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全世界汽車缺芯帶你科普汽車晶片認證

随着大陸汽車工業特别是新能源汽車的高速發展,汽車電子市場規模也在高速增長,但大陸汽車晶片一直缺芯少魂。據不完全統計,大陸汽車用晶片進口率達95%,先進傳感器、車載網絡、三電系統、底盤電控、ADAS(進階駕駛輔助系統)、自動駕駛等關鍵系統晶片全部為國外壟斷,大陸自主汽車晶片多用于車身電子等簡單系統。從國民經濟的高品質安全發展、汽車産業供應鍊的自主可控、汽車晶片産業的巨大市場機遇看,實作車規晶片的國産化和自主化,具有十分重要的戰略意義、現實意義和經濟效益。

航順晶片作為32位高端微控制器(MCU)市場的佼佼者,從第一顆32位ARM核心的工業級MCU起,便開始布局車規級MCU。從汽車電子後裝市場的推廣,到汽車前裝市場的引入和測試驗證,經過幾輪的産品疊代,經受了汽車電子産品嚴苛的可靠性和安全性驗證,航順HK32MCU正式進入車規級微控制器市場。

HK32AUTO39A系列從産品研發到晶圓制程的選擇和生産,再到封測和測試,嚴格按照車規産品的标準流程,産品曆經大半年嚴格的可靠性測試,順利通過了AEC-Q100等級認證。HK32AUTO39A系列基于ARMCortexM0和M3核心,除了支援GPIO、ADC、SPI、IIC、USART等通用MCU正常外設,還支援汽車LIN和CAN通訊接口,産品覆寫了低、中、高端32位車規MCU。可以應用于電動座椅、空調控制、電動後視鏡、電動門鎖、氛圍燈等車身域控制;汽車儀表、車載導航等車載資訊娛樂系統(IVI);導航與實時交通系統、自動汽車報警、碰撞避免或預碰撞系統、自動泊車、盲點檢測等自動駕駛控制;車載T-BOX以及OBD汽車診斷等等。

通過對航順車規MCU的研發過程的介紹,可以了解到普通消費類電子和汽車電子産品的差别,認識汽車電子産品對可靠性和安全性的嚴苛要求,再來認識一下汽車電子産品複雜的認證項目和流程。

1.汽車電子産品認證

要進入汽車領域,打入各一級(Tier1)汽車電子大廠供應鍊,必須取得兩張門票,第一張是由北美汽車産業所推的AEC-Q100(內建電路IC)、AEC-Q101(分立半導體器件)、AEC-Q102(分立光電子器件)、AEC-Q103(MEMS)、AEC-Q104(多晶片元件)、AEC-Q200(無源元件)可靠性标準;第二張門票,則要符合零失效(Zero Defect)的供應鍊品質管理标準ISO/TS 16949規範(Quality Management System)。其關聯性可以參考圖1說明。

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圖1車用零元件基本要求說明圖

1.1AEC-Q标準認證

AEC 是“Automotive Electronics Council:汽車電子協會”的簡稱。克萊斯勒、福特和通用汽車為建立一套通用的零件資質及品質系統标準而設立了汽車電子委員會(AEC),是主要汽車制造商與美國的主要部件制造商彙聚一起成立的、以車載電子部件的可靠性以及認定标準的規格化為目的的團體,AEC建立了品質控制的标準。[AEC-Q100]是針對于內建電路應力測試認證的失效機理,針對于分立器件的标準為[AEC-Q101],針對于LED的标準為[AEC-Q102],針對于被動元件設計為[AEC-Q200] 。

1.1.1 AEC-Q100标準認證項目

AEC-Q100定義了4個器件環境工作溫度等級,一部汽車零件使用的位置不同,其基本耐溫要求也不同,相應的測試溫度規格也不同,如下表所示。

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工作溫度範圍等級定義及應用

AEC-Q100對IC的可靠性測試可細分為加速環境應力可靠性、加速壽命模拟可靠性、封裝可靠性、晶圓制程可靠性、電學參數驗證、缺陷篩查、包裝完整性試驗,且需要根據器件所能承受的溫度等級選擇測試條件。

1.1.2 AEC-Q100标準認證流程

AEC-Q100驗證流程參考下圖,以Die DesignWafer Fab.PKG AssemblyTesting的制造流程來繪制,各群組的關聯性須要參考圖中的箭頭符号,這裡将驗證流程分為五個部分進行簡易說明,各項測試的細節部分就不再細述。

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圖2AEC-Q100驗證流程

· Design House:可靠度實驗前後的功能測試,此部分需IC設計公司與測試廠讨論執行方式,與一般IC驗證主要差異在功能測試的溫度設定。

· Wafer Foundry:D測試組為晶圓廠在Wafer Level的可靠度驗證,Fabless的IC業者必須與委托制造的晶圓廠取得相關資料。

· Reliability Test:區域3為可靠性視産品包裝/特性需要執行的項目,AEC将其分為Group A(加速環境應力實驗)、Group B(加速工作壽命模拟)、Group C(封裝完整性測試)、Group E(電性驗證測試)、Group G(空腔/密封型封裝完整性測試)。

· Design Verification:部分Group E的區域4為設計階段的失效模式與影響分析評估,成品階段的特性驗證以及故障涵蓋率計算。

· Production Control:Group F的區域生産階段的品質控管,包含良率/Bin使用統計手法進行控管及制定标準處理流程。

2.TS16949規範

汽車零部件及相關産品發展的最大推動力往往不是先進的技術,更多的是品質水準,而品質的提升需要嚴格的管理控制程式來實作。目前汽車産業的重要品質管理系統與相關規範包括由汽車電子裝置委員會(AEC)所提出的各項規範以及QS-9000和TS l6949等。另外零件供應商也會提出自己的規範,如ST的汽車等級認證等。

TS 16949的品質管理系統認證體系是汽車電子供應商除AEC之外需要重視的另一套規範。TS 16949标準是以ISO9001:2000為基礎開發的針對汽車行業品質系統管理标準。目前.包括通用、福特、标緻、雷諾和大衆等世界級車廠,都強制規定其供貨商的品質管理系統需符合TS 16949的要求,并要求擴充至2—3級供貨商。TS 16949突出了客戶導向,并制定各項績效名額。其系統運作架構能強力推動組織持續改進.以保持領先同業的競争力,能讓管理者有效找到異常點并進行相應改善。

ISO/TS l6949内容中,最基本精神為《AIAG汽車行業五大核心工具》,尤其是生産件準許程式(PPAP)更為核心,如圖3所示。

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圖3ISO/TS16949之汽車行業五大核心工具

3.ISO26262功能安全标準

ISO 26262即《道路車輛-功能安全》國際标準,是從電子、電氣及可程式設計器件功能安全基本标準IEC61508派生出來的,主要定位在汽車行業中特定的電氣器件、電子裝置、可程式設計電子器件等專門用于汽車領域的部件,旨在提高汽車電子、電氣産品功能安全的國際标準。

随着汽車電子系統複雜性的提高,軟體和機電裝置的應用,來自系統失效和随機硬體失效的風險也日益增加,制定ISO 26262标準的目的是使得人們對安全相關功能有一個更好的了解,并盡可能明确地對它們進行解釋,同時為避免這些風險提供了可行性的要求和流程。

ISO 26262為汽車安全提供了一個生命周期(管理、開發、生産、經營、服務、報廢)理念,并在這些生命周期階段中提供必要的支援。該标準涵蓋功能性安全方面的整體開發過程(包括需求規劃、設計、實施、內建、驗證、确認和配置)。

ISO 26262标準根據安全風險程度對系統或系統某組成部分确定劃分由A到D的安全需求等級(Automotive Safety Integrity Level 汽車安全完整性等級ASIL),其中D級為最高等級,需要最苛刻的安全需求。伴随着ASIL等級的增加,針對系統硬體和軟體開發流程的要求也随之增強。對系統供應商而言,除了需要滿足現有的高品質要求外還必須滿足這些因為安全等級增加而提出的更高的要求。

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圖4ISO26262的體系結構

ISO 26262的内容包括:

Part 1:定義術語(專用詞彙定義、解釋)

Part 2:功能安全管理(定義了涉及安全相關系統開發的組織和人員應滿足的要求)

Part 3:概念階段(項目定義、安全生命周期初始化、危險分析和風險評估、功能安全概念)

Part 4:産品開發:系統層面

Part 5:産品開發:硬體層面

Part 6:産品開發:軟體層面

Part 7:生産、運作、服務和報廢

Part 8:支援過程(規定了對供應商的開發委托要求)

Part 9:基于ASIL和安全的分析

Part 10:ISO 26262導則(作為Part1~9的補充,對特定項目的解說及事例的指南)

Part 11:半導體應用指南

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