近日，Nolan Johnson和Andy Shaughnessy采访了Advanced Semiconductor Engineering公司的Rich Rice，共同探讨了IEEE正在开发的异构集成发展路线图之汽车篇。Rich Rice介绍了汽车技术工作组的撰写情况，以及其中至关重要的内容。

 

Nolan Johnson：首先，可以简要介绍一下您的背景及您对HIR汽车篇的参与情况吗？

 

Rich Rice：我目前就职于Advanced Semiconductor Engineering (ASE)公司，研究封装组装和测试已经有17年了。在加入ASE之前，我曾在Amkor、National Semiconductor等工作过。我的研究主要是集成电路封装，同时正积极参与汽车技术工作组的开发工作。

 

Johnson：汽车是PCB市场的主要驱动力。也许你可以给我们简要概述一下汽车PCB的情况，以及您的观察或分析。例如，与PCB制造行业利益相关的主要因素是什么？

 

Rice：对于PCB而言，在汽车电子领域需要讨论的不是直接应用，而是系统级封装（SiP）。

 

Johnson：让我印象深刻的是关于中介层设计的讨论，对于半导体领域，中介层是相对较新的技术，但核心就是封装PCB。

 

Rice：在一定程度上是这样。但中介层是超高密度的，几乎达到硅的级别。

 

Johnson：这就带出了一个问题，即PCB设计师是否有横向发展的职业机会。IC设计与PCB设计之间有什么相互关系？

 

Rice：总的来说，汽车用电子结构正在发生变化。原因之一是自动驾驶带来传感器和更多数据输入的变化。传感器会产生大量数据，并依据感应到的路况，由电脑做出决定。因此，PCB将变得更加复杂。

 

Johnson：越来越复杂的汽车功能也确实在推动PCB制造业的发展，其中有两个关键指标。一是汽车行业的可靠性和精度要求比目前PCB制造业要高两个数量级；二是汽车行业的产量比PCB制造业高出两个数量级。为适应移动平台和处理极端环境，产品功能变得越来越复杂，尺寸越来越小，PCB制造商为此不断发展。

 

Rice：由于普通汽车和电动汽车的电气化带来PCB要求的提升。所有的电气化都驱动着控制汽车的电机电路以及各种不同风扇和其他冷却装置的发展。这些装置又影响半导体、电子和PCB的发展。

 

Andy Shaughnessy：听起来内容涉及很多方面，整个工作组都为汽车篇作出了贡献，尤其是要深入研究车与车之间的通信问题。汽车整体要工作正常都与传感器有关。我很想了解这一章的具体布局。

 

Rice：Urmi Ray与另一位联合主席合作启动了这一章的撰写。在工作启动之后，我才加入工作组。我十分了解工作组的流程：首先是检查与汽车组成相关的所有领域，有很多报道都在谈论汽车的自动化和电气化将如何增加半导体用量；此后，确定了为实现汽车行业想要解决的特定长期目标所需要的大量半导体和创新领域的信息。例如，自动驾驶领域，需要大量的计算资源和数据处理资源，还需要一定程度的导电性和数据通信资源。

我们通过通信流程或路线图来解决这两个领域的挑战，以了解计算或移动应用在手机与汽车要求之间的差异。当然，我们不仅要研究高性能计算，还要研究如何在数据中心或办公室的环境以外提供高性能计算能力。汽车是可以移动的平台，但会受到温度和湿度的影响。它必须是坚固可靠的，而且必须比家用计算机、笔记本电脑持续更长的使用时间。

我们对这些领域进行了研究，发现传感器是重要的组成部分。我们看到雷达在不断发展。在第一版中未包含雷达的内容，但是第二版中有相当一部分内容是关于雷达系统及其发展。激光雷达是未来发展路线图需要重点关注的方向。例如，我们有一位来自Velodyne（该公司是LIDAR的开发商和供应商）的工作组成员，对本章的撰写提出了自己的观点。在电气化方面，全球约50%的功率线路都是用在汽车上的；另外50%支持其他应用，包括工业、家用电器等。

汽车代表了巨大的功率需求，随着电动汽车的普及率从目前的4%上升到2030年50%，电力驱动需求只会越来越大。即使是一辆混合动力汽车，也会包含电力驱动部分。HIR的电力组提供了碳化硅及氮化镓的信息，这类材料能使功率晶体管运转得更快更有效。我们只需要关注那些我们认为需要发展的重点领域。

 

Shaughnessy：你们什么时候开始开发异构集成路线图的？

 

Rice：国际半导体技术发展路线图（ITRS）的最后版本是在2014年发布的，其中很大一部分与半导体制造方面有关。那时，Bill Chen和Bill Bottoms决定领导这项工作，以创建当前HIR路线图的封装部分。随着晶圆厂的费用大幅上升，只有最富有的公司才能真正负担得起，半导体技术变得越来越不适用于大众市场，与此相反，封装越来越多地用于集成子系统内的各种IP块。它不仅仅是PCB的集成，封装内部的IP块还越来越近。

 

Johnson：可以概述一下路线图的内容吗？

 

Rice：Urmi Ray和我是工作组的联合主席。工作组有来自Intel、Bosch、Fraunhofer的代表，还有Velodyne的Frank Bertini、亚利桑那州立大学的Yu教授和Infineon的Klaus Pressel。新成员有来自NXP的Veer，ASE 的Vikas，Infineon 的Andreas Grassmann。可以看到，技术组在某种程度上非常专注于半导体领域，还有几家类似Bosch的一级供应商。这就是工作组目前的组成。

汽车篇共分为5部分。除了处理器（包括ADAS、信息娱乐、MCU）路线图之外，还包括连接性、通信、自动驾驶传感器。涉及3个主要领域：功能安全性、可靠性（来自Bosch的成员在这方面做了相当多的工作），还有电动动力总成。这就是我之前谈到的增长驱动力，自动驾驶或ADAS系统，以及动力总成，具体来说是动力总成的电气化。

汽车篇的总结是高度增长的汽车市场。所有人都对此感兴趣。自动驾驶和电动动力总成对汽车的系统架构，甚至是从内燃机到电动总成系统的物理驱动架构，造成了很大的冲击。

正如我们所讨论的影响系统架构的因素一样，我们还引入了高度复杂的处理器封装，因为在验收汽车系统时发现一些制造新势力正以前所未有的速度进入汽车行业。一般来说，他们希望看到制造说明是成熟的、高可靠性的。

现在，由于加工方面的挑战，引入更多的开放思维，不仅有28纳米、20纳米和14纳米技术，甚至引入了7纳米技术。台积电最近召开了技术研讨会，讨论了如何将其7纳米技术应用于汽车领域。目前有很多关于汽车领域先进通讯和5G的讨论，核心在于所有数据通信必须具有极低的延迟。

近几个月来行业在反思。车内自主性的决策处理仍然是整个架构的重要组成，而对输入输出通信的担心要小一些。再者，对所有部件可靠性的要求都很高。动力总成的电气化，特别在高压管理中，传感器是处理这些功率晶体管的重要部分。在处理器的发展路线图中，展望5年、10年和15年的远景时可以看到其中的发展。HIR路线图设定的目标是为未来开发的产品设定的远景，是希望15年内行业进入竞争的领域。

一般来说，我们今天看到的是引线键合和倒装芯片，比如带有散热器的倒装芯片和汽车应用中的倒装芯片。随着不断的发展，将会有更多的SIP或多芯片集成。此外，高密度的集成平台，将这些芯片集成在一起，这些芯片、硅中介层之间需要高速和高数据互连。从长远来看，我们甚至看到了这些大功率处理器内部光电I/O的潜力，它们将进入汽车应用领域。有了硅结点，我们甚至可以在5年到7年的时间内应用7纳米技术。5纳米可能会消失，因为我们看到在汽车应用中硅结点的使用增长速度非常快。

这些都是封装内互连的各种不同属性，随着发展，这些属性会越来越精细，封装内的功能集成也将越来越多。在传感技术方面，有很多不同的传感器，但是如果查看一下所有这些不同类型的传感器，它们通常使用4种不同的技术。无缝图像传感器、雷达传感器、近距离内非常常见的超声波传感器、汽车中的备用传感器和类似产品。我们看到超声领域的发展并不快，但我们确实看到在其他三个领域有很多发展。第一章包括激光雷达。我们刚刚提到了雷达和摄像机，而且汽车篇有相当重要的内容是关于雷达的。我们的下一次更新将包括雷达和更广泛的摄相机方面的内容。

汽车应用中可靠性方面要求非常高。与手机或笔记本电脑的较低可靠性要求相比，汽车应用需要改变封装的物理结构。这一部分是由Bosch的成员撰写，他们对可靠性设计的各种不同属性拥有众多极佳的数据资源，包括更广泛的FMEA使用要求、失效物理，甚至包括像健康评估的数据融合和数字孪生等数据。实现可靠性很大程度上取决于设计前端模拟，在开始投入生产前对设计进行分析以确保万无一失。

在电气化方面，有很多不同的应用，比如压缩机和电动转向等。高电压用于驱动电机，中间电压（如48伏）用于很多其他电路和车内小型电机。

转换时需要通过转换器和PCB技术来实现。当进入更高功率的领域时，会有混合电力转换器和电动汽车的全电动驱动电机。我们认为主要受影响的可能是电池，不一定再采用半导体封装的属性。目前路线图的汽车篇中没有涵盖电池的内容，未来利用功率组成员在HIR路线图相关部分所做的工作，在不同的章节中增加这部分。

总之，当涉及诸如车与车之间的通信和一般的车内外通信时，比如动力和安全，我们将与其他章节的技术工作组成员合作。安全是巨大的章节，我们已经有了一个相当好的初稿。同时还将与撰写传感器部分的成员合作，因为汽车里有很多传感器，包括压力传感器、运动传感器、用于碰撞和引爆安全气囊的碰撞或重力传感器。但是，在汽车篇中，我们将重点放在对汽车至关重要的内容上。

物联网（IoT）实际上是关于汽车如何与外部交流。目前已实现部分功能，但还不太够。汽车供应链与全球大多数其他供应链有很大的不同。我也许可以再增加25页纸谈论汽车供应链，但我个人还是想说服供应链的人去完成。

汽车篇特别之处在于目的是为了提高坚固性和可靠性，而不是为了快速移动。汽车供应链正面临挑战。部分汽车制造商跳过了1级供应商，直接与半导体制造商建立合作，以保证未来几年内可集成自动驾驶功能。类似谷歌这样的公司为此不断付出的努力，所采用的方法与传统行业大相径庭。

随着行业发展，供应链必须做出改变。在计划的修订版中，我们增加了雷达和摄像机内容，并和功率技术组互相引用相关内容。我们将更新和增加营销信息，还将引用技术工作组撰写的其他行业章节，以不断完善汽车部分。

我们想增加HIR的宣传，引起更多团体及个人的兴趣。这正是我们开发HIR的原因，也希望更多人加入，提出不同的想法，为开发HIR作出贡献。

更多内容可点击在线阅读，本文发表于《PCB007中国线上杂志》11月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

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