买家的暑期课程:HDI 和汽车设计

奥宝科技全球产品组织策略市场总监 Shavi Spinzi

从人工驾驶的燃油汽车引擎设计到无人驾驶的电子系统,现今的汽车产业正以非常快速的步调持续变化。 汽车产业势必要向半自动和全自动驾驶车辆转变,这一转型也必然会带来电子设计及生产方面的挑战。

在电子零件层级,可通过高密度互连 (HDI) 技术达到部分小型化目标。 HDI 这种成熟技术起初被早期智能型手机制造商所采用,现在将帮助汽车设计者实现半自动和全自动驾驶功能,同时将高价值的 PCB 面积保留给附加组件。

这是一个不断成长的市场。根据最近美国联合市场研究 (Allied Market Research) 报告,2017 年的全球 HDI PCB 市场的销售额为 94.9 亿美元,并会以 11.1% 的复合年均增长率 (CAGR) 从 2018 年增长至 2025 年,预期在 2025 年可达到 222.6 亿美元。 其中消费性产品,包括笔记型电脑、智能型手机、平板计算机以及穿戴式装置、数字相机和其他装置,在 2017 年达到了最高 42% 的占比。 报告还指出「在不久的将来,随着汽车业的 HDI 技术使用率不断增加,预期将能为全球 HDI PCB 市场成长带来更多的获利机会」。

对于车用电子产品来说,其中一个关键的设计挑战就是,在缩小嵌入式系统实体占用空间的同时,还必须满足联机能力、电气化、 信息娱乐化和自动驾驶功能等前所未有的需求。HDI 就是最好的解决之道。

请点击下方图片观看投影片,了解汽车设计者对于 HDI 的看法。这对于想要进一步了解市场的买家来说是一项入门数据。

汽车工程师学会 (SAE) 所定义的第 4 和第 5 级自动驾驶车辆数,预计在 8 年内将从 100 万辆呈几何级数增加到 1,000 万辆。 此1,000% 的增长率预期将在 2025 至 2033 年出现。

4级 和 5级自动驾驶车已分别被定义为高自动化和全自动化车辆。4 级自动驾驶无需过多的人为注意力 – 车辆可自行处理、行动和反应各种事件,包括转方向盘、煞车、加速、监控车辆和道路、安全变换车道、转向和使用车灯等等。 5 级则完全不需要人工介入。 车辆可控制所有重要工作,并可自行处理及决定如何反应高动态驾驶情况,例如交通阻塞和高速公路汇流。

毫无意外,汽车电子产品市场正在不断成长以支持传统车辆从机械式到电子式设计的转型过程。

这些大胆的预测已被全球汽车和电子产品制造商致力于收购和开发自动驾驶车辆技术*所证实。

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

自动驾驶车辆面临非常大的挑战,对于任何新增的扩充功能,都需确保安全性、故障安全性赖性和车内与车间的连接性。

半自动和全自动驾驶车辆必须确保无缝联机功能。 联机技术可让车辆从其他车辆和其他来源接收信息,增强车上传感器 (例如雷达、激光雷达、摄影机和超音波) 收集的信息,使汽车能够自行驾驶。 联机功能的基础在于透过无线射频 (RF) 传送和接收大量的数据。

从内燃引擎到油电混合、电池或燃料电池电动车辆 (HEV、BEV、FCEV) 的转变,将需要大量运用电力电子和半导体组件

技术复杂度的提升和「驾驶者」多出来的休闲时间将带动信息娱乐化的发展。

智能型自动驾驶的车辆将需要处理大量的数据来执行真正自行驾驶的功能。Intel 某位业务主管表示,在自动驾驶车辆中使用的组件 – 包括摄影机、雷达、声纳、GPS 和 激光雷达以及许多其他的小型、高功能装置– 每天可以在每辆车上产生高达 4,000 GB 的数据量! *

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

自动驾驶车辆电子装置将不再像现今一些旧型装置一样占用整个行李箱的空间。我们需要添加所有的功能,但体积却必须变得更小,整合度也要更高。唯一的做法就是缩减电子装置的外观尺寸,HDI 技术的独特贡献应运而生。

用户需求带动了设计和生产创新。 早期的移动电话重量为 2.5 磅 (1.5千克),长度为 10 寸,且电池每充电 10 小时才可使用 约 30 分钟,在「移动力」方面与我们现今所使用的轻巧智能型手机有非常明显的差别。在经过许多次的创新周期之后,以 1980 年代的标准来看,新的手机不仅变得非常轻薄,更添加了显示屏和 RF 联机等许多的功能。此一小型化的技术创新与功能性的提升与现今的自动驾驶车辆技术发展轨迹相当类似。

高密度互连PCB 技术,即HDI,让移动电话从早期的笨重外观转变成我们今天所看到的轻巧手机。这一技术能让自动驾驶车辆具备相同的功能,让每单位空间能容纳更多的功能,且外观更为轻巧精细。

HDI 可实现更可靠且精巧的设计,以更精密的体积尺寸提供更为先进的功能,完全符合自动驾驶车辆的性能需求。 此外,对于必须面对成本效益挑战并准备进入市场的自动驾驶车辆制造商来说,此一经过实测验证的解决方案已展现了大量制造的能力,其供应链也已建立,能够提供更具竞争力的价格和更高的产能。