ADAS無人駕駛的興起，催生了傳感器的需求。有研究機構預測，到2022年，全球車用毫米波雷達市場規模總計約160億美元，其中，芯片約達80億美元。同時，隨著工廠自動化，以及智慧城市和智慧家庭的發展，毫米波雷達在工業、安防等領域迎來行業的春天，增量市場正呈現多元化的發展態勢。

作為CMOS毫米波領域的開拓者，加特蘭微電子科技（上海）有限公司（簡稱“加特蘭”）一直專注于研發具有高集成度的毫米波雷達傳感器芯片，致力于汽車、工業、商業樓宇、智能家居、醫療健康等關鍵領域的普及。

2017年，加特蘭成功量產全球第一代77/79GHz CMOS工藝毫米波雷達芯片，率先實現了在汽車前裝市場的突破；2019年，加特蘭又推出了77/79GHz AIps SoC系列芯片，幫助更多用戶更好地開發出具有競爭力的雷達傳感器產品，其同步推出的AIps AiP系列產品，更是極大地降低了雷達開發成本與難度，更好地滿足短距、超短距雷達的要求，可謂在毫米波雷達技術的創新研發上又向前邁出了堅實的一步。今年九月，在加特蘭舉辦的媒體會上，公司進一步就毫米波雷達背后的秘密武器——AiP技術向現場來賓做了詳細講解。

AiP技術讓毫米波雷達更強大

作為一家無晶圓的芯片設計公司，成立于2014年的加特蘭表現出驚人的設計研發與創新能力，并取得了驕人的成績，2019年量產的全球首款天線內置多通道77GHz CMOS毫米波雷達SoC系列芯片，并同步推出了AiP產品（AiP的英文全稱是Antenna-in-Package，意為封裝里的天線）。

AiP芯片圖

AiP技術的誕生，帶來的是整個系統成本顯著降低，且更易于生產與開發。加特蘭微電子公司COO呂昱昭說：“作為CMOS毫米波雷達技術的領導者，加特蘭CMOS工藝的一大優勢就是可以把射頻芯片和數字芯片集成到一起變成SoC，從第一代的砷化鎵到鍺硅，整個系統成本降低50%。再到CMOS工藝時代，跟上一代鍺硅相比，又降了40%的系統成本，到SoC時代，還會帶來30%的成本降低，而CMOS AiP將會讓成本進一步下降。”

呂昱昭預測稱，隨著AiP技術的普及，到2024年，全球毫米波雷達的容量將增長到4億顆，其中，AiP能給市場帶來40%的增長。這種將AiP天線內置的技術究竟有何強大之處呢？

“我們在封裝上設計有多個天線，且天線和芯片的互聯區域做得非常短，這樣能夠使信號通過更短的路徑到達天線，系統性能更為強大。更為重要的一點是，整個AiP的模組尺寸，相較于傳統尺寸，可以大大縮小，這也得益于它的高集成度——因為在傳統模組上，這些天線必須通過高頻的PCB板來實現，而現在整個芯片內部已經包含這些天線。這樣極大地降低成本且易于使用，客戶無需進行天線的設計與開發，從而縮短整個產品研發周期和成本，更快實現產品上市。”加特蘭微電子公司生產技術總監王典解釋道。

加特蘭AiP的產品包括Alps和Rhine兩個系列的產品。Alps是77GHz車規級芯片，Rhine是60GHz工業級產品。整個AiP攜帶的構架包括4個接收通道、4個發射通道。這4個發射通道的排布獨具特色，不僅可以通過其中3個任意選擇來控制它的發射特性，客戶還可以通過兩個天線實現MIMO功能，擴大接收天線的陣列。

王典解釋：“從天線本身的性能來說，我們的設計具備非常高的設計冗余度。普通頻段是76到81GHz，其實整個使用帶寬只有5GHz。但是，我們在設計的時候保證了它的設計帶寬是16GHz，相當于翻了3倍的能力去設計。同樣，天線增益方面，它的使用帶寬是5GHz，但是，整個增益，滿足我們需求的帶寬其實是11GHz，那也是有200%的冗余的。”

四代更迭，技術創新再突破

作為一家初創公司，加特蘭員工數超過100多人，其中，研發人員占據70%。可見，公司始終將研發置于重中之重的要位。

正如呂昱昭所說，加特蘭如今做的所有努力都圍繞產品的高性能、易使用和更低功耗等特性，這些特性實現與否將決定毫米波能否普及大眾，只有將解決方案做到性能強大、經濟性好，同時開發和生產又很簡單，客戶才能更好地使用加特蘭的技術為社會賦能。

AiP的研發始于2017年，在2018年時，加特蘭第一代AiP就和Alps當時的樣片SoC同步問世，實現了毫米波雷達業界通道數量最多的AiP設計，歷經四代更迭和優化，AiP才得以正式量產。然而，其整個設計和開發過程遇到的挑戰是前所未有的，王典從以下幾方面分析道：

首先，要考慮物理設計。加特蘭AiP芯片是在長寬12毫米的芯片里面一共放了5240個過孔、161條信號線、12個天線單元。

其次，要考慮天線性能的設計。如何避免天線性能受到各種影響，這就涉及到芯片和模組的協同設計。加特蘭在驗證中經過一代代更迭，共經歷四代這樣的天線設計，每代里面天線的架構和形態都不一樣。

再次，電連接是一個困難點。從芯片接口到天線的信號連接路徑上有五種不同的傳輸結構設計，每一種傳輸結構都需要考慮到信號的匹配、損耗等指標。

然后，封裝方面需要考慮封裝技術工藝和材料。不同的封裝工藝中天線的實現方式不一樣，必須在這里面找到它的平衡點。同時，還要考慮到散熱等其他問題，AiP里面加了非常多的散熱孔，并對比多種材料來對整個尺寸進行優化。

接下來，確保芯片的可靠性也是至關重要的。AiP要做到車規級別，需要滿足AEC-Q100。因此，加特蘭在可靠性方面做了共計11項、超過6000小時的可靠性實驗。

最后一道關卡就是量產前的自動化測試，通過自動化測試確保芯片出廠前的功能和性能，而這個測試，當加特蘭第一天設計AiP開始就在同步進行，并貫穿始末。整個設定獨特的測試方案，也是加特蘭用時三年自主研發出來的，并和四家全球最頂級供應商一起探討方案實現，最終形成一套擁有自主知識產權的測試方案。

未來可期，持續探索新應用

毫米波雷達在業界最為廣泛的應用之一便是汽車行業，可應用于汽車ADAS上的AEB、FCW、CLA等系統。隨著AiP技術和產品的問世，加特蘭開始思考該技術更廣泛的創新應用領域，加特蘭微電子公司產品經理吳翔強調：

首先，在汽車自動泊車輔助功能上，需要加裝很多傳感器來探測周圍障礙物，且對探測的精度和距離提出更高要求，這是目前超聲波傳感器無法實現的。

此外，在汽車艙內，毫米波雷達傳感器還可以實現例如手勢對車載娛樂系統的控制，對駕駛員生命體征如心跳呼吸等探測，對艙內是否有活體存在的檢測等，這是目前很多車廠對傳感器功能的需求。

使用AiP技術，車廠只需要在車頂燈或后視鏡的位置加裝一個很小的傳感器，便可以完成對車艙內生命體征的探測，包括移動和微動的探測，例如呼吸、心跳等帶來的面部表情的微動。

吳翔接著說，加特蘭還針對空調市場開發了一套智能空調解決方案，通過毫米波雷達對物體移動或微動狀態的判斷來實現對人的位置的追蹤，從而幫助空調實現均勻送風功能。還可以通過多通道天線技術，來判斷運動人體的高度、姿態等信息，從而區分大人、小朋友或寵物。利用相似的技術還可以檢測人的心跳呼吸，判斷是否進入睡眠狀態，從而控制空調的狀態和模式。

除此之外，監控市場中毫米波的應用也會帶來新的突破。當下常用的監控攝像頭是基于光學CMOS傳感器，通過光學原理采集數據進行分析，這就會存在陰雨天氣或黑夜期間無法識別，或產生誤報，對遠距離物體清晰度辨識度不夠等情況發生。而毫米波雷達技術則可以有效降低誤報率，且搭載AiP芯片的雷達產品體積更小，便于安裝。

那AiP產品為何可以被應用于這些領域？吳翔說：“第一，足夠小。在一個12mm x 12mm的面積上完成了一個帶雷達天線全尺寸的SoC，支持77GHz或者是60GHz的頻段，在里面有4路的發射，有4路的接收，集成片上天線等；第二，整個模塊的生產難度，原先如果說做一個板載天線，整個天線的校準、測試要花費客戶很多的時間，使用了AiP的技術，客戶自行加工生產就成為一種可能。”

市場的需求永無止境，就像創新永不止步一樣，面對客戶對AiP提出的面積是否可以做到更小、能耗是否可以更低等需求，吳翔表示，雖然加特蘭所有產品功耗在行業內來說已經達到最低，但是面對新需求仍會繼續研發更強性能、更小體積、更低功耗、更易開發、成本更優的產品。

利用AiP技術優勢，加特蘭打開了各行各業創新應用的新局面。Alps在2019年3月份發布之后，得到了國內外許多客戶的認可，客戶數量增長非常可觀。值得驕傲的是，有三分之一是來自海外。

同時，2019年，加特蘭微電子60GHz COMS毫米波雷達SoC芯片獲得了中國國際博覽會創新科技獎。2020年，加特蘭微電子獲得德國萊茵TUV集團ISO 26262功能安全管理認證證書，并于今年成功入選“EE Times Silicon 100”，成為最受關注的芯片公司之一。

一系列來自專業權威社會機構的認可，以及市場和客戶的信賴，是加特蘭在未來創新研發的道路上一往無前的動力。

原文標題：加特蘭：AiP技術四代更迭，國產毫米波雷達再進階

文章出處：【微信公眾號：MEMS】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

責任編輯：haq