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车规技术|浅谈激光雷达光电组件的车规可靠性认证

点击次数:111 发布时间:2022-08-12



 元器件筛选与失效分析中心 朱晓孟


标签:AEC-Q


1、市场背景

随着科技水平的快速发展,5G时代来临,汽车的自动驾驶功能已经越来越广泛地被运用在实际生活中。

激光雷达以其具备高精度和高适用性、高环境感知力作为自动驾驶和高级驾驶辅助系统的核心硬件之一,也迎来了发展新机遇。据相关数据显示,激光雷达整体市场正在迎来高速发展,预计2023年全球搭载激光雷达的车辆就将突破30万台,2025年全球市场规模将达到135.4亿美元(约合870亿元人民币),前景十分可期。


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激光雷达“点云"图

注:资料来源:搜狐汽车,长江证券研究所

2、激光雷达光电组件

激光雷达主要包括激光发射扫描系统激光接收信息处理四大系统。激光发射和激光接收是激光雷达的光电组件部分。

其中发射模块中的激光器发出脉冲激光,通过光束控制器、发射光学系统,将激光照射至目标物体,常见的激光发射器包括边发射激光器(Edge Emitting Laser,EEL)、垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)。

而接收系统将目标物体反射回来的激光转化为接收信号,主要包括雪崩二极管(Avalanche Photo-Diode,APD)、单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)、硅光电倍增管(Silicon photomultiplierSiPM)。

 


808nm VCSEL Diodes(2-10W)_新亮光子    


雪崩二极管(APD)_光传感器_滨松


3、车规AEC-Q可靠性的要求

基于激光雷达在汽车中的应用场景和汽车自身的高可靠性要求,激光雷达及其组件要进入车用供应链,必须通过严苛的可靠性验证。

AEC-Q102是公认、通用的光电半导体国际可靠性验证标准,可为相关产品提供全面详尽的验证方案。

中国是大的新能源汽车市场,新能源汽车产品力的不断提升,促使产业供应链不断重塑优化,给国内的激光雷达产业带来了新的机遇。而激光雷达的核心光电部件(激光器、探测器)的车规验证是证明质量与可靠性的重要手段。

AEC-Q102验证可有效解决国产元器件不敢用、怎么用的问题,帮助其扎根车规供应链。

AEC-Q102中对激光雷达组件的可靠性要求主要分为环境应力加速试验、加速寿命模拟试验、封装完整性测试、电气特性验证试验、腔封装完整性验证试验。试验要求零失效且通过相对应标准规定的全部测试项目,供应商才能声称该产品通过了相应的AEC-Q认证。


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AEC-Q102流程图(来源:AEC-Q102 Rev A标准)



4、技术难点

近年来激光雷达光电组件厂商在国内市场逐渐涌现,元器件的制造技术和结构设计不断更新,给元器件验证技术手段的带来了新要求。

当前对于激光雷达组件的AEC-Q102中环境应力和寿命试验,主要存在批次或批量性验证一致性施加应力过程监控应力条件达不到标准或器件故障模型的要求、标准条款适用性解读等问题。例如VCSEL的短脉冲加电试验、APD光照下HTRB、应力试验前后功能验证问题。

 

5、广电计量激光雷达组件AEC-Q102验证能力

广电计量完成激光发射器、探测器全套AEC-Q102车规认证的第三方检测机构,具备APD、VCSEL、PLD等批次性验证试验能力,能实现对APD等器件全过程雪崩电流的监控以及光照下的HTRB试验能力。在人才队伍上,形成以博士、专家为核心的车规验证团队,具备国内的车规标准解读能力和试验能力,能够提供一站式车规认证方案。



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