近兩年的MWC(全球行動通訊大會)各大車廠皆推出車聯(lián)網(wǎng)的應用概念，日前兩大行動裝置操作系統(tǒng)開發(fā)商Apple與Google也正式跨足汽車領域，分別發(fā)表CarPlay及Android Auto平臺，除了Google無人駕駛車，包含Benz/BMW/Volvo/一汽集團/中國軍事交通學院…等產(chǎn)官機構都已完成無人駕駛技術開發(fā)并開始進行道路實驗，中國的網(wǎng)絡企業(yè)百度、樂視也在無人駕駛的領域展現(xiàn)積極切入動作。全球汽車電子的產(chǎn)值將會因為應用平臺的成熟而大幅成長。車用IC的在2018前的年復合成長率為10.8%，為更領域之最，其中亞太區(qū)的車用IC更高達20%，IC業(yè)者無不磨刀霍霍的準備強攻此新藍海市場。
車用IC的市場相較于ICT資通產(chǎn)業(yè)的最大差異為市場較為封閉，且前期的開發(fā)及驗證期可能長達3年，對臺灣/中國IC業(yè)者已習慣Time to market的運作模式相悖，價值理念也不盡相同，本文將以AEC-Q100的IC驗證規(guī)范解析如何滿足車廠/模塊廠客戶的需求，并將本文焦點放在2014年9月新改版規(guī)范AEC-Q100 H版的要求進行解讀。
一、想入場，請先取得兩張門票-AEC & ISO/TS 16949
要進入車子領域，打入各Tier1車電大廠供應鏈，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), 101(離散組件), 200(被動零件)可靠度標準；第二張門票，則要符合零失效(Zero Defect)的供應鏈質量管理標準ISO/TS 16949規(guī)范(Quality Management System)。其及關連性可參考下列圖示1說明。
圖1 : 車用零組件基本要求說明圖；數(shù)據(jù)源?: GRGT廣電計量官網(wǎng)?www.grgtest.com
二、汽車零組件市場層級決定可靠度質量要求
汽車零組件市場可以大致區(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)
對客戶的失效率預估及備品備置策略會因決定進入不同市場而有所變化，OEM/ ODM/ OES為原廠保固，因其保固期較長，各車廠需要在制造及售后服務的成本之間取得平衡，IC供貨商要進入的門坎較高。DOP則為各經(jīng)銷商因在地市場的銷售策略需求所做的選配項目，進入門坎與上述相近，售后市場(AM)與原廠保固無關，所以相對進入門坎及成本是較低的。另一面向為AM的產(chǎn)品類型較多屬于影音周邊與主被動安全無關，所要求的可靠度也低于原廠零件，可參考下圖2說明。
圖2 : 車用零組件市場差異；數(shù)據(jù)源?: 宜特科技可靠度工程處處長?曾劭鈞著
三、車用IC規(guī)范AEC-Q100的驗證流程
那么，IC設計業(yè)者，該如何進入車用IC供應鏈呢?首先應先了解其中之一張門票，AEC-Q100。下圖3為AEC-Q100規(guī)范中的驗證流程，此圖是以Die DesignàWafer Fab.àPKG AssemblyàTesting的制造流程來繪制，各群組的關聯(lián)性需要參考圖中的箭頭符號，筆者將驗證流程分為5個部分進行簡易說明，各項測試的細節(jié)部分就不再細述。
1. Design House:?
紅色區(qū)域為可靠度實驗前后的功能測試，此部分需IC設計公司與測試廠討論執(zhí)行方式，與一般IC驗證主要差異在功能測試的溫度設定，此部分稍后會進行說明。
2.Wafer Foundry:?
Group D的綠色區(qū)域為晶圓廠在Wafer Level的可靠度驗證，F(xiàn)abless的IC業(yè)者須與委托制造的晶圓廠取得相關資料。
3.Reliability Test :?藍色區(qū)域為可靠性視產(chǎn)品包裝/特性需要執(zhí)行的項目，AEC將其分為:
??????????? . Group A : 加速環(huán)境應力實驗
??????????? . Group B : 加速工作壽命模擬
??????????? . 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
4.Design Verification:?
部分Group E的咖啡色區(qū)域為設計時間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。
5.Production Control:?
Group F的區(qū)域生產(chǎn)階段的質量控管，包含良率/Bin使用統(tǒng)計手法進行控管及制定標準處理流程。
圖3 : AEC-Q100驗證流程；數(shù)據(jù)源?:??www.aecouncil.com及本文補充說明
四、AEC-Q100 H版本的新要求讀解
自2007年5月，AEC-Q100 H版發(fā)布后，時隔7年以上的時間，2014年9月，G版發(fā)布，此段內文將探討AEC-Q100 H版與G版之間的主要差異，及改版后規(guī)范的說明。
1.?溫度等級?
IC供貨商必須先了解終端客戶如何使用此IC及其在車內的安裝位置，以實際應用的溫度范圍來訂定合適的溫度等級，此溫度等級定義會應用在兩個部分。
第一部分為測試計劃展開時各可靠度實驗的條件選擇，如:TCT(Temperature Cycling，溫度循環(huán)實驗)，不同等級的溫變范圍及溫差循環(huán)數(shù)會有差異。
第二部分為前述的可靠度實驗前后功能性測試溫度必須依照User所訂定的溫度范圍來做功能應用的FT(Final Test)測試，訂定溫度等級為Grade 1(-40℃~125℃)，則代表FT時使用低溫-40℃、常溫25℃及高溫125℃，且需要留意其測試溫度有先后順序的訂定。如:HTOL(High Temperature Operating Life，高溫工作壽命試驗)實驗在FT測試定義順序為RoomàColdàHot。
新版的部分取消了Grade 4 0℃~70℃的溫度等級，如表1，此溫度等級若比對車用模塊在ISO 16750/SAE J1211…等規(guī)范內的描述是無法對應到合適的產(chǎn)品，因此筆者認為取消此溫度等級是更貼近實際模塊的要求。
表1 : Temperature Grade定義?; 數(shù)據(jù)源?:??www.aecouncil.com
2.?實驗項目
在新版的增減項目如下:
(1)取消?: GL(Gate Leakage；高溫閘極漏電測試)及ESD中的MM(Machine Mode)。
GL的部分主要在仿真車用模塊應用時所可能遭遇高溫及高電場同時發(fā)生的環(huán)境，此環(huán)境會讓IC Package內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，取消的原因規(guī)范中未有說明，但以筆者在宜特科技實驗室多年所累積的驗證測試經(jīng)驗來看，此失效模式常發(fā)生在Burn-In及Reflow的過程，雖規(guī)范已取消，在生產(chǎn)過程或實際應用客退若有相同失效發(fā)生，仍可使用此手法進行再現(xiàn)性實驗。
MM的部分則與JEDEC的JESD47規(guī)范同步，一是HBM(Human Body Mode)可以等效MM的實驗結果，二是CDM(Charged-Device Model)的重要性更勝于MM，因此應多著重在CDM的測試。至于文獻中提到的HBM與MM的關聯(lián)性，以筆者在宜特科技ESD實驗室的實務經(jīng)驗，仍有部分產(chǎn)品的ESD防護電路在HBM及MM上是有所差異的，規(guī)范雖然取消此項目，但IC業(yè)者仍需要面對當ESD客退發(fā)生時的處理，ESD定義為設計驗證，所以目前各家廠商仍將其列為標準測試項目。
(2)新增?: Lead(Pb) Free(無鉛)實驗
車電與醫(yī)療產(chǎn)業(yè)不同于ICT資通產(chǎn)業(yè)，車電與醫(yī)療產(chǎn)業(yè)注重的科技是技術成熟性、可靠性以及零失效，而非ICT所追求最先進的技術，因此，車用電子產(chǎn)品在無鉛制程的轉換時程是比消費性產(chǎn)品來的晚，此次正式列入測試項目也代表無鉛制程的轉換已相當成熟，但仍允許部分如引擎室內高溫應用等產(chǎn)品使用有鉛制程。無鉛的驗證項目則包含Solderability、Solder heat resistance以及Whisker。
3.?實驗條件
主要實驗條件改變的部分在于HTOL(High Temperature Operating Life)及TCT(Temperature Cycling)兩項實驗，其余如Wire bonding的相關實驗則是取消Ppk的計算使用Cpk則可、Solderability則說明可由烘烤替代蒸氣老化、Group G部分的實驗樣品數(shù)則略為減少，測試項目所參考規(guī)范調整的部分則請讀者自行參閱，在此不細述。
(1)HTOL :?
有三個部分，一為實驗時間增長皆為1,000Hrs，二為清楚定義溫度為Tj(Junction Temperature)，三為實驗高溫對齊Grade的定義。
(2)TCT :?
最低標的低溫溫度由-50℃調整為-55℃，Cycle數(shù)的部分則有部分提升，仍可參考JESD22-A104的規(guī)范進行等效實驗條件的替換。
實驗條件的部分可再參考稍后第五部份的說明，將可更理解此次規(guī)范變更所要表達含意。
4.?通用性數(shù)據(jù)
先以下圖4來說明通用性資料(Generic Data)的基本含意，兩個產(chǎn)品A、B，若有使用相同制程或材料，則可初步定義為同一家族系列產(chǎn)品，若對A產(chǎn)品進行完整AEC Q-100 Qualification，相同制程或材料的部分所產(chǎn)出的測試結果則稱之為Generic Data，先不論驗證的數(shù)量與程序，只要Generic Data的定義符合AEC-Q100的說明，B產(chǎn)品進行剩余項目的驗證后再加上Generic Data，則可宣告B產(chǎn)品也通過AEC-Q100。
圖4 : Qualification Family及Generic Data；
此次新的版本對于Generic Data及Qualification Family的定義及使用原則有較清晰的說明，并且簡化了其認證程序，同時以情境模擬案例，來說明那些制程變更時應進行那些實驗項目與Lot數(shù)量，都有較明確的定義，因內容過多，讀者若有需要可以再參閱規(guī)范。
5.?擬定測試計劃
本文中最重要、也是此次改版中，筆者認為變動最大的部分，呼應美國汽車工程師協(xié)會在規(guī)范SAE-J1879/J1211中強調的強韌性/穩(wěn)健性驗證(Robustness Validation)，驗證計劃應思考的是，因應該產(chǎn)品在實際應用環(huán)境所面臨的使用條件而擬定的，而非以單一測試標準/條件來適用所有產(chǎn)品，也就是Test for Application，而非Test for Standard。?
要如何擬定一個合適的驗證計劃呢?第一步為制定該組件被設計/生產(chǎn)的目的，我們稱之為Mission Profile，除了滿足功能性的任務外，要再加上可靠度的任務，表2為汽車的Mission Profile參數(shù)范例。
表2 : Example of Vehicle Mission Profile ；?數(shù)據(jù)源?: SAE-J1879
IC供貨商須考慮不同應用功能的組件將會對應不同的Mission Profile，若IC工作行為是在Non-Operating Time，如:警報器等的應用，則Life time條件應滿足116,400Hrs在常溫的情況。
若IC僅在Engine On時工作，那Mission Profile就必須要滿足12,000Hrs的壽命時間，及其工作位置的使用溫度，假定Engine On時該IC平均的工作溫度Junction Temperature(Tj)=87℃，我們使用的HTOL測試溫度為125℃，活化能設定為0.7eV，接下來使用Arrhenius Model來計算實驗時的溫度加速率，如下公式計算:?
即可算出溫度加速率AFT=8.6232，以上述的設定目標壽命為12,000Hrs，因此HTOL實驗時間應為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)范內文。
上述范例旨在說明如何以終端產(chǎn)品實際應用的Mission Profile來設計合適的測試計劃，相信很多從事IC設計的品管單位都相當熟悉，本文要表達的是規(guī)范將逐漸舍棄以單一標準來訂定，而是交由End User(終端客戶)與Component Manufacturer(零組件制造商)來共同制定合宜的驗證計劃。制定驗證計劃的流程可參閱下圖5。???
圖5 : Reliability Test Criteria for New Component 數(shù)據(jù)源?:?www.aecouncil.com
五、結語
消費性產(chǎn)品的產(chǎn)品功能設計，一般IC設計業(yè)者早已駕輕就熟，而這一兩年，隨著汽車市場，逐步走向車聯(lián)網(wǎng)、電動車領域，需要更多駕駛信息輔助整合系統(tǒng)，也讓IC設計業(yè)者找到進入市場的敲門磚。然而，消費性電子產(chǎn)品而言，產(chǎn)品壽命設計約1~3年為汰換周期，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)驗的實驗室，協(xié)助客戶了解車規(guī)，制定相對應的AEC-Q100驗證步驟與手法，順利進入車廠供應鏈，是極為重要的事。筆者以規(guī)范改版作為出發(fā)點完成本文撰寫，加上多年在GRGT廣電計量協(xié)助IC設計業(yè)跨入車用電子的實戰(zhàn)經(jīng)驗，期能讓更多其他IC業(yè)者能在車電IC驗證獲取更多的信息。
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