大部分激光雷达厂家实际上是系统集成商,众所周知,激光雷达由激光发射、激光扫描器、激光接收和数据处理四部分构成。
  • 激光发射和接收是激光领域大厂提供的,如欧司朗、Lumentum、Excelitas、索尼(SPAD)、佳能(SPAD)、松下(SPAD)等,这些大厂具备几十年的激光产品经验和专利,激光雷达初创厂家根本不可能和这些大厂竞争。
  • 数据处理部分则是德州仪器、Xilinx的天下。数据处理要具备ADC和TDC能力,全球擅长ADC的也就那几家老牌模拟芯片厂家,激光雷达初创厂家也无力和这些老牌模拟芯片厂家竞争,激光雷达厂家所谓的自研芯片通常是定制一些GaN开关电源芯片。
  • 激光雷达厂家主要的工作就是做激光扫描器,Flash激光雷达则连扫描器也没有。对于MEMS激光雷达来说,核心就是MEMS振镜,能否自产MEMS振镜是判断厂家是否核心竞争力的最关键因素,没有之一。
 

争议终结!MEMS振镜通过车规认证,国产厂商掌握激光雷达核心技术

图片来源:yole

 

考虑性能、价格、可靠性、车规、体积、外观,MEMS激光雷达也是目前汽车激光雷达的最佳选择,我在此前文章中分析过,该方案最佳选择的电磁式MEMS振镜。
 
目前传统车厂选择激光雷达通常有两种,一种是丰田、奔驰、本田、奥迪为代表的转镜激光雷达,丰田是自制激光雷达,只有3线,其余大多是VALEO供应的。转镜的缺点是性价比低,做4-8线还凑合,16线以上成本偏高,随着L3/L4的到来,老式的4-8线转镜激光雷达已经不能满足要求。传统车厂已经开始从转镜式向MEMS转移,宝马是第一个。
 

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全球MEMS激光雷达厂家主要就两家,一家是中国的速腾聚创,另一家是以色列的Innoviz,Innoviz已经拿下宝马20亿美元的订单,2023年下半年开始出货。

 

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图注:宝马搭载Innoviz激光雷达

 

宝马第一个搭载Innoviz激光雷达的车型是新7系,包括燃油车、混动车和纯电车。激光雷达隐藏在车灯下方,使用了两个。
 

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图注:宝马搭载Innoviz激光雷达

 

中国的速腾聚创拿下了大部分中国车厂的激光雷达订单,除了理想、蔚来,其余厂家的激光雷达基本都是速腾聚创提供,包括比亚迪、极氪、广汽、上汽智己、小鹏、吉利路特斯,长城近期也从ibeo转投速腾聚创。国际上的车厂中,丰田和Lucid也选了速腾聚创。
 

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图注:比亚迪仰望U8搭载速腾聚创激光雷达

 

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图注:魏派摩卡使用两个速腾聚创激光雷达,隐藏在车灯附近,宝马也类似

 

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图注:小鹏旗舰P7i,激光雷达隐藏在车灯附近

 

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图注:丰田也选择了速腾聚创的激光雷达。

 

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图注:未来丰田将在中档车型上使用速腾聚创的激光雷达

 

之所以最多选择速腾聚创,是因为速腾聚创能够自行设计MEMS振镜,并且通过了车规。MEMS振镜是一类芯片,由专业的MEMS晶圆代工厂代工,这和车载芯片的供应链是完全一致的。这次通过AEC-Q100的整个扫描器件就是电磁驱动MEMS振镜,结构强度是MEMS振镜中最高的一种。

 

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图注:SGS给速腾聚创MEMS振镜颁发的AEC-Q100证书

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图片来源:网络

 

什么是车规?这并没有严格定义,业内公认的基础性车规是AEC和ES90000系列,还有零失效(Zero Defect)的供应链质量管理标准ISO/IATF 16949规范(Quality Management System)。至于ASIL的安全级别主要关注失效安全,有些片面,AEC对于电子器件来说还是最全面最基础的车规。

 

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图注:AEC-Q100标准的业内地位,资料来源:MPS

 

车用电子主要依据国际汽车电子协会(Automotive Electronics Council,简称AEC)作为车规验证标准,包括AEC-Q100(集成电路IC)、AEC-Q101(离散组件)、AEC-Q102(离散光电LED)、AEC-Q103(MEMS)、AEC-Q104(多芯片组件)、AEC-Q200(被动组件),其测试条件比消费型芯片规范严苛。
 
AEC-Q100、AEC-Q101和AEC-Q200这三个标准是最早制订的、也最常被引用的AEC-Q标准。在AEC网站上的“文档”页面列出了37个标准和子标准,其中七个被列为“新New”或“初始版本Initial release”。所以说AEC-Q标准是在不断进化的,特别是随着高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶等新技术的发展,标准还将保持这种持续更新的状态,以适应新技术和应用的需求。
 
最特殊的当属MEMS器件的AEC-Q103,因为MEMS器件比较特殊,所以AEC-Q103包含的子标准直接按照功能划分,目前AEC-Q103仅有两个子标准,一个是AEC-Q103-002,是针对压力传感器的,另一个是AEC-Q103-003是针对MEMS麦克风的。两个标准再分0A和0B两级。

 

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图注:AEC-Q103系列标准相关信息

 

上图是AEC协会较早的资料,目前AEC-Q103-003标准已经出台,AEC-Q103-001是针对MEMS IMU的,估计在2023年底出台。针对MEMS振镜,联合AEC协会正在制定AEC-Q103-004和AEC-Q103-005标准,预计到2025年出台标准。本次速腾聚创MEMS振镜通过AEC-Q系列认证是AEC-Q103-004和AEC-Q103-005制定的关键依据案例。

 

所以,目前MEMS振镜还是按照AEC-Q100标准来验证。

 

AEC-Q100 关键测试类别包括:

1)、Accelerated Environment Stress (加速环境压力)

2)、Accelerate Lifetime Simulation (加速寿命仿真)

3)、Packaging/Assembly (封装/组装)

4)、Die Fabrication (芯片制程)

5)、Electrical Verification (电气验证)

6)、Defect Screening (不良品筛选)

7)、Cavity Package Integrity (腔体封装完整性)

 

AEC-Q100测试流程及说明:
 

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图注:AEC-Q100认证流程,资料来源:AEC委员会

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图注:AEC-Q100环境压力测试(A组测试),资料来源:AEC委员会

 

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图注:AEC-Q100 加速寿命模拟测试(B组测试),资料来源:AEC委员会

 

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图注:AEC-Q100封装完整性测试(C组测试),资料来源:AEC委员会

 

标准中最有意思的是D组测试,没有测试标准和方法,主要是芯片制造领域的测试,可能是因为不熟悉芯片制造或者说芯片制造领域变化太快,因此AEC-Q100只提出了测试项,分别是电迁移即EM、经介质击穿TDDB、热载流子注入HCI、负偏压温度不稳定性NBTI、压力迁移SM。
 

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图注:AEC-Q100电特性测试(E组测试),资料来源:AEC委员会

 

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图注:AEC-Q100 缺陷筛选测试与封装完整性测试(F与G组测试),资料来源:AEC委员会

 

AEC-Q100的认证流程最快也要半年,除了MEMS振镜,VCSEL也有通过AEC-Q102认证的例子,但是光纤型还没有通过AEC-Q102认证的例子。VCSEL+SPAD的高线数方案,可算是转镜式的变种,没有什么创意,转镜也没有车规标准,关键器件VCSEL来自三五族或Lumentum,性价比不高。
 
之前有不少关于MEMS振镜可靠性的流言蜚语,这一次MEMS振镜通过AEC-Q100则是流言终结者。比如,之前有人认为硅基MEMS的悬臂梁结构非常脆弱,这两对扭杆中,又细又长的为慢轴,又短又粗的为快轴,两者同时对微振镜进行反向扭动,外界的振动或者冲击易直接致其断裂,但AEC-Q100中的振动测试强力回击了这个错误的论断,MEMS振镜至少在车用场合不会断裂;再比如,有流言说硅基MEMS作为半导体工艺,其线圈都很细地密布在镜面背后,导热性差,对温度极为敏感,无法通过AEC-Q100的温度测试,本次认证的事实终结这个流言。

 

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图注:MEMS振镜变频振动测试

 

唯有MEMS激光雷达,具备高性价比,高可靠性,也有标准体系,技术能过车规,选择的车企也最多,实属车载激光雷达的主流发展方向。本次AEC-Q100认证,不仅终结了所有有关MEMS激光雷达的流言蜚语,也开启了MEMS激光雷达大量上车的历程。

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原文始发于微信公众号(佐思汽车研究):争议终结!MEMS振镜通过车规认证,国产厂商掌握激光雷达核心技术

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