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车规芯片可靠性认证怎么做?

一颗车规级芯片出现在一辆整车上,需要经过多少次验证?

在2023年11月23日的“临港国际半导体大会”的汽车半导体峰会上,SGS中国半导体实验室首席技术官朱炬向大家分享了车规芯片的可靠性认证方面的内容,他的演讲主要从车规可靠性的认证需求背景、生产车规芯片的门槛、车规可靠性的具体认证要求方面展开。hMIesmc

车规可靠性的认证需求背景

虽然IC仍是中国第一大进口商品,但是随着国产芯片提上日程,芯片认证的需求也在逐渐增加。朱炬指出,车规级芯片与消费级芯片、工业级芯片的认证,在本质上的要求有一定的差异。hMIesmc

  • 第一,车规芯片的失效率要求最严格,比如目前ADAS芯片是10 DPPM(百万产品中的不良品数为10),且汽车行业一直在强调,随着自动驾驶程度的进一步加深,汽车芯片追求的0 DPPM(百万产品中的不良品数为0)的愿景。消费级芯片是500 DPPM(百万产品中的不良品数为500),而工业级芯片的失效率要求介于车规级和消费级芯片之间。
  • 第二,车规级芯片寿命要求最严格。消费级芯片的寿命一般为3-5年,工业级芯片的寿命是10年,车规级芯片的寿命可达15年。朱炬补充表示:“家用汽车设定的寿命是15年,这15年里可能平均每天使用2-3个小时。”
  • 第三,不同芯片的参考标准也存在差异。比如,工业级芯片和消费级芯片的标准是JESD47,车规级是AEC-Q系列规范。
  • 第四,三者的工作温度范围不同。比如,消费级芯片要求-20℃至+70℃,工业级芯片要求-40℃至+85℃,车规级芯片要求-40℃至+150℃。

生产车规芯片的门槛

对汽车产业链企业来说,究竟要满足怎样的要求才能生产和销售零组件或者整车?hMIesmc

无论是IDM还是Fabless的汽车芯片供应商,还是子模块提供商、整车厂,它们都要符合汽车质量管理体系IATF 16949;hMIesmc

要通过可靠性验证,比如针对汽车零部件生产商的AEC Q100/101/102/103/104/200;针对整车厂的ISO/SAE认证和各国相关的法律法规;针对全部汽车产业链企业的材料回收利用相关的要求——IMDS(International Material Data System,国际材料数据系统)和CAMDS(China Automotive Material Data System中国汽车材料数据系统),以及功能安全要求认证ISO 26262。hMIesmc

AEC是汽车电子协会的简称,克莱斯勒、福特和通用汽车为建立一套通用的零件资质及质量系统标准而设立。实际上,不同的车规器件有不同的要求。其中,集成芯片一般参考要AEC-Q100标准,分立器件参考AEC-Q101标准,传感器参考AEC-Q103标准,模组参考AEC-104标准,被动器件参考AEC-Q200标准。hMIesmc

车规可靠性认证的具体要求

AEC-Q100是AEC的首个标准,由美国汽车电子协会AEC于1994年6月首次发表。目前,该标准已经成为汽车电子系统的通用标准,AEC-Q100是汽车电子最常见的应力测试认证规范。在10年前,中国有一些企业开始做AEC-Q100认证,不过国内大量认证AEC-Q100的趋势,是由最近几年的国产化风潮引起。hMIesmc

可靠性认证是针对整体环节,包括最下游的半导体元器件、PCB电路板、整车都有不同的要求。做车规可靠性认证时,首先要前瞻性看产品是用在车的哪个位置,使用温度范围多少,再进一步定义车规芯片的等级。hMIesmc

车规体系认证的一致性非常重要,其测试样品要求来自非连续晶圆的3个批次,在非连续封测完成的样品;在同一个工艺和生产设备的生产厂商完成的样品;用于无损检测的样品可以重复使用;Pre & Post-三温参数测试(room、hot and / or cold);测试失效判定准则有——不符合个别器件规格、标准或供应商的数据手册,以及任何显示可归因于环境测试的外部损坏的器件。hMIesmc

由于车规可靠性认证较贵,它的认证周期也比较长,研发公司从硬件的设计到测试完成,可能全程需要四至五个月。而研发公司产品在不断迭代,包括针对新器件的认证,以及改版器件的再认证,具体根据半导体工艺把流程分成三个,再看改版后的芯片有改变哪些工艺,针对这部分再加重测试,以此来保证产品迭代后的可靠性。hMIesmc

在车规可靠性认证前期要做哪些准备?包括测试前器件参数测试,HTOL、THB/HAST、PTC、EMC测试的硬件准备,根据AEC Q系列标准应力测试,测试后的参数测试等。hMIesmc

在演讲的后半部分,朱炬详细介绍了AEC-Q100车规可靠性认证。具体来看AEC-Q100认证一共分成了7个测试组群:hMIesmc

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AEC-Q100的认证的A组,主要做环境压力加速测试,如室温、高温,湿度,温湿度循环等。A组的加速环境、预处理认证中,做了Bake-Moisture Soak-回流,这是在模拟车间的后端组装过程,以及车间管控生命的情况。hMIesmc

但并非每次认证都要把AEC-Q所有项目做完,需根据封装形式来做相应的测试,比如预处理只是针对贴片做测试。A3是饱和湿度测试,与A2相比唯一的差别是不加电。A4温度循环是快速温变,通过快充电或者温充来看TC匹配性是否会引入新的失效。A5是功率温度循、A6是高温存储。hMIesmc

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B组包括使用寿命模拟测试,室温、高低温寿命测试。汽车电子要求使用寿命达15年,此处需根据加速模型算出需要老化多久。其下有三项主要测试:B1是HTO、B2是早量风险,有存储类器件就需做B3验证。hMIesmc

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C组是封装组装整合测试 ,主要是邦线相关的测试,新的验证对邦线和推力做了明确规定。hMIesmc

D组是芯片晶圆可靠度测试,如电迁移,热载流子等,主要是晶圆厂控制。hMIesmc

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E组是电气特性确认测试,如ESD,EMC,短路闩锁等。E1就是前后参数测试,E2、E3、E4是所有半导体器件通用的考核测试(即ESD人体模式)。E10短路特性主要针对智能芯片,E11是主要针对存储芯片的软误差率测试,主要看内部存储数据是否发生反转。E12看的是无铅工艺制程下的可靠性。hMIesmc

F组是瑕疵筛选监控测试,过程平均测试及良率分析,主要是针对晶圆厂的测试,一些过程管控无法直接试。hMIesmc

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G组是封装凹陷整合测试,包括机械冲击、震动、跌落等测试,主要针对空腔体陶瓷封装,塑封器件无需过多执行。hMIesmc

最后,朱炬介绍说,作为全球领先的第三方检测机构,瑞士通用检验公司(SGS)自1991年进入中国市场以来,在农业、食品、化工、矿产、能源、汽车、医疗等领域,提供检验、鉴定、测试、认证服务。hMIesmc

责编:Clover.li
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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