可挽救生命的汽车雷达芯片投入量产

英飞凌喜获“2015年德国未来奖”提名

 

24个参与评选的技术项目中,最终有3个团队脱颖而出获得“2015年德国未来奖提名。由来自学术界和商界的独立专家组成的评审团选出被提名者和获奖者。

 

在德国,获得德国未来奖提名是科技和创新界的一项殊荣。英飞凌的高频雷达芯片团队就是最终喜获提名的三个团队之一。

近年来,驾驶已经变得越来越安全了,而雷达技术也取得了飞跃发展。最近几十年来,造成严重或致命伤害的道路交通事故的数量在锐减。这一趋势是在ABS1978年)、前座安全气囊(1980年)和侧面安全气囊(1996年)等被动安全系统推出之后开始的。现在,主动安全系统正在取得更大进步。这些系统可在驾驶过程中向司机发出警告,或者主动干预操作,避免撞车事故或最大限度减小撞车事故影响。这类安全系统包括行人探测、距离告警和盲点辅助系统。这些主动安全系统中有许多采用芯片形式的雷达技术,发送和接收高频信号。与其他主要基于摄像头的驾驶辅助技术相比,雷达在任何情况下都能可靠工作,即使是在雨雪雾或昏暗光线导致视线不清的情况下。

在驾驶辅助系统中,摄像头和雷达是未来所需要的。由于传感器融合非常复杂,雷达和图像信号有可能将融合在一起,因为这几乎能覆盖所有紧急驾驶状况。

安全的普及化

 

1998年,梅赛德斯-奔驰率先在S级汽车上安装了一套雷达限距控制系统。当时,制造必要的高频组件的成本还非常高。此外,半导体材料也非常昂贵,并且难以加工。其结果是雷达技术最初只能限于高档汽车。在当时英飞凌就认定了这种技术增强主动安全性的潜力,并花了多年时间研究能克服当时技术限制的全新解决方案。最终,英飞凌的两大创新带来了突破:制造硅锗(SiGe)传感器和使用全新的eWLB(嵌入式晶圆级球栅阵列)封装技术。得益于这些创新的生产流程,全新雷达系统成本大幅下降,成为可负担得起的技术。原来专用于高档车的技术现可在所有车中用于主动预防撞车。与此同时,紧急制动辅助系统也以常常低于金属漆的成本作为一个廉价选择出现,甚至能被紧凑型汽车采用。

利用硅锗(SiGe)材料进行更简单、更经济的生产

雷达技术基于高频电磁振荡器发出毫米波。77千兆赫兹(GHz)雷达技术每秒震荡770亿次高频,这相当于移动通信最高频率的30多倍。截至2009年,只有基于砷化镓(GaAs)材料的集成电路才能处理如此高的频率。然而,砷化镓(GaAs)芯片的制造工艺远远赶不上硅芯片成熟。另外一个弱点是集成度低,这就意味着砷化镓芯片表面能集成的功能少。2009年,在经过数年的研发之后,英飞凌在全球率先针对该高频率范围开发出了基于硅(Si)和硅锗(SiGe)材料的高集成度电路,硅和硅锗是半导体生产最常用的材料。这使得能采用与大规模制造存储器、逻辑器件和微控制器相同种类的标准制造技术。此外,英飞凌团队将多种雷达模块功能压缩到最多两个硅锗组件上,而原来这需要8个砷化镓(GaAs)芯片。这种创新使得雷达技术的普及有了可能。

相得益彰:紧凑型eWLB封装可简化对芯片的进一步加工

另一个决定性的突破是将移动通信的技术应用到车用雷达领域,这就是eWLB嵌入式晶圆级球栅阵列)。起先,业界专家并不认为eWLB技术能满足汽车领域的高可靠性要求。但是,英飞凌团队却对此保持乐观,并在德国联邦教育与研究部的资助下继续进行研究。最终,在客户博世的密切合作下找到了解决方案。如今,英飞凌提供的不再是裸芯片,而是采用强健封装的芯片。客户可从两方面获益。首先,该组件能满足高频范围要求。其次,可采用并不昂贵的标准技术进行进一步加工。总而言之,可以最低的总成本实现最强的性能。

在德国开发和生产,在全球市场取得成功

为雷达系统开发出硅锗和eWLB技术,这使得英飞凌相对于其美国和亚洲的竞争对手取得了两到三年的领先优势。英飞凌是在慕尼黑、雷根斯6堡、林茨和德累斯顿进行相关研发工作的。这些雷达系统也完全是在德国生产的。从芯片制造到加工封装等生产流程的所有阶段,都在英飞凌位于雷根斯堡和德累斯顿的制造工厂进行。这些工厂能确保汽车安全系统所需的质量,同时凭借创新生产过程尽可能降低成本。

 

硅锗和eWLB技术的推出使得雷达系统由专用于高档车走向了普及。如今,全球汽车雷达市场的需求也在不断增长:77GHz汽车雷达市场规模从2009年的大约50万颗发展到2015年的接近700万颗。到2020年,市场分析师预期汽车雷达需求量将攀升至大约1900万颗。

 

雷达系统可使汽车更安全、更高效。在驾驶辅助系统之后,下一步将是部署自动驾驶解决方案,雷达系统将在其中扮演重要角色。20151月,一辆奥迪A7在几乎没有司机干预的情况下完成了旧金山和拉斯维加斯之间的旅程。150Google自主驾驶汽车已经上路,以在实际道路上积累经验。其中使用的雷达技术来自德国。