷達到適當的安全層級。 第5部分及第6部分是軟硬體架構開發的V週期以及相關原型。本文涵蓋所有安全驗證及認證要點，並協助確認安全概念。 高壓變頻器開發安全目標/架構剖析 ISO 26262說明需要定義的項目，以便系統概念開發著手進行。 項目定義 這將釐清預定項目及系統的範圍與邊界，以及初步項目架構(圖3)及分配的功能假設。 圖3　電動車的高壓變頻器 在電動車的高壓變頻器範例中，功能假設可概述如下：變頻器是電動車的主要牽引系統，依據車輛控制單元(VCU)提出的扭矩需求，負責控制電源(HVDC電池)及電動馬達機械軸之間的能量轉換。VCU解讀駕駛指令，作為電動馬達的加速或減速要求。變頻器將此扭矩要求轉譯為進入牽引馬達的相位電流。在較先進的電池電動車中，通常是以沒有離合器的簡易變速箱連接馬達軸及車輪。 這是本文的第一項假設，其中關鍵是要具體明確，因為如果車輛設置離合器，安全概念及安全狀態就會不同。就現有的情況而言，萬一發生危害，駕駛或電動系統光是斷開電動馬達與車輪之間的連接，將不可能停止車輛牽引。 HARA及安全目標 HARA及安全目標的定義，一般是在OEM層級進行的大型分析，並提供給第一層供應商，作為對預定開發系統的需求。此項程序於ISO 26262第3部分定義，目標是分析定義項目故障時對人類的影響。其中提出所有可能駕駛及非駕駛情境有關的所有可能EE系統故障，同時考量各種操作及環境條件(圖4)。 圖4　EE系統情境 ISO 26262 ASIL表格(圖5)使用一組風險參數定義ASIL等級，涵蓋品質管理(QM)至最嚴重的ASIL D。這樣就能依據此項排名，針對危害指定相關的ASIL等級。一旦識別危害及安全目標，就能針對各項危害定義安全狀態及故障容錯時間間隔。安全目標是最高層級的功能安全需求，並由此衍生所有其他的安全需求。 圖5　ASIL表格 第二層供應商，很難由OEM取得這些安全目標及危害資訊。不過必須能夠對自身開發的任何系統，提出所考量使用案例的明確證據，包括合理分析的HARA，以便為客戶釐清安全目標。筆者考量合理的情境選擇，主要將重點放在最糟的情況。電動車高壓變頻器的危害及安全目標清單範例如圖6所示。 圖6　電動車高壓變頻器的危害及安全目標範例 功能安全概念 有了以上的假設、項目定義，以及危害和安全目標，就可定義第一批高階系統功能。之後將定義首要功能需求(FR)及相關的高階功能安全需求(FSR)用於功能安全架構(圖7)。 圖7　功能安全架構 高壓變頻器的功能安全架構，則可概述為圖8所示的主要功能及安全功能。 圖8　功能及安全功能 ASIL等級和FTTI與安全目標衍生及直接承襲的安全需求有關。之後ASIL等級會傳播給ISO第4部分所述的較低層級需求與技術系統安全架構。 因此在此功能層級中，項目定義、危害及安全目標假設，以及功能安全架構及需求，都是IC供應商客戶的第一批首要交付項目。這些首要交付項目應協助他們瞭解個案研究及開發的參考設計是否與其想要開發的應用相符。如果並未完全相符，就需分析其中落差並建立行動計畫，以合併客戶及供應商的安全概念。 技術安全概念滿足實作需求 技術安全概念是指依據安全及非安全需求完成的系統架構設計，其中提供系統架構適當性的理由，以滿足第3部分實作的項目定義、安全目標及功能安全需求的安全需求及設計限制。 技術安全概念之後將分隔，並代表達成預定項目及系統功能所需的全部軟硬體子要素功能。必須指定所有安全機制及故障偵測反應，以避免在技術功能故障時違反安全目標(圖9)。 圖9　技術安全概念 ISO 26262建議對系統設計架構執行安全分析，例如FTA或安全FMEA，以定義這些安全措施。這有助於詳盡識別所有可能以單點故障或潛在故障形式違反安全目標的系統故障。之後會以故障偵測功能處理各項故障，以減輕故障及降低其嚴重性。 使用此項安全分析可建立安全機制清單，衍生成為新的安全需求，然後分配至所有安全相關的系統架構區塊，並於安全分析時加以識別。所有安全機制定義，是以偵測故障的運作、技術及時間條件為依據(圖10)。安全機制技術定義可提供證據及適當反應，足以在FTTI之前達成安全狀態，而且不會違反項目的安全目標。 圖10　故障反應定義 安全機制可能是硬體或軟體。故障及安全機制清單有助於定義軟硬體架構，以及執行ISO第5及第6部分的FMEDA。 各項故障偵測的反應已被定義。擬定此反應流程的目的是讓系統回到安全狀態。在使用電動車高壓變頻器的情況下，安全狀態的定義相當複雜，原因是有大量能量流入電動馬達。在部分情況下，這可能會造成不穩定狀態而無法確保系統要求的安全狀態。 因此，依據定義安全機制彙總的系統故障清單，應由故障相關的適當安全狀態適當完成。本項系統故障偵測及反應矩陣為恩智浦在系統安全啟用範圍內提供的部分交付項目。 於ISO 26262第4部分開發的不同工作產品，包括技術安全架構及需求、安全分析及系統故障矩陣，可有效協助客戶評估業者提出的參考設計，提供安全完整性證據，證明能夠達成預期的功能安全完整性。這些工作產品就是TSC滿足項目頂級安全需求的論據及理由；此外，還向客戶提供可重複使用及微調的資料，以便將參考設計個人化，配合客戶本身的應用開發工作。 安全狀態定義 安全狀態定義以及在安全狀態中要求過渡的所有故障事件，也是技術安全概念的重要一環。安全狀態機器、安全狀態定義及圖式和過渡需求，均於此技術安全概念中定義。 就變頻器模組而言，其中存在多項複雜的安全狀態。故障時的安全狀態目標，就是停止車輛推進，因此要向電動馬達提供0扭矩。最直接的解決方案，就是斷開所有變頻器的IGBT，讓電流不會再送往電動馬達。不過視駕駛狀況而定，這可能對馬達產生高度的煞車力—直接作用於車輪，尤其是在高速情況下，對駕駛而言可能相當危險。 斷開所有IGBT，並不一定是讓車輛回到安全狀態的解決方案。就以上範例而言，安全狀態可能是讓馬達的三個相位短路，因此需要斷開或關閉所有三個高側或低側IGBT。圖11概述高壓變頻器系統的三種主要安全狀態。也存在其他選項，如降低電力或由PWM確保0扭矩控制。 圖11　主動短路三個馬達相位 圖11.1　主動短路三個馬達相位 圖11.2　三相位開路 圖11.3　三相位開路 安全架構客製化符規格要求 在此部分的ISO 26262中，大部分軟硬體工作產品均以類似方式量身打造，符合軟硬體需求規格。本階段僅開發軟硬體架構、示意圖及配置。如前所述，目標並不是比照第一層提供通過認證的變頻器模組，而是建立參考設計供客戶使用，作為包含安全概念的Asample原型。這樣客戶就能在開發及原型階段增加三至六個月的時間。 硬體安全架構 為了產生Asample原型，其中假設之前識別的程序流程及工作產品，具備足夠的成熟及詳細程度，能夠建構適當的Asample硬體安全架構，並向客戶提供證據，證明已考量及滿足其關切的安全問題。 接著將依據以上假設及定義，由系統安全概念衍生硬體安全架構。其中將選擇及附加所有IC元件，以滿足有關診斷以及對安全狀態反應的安全需求。在此恩智浦提出的參考設計，是以該公司IC建構完整架構。為打造安全系統，需將建立硬體架構原型，以便透過注入系統故障的方式驗證安全概念。而在技術安全概念中定義的系統故障及安全機制將接受測試；原型則支援業者在軟體系統啟用套件中，所提供的軟體應用開發及安全機制程式庫。 硬體FMEDA搭配IC系統故障模式 安全分析是ISO 26262的重要環節。FMEDA等安全分析會在不同的系統層級執行，是業者與客戶分享的重要交付項目。由於FMEDA在IC層級的目的是執行詳盡完善的IC故障分析，因此通常過於詳細，並不適合在系統層級使用。 為了簡化詳細FMEDA的結果，需要在系統故障模式中由IC故障模型重組故障。例如閘道驅動器的所有內部邏輯故障，可利用相關的λsafe、λMPF及λRF重組為一個故障模式(FM)內部邏輯。之後這些數據就可在系統層級導入更高層級的FMEDA。 這項概念雖然簡單，但系統安全分析所需的精細度，將成為複雜度的來源。有些故障可輕易重組，但有些故障仍然必須維持低度的詳細程度。例如在電源管理IC中，負責系統點火的輸入僅由系統安全機制保護，而不是IC安全機制。在這種情況下，重要的是確保獨立研究此項針腳及故障，不要與其他區塊重組，以避免單點故障。 軟體安全架構 圖10中開發的故障反應表，是ISO 26262第4部分的一部分，強調系統需要執行的定期檢查及反應清單，其中大部分檢查程式都是在軟體執行。為了簡化使用此項安全概念，恩智浦已開發一項軟體程式庫交付項目，可實作這類檢查程式及程式庫(圖12)。 圖12　硬體安全概念 此程式庫是由多個模組組成(圖13)。 圖13　簡化的安全變頻器程式庫架構 ．檢查程式是應用程式診斷功能，會定期呼叫使用，如馬達強度檢查、扭矩監控檢查程式和電流感測器檢查程式。 ．安全管理程式負責計數故障，於超過臨界值時呼叫反應管理程式，此外也負責在初始階段期間注入故障，以驗證各項檢查程式是否正常運作。 ．安全管理程式偵測到故障後，反應定序器負責讓系統轉移至安全狀態。 ．其他必要的模組，如核心間通訊負責管理非安全核心(QM)間執行馬達控制時的資訊分享，安全核心(ASIL D)則執行安全檢查，此外，記憶體管理則負責保證核心間隔離。 本文所述的參考設計遵循ISO 26262開發程序提供技術工作產品，對客戶而言相當寶貴。這項參考設計不僅協助加速開發時間，也提供一定程度的技術安全架構，說明分配至各個故障類型的故障及安全機制。本項提案硬體架構安全完整性層級的成果證據，是本套件的部分內容。因此客戶能夠依據需求判斷、重複使用及修改內容，達成自身的概念假設。 (本文作者皆為恩智浦半導體資深研發工程師)

羅姆半導體副總經理周建光表示，羅姆看好車用商機，下一個車用電子發展重點是功率元件，期望滿足車用能源需求，並預計五年內達到50%以上的總營收來自車用電子。此次羅姆與勇昇科技、偉詮電子攜手，推出數位電子後視鏡解決方案E-mirror，從影像技術著手補助駕駛安全。 左起為偉詮電子業務副總莊明冬、羅姆半導體副總經理周建光、羅姆半導體副總經理陳宗鼎、勇昇科技業務部經理柯志信 市售電子後視鏡的功能多延伸自行車記錄器，只能記錄車子前後鏡頭的影像，羅姆半導體副總經理陳宗鼎提及，E-mirror搭載影像顯示控制器、ADAS處理器與三顆鏡頭。透過羅姆的控制器晶片處理影像，能合成三個鏡頭的畫面，並進行畫面校正與快速的解析度處理。羅姆半導體資深工程師俞復中進一步說明，E-mirror的三分割畫面有助於顯示更寬廣的視角，同時使用螢幕顯示(On-Screen Display, OSD)將胎壓、油量等資訊顯示在後視鏡螢幕上，並提供異常示警功能。 陳宗鼎認為，汽車影像是未來趨勢，E-mirror從ADAS的需求切入，做出架構簡單的產品，兼顧平價與快速的特性。勇昇科技業務部經理柯志信說明，有些ADAS系統採用毫米波或雷達偵測路況變化，但是一個不含處理器的雷達就要價台幣1200~1300元，且毫米波誤報的問題也時有所聞。而使用影像解決方案，完整的產品價格大約台幣350~400元，在成本上極具競爭力。 針對E-mirror的安全規範，俞復中解釋，產品符合AEC-Q100標準，其他的法規將依照車廠與不同國家的要求進行認證。現階段美國、日本及歐洲規定電子後視鏡必須在汽車發動兩秒內顯示影像才能符合車規，而E-mirror在車輛啟動後0.5秒即可顯示。柯志信表示，目前E-mirror的銷售已經跟台灣的車廠洽談合作，朝向中高階車款的前裝市場布局，有望成為特定車款的標配。

愛亞系統(IAR Systems)是全球嵌入式系統開發工具商，總公司位於瑞典烏普薩拉，全球有超過46,000公司、150,000以上的用戶。IAR Systems日前宣布台灣分公司正式直接營運，以回饋用戶長期的信任與支持，同時為客戶提供更有效率的服務、更優惠的價格以及原廠技術支援。這是IAR Systems亞太區繼日本、南韓、中國後的第四間辦公室。 長期以來，IAR Systems 透過亞洲其他分公司與本土經銷商提供產品與服務給台灣客戶。如今，在公司全球化策略以及台灣MCU市場的強大淺力下，決定在台成立直接分公司。除了全球的好表現外，IAR Systems在亞太區的表現也不遑多讓。在日本，前50大的製造公司有47間利用IAR的產品進行編譯與程式碼優化，創造出了非常多享譽國際的高品質產品。亞太區負責人上村清史表示，在過去的代理銷售下，該公司與客戶建立了深厚的關係。台灣對IAR來說是非常重要的市場，很期待藉由台灣分公司的成立，進一步擴大IAR亞太市場的版圖。 IAR Systems台灣業務經理林其禹表示，在台灣，很多消費者知道IAR，但卻不清楚IAR能帶給企業怎麼樣的價值。更直接的跟客戶溝通也是IAR Systems在台灣成立分公司的主要目的之一。IAR Systems專注於提供用戶高品質的體驗，除了產品本身能編譯出業界較優化的程式碼之外， 也發行了取得國際認證的功能安全版本，能夠大大減輕車用電子、醫療器材等高安全要求產業的認證負擔。另外，該公司看中RISC-V架構在亞太區的成長性，發行了目前市場上商業級RISC-V的系統開發工具。進入台灣後，也將提供更完整的原廠技術支援以及定期的教學課程給台灣的客戶。 IAR Systems 希望藉由在台設立分公司，更加貼近台灣客戶的需求，利用自身優異的產品性能幫助台灣企業創造更優質的產品、躍上國際舞台以取得成功。更多IAR請洽官網https://www.iar.com/

意法半導體(ST)日前公布截至2020年3月28日的第一季財報，第一季淨營收達22.3億美元，毛利率為37.9%，營業利潤率則達10.4%，淨利潤為1.92億美元，稀釋每股盈餘21美分。 意法半導體總裁暨執行官Jean-Marc Chery表示，2020年第一季淨營收較去年同期增加7.5％，其中影像產品銷售營收漲幅居前，其次是類比元件和微控制器，而汽車、功率離散元件和數位產品的銷售下滑。營業利潤率成長則至10.4％，淨利潤亦增加了7.9％，達1.92億美元。第一季營收相較季度初步預測的中位數減少約5%。新冠病毒肺炎疫情在全球爆發，隨著各國政府相繼採取防控措施，為該公司的製造和物流帶來挑戰，尤其是在本季末最後幾天對物流的影響。第一季毛利率為37.9％，基本符合預期的中位數目標。第一季淨財務狀況穩定，總計6.68億美元，可用流動資金達27億美元，可用信貸額度則為11億美元。 展望第二季，該公司會將市場環境需求下滑，尤其是車用電子市場，以及因受政府管控措施之影響而對生產營運和物流帶來的挑戰列入考量，預計ST所有工廠都將正常營運，不過其中一些工廠將降低產能，當前閒置產能支出估計約400個基點。公司力保2020全年營收在88億至95億美元區間，下半年較上半年之營收預計增加3.4億至10.4億美元，其成長動力來自已啟動的客戶計畫和供應限制取消，具體增幅將取決於市場發展變化。ST已將2020年資本支出計畫從15億美元下調到10億至12億美元區間。 淨營收總計22.3億美元，較去年上揚7.5%。其中影像晶片、類比元件和微控制器的部分業績成長抵消了車用晶片、功率離散元件和數位晶片的營收降幅。而OEM業務營收增加22.5%，不過代理商營收卻萎縮了21.4%。另方面，淨營收相較上季衰退19.0％，比季度初預測的中位數少了約5％，這是因為新冠病毒肺炎疫情在全球蔓延，隨後世界各國政府相繼採取防控措施，為製造和物流帶來了挑戰，特別是在本季末的最後幾天，為物流帶來巨大挑戰。所有產品部門營收皆較上季下滑。 毛利潤總計8.46億美元，較上年增加3.5%。毛利率為37.9%，較去年同期下滑了150個基點，這主要受到價格壓力和閒置產能支出的影響，包括與新冠病毒肺炎疫情相關的勞動力管控措施。第一季毛利率較公司預測的中位數低10個基點。 營業利潤總計2.31億美元，比去年同期的2.11億美元提升9.4%。營業利潤率較去年下滑20個基點，並占淨營收10.4%，而2019年第一季則為10.2%。淨利潤和稀釋每股盈餘分別為1.92億美元和21美分，而去年同期則分別為1.78億美元和20美分；第一季資本支出(扣除資產銷售營收)為2.66億美元。去年同期，淨資本支出則為3.22億美元。本季度的庫存為17.7億美元，相較去年持平。季末庫存周轉天數為116天，低於去年同期的124天。 第一季自由現金流(非美國通用會計原則)為1.13億美元，去年同期則為負6,700萬美元。第一季，公司現金股息支付總計5,300萬美元。作為過去提出之股票回購計畫的一部分，本季公司完成6,200萬美元的股票回購操作。截至2020年3月28日，意法半導體淨財務狀況(非美國公認會計準則)為6.68億美元；2019年12月31日的淨財務狀況為6.72億美元；第一季度，總流動資產為27.1億美元，總負債則為20.4億美元。

盛群(Holtek)新推出CAN Bus介面控制IC HT45B3305H，CAN實體層可支援最高達1 Mbit/s的高速網路，為工業通訊應用帶來良好性能，適合應用在車用電子(如車身控制模組、方向盤/車窗周邊控制、汽車照明、空調控制)，智慧建築(如電梯/扶梯、HVAC控制、照明模組)和工業控制(如工業4.0應用、警報控制、實時/遠端監控)等領域。 HT45B3305H整合Bosch公司授權的CAN IP模組，支援CAN 2.0A/B協議，並符合ISO11898-1:2003規範，內建32個通道(Message Objects)提供資料傳輸，可支援Received Enhanced Full CAN架構，具SPI及I²C通訊介面，應用溫度範圍-40℃~125℃，提供16NSOP/QFN封裝型式。

為擴大產品組合及開拓全球市場，國巨近日宣布以16.4億美元(約台幣500億元)收購美國被動元件大廠基美(KEMET)，透過此一收購，國巨預計將穩坐全球第三大積層陶瓷電容(MLCC)廠位置，年營收可望達30億美元(約新台幣900億元)，且可擁有更完整產品線，補足車用、5G等高階應用市場。 國巨於法說會上透露，購併基美之後，該公司將走進高階車用領域，車用市場門檻高有助於獲利穩定，因此看好基美會是該公司未來5~10年的成長動能。 KEMET成立於1919年，總部位於美國佛羅里達州，是高階電子組件供應商，在全球擁有23個製造工廠，共計約14,000多名員工。KEMET主要產品包括鉭電容器、陶瓷電容器、感測器以及薄膜和電解電容器等，產品可應用於多種領域，像是汽車電子、工業應用、航空、醫療、智慧手機、雲端/網路設備、5G、無線通訊等。KEMET在全球擁有1,600多個專利和商標，而國巨未來與KEMET合併之後，將可為全球客戶提供一站式的服務。 國巨指出，收購KEMET可明顯擴大該公司的產品組合，為各種應用市場提供伊站式的解決方案；同時，還可以增加該公司的業務範圍，為汽車電子、5G網路和通信、機器人、工業自動化及工業電源等應用領域提供先進的產品，並透過國巨的區域業務和銷售渠道擴展KEMET在大中華地區和東盟地區的業務。除此之外，透過購併KEMET，還可以擴大國巨在北美、歐洲和亞洲的營運規模。 國巨購併基美後將可更進一步拓展全球市場。  

隨著感測器在汽車應用上越來越重要，相關技術也日益發達。目前，低頻(24GHz)毫米波雷達已經達到技術成熟的階段，若成本能夠下降到一定的水準，完全取代超聲波雷達只是時間的問題。同時，高頻(77GHz)毫米波雷達也正在快速發展中，同樣地，高頻毫米波雷達在車用感測器的領域取代低頻毫米波雷達只差成本考量。 產科國際所機械與系統研究組資深研究經理石育賢表示，為了節省系統開發的成本，歐洲晶片大廠現在有一些解決方案是將低頻與高頻毫米波整合在同一個晶片上，就不需要那麼多電子控制單元(Engine control unit, ECU)，藉此降低成本。另外也有整合攝影機和雷達的解決方案，由於毫米波雷達相較攝影機，儘管較不受光線及氣候影響，但辨識物體的能力就不如攝影機，因此整合攝影機也能彌補技術上的不足。 車用高頻毫米波雷達在2019年的趨勢還是緊扣前方防碰撞功能系統。石育賢也指出，現在高階車款都配備高頻毫米波雷達，在車用感測器市場一定占有相當的比例。至於能不能成為標配，就看價格能否降低。除了成本考量，政策也是推動高頻毫米波雷達發展的一大因素。 歐洲現在的政策力推eCall緊急呼叫系統，旨在為歐盟內任何地方發生碰撞的駕駛者提供快速援助。但是從安全的角度來看，主動的安全系統的搭載應該更優先於這類被動求救系統。所以重要性的順序應該是防碰撞第一，再來是緊急煞車系統，最後才是緊急呼叫系統。 然而在台灣，目前出貨還是以低頻毫米波雷達為主。另外，對於台灣車用電子廠商的發展，石育賢呼籲，台灣的ICT產業擁有良好的體質，除了生產代工的水準，也具備程式設計的能力。但工程師對汽車應用環境的掌握度不夠，加上要進入車規的水準生產良率也必須提升一個等級，儘管潛力無窮，但進步空間仍大。 另外，車電市場並不像消費性電子產品，對產品的要求相對嚴苛許多，檢驗也是一大挑戰。石育賢建議國內業者先從元件開始進入汽車一階零組件供應商(Tier 1)市場，再慢慢擴大到能做好一個系統。雖然初期投資成本相當高，可是要進入車用電子市場需要2~3年的時間，而現在就是抉擇的時刻，若現在猶豫不決怕是再遲就來不及了。

本文將分析車用直流馬達的市場趨勢，並說明何以從診斷功能、交換時間的優化、減輕重量和提升可靠度各方面來看，固態驅動器(SSD)都是比較好的設計架構。 預估車用直流馬達系統的需求將穩定成長，未來5年的年成長率約在3.1%左右。車身周邊的需求主要來於自車門鎖、電動後照鏡、座椅調整、清潔劑幫浦、雨刷、車窗開關、天窗和電動滑門等傳統應用(圖1)。但還有許多新崛起且十分吸引消費者的應用逐漸面市，部分實例包括抬頭顯示器(HUD)、隱藏式車門把手、電動尾門、電動車換檔切換器和電動車充電器鎖。考量以上狀況，估計2020年全球各地與車身相關的車用直流馬達需求將達到20億個(圖2)。 圖1　預估車用直流馬達系統的需求將穩定成長，未來5年的年成長率約在3.1%左右。 圖2　車身周邊的需求主要來於自車門鎖、電動後照鏡、座椅調整、清潔劑幫浦、雨刷、車窗開關、天窗和電動滑門等傳統應用。 過去汽車產業一直將繼電器視為一種簡單又便宜的解決方案，用來驅動直流馬達。但這種想法正逐漸改變，現在汽車製造商認為SSD才是更適合新應用設計的選擇。SSD因為具有高度可靠的品質且診斷功能更為強化，很容易就能建置各種創新功能，像是驅動各種可變負載設定檔(例如電動尾門)或控制動作的順暢度(例如車窗開關或座位調整)、消除繼電器開關噪音以及增加豪華感。 最重要的是，全世界的地方立法機構已開始針對汽車的汙染物質和二氧化碳排放設定新的限制，汽車結構必須有所調整，尤其是動力負載的供應，皆必須採用效率更高的電子元件。雖然新標準的衝擊對象將以動力總成(Power-train)系統為主，車身控制模組(Body Control Module, BCM)還是有一部分關聯性。預測2020~2025年間由SSD驅動的直流馬達每年平均成長6.7%，逐漸搶攻繼電器的市占率(圖3)。 圖3　由SSD驅動的直流馬達持續成長，逐漸攻占繼電器市場。 在此情況下，意法半導體便推出SSD相關產品，如M0-7 H-橋系列。M0-7 H-橋系列將邏輯功能和動力結構整合至單一封裝，讓晶片內建智慧功能因此除了從提供簡單驅動作用到還能防止故障，提供先進的診斷和保護功能、減少所需零件數量、提升可靠度並節省印刷電路板(PCB)面積(圖4)。 圖4　汽車應用的馬達控制元件。 使用固態切換器提升可靠度延長10倍使用壽命 繼電器觸點是一種可導電的金屬片，相互連接好讓電流通過。機械式開關觸點常見的問題包括會聽見噪音，還有終端顧客因為感受到機械震動而觀感不佳(尤其是轉換頻率驅動應用)。 除此之外，繼電器切換時會造成電弧噪音，進而產生電磁干擾(EMI)。為了降低繼電器切換噪音，就需要電阻電容減震器(RC Snubber)和續流二極體(Flywheel Diode)等額外零件，但這些額外零件會對最後結構的複雜性帶來負面影響。切換時產生的機電應力，中長期的影響就是會降低接觸電阻和效能，讓繼電器無法使用或縮短壽命。繼電器效能的劣化則會降低可靠度。 固態切換器沒有活動零件，因為機械式觸點已被電晶體所取代，因此不會有電弧接觸、磁場或可聞噪音等問題。輸入控制相容於大部份的IC邏輯系列產品，毋須額外增加緩衝器、驅動器或放大器，可大幅降低印刷電路板的複雜性和面積。結果就是可靠度提升，交換時間最多可增加10倍(圖5)。 圖5　以電晶體取代機械式觸點，可以解決電弧接觸、磁場或是噪音問題。 小型電源封裝有助於節省應用面積 汽車市場朝自動駕駛的方向演進，必須使用越來越多的感測器以及致動器。只要考量相同間隔裡必須裝進更多元件，就很容易可以了解為何所占空間所帶來的限制越來越嚴苛。 通常會使用H橋配置這種拓撲來驅動雙向直流馬達：交替開啟橋式開關，就可能控制馬達方向或煞住馬達。雖然使用繼電器就能輕鬆建置H橋架構，但採用SSD能大幅減少電路板空間。 由於一般繼電器的印記面積約為250 mm2，至少需要500mm2的電路板面積才能建置H橋架構。此外，為建置高電壓瞬態抑制、系統診斷和保護等功能也必須額外附加離散電路，例如緩衝器、運算放大器與感測器。這些額外零件將大幅增加電路板最終尺寸與複雜度，而且會對應用的可靠度帶來負面影響。最後，電路板蓋板與外殼的設計還必須考量繼電器的高度，因此一般來說得保持17mm的垂直距離。 透過VIPower M0-7技術H-橋系列產品能將整個馬達驅動架構建置到先進的小型電源封裝裡，分別可以減少60mm2和106mm2的印記面積，厚度低於2.5mm，讓印刷電路板更小，系統也能降低重量(圖6)。除此之外，VIPower M0-7H橋提供無鉛封裝的環保產品組合，確保更佳的散熱效能。 圖6　小型電源封裝更節省空間。 切換時間/脈寬調變　驅動直流馬達提升效能 導引H橋架構時，必須特別留意避免電池線和接地之間出現不必要的短路，尤其是在切換階段；這種狀況通常定義為動態擊穿(Shoot Through)。每當擊穿事件發生，就會額外產生電池線的噪音和電力消耗，進而降低系統效率。如果H橋是由脈寬調變訊號之類的快速切換控制所驅動，這個現象就會變得更加嚴重。 脈寬調變輸入訊號常被用來控制H橋架構，只要改變工作周期，就能調節馬達速度和力矩以建置下列先進功能(圖7)： 圖7　一般直流馬達設定檔在起步期時，其湧入的電流是正常電流10~12倍。 ．防夾功能 ．順暢的起步和停止動作，提升駕乘體驗 ．失速狀況控制 ．不受電池電壓影響進行馬達調速 ．減少起步時的湧入電流 一般直流馬達設定檔會有一個起步期，湧入電流是正常電流的10~12倍。所有電子零件都必須符合規格，才能承受這樣的高電流一段時間，而這也會持續影響最終應用的電線尺寸、印刷電路板面積和驅動器功能。 確實繼電器規格書只提供電阻性直流負載最大限度的觸點額定值，但此額定值會被高度電感或電容負載大幅降低(圖8)。 圖8　以脈寬調變訊號驅動直流馬達，可幫助馬達順利起步。 以脈寬調變訊號驅動直流馬達，就可能在有限的力矩下達到順暢的馬達起步。湧入電流也會減少，延長馬達啟動期。以脈寬調變訊號驅動直流馬達，就能優化電力的消耗，進而縮小電線尺寸，整體來說有利於減輕重量。 繼電器並不適合用在需要快速輸出切換的系統，切換時間會受機械尖端移動所限制，通常在5毫秒(ms)到最高15毫秒之間。除此之外，微控制器(MCU)必須建置適當的邏輯保護，以防止不必要的交互傳導事件。 因此，如VIPower這類的產品，須產品保證提供快速切換時間(通常為1微秒)，確保切換頻率最高可達20KHz。切換設定檔經過特別設計，可優化電磁干擾和切換耗損。除此之外，這款晶片還嵌入特殊保護功能，可避免動態和靜態交互傳導問題。 結合VIPwer M0-7提升系統可靠度 SSD可視為驅動車用直流馬達的自然選項，能滿足市場對提升可靠度、系統效率等優點的需求。 已經有SSD產品將邏輯功能和動力結構整合到單一封裝，提供全面整合和受保護電路的完整產品組合(圖9)。因為可以提供不同的開啟狀態(On-state)電阻(從8mΩ到最高100mΩ)而且電源封裝體積小，該系列產品可確保彈性駕駛及控制功能，涵蓋各式各樣的負載狀態(從極低到最高200W)。 圖9　M0-7 H橋系列能將邏輯功能和動力結構整合到單一封裝。 雖然中低功率元件整合了所有的邏輯功能和完整的功率級，包括高側(High Side)和低側(Low Side)功率金屬氧化物半導體(MOS)；而ST的VNHD7008AY和VNHD7012AY等高功率元件則採用不同架構，包含高側功率MOS和低側閘驅動器。因此，要完成H橋架構就必須有外部的低側功率MOS(建議採用意法半導體STL76DN4LF7AG)。 20-kHz的脈寬調變速度控制加上診斷機制，讓上述產品適合用於高階汽車應用。待命模式下耗電極低，最多3微安(μA)，且轉換期間的切換設定檔也經過優化，儘管會增加電路板上電子零件數量，但可讓模組耗電維持低水平。 此外，也有SSD整合了先進的診斷(VCC電壓、外殼溫度和電流負載的偵測)與保護功能(過電壓、短路、高溫和交互傳導防護)，可同時保護功率級和負載而不影響最終的效率系統，確保裝置永遠都能在安全操作區域內運轉。此外拜關閉狀態診斷功能之賜，待命狀態期間可監測馬達狀態，避免開啟時可能產生的損害。 總而言之，在車身控制模組裡結合SSD，就能節省電力消耗、印刷電路板面積和布線需求。實際成果將是系統可靠度增加，且預估每部車最多可減輕50公斤的重量，而這對汙染來說都將呈正面影響，包括內燃機(ICE)車輛的二氧化碳排放減少(估計最高3.5g/km)、電池優化，純電動車(BEV)的自動駕駛程度也能獲得提升。 (本作者任職於意法半導體)

控制計劃詳細說明了受到監控的製程步驟及其監控方式，包括指定檢測靈敏度、採樣頻率以及所採用的確切製程控制系統訊息等細節。精心設計的控制計劃能夠檢測到所有偏移，並防止因採樣不足使得「極端異常的」漏網晶圓出廠。此外，該計劃將清楚地指出哪些晶圓受到每次偏移的影響，從而可以將其隔離並更充分地處置，這確保了不合格的元件不會被無意的運送出廠。 進行缺陷檢測確保晶圓品質 為了實現這些目標，確保晶圓品質，整套車用晶片服務的控制計劃與消費產品IC生產的控制計劃相比，往往需要更全面的檢測和量測。 在晶圓廠中，對採用同一設計規則的車用和非車用產品的製程控制進行基線數據分析，其結果表明晶圓廠為車用產品採取了更多的缺陷檢測步驟和更多類型的製程控制(檢測和量測)。數據顯示就平均而言： ．車用流程所採用的缺陷檢測步驟大約多1.5到2倍。 ．車用流程使用更為頻繁的採樣，不僅是批次採樣百分比更高而且每批次採樣晶圓也更多。 ．車用流程使用更高的靈敏度用以捕獲較小缺陷，因其可能對可靠性產生影響。 這些因素的綜合影響導致典型的車用晶圓廠需要比消費產品製造同僚多50%的製程控制性能，仔細觀察一下會看到該性能的確切部署方式。 圖1顯示了在同一晶圓廠中車用和非車用製程流程的檢測點之間的批次數量示例。由於檢測步驟數量更多，如果存在缺陷偏移，則可以在車用流程中更快地發現。而迅速發現偏移則可以減少受影響的批次數量，以更少並更為明確的批次中發現受較高缺陷影響的貨，這有助於滿足車用晶片可追溯性的要求。然後這些偏移批次被單獨隔離並進行100%的高靈敏度晶圓檢測，以便決定其處置方式是放行、報廢或在適用時降級至非車用應用。 圖1　顯示了車用製程流程和非車用(基線)製程流程中在檢測點之間受影響的批次數量示例。車用製程流程在FEOL有更多的檢測點，因此在偏移發生時受影響的批次數量較少。 整套車用晶片服務中的額外檢測點也帶來更多益處，因其縮小了偏移潛在原因的範圍，所以尋找偏移根本原因更為簡便。縮小潛在原因的範圍也有助於8D調查更為迅速有效，以便尋找並解決問題。與直覺相反，因為減少了生產線上的變化，增加檢測點數量反而會減少生產週期時間。 提高異常晶圓捕獲率　高產量宏觀缺陷檢測需求增 雖然提高檢測能力有助於對製程偏移進行監控和控制，但車用IC質量仍存在著風險。因為每個晶圓在晶圓廠中通過眾多個製程反應室的路徑可能各不相同，所以數百個製程步驟中的微小變化和邊際化的總和可能會產生「極端異常」的晶圓。這樣的晶圓很容易通過一個高度依賴於次級採樣的控制計劃，讓受影響的晶片進入供應鏈。為解決這一問題，許多車用晶片廠正在將高產量宏觀缺陷檢測機台加入其設備組合中，對於每一批次進行更多晶圓的掃描，這顯著提高了捕獲異常晶圓並防止其進入汽車供應鏈的可能性。 新一代宏觀缺陷檢測機台可以將許多老一代明場和暗場晶圓缺陷檢測機台的靈敏度和缺陷捕獲能力結合到一個平台之中，並且可以每小時運行近150個晶圓，可以降低擁有成本。在採用較大線寬設計的200mm晶圓廠中，該檢測能力的提升通常可以捕獲以前未檢測到的多個低水平偏移，如圖2所示。 圖2　每批5個晶圓(圓圈)的傳統採樣計劃可能不會檢測到單個異常的晶圓偏移(方塊)。高產量宏觀缺陷檢測機台可以通過減少採樣不足及其相關風險來防止漏網之魚。 在先進及較小設計線寬的晶圓廠中，宏觀缺陷檢測機台缺乏必要的靈敏度，因而無法取代寬帶電漿和雷射掃描晶圓缺陷檢測機台在傳統生產線監控和圖案晶圓偏移監控中所占據的角色。然而，它們的高產量已經使其在補強現有樣本計劃和捕獲異常晶圓的晶圓級缺陷分布特徵等方面發揮了重要的作用。 車用晶片控制策略的最新發展是採用晶片級別的缺陷檢測篩選。該項技術其中一種，稱為線上缺陷元件平均測試(I-PAT)，使用異常值檢測技術來進一步增強晶圓廠的識別能力，找出那些可能通過電性測試但由於潛在的缺陷而在未來產生可靠性失效的晶片，此一方法將會在未來的文章中討論。 (本文作者David W. Price博士和Jay Rathert為KLA資深總監；Douglas Sutherland為KLA首席科學家)