汽车应用的图像传感器是汽车安全和未来不可或缺的功能。索尼半导体解决方案集团（“集团”）在图像传感器领域拥有全球第一的市场份额，但在汽车应用领域，索尼却相对落后。为了在该领域获得竞争力，索尼开发了一种用于汽车摄像头的图像传感器，可提供高水平的高动态范围 （HDR） 和 LED 闪烁抑制 （LFM）。

　　在索尼看来，开发具有不熟悉的技术特性的图像传感器的任务意味着进入新业务领域时常见的各种困难。汽车给开发者提出了难以克服的严酷条件，例如高温、潮湿和振动，同时必须确保高质量。这意味着设计、制造、和质量保证部门都有自己独特的挑战需要解决和克服。

　　在这次采访中，索尼展现了SafetyCocoon 概念和有关开发汽车图像传感器的幕后故事，这是自动驾驶汽车技术的一个关键要素。

　　汽车图像传感器始于安防，但客户的要求空前严格

　　问：公司决定进入汽车图像传感器业务背后的故事是什么？

　　Azami：我最初是安全和工业应用图像传感器的设计项目负责人（D-PL）。2012 年左右，集团开始研究汽车业务，我被任命为该项目的第一个产品 IMX224 的 D-PL。我认为这是一个很好的机会，因为我当时对与外国公司合作很感兴趣。

　　一开始，该项目开始开发以安全图像传感器为模型的汽车图像传感器。其基本思想是安全传感器具有对汽车传感器有用的属性，例如广泛的耐用性和在暗处捕获图像的能力。然而，一旦业务成立，我们发现汽车图像传感器有一系列不同的要求。那些日子里，我会拜访海外客户，然后一次又一次地对他们的反馈感到沮丧。

　　问：汽车图像传感器面临哪些特殊挑战？

　　Azami：与安全或工业图像传感器不同，汽车图像传感器有专门为汽车应用制定的标准，例如我们已经知道的IATF16949 *1和AEC-Q100, *2。我们非常努力地使我们的设计符合这些标准，但我们的提案被一位客户难道了。

　　问题是高动态范围 （HDR）。HDR 允许在从暗到亮的广泛亮度范围内捕获图像，这必须是传感器内的完整系统。对于安防图像传感器，有一种叫做DOL（数字重叠）的方法可以实现HDR，但是这种方法是在传感器外合成不同曝光下的图像。因为索尼不具备在传感器内完成图像合成的专业知识，所以必须从头开始开发。

　　另一个挑战是 LED 闪烁，*3当今社会无处不在的现象。客户要求必须在每一帧中捕捉 LED 灯，例如刹车灯和交通灯。这被证明是一个艰难的挑战，因为 LED 光频率没有既定的工业标准，这给确保覆盖所有 LED 带来了困难。我需要帮助，所以我请设计部门的Sakano-san加入我，我们一次又一次地进行头脑风暴。

　　*1：专为汽车行业设计的质量管理体系国际标准。

　　*2：AEC（汽车电子委员会）规定的汽车IC质量标准。

　　*3：拍摄 LED 指示灯、交通信号灯等时发生的 LED 闪烁。

　　Sakano：我一直对HDR很感兴趣，欢迎Azami-san的邀请。但有一个问题。汽车摄像头的图像传感器需要非常高的质量标准，初始缺陷率必须极低。通常，其他图像传感器通过重复生产周期的过程迭代改进。而汽车图像传感器必须采用成熟的工艺制造，这是不成文的规定。出于这个原因，我所在的负责工艺开发的研究部门有一个规定，即汽车应用的图像传感器超出了我的负责范围。因此，我参与该项目最初是非官方的，是自愿参与的。

　　Azami：除了设计，制造方面也有挑战。那时，我们没有汽车行业的信息网络、知识和专有技术。因此，即使学习IATF 16949和ISO 26262等该行业特有的标准也是一项艰巨的工作。*4我们一次又一次地与、Nishizuka-san和Shimozono-san举行了学习会。

　　*4：关于道路车辆电气/电子系统功能安全的国际标准。

　　Nishizuka：IATF 16949 和 ISO 26262 等标准本身已经很清楚了，但是我们的工作流程很难适应它们。探索和理解每个标准本身就很困难，但让我们的项目成员适应这种理解更具挑战性。有必要让每个成员都了解并执行我们不熟悉的做事方式。

　　尽管存在这些困难，但有一个积极的方面，即为实现该项目所做的所有努力都是为了实现自动驾驶和其他未来的进步。

　　Shimozono：IATF 16949 和 ISO 26262 等标准中的要求非常具体，与我们通常处理的不同。我们需要找出在实际制造中应用它们的方法。汽车应用的另一个特殊性是涉及到如此多的客户检查。我们对标准的解释往往令我们的客户不满意，他们也向我们反馈了他们的具体要求。满足所有这些要求和要求真是太辛苦了。

　　要求性能和生产管理提高一百倍，不超过 1 ppm

　　问：您是如何克服汽车应用中预期的高可靠性问题的？

　　Nishizuka：这个问题成为重大挑战的原因有几个方面。例如，仪表板在夏季可以加热超过 100°C。因此，传感器必须能够承受这些温度。其次，在道路上行驶会引起振动。制造能够承受振动和运行而不会出错的精密设备需要极高的工程水平。

　　另外，正如 Sakano-san 之前提到的，存在零缺陷期望，即最小化初始缺陷。该要求低于 1 ppm，这意味着每生产 100 万件产品中只能有不到一个缺陷产品。为了同时满足高性能和高可靠性的要求，我们不得不建立前所未有的严格的产品评估环境。

　　Sakano：在HDR方面，汽车传感器需要120分贝，而其他应用大约是70分贝。将动态范围从70分贝提高到120分贝，并不是简单地将信号处理能力提高120除以70，即1.7倍。实际上是将其增加了 320 倍。这个数字是传统图像传感器架构无法实现的。我们需要开发一个全新的架构。

　　以前，传感器设计用于在光电二极管中存储电荷。为了腾出数百倍的空间来处理信号，我们决定创建一个单独的容器来存储电荷。在这一点上，我们将DRAM等内存使用的容量用于图像传感器，之前图像传感器没有使用过。新的像素结构和像素控制方法使传感器能够同时捕捉不同曝光下的多个图像。这极大地增强了动态范围。

　　Shimozono：对于制造部门来说，任务是为新架构提供新的结构。为了实现汽车应用所需的性能，我们调整了每条生产线工艺。生产以最小的余量运行。最终的粉尘控制水平是确保生产线无尘的必要条件，以消除缺陷，实现零缺陷的目标。

　　汽车图像传感器需要在-40至125°C的温度范围内保证性能，因此需要在许多方面进行改进，例如高温环境下的黑暗期性能。为了实现HDR功能，光电二极管的性能需要提高。此外，像素必须平衡。开发过程中有很多问题需要解决。因此，我们与设计团队密切合作并制定了工艺要求。

　　至于封装，我们面临的挑战是确保可靠安装，尽管在汽车应用所需的不同极端温度和 250 度的高温回流下膨胀系数存在差异。这些问题通过开发专用于汽车传感器的特殊封装得以克服。

　　开发和制造部门之间的密切沟通

　　问：索尼半导体解决方案集团的汽车图像传感器有哪些优势？

　　Azami：与集团所有图像传感器一样，我们用于汽车应用的图像传感器在黑暗环境中具有低噪声和低白点缺陷的技术优越，即使在 105°C 的高温下也能拍摄图像，这是我们竞争对手无可匹敌的。

　　我认为，使这成为可能的原因在于，我们拥有工厂的专有技术，建立在我们在 CCD 方面的专业知识之上，而且我们的像素设计和制造部门都在公司内协同工作。我们紧密合作，所以我们可以得到及时的反馈，这有助于加快改进。通过讨论，我们可以确定问题是否可以在流程或设计方面得到解决。事实上，我们可以自己确定这些细微的细节，这对集团来说是一笔巨大的财富。

　　我们的图像传感器的另一个巨大优势是HDR 和 LFM 的高度集成。我们的全球客户支持也是我们的大本营。我相信，集团拥有使我们能够在我们的产品中准确反映客户要求的技术和环境。

　　Sakano：鉴于图像传感器就像终极模拟设备，如果没有设计和工艺团队之间的密切合作，很难进行改进。因此，该集团在拥有这种允许设计和流程部门之间密切沟通的环境方面具有巨大优势。

　　Nishizuka：我们经常有客户质量检查，但他们对我们的工厂和设计开发的反馈总是非常积极的。我们告诉我们的客户，他们可以随时来找我们进行检查，尽管目前 Covid-19 情况使其变得困难，这是因为我们相信信任和信心是汽车相关产品的关键要素。

　　问：您认为在汽车应用方面最困难的是什么？

　　Sakano：我认为是与性能相关的耐热性。-40 到 125°C 的温度范围毕竟是功能保证。这并不意味着保证性能。但是，只要传感器起作用，就会产生图像，而这些图像可能会引起投诉。困难在于没有明确的标准。投诉取决于客户。

　　工作过程也带来了一些困难。除了索尼自己的可靠性测试标准外，还有其他行业权威机构规定的可靠性测试。鉴于此，尽管与其他类别相比，开发的总体时间表相对较长，但分配给流程开发的时间并不长。此外，在进入大规模生产之前，该过程需要高度完整和可靠，这包括产量。因此，我们的工艺开发承受着巨大的压力。

　　从业务的角度来看，还有一个困难。这个行业的惯例是，一个产品要想做成生意，必须在最终确定下来之后，通过很多的竞争。我们是这项业务的后来者之一，尚未能够在开始产品开发之前与客户协商并就规格达成一致。这种情况让负责技术规划的我们承受着相当大的压力，直到我们看到结果。

　　Shimozono：客户的要求非常苛刻。他们想要图像传感器的各种性能属性。例如，在某些容易发生突出爆裂的条件下，例如在明亮的阳光下和地面上的雪下，它不应饱和，并应在高温或低温下保持稳定运行等质量保证要求。

　　可靠性、质量管理和客户服务的预期水平远高于其他类别。满足所有这些要求并确保产品的高性能需要真正的承诺。

　　Nishizuka：现在，我们正在走向自动驾驶。这使我们肩负着在恶劣环境中实现零缺陷和安全保障的任务。这些雄心勃勃的目标将是一项艰巨的工作。只有少数缺陷会导致重大失败这一事实使我们保持警觉。

　　汽车传感器将引领零交通事故和自动驾驶的实现

　　问：索尼半导体解决方案集团希望通过其汽车图像传感器实现什么样的未来？

　　Azami：我认为配备集团用于汽车应用的图像传感器的汽车将使我们的Safety Cocoon 概念成为现实，通过将汽车和道路系统作为一个整体来提供安全性。

　　Sakano：在汽车应用方面，我也在做汽车激光雷达的SPAD深度传感器。从这个意义上说，我想通过这些不同传感器的组合为实现Safety Cocoon概念做出贡献。我的志向是超越汽车业务，通过在 HDR 技术上取得领先地位，为集团的其他领域做出贡献。

　　Nishizuka：让世界认可我们的汽车图像传感器对于自动驾驶汽车的安全和保障不可或缺，这让我感到自豪。如果我们的图像传感器被世界各地的所有汽车采用并且自动驾驶成为现实，那就太好了。

　　想象一下未来的移动性，人们可以在自动驾驶汽车中享受索尼的游戏、音乐、电影和其他形式的娱乐。这是一个多么有趣的主意！

　　Shimozono：移动安全当然很重要，但我也想帮助解决社会问题，例如交通事故和社会中的移动弱势群体，通过我们的技术丰富人们的生活。

　　据说电动汽车的推出改变了汽车行业，预计图像传感器也将发挥与汽车电池一样重要的作用。因此，如果我们的努力刺激了这个不断增长的细分市场以支持日本工业，那就太好了。

　　问：最后，你未来的挑战是什么？

　　Azami：交通事故危及生命。如果您仅根据价格来选择您的汽车，那么您可能会在意外事故中后悔自己的选择。因此，我们有责任谨慎宣传我们的图像传感器的优点，以便客户充分了解情况并做出不会后悔的选择。这种努力也相当于使人们免于在交通事故中失去亲人。牢记这一想法，我想致力于零缺陷以及下一代解决方案的开发，例如自我诊断和警告图像传感器故障的系统。

　　Sakano：对我来说，因为我从一开始就涉足汽车应用领域，我的目标是通过我们在工程和技术方面的领先专业知识，使集团能够在这个业务领域中获利。在此过程中，我想开发一种智能架构，考虑到环境问题，通过检测和评估环境来确保高效率和自我控制系统。通过向行业提出这样的架构，我希望我们的集团能够在行业中处于领先地位。

　　2021年4月8日是日本警察厅 53 年监视期间的第一个无事故日。我希望我们的努力将消除这个世界上的交通事故，零事故将成为一个常态。如果我们的图像传感器有助于实现这一点，我会感到非常自豪。

　　Nishizuka：我的目标是真正实现集团汽车图像传感器的零缺陷质量。老实说，集团汽车应用团队的所有成员齐心协力，这是可以实现的。

　　Shimozono：我的第一个目标是成为世界第一的汽车应用图像传感器供应商。在传感方面，我们应该通过小型化提高分辨率来提高检测距离和视角，从而提高安全性。从这个意义上说，我想通过将 SPAD 深度传感器融入传感技术来追求增强的环境鲁棒性。

　　除了提供可以丰富人们生活的图像传感器之外，我还想在集团中创造工作带来快乐的工作环境。