買家的暑期課程:HDI 和汽車設計

奧寶科技全球產品組織策略行銷總監 Shavi Spinzi

從人工駕駛的燃油汽車引擎設計到無人駕駛的電子系統,現今的汽車產業正以非常快速的步調持續變化。汽車產業勢必要向半自動和全自動駕駛車輛轉變,這一轉型也必然會帶來電子設計及生產方面的挑戰。

在電子零件層級,可通過高密度互連 (HDI) 技術達到部分小型化目標。HDI 這種成熟技術起初被早期智慧型手機製造商所採用,現在將幫助汽車設計者實現半自動和全自動駕駛功能,同時將高價值的 PCB 面積保留給附加元件。

這是一個不斷成長的市場。根據最近美國聯合市場研究 (Allied Market Research) 報告,2017 年的全球 HDI PCB 市場的銷售額為 94.9 億美元,並會以 11.1% 的複合年均增長率 (CAGR) 從 2018 年增長至 2025 年,預期在 2025 年可達到 222.6 億美元。其中消費性產品,包括筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦以及穿戴式裝置、數位相機和其他裝置,在 2017 年達到了最高 42% 的占比。報告還指出「在不久的將來,隨著汽車業的 HDI 技術使用率不斷增加,預期將能為全球 HDI PCB 市場成長帶來更多的獲利機會」。

對於車用電子產品來說,其中一個關鍵的設計挑戰就是,在縮小嵌入式系統實體佔用空間的同時,還必須滿足連線能力、電氣化、資訊娛樂化和自動駕駛功能等前所未有的需求。HDI 就是最好的解決之道。

請點擊下方圖片觀看投影片,瞭解汽車設計者對於 HDI 的看法。這對於想要進一步瞭解市場的買家來說是一項入門資料。

汽車工程師學會 (SAE) 所定義的第 4 和第 5 級自動駕駛車輛數,預計在 8 年內將從 100 萬輛呈幾何級數增加到 1,000 萬輛。此1,000% 的增長率預期將在 2025 至 2033 年出現。

4級 和 5級自動駕駛車已分別被定義為高自動化和全自動化車輛。4 級自動駕駛無需過多的人為注意力 – 車輛可自行處理、行動和反應各種事件,包括轉方向盤、煞車、加速、監控車輛和道路、安全變換車道、轉向和使用車燈等等。5 級則完全不需要人工介入。車輛可控制所有重要工作,並可自行處理及決定如何反應高動態駕駛情況,例如交通阻塞和高速公路匯流。

毫無意外,汽車電子產品市場正在不斷成長以支援傳統車輛從機械式到電子式設計的轉型過程。

資料來源:Prismark Partners LLC, Electronics Supply Chain Reporter,2019 年1 季度

這些大膽的預測已被全球汽車和電子產品製造商致力於收購和開發自動駕駛車輛技術*所證實。

* https://emerj.com/ai-adoption-timelines/self-driving-car-timeline-themselves-top-11-automakers/

自動駕駛車輛面臨非常大的挑戰,對於任何新增的擴充功能,都需確保安全性、故障安全性賴性和車內與車間的連線性。

半自動和全自動駕駛車輛必須確保無縫連線功能。連線技術可讓車輛從其他車輛和其他來源接收資訊,增強車上感應器 (例如雷達、雷射雷達、攝影機和超音波) 收集的資訊,使汽車能夠自行駕駛。連線功能的基礎在於透過無線射頻 (RF) 傳送和接收大量的資料。

從內燃引擎到油電混合、電池或燃料電池電動車輛 (HEV、BEV、FCEV) 的轉變,將需要大量運用電力電子和半導體元件

技術複雜度的提升和「駕駛者」多出來的休閒時間將帶動資訊娛樂化的發展。

智慧型、自動駕駛的車輛將需要處理大量的資料來執行真正自行駕駛的功能。Intel 某位業務主管表示,在自動駕駛車輛中使用的元件 – 包括攝影機、雷達、聲納、GPS 和 雷射雷達以及許多其他的小型、高功能裝置– 每天可以在每輛車上產生高達 4,000 GB 的資料量!*

* https://www.networkworld.com/article/3147892/one-autonomous-car-will-use-4000-gb-of-dataday.html

自動駕駛車輛電子裝置將不再像現今一些舊型裝置一樣佔用整個行李箱的空間。我們需要添加所有的功能,但體積卻必須變得更小,整合度也要更高。唯一的做法就是縮減電子裝置的外觀尺寸,HDI 技術的獨特貢獻應運而生。

使用者需求帶動了設計和生產創新。早期的行動電話重量為 2.5 磅 (1.5Kg),長度為 10 吋,且電池每充電 10 小時才可使用約 30 分鐘,在「行動力」方面與我們現今所使用的輕巧智慧型手機有非常明顯的差別。在經過許多次的創新週期之後,以 1980 年代的標準來看,新的手機不僅變得非常輕薄,更添加了顯示幕和 RF 連線等許多的功能。此一小型化的技術創新與功能性的提升與現今的自動駕駛車輛技術發展軌跡相當類似。

高密度互連 PCB 技術,即HDI,讓行動電話從早期的笨重外觀轉變成我們今天所看到的輕巧手機。這一技術能讓自動駕駛車輛具備相同的功能,讓每單位空間能容納更多的功能,且外觀更為輕巧精細。

HDI 可實現更可靠且精巧的設計,以更精密的體積尺寸提供更為先進的功能,完全符合自動駕駛車輛的性能需求。此外,對於必須面對成本效益挑戰並準備進入市場的自動駕駛車輛製造商來說,此一經過實測驗證的解決方案已展現了大量製造的能力,其供應鏈也已建立,能夠提供更具競爭力的價格和更高的產能。