車規(guī)級(jí)芯片，指技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到車規(guī)級(jí)，可應(yīng)用于汽車控制的芯片。車規(guī)級(jí)是適用于汽車電子元件的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)之一。

　　圖1、消費(fèi)類電子、工業(yè)和車規(guī)芯片對(duì)比

　　汽車電子本身使用環(huán)境較為復(fù)雜，一旦失效可能引發(fā)嚴(yán)重后果，要研發(fā)一款真正符合需求的車規(guī)芯片并不容易。芯片在真正投入量產(chǎn)前，往往要經(jīng)過一系列嚴(yán)格的測(cè)試驗(yàn)證，以保證流程和產(chǎn)品的可靠性，達(dá)到車規(guī)要求。芯片的車規(guī)級(jí)認(rèn)證主要從體系、功能安全和可靠性三個(gè)維度管控。IAFT16949是汽車設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)質(zhì)量管理體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;ISO 26262是針對(duì)汽車功能安全的評(píng)估認(rèn)證;AEC-Q系列則主要是針對(duì)車規(guī)電子元器件可靠性評(píng)估的規(guī)范。

　　圖2、車規(guī)級(jí)芯片三大“門檻”

　?、?、IATF 16949認(rèn)證

　　IATF16949是基于ISO9001的基礎(chǔ)上建立的國際汽車行業(yè)的技術(shù)規(guī)范，敘述了汽車相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)、生產(chǎn)及相應(yīng)的安裝與服務(wù)的質(zhì)量管理體系要求，適用于顧客要求的用于生產(chǎn)件和/或服務(wù)件的制造現(xiàn)場(chǎng)，適用于整個(gè)汽車供應(yīng)鏈中的組織。它相當(dāng)于國際汽車行業(yè)的通用語言，目的就是為了減少供應(yīng)鏈中質(zhì)量波動(dòng)和浪費(fèi)。

　　圖3、IATF16949發(fā)展過程

　　上圖是IATF16949的發(fā)展過程，隨著質(zhì)量管理體系要求的不斷提升，新版的16949涵蓋了：產(chǎn)品安全、風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)急計(jì)劃、嵌入式軟件要求、變更和質(zhì)保管理和次級(jí)供應(yīng)商管理，對(duì)汽車供應(yīng)鏈提出了更高的管理水平規(guī)范。

　　TS16949的質(zhì)量管理系統(tǒng)認(rèn)證體系是汽車電子供應(yīng)商除AEC之外需要重視的另一套規(guī)范。目前包括通用、福特、標(biāo)致、雷諾和大眾等世界級(jí)車廠，都強(qiáng)制規(guī)定其供貨商的質(zhì)量管理系統(tǒng)需符合TS16949的要求，并要求擴(kuò)展至2~3級(jí)供貨商。TS16949突出了客戶導(dǎo)向，并制定各項(xiàng)績效指標(biāo)。其系統(tǒng)運(yùn)作架構(gòu)能強(qiáng)力推動(dòng)組織持續(xù)改進(jìn)。以保持領(lǐng)先同業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，能讓管理者有效找到異常點(diǎn)并進(jìn)行相應(yīng)改善。TS16949內(nèi)容中，最基本精神為《AIAG汽車行業(yè)五大核心工具》，尤其是生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序(PPAP)更為核心，如下圖所示。

　　圖4、TS16949之汽車行業(yè)五大核心工具

　?、凇SO 26262

　　ISO26262是從電子、電氣及可編程器件功能安全基本標(biāo)準(zhǔn)IEC61508派生出來的，主要定位在汽車行業(yè)中特定的電氣器件、電子設(shè)備、可編程電子器件等專門用于汽車領(lǐng)域的部件，旨在提高汽車電子、電氣產(chǎn)品功能安全的國際標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖5、ISO26262標(biāo)準(zhǔn)體系

　　ISO26262根據(jù)嚴(yán)重度(Severity)、暴露率(Exposure)和可控性(Controllability)，給汽車上的全部電子電氣系統(tǒng)劃分安全等級(jí)，安全氣囊、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須達(dá)到ASIL D級(jí)，這是應(yīng)用于安全保障的最嚴(yán)苛等級(jí)，因?yàn)槠涫淼娘L(fēng)險(xiǎn)最高。而安全等級(jí)范圍的最低等級(jí)，如后燈等部件，僅需達(dá)到ASIL A級(jí)即可。大燈和剎車燈通常是ASIL B級(jí)，而巡航控制通常是ASIL C級(jí)。

　　企業(yè)在執(zhí)行ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，會(huì)先制定安全要求以將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的水平，管理并跟蹤安全要求，確保最終產(chǎn)品遵循標(biāo)準(zhǔn)化安全程序。通過系統(tǒng)性、全生命周期的思考方式，實(shí)現(xiàn)全面地規(guī)劃功能安全的目的。

　　ISO 26262為汽車安全提供了一個(gè)生命周期(管理、開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營、服務(wù)、報(bào)廢)理念，并在這些生命周期階段中提供必要的支持。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋功能性安全方面的整體開發(fā)過程(包括需求規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、集成、驗(yàn)證、確認(rèn)和配置)。

　　ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度對(duì)系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級(jí)(Automotive Safety Integrity Level 汽車安全完整性等級(jí)ASIL)，其中D級(jí)為最高等級(jí)，需要最苛刻的安全需求。伴隨著ASIL等級(jí)的增加，針對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)流程的要求也隨之增強(qiáng)。對(duì)系統(tǒng)供應(yīng)商而言，除了需要滿足現(xiàn)有的高質(zhì)量要求外還必須滿足這些因?yàn)榘踩燃?jí)增加而提出的更高的要求。

　　圖6、ISO26262的體系結(jié)構(gòu)

　　ISO 26262的內(nèi)容包括：Part 1：定義術(shù)語(專用詞匯定義、解釋);Part 2：功能安全管理(定義了涉及安全相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)的組織和人員應(yīng)滿足的要求);Part 3：概念階段(項(xiàng)目定義、安全生命周期初始化、危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、功能安全概念);Part 4：產(chǎn)品開發(fā)：系統(tǒng)層面;Part 5：產(chǎn)品開發(fā)：硬件層面;Part 6：產(chǎn)品開發(fā)：軟件層面;Part 7：生產(chǎn)、運(yùn)行、服務(wù)和報(bào)廢;Part 8：支持過程(規(guī)定了對(duì)供應(yīng)商的開發(fā)委托要求);Part 9：基于ASIL和安全的分析;Part 10：ISO 26262導(dǎo)則(作為Part1～9的補(bǔ)充，對(duì)特定項(xiàng)目的解說及事例的指南);Part 11：半導(dǎo)體應(yīng)用指南。

　?、?、AEC-Q認(rèn)證

　　AEC是“Automotive Electronics Council：汽車電子協(xié)會(huì)”的簡稱?？巳R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)立了汽車電子委員會(huì)(AEC)，是主要汽車制造商與美國的主要部件制造商匯聚一起成立的、以車載電子部件的可靠性以及認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格化為目的的團(tuán)體，AEC建立了質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。AEC-Q認(rèn)證的目的是針對(duì)車載應(yīng)用，汽車零部件，汽車車載電子實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立車載電子部件的可靠性及認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，提高車載電子的穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)化。

　　不同半導(dǎo)體產(chǎn)品有不同的AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)需以產(chǎn)品分類選擇適宜的標(biāo)準(zhǔn)，如AEC-Q100(IC芯片)、AEC-Q101(半導(dǎo)體分立器件)、AEC-102(光電器件)、AEC-Q103(傳感器)、AEC-Q104(多芯片模塊)和AEC-Q200(被動(dòng)元器件)。

　　圖7、AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)體系

　　車規(guī)級(jí)的電子元件對(duì)環(huán)境要求、抗振動(dòng)沖擊、可靠性和一致性等方面要求嚴(yán)格，所以必須采用更先進(jìn)的技術(shù)和更苛刻的測(cè)試程序。以AEC-Q100為例，規(guī)范了測(cè)試7大類別：1)測(cè)試群組A(環(huán)境壓力加速測(cè)試);2)測(cè)試群組B(使用壽命模擬測(cè)試);3)測(cè)試群組C(封裝組裝整合測(cè)試);4)測(cè)試群組D(芯片晶圓可靠度測(cè)試);5)測(cè)試群組E(電氣特性確認(rèn)測(cè)試);6)測(cè)試群組F(瑕疵篩選監(jiān)控測(cè)試);7)測(cè)試群組G(封裝凹陷整合測(cè)試)。

　　只有完全通過7大類別共41項(xiàng)測(cè)試后，才能獲得AEC-Q100認(rèn)證。AEC-Q系列認(rèn)證，完成全部測(cè)試，平均最低時(shí)間也需要大概6個(gè)月左右，認(rèn)證等級(jí)請(qǐng)參考下圖：

　　圖8、AEC-Q認(rèn)證等級(jí)

　　AEC-Q的要求非常嚴(yán)格，只有通過相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部測(cè)試項(xiàng)目，供應(yīng)商才能聲稱該產(chǎn)品通過了相應(yīng)的AEC-Q認(rèn)證;符合這些規(guī)格的組件適用于惡劣的汽車環(huán)境，無需額外的組件級(jí)鑒定測(cè)試。同時(shí)，AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)是在不斷進(jìn)化的，特別是隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動(dòng)駕駛等新技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)還將保持這種持續(xù)更新的狀態(tài)。

　　AEC-Q100驗(yàn)證流程參考下圖，以Die Design>Wafer Fab.>PKG Assembly>Testing的制造流程來繪制，各群組的關(guān)聯(lián)性需要參考圖中的箭頭符號(hào)，這里將驗(yàn)證流程分為五個(gè)部分進(jìn)行簡易說明，各項(xiàng)測(cè)試的細(xì)節(jié)部分就不再細(xì)述。

　　圖9、AEC-Q100驗(yàn)證流程

　　Design House：可靠度實(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。

　　Wafer Foundry：D測(cè)試組為晶圓廠在Wafer Level的可靠度驗(yàn)證，F(xiàn)abless的IC業(yè)者必須與委托制造的晶圓廠取得相關(guān)資料。

　　Reliability Test：區(qū)域3為可靠性視產(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的區(qū)域4為設(shè)計(jì)階段的失效模式與影響分析評(píng)估，成品階段的特性驗(yàn)證以及故障涵蓋率計(jì)算。

　　Production Control：Group F的區(qū)域生產(chǎn)階段的品質(zhì)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。