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近幾年的MWC(全球移動(dòng)通訊大會(huì))各大車廠推出車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用概念，日前兩大移動(dòng)裝置操作系統(tǒng)開發(fā)商Apple與Google也正式跨足汽車領(lǐng)域，分別發(fā)表CarPlay及Android Auto平臺(tái)，除了Google無(wú)人駕駛車，包含Benz/BMW/Volvo/一汽集團(tuán)/軍事交通學(xué)院…等機(jī)構(gòu)都已完成無(wú)人駕駛技術(shù)開發(fā)并開始進(jìn)行道路實(shí)驗(yàn)，中國(guó)的網(wǎng)絡(luò)企業(yè)百度在無(wú)人駕駛的領(lǐng)域展現(xiàn)積極切入動(dòng)作。全球汽車電子的產(chǎn)值將會(huì)因?yàn)閼?yīng)用平臺(tái)的成熟而大幅成長(zhǎng)。IC(集成電路)設(shè)計(jì)公司無(wú)不磨刀霍霍的準(zhǔn)備強(qiáng)攻此新藍(lán)海市場(chǎng)。

車用IC的市場(chǎng)相較于ICT(信息通信技術(shù))信息通信產(chǎn)業(yè)的最大差異為市場(chǎng)較為封閉，且前期的開發(fā)及驗(yàn)證期可能長(zhǎng)達(dá)3年，對(duì)臺(tái)灣/大陸IC設(shè)計(jì)公司已習(xí)慣Time to market(上市時(shí)機(jī))的運(yùn)作模式相悖，價(jià)值理念也不盡相同，本文將以AEC-Q100的IC驗(yàn)證規(guī)范解析如何滿足車廠/模塊廠客戶的需求，并將本文焦點(diǎn)放在規(guī)范AEC-Q100 H版的要求進(jìn)行解讀。

想入場(chǎng)？請(qǐng)先取得兩張門票 AEC & IATF 16949

要進(jìn)入汽車領(lǐng)域，打入各Tier 1(一級(jí)制作供應(yīng)商)汽車電子大廠供應(yīng)鏈，必須取得兩張門票，第一張是由北美汽車產(chǎn)業(yè)所推的AEC-Q100(IC集成電路), 101(分離元件), 200(被動(dòng)元件), Q102(分離光電LED元件) , Q104(多芯片元件)可靠性標(biāo)準(zhǔn)；第二張門票，則要符合零失效(Zero Defect)的供應(yīng)鏈質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)IATF 16949規(guī)范(Quality Management System)。其及關(guān)聯(lián)性可參考圖示1說(shuō)明。

汽車元器件市場(chǎng)層級(jí)決定可靠性質(zhì)量要求

汽車元器件市場(chǎng)可以大致區(qū)分為3部分：

1. OEM / ODM (正廠出廠零件) / OES (正廠維修零件)

2. DOP (Dealer Option經(jīng)銷商選配零件)

3. AM (After Marketing 副廠零件)

對(duì)客戶的失效率預(yù)估及備品備置策略會(huì)因決定進(jìn)入不同市場(chǎng)而有所變化，OEM/ ODM/ OES為原廠保固，因其保固期較長(zhǎng)，各車廠需要在制造及售后服務(wù)的成本之間取得平衡，IC供貨商要進(jìn)入的門檻較高。DOP則為各經(jīng)銷商因在地市場(chǎng)的銷售策略需求所做的選配項(xiàng)目，進(jìn)入門檻與上述相近，售后市場(chǎng)(AM)與原廠保固無(wú)關(guān)，所以相對(duì)進(jìn)入門坎及成本是較低的。另一面向?yàn)锳M的產(chǎn)品類型較多屬于影音周邊與主被動(dòng)安全無(wú)關(guān)，所要求的可靠性也低于原廠零件，可參考圖2說(shuō)明。

車用IC規(guī)范AEC-Q100的驗(yàn)證流程

那么，IC設(shè)計(jì)業(yè)者，該如何進(jìn)入車用IC供應(yīng)鏈呢?首先應(yīng)先了解其中之一張門票，AEC-Q100。下圖3為AEC-Q100規(guī)范中的驗(yàn)證流程，此圖是以Die Design → Wafer Fab. → PKG Assembly → Testing的制造流程來(lái)繪制，各群組的關(guān)聯(lián)性需要參考圖中的箭頭符號(hào)，筆者將驗(yàn)證流程分為5個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)易說(shuō)明，各項(xiàng)測(cè)試的細(xì)節(jié)部分就不再細(xì)述。

Design House: 

紅色區(qū)域?yàn)榭煽啃詫?shí)驗(yàn)前后的功能測(cè)試，此部分需IC設(shè)計(jì)公司與測(cè)試廠討論執(zhí)行方式，與一般IC驗(yàn)證主要差異在功能測(cè)試的溫度設(shè)定，此部分后面會(huì)進(jìn)行說(shuō)明。

Wafer Foundry: 

Group D的綠色區(qū)域?yàn)榫A廠在Wafer Level的可靠性驗(yàn)證，F(xiàn)abless的IC業(yè)者須與委托制造的晶圓廠取得相關(guān)資料。

Reliability Test : 

藍(lán)色區(qū)域?yàn)榭煽啃砸暜a(chǎn)品包裝/特性需要執(zhí)行的項(xiàng)目，AEC將其分為:

• Group A : 加速環(huán)境應(yīng)力實(shí)驗(yàn)

• Group B : 加速工作壽命模擬

• Group C : 封裝完整性測(cè)試

• Group E : 電性驗(yàn)證測(cè)試

• Group G : 空腔/密封型封裝完整性測(cè)試

Design Verification: 

部分Group E的咖啡色區(qū)域?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)間的失效模式與影響分析評(píng)估，成品階段的特性驗(yàn)證以及故障失效涵蓋率計(jì)算。

Production Control: 

Group F的區(qū)域生產(chǎn)階段的質(zhì)量控管，包含良率/Bin使用統(tǒng)計(jì)手法進(jìn)行控管及制定標(biāo)準(zhǔn)處理流程。

AEC-Q100 H版本的要求讀解

自2007年5月，AEC-Q100 G版發(fā)布后，時(shí)隔7年以上的時(shí)間，2014年9月，H版發(fā)布，此段內(nèi)文將探討AEC-Q100 H版與G版之間的主要差異，及改版后規(guī)范的說(shuō)明。

1.  溫度等級(jí) 

IC供貨商必須先了解終端客戶如何使用此IC及其在車內(nèi)的安裝位置，以實(shí)際應(yīng)用的溫度范圍來(lái)訂定合適的溫度等級(jí)，此溫度等級(jí)定義會(huì)應(yīng)用在兩個(gè)部分。

第一部分為測(cè)試計(jì)劃展開時(shí)各可靠性實(shí)驗(yàn)的條件選擇，如:TCT(溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn))，不同等級(jí)的溫變范圍及溫差循環(huán)數(shù)會(huì)有差異。

第二部分為前述的可靠性實(shí)驗(yàn)前后功能性測(cè)試溫度必須依照User所訂定的溫度范圍來(lái)做功能應(yīng)用的FT(Final Test)，溫度等級(jí)為Grade 1(-40℃~125℃)，則代表FT時(shí)使用低溫-40℃、常溫25℃及高溫125℃，且需要留意其測(cè)試溫度有先后順序的訂定。如:HTOL(高溫工作壽命實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn)在FT測(cè)試定義順序?yàn)镽oom?Cold?Hot。

H版的部分取消了Grade 4 0℃~70℃的溫度等級(jí)，如表1，此溫度等級(jí)若比對(duì)車用模塊在 ISO 16750 / SAE J1211等規(guī)范內(nèi)的描述是無(wú)法對(duì)應(yīng)到合適的產(chǎn)品，因此筆者認(rèn)為取消此溫度等級(jí)是更貼近實(shí)際模塊的要求。

2.  實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在G版的增減項(xiàng)目如下:

2.1 取消 : GL(Gate Leakage；高溫閘極漏電測(cè)試)及ESD（Electro-Static discharge 靜電放電）中的MM(Machine Mode 機(jī)器模式)。

GL的部分主要在仿真車用模塊應(yīng)用時(shí)所可能遭遇高溫及高電場(chǎng)同時(shí)發(fā)生的環(huán)境，此環(huán)境會(huì)讓IC Package內(nèi)的等效電容及電阻產(chǎn)生Gate Leakage的失效，此失效現(xiàn)象可經(jīng)由高溫烘烤的方式恢復(fù)，取消的原因規(guī)范中未有說(shuō)明，但以筆者在宜特實(shí)驗(yàn)室多年所累積的驗(yàn)證測(cè)試經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，此失效模式常發(fā)生在Burn-In(老化)及Reflow（回流焊）的過(guò)程，雖規(guī)范已取消，在生產(chǎn)過(guò)程或?qū)嶋H應(yīng)用客退若有相同失效發(fā)生，仍可使用此手法進(jìn)行再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)。

MM的部分則與JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council聯(lián)合電子設(shè)備工程會(huì)議）的JESD47規(guī)范同步，一是HBM(Human Body Mode 人體模式)可以等效MM的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，二是CDM(Charged-Device Model 器件充電模式)的重要性更勝于MM，因此應(yīng)多著重在CDM的測(cè)試。至于文獻(xiàn)中提到的HBM與MM的關(guān)聯(lián)性，以筆者在宜特ESD實(shí)驗(yàn)室的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，仍有部分產(chǎn)品的ESD防護(hù)電路在HBM及MM上是有所差異的，規(guī)范雖然取消此項(xiàng)目，但I(xiàn)C業(yè)者仍需要面對(duì)當(dāng)ESD客退發(fā)生時(shí)的處理，ESD定義為設(shè)計(jì)驗(yàn)證，所以目前各家廠商仍將其列為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)目。

2.2 新增 : Lead(Pb) Free(無(wú)鉛)實(shí)驗(yàn)

汽車電子與醫(yī)療產(chǎn)業(yè)不同于ICT產(chǎn)業(yè)，汽車電子與醫(yī)療產(chǎn)業(yè)注重的科技是技術(shù)成熟性、可靠性以及零失效，而非ICT所追求最先進(jìn)的技術(shù)。因此，車用電子產(chǎn)品在無(wú)鉛制程的轉(zhuǎn)換時(shí)程是比消費(fèi)性產(chǎn)品來(lái)的晚，此次正式列入測(cè)試項(xiàng)目也代表無(wú)鉛制程的轉(zhuǎn)換已相當(dāng)成熟，但仍允許部分如引擎室內(nèi)高溫應(yīng)用等產(chǎn)品使用有鉛制程。無(wú)鉛的驗(yàn)證項(xiàng)目則包含Solderability Test(可焊性測(cè)試)、Solder heat resistance（焊錫耐熱性）、Resistance to Solder Heat（耐焊錫熱實(shí)驗(yàn)）以及Whisker（錫須測(cè)試）。

3.  實(shí)驗(yàn)條件

主要實(shí)驗(yàn)條件改變的部分在于HTOL(高溫工作壽命實(shí)驗(yàn))及TCT(溫度循環(huán)測(cè)試)兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，其余如Wire bonding（封裝打線）的相關(guān)實(shí)驗(yàn)則是取消Ppk的計(jì)算使用Cpk則可、Solderability（可焊性測(cè)試）則說(shuō)明可由烘烤替代蒸氣老化、Group G部分的實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)則略為減少，測(cè)試項(xiàng)目所參考規(guī)范調(diào)整的部分則請(qǐng)讀者自行參閱，在此不細(xì)述。

3.1. HTOL : 

有三個(gè)部分，一為實(shí)驗(yàn)時(shí)間增長(zhǎng)皆為1,000Hrs，二為清楚定義溫度為Tj(Junction Temperature)，三為實(shí)驗(yàn)高溫對(duì)齊Grade的定義。

3.2 TCT : 

最低目標(biāo)低溫溫度由-50℃調(diào)整為-55℃，Cycle（循環(huán)）數(shù)的部分則有部分提升，仍可參考JESD22-A104的規(guī)范進(jìn)行等效實(shí)驗(yàn)條件的替換。

實(shí)驗(yàn)條件的部分可再參考稍后第五部份的說(shuō)明，將可更理解此次規(guī)范變更所要表達(dá)含意。

4. 通用性數(shù)據(jù)

先以圖4來(lái)說(shuō)明Generic Data(通用性資料)的基本含意，兩個(gè)產(chǎn)品A、B，若有使用相同工藝或材料，則可初步定義為同一家族系列產(chǎn)品，若對(duì)A產(chǎn)品進(jìn)行完整AEC Q-100 Qualification，相同工藝或材料的部分所產(chǎn)出的測(cè)試結(jié)果則稱之為Generic Data，先不論驗(yàn)證的數(shù)量與程序，只要Generic Data的定義符合AEC-Q100的說(shuō)明，B產(chǎn)品進(jìn)行剩余項(xiàng)目的驗(yàn)證后再加上Generic Data，則可宣告B產(chǎn)品也通過(guò)AEC-Q100。

此次新的版本對(duì)于Generic Data及Qualification Family的定義及使用原則有較清晰的說(shuō)明，并且簡(jiǎn)化了其認(rèn)證程序，同時(shí)以情境模擬案例，來(lái)說(shuō)明那些制程變更時(shí)應(yīng)進(jìn)行那些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與Lot數(shù)量，都有較明確的定義，因內(nèi)容過(guò)多，讀者若有需要可以再參閱規(guī)范。

5. 擬定測(cè)試計(jì)劃

本文中最重要、也是此次改版中，筆者認(rèn)為變動(dòng)最大的部分，呼應(yīng)美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)在規(guī)范SAE-J1879/J1211中強(qiáng)調(diào)的強(qiáng)韌性/穩(wěn)健性驗(yàn)證(Robustness Validation)，驗(yàn)證計(jì)劃應(yīng)思考的是因應(yīng)該產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境所面臨的使用條件而擬定的，而非以單一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)/條件來(lái)適用所有產(chǎn)品，也就是Test for Application（測(cè)試應(yīng)用程序），而非Test for Standard（測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)）。 

要如何擬定一個(gè)合適的驗(yàn)證計(jì)劃呢?第一步為制定該元件被設(shè)計(jì)/生產(chǎn)的目的，我們稱之為Mission Profile（任務(wù)剖面），除了滿足功能性的任務(wù)外，要再加上可靠性的任務(wù)，表2為汽車的Mission Profile參數(shù)范例。

IC供貨商須考慮不同應(yīng)用功能的元件將會(huì)對(duì)應(yīng)不同的Mission Profile，若IC工作行為是在Non-Operating Time（非工作時(shí)間），如:警報(bào)器等的應(yīng)用，則Life time（壽命期）條件應(yīng)滿足116,400Hrs在常溫的情況。

若IC僅在Engine On（發(fā)動(dòng)機(jī)工作）時(shí)工作，那Mission Profile就必須要滿足12,000Hrs的壽命時(shí)間，及其工作位置的使用溫度，假定Engine On時(shí)該IC平均的工作溫度Junction Temperature(Tj)=87℃，我們使用的HTOL測(cè)試溫度為125℃，活化能設(shè)定為0.7eV，接下來(lái)使用Arrhenius Model（阿倫尼斯模型）來(lái)計(jì)算實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度加速率，如表3公式計(jì)算: 

即可算出溫度加速率AFT=8.6232，以上述的設(shè)定目標(biāo)壽命為12,000Hrs，因此HTOL實(shí)驗(yàn)時(shí)間應(yīng)為12,000Hrs/8.6232 = 1,392Hrs。除了溫度加速的范例，包含溫度循環(huán)/濕度的加速公式已列在新規(guī)范中，各位可在參考規(guī)范內(nèi)文。

上述范例旨在說(shuō)明如何以終端產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用的Mission Profile來(lái)設(shè)計(jì)合適的測(cè)試計(jì)劃，相信很多從事IC設(shè)計(jì)的品管單位都相當(dāng)熟悉，本文要表達(dá)的是規(guī)范將逐漸舍棄以單一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)訂定，而是交由End User(終端客戶)與Component Manufacturer(元件制造商)來(lái)共同制定適合的驗(yàn)證計(jì)劃。制定驗(yàn)證計(jì)劃的流程可參閱下圖5。   

結(jié)語(yǔ)

消費(fèi)性產(chǎn)品的產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)，一般IC設(shè)計(jì)業(yè)者早已駕輕就熟，而這一兩年，隨著汽車市場(chǎng)，逐步走向車聯(lián)網(wǎng)、新能源車領(lǐng)域，需要更多駕駛信息輔助整合系統(tǒng)，也讓IC設(shè)計(jì)業(yè)者找到進(jìn)入市場(chǎng)的敲門磚。然而，消費(fèi)性電子產(chǎn)品而言，產(chǎn)品壽命設(shè)計(jì)約1~3年為淘汰周期，但車用電子則以10年起跳，上看15年壽命期。如何尋找有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室，協(xié)助客戶了解車規(guī)，制定相對(duì)應(yīng)的AEC-Q100驗(yàn)證步驟與手法，順利進(jìn)入車廠供應(yīng)鏈，是極為重要的事。筆者以規(guī)范改版作為出發(fā)點(diǎn)完成本文撰寫，加上多年在宜特協(xié)助IC設(shè)計(jì)業(yè)跨入車用電子的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，期能讓更多其他IC業(yè)者能在汽車電子IC驗(yàn)證獲取更多的信息。

作者：曾劭鈞

來(lái)源：iST 宜特

曾劭鈞，在可靠性領(lǐng)域20年以上經(jīng)驗(yàn)，近年協(xié)助多家IC設(shè)計(jì)客戶制定汽車電子AEC測(cè)試計(jì)劃，目前任職于iST宜特(www.istgroup.com) 可靠性工程處。