在2023年11月23日的“臨港國際半導(dǎo)體大會(huì)”的汽車半導(dǎo)體峰會(huì)上，SGS中國半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室首席技術(shù)官朱炬向大家分享了車規(guī)芯片的可靠性認(rèn)證方面的內(nèi)容，他的演講主要從車規(guī)可靠性的認(rèn)證需求背景、生產(chǎn)車規(guī)芯片的門檻、車規(guī)可靠性的具體認(rèn)證要求方面展開。VPBesmc

車規(guī)可靠性的認(rèn)證需求背景

雖然IC仍是中國第一大進(jìn)口商品，但是隨著國產(chǎn)芯片提上日程，芯片認(rèn)證的需求也在逐漸增加。朱炬指出，車規(guī)級(jí)芯片與消費(fèi)級(jí)芯片、工業(yè)級(jí)芯片的認(rèn)證，在本質(zhì)上的要求有一定的差異。VPBesmc

• 第一，車規(guī)芯片的失效率要求最嚴(yán)格，比如目前ADAS芯片是10 DPPM(百萬產(chǎn)品中的不良品數(shù)為10)，且汽車行業(yè)一直在強(qiáng)調(diào)，隨著自動(dòng)駕駛程度的進(jìn)一步加深，汽車芯片追求的0 DPPM(百萬產(chǎn)品中的不良品數(shù)為0)的愿景。消費(fèi)級(jí)芯片是500 DPPM(百萬產(chǎn)品中的不良品數(shù)為500)，而工業(yè)級(jí)芯片的失效率要求介于車規(guī)級(jí)和消費(fèi)級(jí)芯片之間。
• 第二，車規(guī)級(jí)芯片壽命要求最嚴(yán)格。消費(fèi)級(jí)芯片的壽命一般為3-5年，工業(yè)級(jí)芯片的壽命是10年，車規(guī)級(jí)芯片的壽命可達(dá)15年。朱炬補(bǔ)充表示：“家用汽車設(shè)定的壽命是15年，這15年里可能平均每天使用2-3個(gè)小時(shí)。”
• 第三，不同芯片的參考標(biāo)準(zhǔn)也存在差異。比如，工業(yè)級(jí)芯片和消費(fèi)級(jí)芯片的標(biāo)準(zhǔn)是JESD47，車規(guī)級(jí)是AEC-Q系列規(guī)范。
• 第四，三者的工作溫度范圍不同。比如，消費(fèi)級(jí)芯片要求-20℃至+70℃，工業(yè)級(jí)芯片要求-40℃至+85℃，車規(guī)級(jí)芯片要求-40℃至+150℃。

生產(chǎn)車規(guī)芯片的門檻

對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)來說，究竟要滿足怎樣的要求才能生產(chǎn)和銷售零組件或者整車？VPBesmc

無論是IDM還是Fabless的汽車芯片供應(yīng)商，還是子模塊提供商、整車廠，它們都要符合汽車質(zhì)量管理體系IATF 16949；VPBesmc

要通過可靠性驗(yàn)證，比如針對(duì)汽車零部件生產(chǎn)商的AEC Q100/101/102/103/104/200；針對(duì)整車廠的ISO/SAE認(rèn)證和各國相關(guān)的法律法規(guī)；針對(duì)全部汽車產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的材料回收利用相關(guān)的要求——IMDS(International Material Data System，國際材料數(shù)據(jù)系統(tǒng))和CAMDS(China Automotive Material Data System中國汽車材料數(shù)據(jù)系統(tǒng))，以及功能安全要求認(rèn)證ISO 26262。VPBesmc

AEC是汽車電子協(xié)會(huì)的簡(jiǎn)稱，克萊斯勒、福特和通用汽車為建立一套通用的零件資質(zhì)及質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)立。實(shí)際上，不同的車規(guī)器件有不同的要求。其中，集成芯片一般參考要AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，分立器件參考AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)，傳感器參考AEC-Q103標(biāo)準(zhǔn)，模組參考AEC-104標(biāo)準(zhǔn)，被動(dòng)器件參考AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)。VPBesmc

車規(guī)可靠性認(rèn)證的具體要求

AEC-Q100是AEC的首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，由美國汽車電子協(xié)會(huì)AEC于1994年6月首次發(fā)表。目前，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為汽車電子系統(tǒng)的通用標(biāo)準(zhǔn)，AEC-Q100是汽車電子最常見的應(yīng)力測(cè)試認(rèn)證規(guī)范。在10年前，中國有一些企業(yè)開始做AEC-Q100認(rèn)證，不過國內(nèi)大量認(rèn)證AEC-Q100的趨勢(shì)，是由最近幾年的國產(chǎn)化風(fēng)潮引起。VPBesmc

可靠性認(rèn)證是針對(duì)整體環(huán)節(jié)，包括最下游的半導(dǎo)體元器件、PCB電路板、整車都有不同的要求。做車規(guī)可靠性認(rèn)證時(shí)，首先要前瞻性看產(chǎn)品是用在車的哪個(gè)位置，使用溫度范圍多少，再進(jìn)一步定義車規(guī)芯片的等級(jí)。VPBesmc

車規(guī)體系認(rèn)證的一致性非常重要，其測(cè)試樣品要求來自非連續(xù)晶圓的3個(gè)批次，在非連續(xù)封測(cè)完成的樣品；在同一個(gè)工藝和生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)廠商完成的樣品；用于無損檢測(cè)的樣品可以重復(fù)使用；Pre & Post-三溫參數(shù)測(cè)試(room、hot and / or cold)；測(cè)試失效判定準(zhǔn)則有——不符合個(gè)別器件規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)或供應(yīng)商的數(shù)據(jù)手冊(cè)，以及任何顯示可歸因于環(huán)境測(cè)試的外部損壞的器件。VPBesmc

由于車規(guī)可靠性認(rèn)證較貴，它的認(rèn)證周期也比較長(zhǎng)，研發(fā)公司從硬件的設(shè)計(jì)到測(cè)試完成，可能全程需要四至五個(gè)月。而研發(fā)公司產(chǎn)品在不斷迭代，包括針對(duì)新器件的認(rèn)證，以及改版器件的再認(rèn)證，具體根據(jù)半導(dǎo)體工藝把流程分成三個(gè)，再看改版后的芯片有改變哪些工藝，針對(duì)這部分再加重測(cè)試，以此來保證產(chǎn)品迭代后的可靠性。VPBesmc

在車規(guī)可靠性認(rèn)證前期要做哪些準(zhǔn)備？包括測(cè)試前器件參數(shù)測(cè)試，HTOL、THB/HAST、PTC、EMC測(cè)試的硬件準(zhǔn)備，根據(jù)AEC Q系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力測(cè)試，測(cè)試后的參數(shù)測(cè)試等。VPBesmc

在演講的后半部分，朱炬詳細(xì)介紹了AEC-Q100車規(guī)可靠性認(rèn)證。具體來看AEC-Q100認(rèn)證一共分成了7個(gè)測(cè)試組群：VPBesmc

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AEC-Q100的認(rèn)證的A組，主要做環(huán)境壓力加速測(cè)試，如室溫、高溫，濕度，溫濕度循環(huán)等。A組的加速環(huán)境、預(yù)處理認(rèn)證中，做了Bake-Moisture Soak-回流，這是在模擬車間的后端組裝過程，以及車間管控生命的情況。VPBesmc

但并非每次認(rèn)證都要把AEC-Q所有項(xiàng)目做完，需根據(jù)封裝形式來做相應(yīng)的測(cè)試，比如預(yù)處理只是針對(duì)貼片做測(cè)試。A3是飽和濕度測(cè)試，與A2相比唯一的差別是不加電。A4溫度循環(huán)是快速溫變，通過快充電或者溫充來看TC匹配性是否會(huì)引入新的失效。A5是功率溫度循、A6是高溫存儲(chǔ)。VPBesmc

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B組包括使用壽命模擬測(cè)試，室溫、高低溫壽命測(cè)試。汽車電子要求使用壽命達(dá)15年，此處需根據(jù)加速模型算出需要老化多久。其下有三項(xiàng)主要測(cè)試：B1是HTO、B2是早量風(fēng)險(xiǎn)，有存儲(chǔ)類器件就需做B3驗(yàn)證。VPBesmc

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C組是封裝組裝整合測(cè)試 ，主要是邦線相關(guān)的測(cè)試，新的驗(yàn)證對(duì)邦線和推力做了明確規(guī)定。VPBesmc

D組是芯片晶圓可靠度測(cè)試，如電遷移，熱載流子等，主要是晶圓廠控制。VPBesmc

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E組是電氣特性確認(rèn)測(cè)試，如ESD，EMC，短路閂鎖等。E1就是前后參數(shù)測(cè)試，E2、E3、E4是所有半導(dǎo)體器件通用的考核測(cè)試(即ESD人體模式)。E10短路特性主要針對(duì)智能芯片，E11是主要針對(duì)存儲(chǔ)芯片的軟誤差率測(cè)試，主要看內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是否發(fā)生反轉(zhuǎn)。E12看的是無鉛工藝制程下的可靠性。VPBesmc

F組是瑕疵篩選監(jiān)控測(cè)試，過程平均測(cè)試及良率分析，主要是針對(duì)晶圓廠的測(cè)試，一些過程管控?zé)o法直接試。VPBesmc

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G組是封裝凹陷整合測(cè)試，包括機(jī)械沖擊、震動(dòng)、跌落等測(cè)試，主要針對(duì)空腔體陶瓷封裝，塑封器件無需過多執(zhí)行。VPBesmc

最后，朱炬介紹說，作為全球領(lǐng)先的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，瑞士通用檢驗(yàn)公司(SGS)自1991年進(jìn)入中國市場(chǎng)以來，在農(nóng)業(yè)、食品、化工、礦產(chǎn)、能源、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，提供檢驗(yàn)、鑒定、測(cè)試、認(rèn)證服務(wù)。VPBesmc