綠色科技的未來　半導體如何主導汽車的發展

編譯／高晟鈞

隨著汽車領域逐漸地走向電動化，該領域的發展可謂是與半導體領域息息相關；而晶片的革新也將是現代車輛未來發展的關鍵。

電動汽車的三大要素

在過去的十年中，汽車半導體的使用成指數成長；更甚至，汽車半導體收入的成長速度，甚至快過於汽車或是半導體產業本身。如今的電動汽車更像是一台移動式巨型電腦，其中最重要的元素有三個──電子控制單元（ECU）與微控制器（MCU）和感測器。

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ECU扮演著如同大腦的角色，掌管著從導航到動力傳動等多個車內的電子系統。MCU則是將中央處理器、記憶體、各種數位架構整合在一塊IC上，負責資料的處理與運算。而感測器是負責感測外界環境的各種感測，可謂是輔助駕駛系統發展的關鍵要素。

以上三者的整合，將建構一個更全面、安全且舒適的駕駛環境，這也是目前汽車智慧化的終極目標──自動駕駛的主要思維架構。

從矽到寬頻隙功率半導體

寬頻隙（Wide BandGap, WGB）材料──碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）減少了尺寸與體積，從而提高了整體性能與電動車功率。相較於矽，WGB材料可以在高電壓時快速啟動與關閉；更重要的是，它們能克服EMI雜訊等級的挑戰，並提供更好的閘極驅動器與印刷電路板設計。

WGB材料具有更好的導熱率，在散熱時所耗費的功率也相當低，因此整體效率比矽基半導體更高。半導體的工作溫度與能隙增加成正比。得益於WGB材料的巨大能隙，WGB半導體可以達到更高的溫度，而不需要電子來儲存能量。

WGB半導體的出色物理與電氣特性，非常適合滿足各種電路設計，並達到最佳性能的要求，包括──高頻功率應用、極端功率與工作溫度等。隨著矽機半導體在功率方面瀕臨極限，基於WGB的汽車技術因滿足更小尺寸、輕量化、高效率和高功率要求而獲得青睞。

結語

半導體對於燃煤到綠色能源的轉型至關重要。事實上，半導體技術的創新也將主宰汽車產業轉型到電動車的命脈。對於半導體來說，由電傳導和開關損耗引起的成本和整體散熱問題依舊是目前的主要技術挑戰。除此之外，增加電動車的行駛時間與充電效能，也將是新一代晶片發展的另外一個主要方向。

從半導體晶片製造，到電子元件供應和最後的汽車組裝與行銷，汽車電氣化的時代，需要由不同產業所構成的供應鏈來共同努力。希望有朝一日我們能盡早迎接綠色時代的來臨。

資料來源:PowerElectronic

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