【AutoSEMI】一文读懂车规级芯片测试认证

文摘   2025-01-09 17:28   上海  







车规级芯片分类


根据功能划分,车规级芯片主要分为四类:计算及控制芯片、功率芯片、传感器芯片及其他芯片。计算及控制芯片以微控制器和逻辑 IC 为主,主要用于计算分析及决策;功率芯片主要对电能进行转换,对电路进行控制;传感器芯片主要负责感应汽车运行工况,将非电学量信息转换为电学量输出。




汽车芯片的特点


车规级芯片是指相较于消费级、工业级芯片,具有高可靠性、高安全性、高稳定性特点,要求零缺陷且可长期供货(一般10-15年供货周期),并且达到 AEC(Automotive Electronics Council,汽车电子委员会)规范要求的车规级芯片。



车规级芯片市场规模增长情况


车规级芯片市场规模提升,主要得益于新能源汽车市场渗透率提高推动车规芯片汽车总需求量增长,且汽车智能化推动单车芯片需求数量增长;


  • 2022 年全球车规级芯片市场规模 561亿美元,相较2021年同比增长10.4%。据市场研究机构 Omdia 预测2025 年全年车规级芯片市场需求将达到804 亿美元;

  • 2022 年我国新能源汽车销量跃升至688.7万辆,同比增长96%,全年渗透率提升至 25.6%,已提前达成 2025 年渗透率 20%的规划目标。市场研究机构IDC 认为,2025 年中国新能源汽车市场规模有望达到15241万辆,新能源汽车渗透率达 43%。新能源汽车渗透率的不断提高,促使车规级芯片市场规模持续扩大;

  • 根据易车数据,2022年传统燃油车单车搭载芯片平均数量为934颗,智能电动汽车为1459 颗,预计 2025年传统燃油车单车搭载芯片平均数量为 1,243 颗,智能电动汽车为 2,072 颗;

  • 根据英飞凌 2021年末披露,一辆燃油车平均半导体含量为 490 美元,插电式混动及纯电动汽车平均半导体含量为 950 美元,接近燃油车的2倍。




车规级芯片“上车”流程


般来讲,车规芯片从设计到量产上车约需 3.5-5.5 年的时间,上车后预计持续批量供应 5-10 年。


  • 综合考虑整车项目开发流程与芯片设计开发流程,芯片从设计到量产上车需要3.5年到5.5年时间,芯片上车后需尽量满足汽车产品5到10年生命周期内的 OTA(汽车远程升级技术)迭代需求

  • 进入 Tier1或主机厂认证工作主要包括:1)认证 AEC-Q100;2)符合零失效的供应链品质管理标准IATF16949



车规级芯片的认证标准


AEC-Q系列认证是公认的车规元器件的通用测试标准。IC设计企业想要进入汽车电子领域,进入汽车电子零部件供应链,AEC-Q系列是必须获得的认证之一。车规级芯片需通过AEC-Q 测试,根据不同的半导体器件通过不同的测试类型,且不同的用途需通过不同等级的测试,各类汽车芯片需要满足的认证要求如下表:

车规级芯片认证标准


设计阶段提高产品的可靠性


  • 在产品设计阶段,车规级芯片产品需要遵循与一般芯片产品不同的设计路径,汽车的安全性需求对车规级芯片的可靠性、稳定性以及一致性提出了更高的要求。由于汽车内的芯片需要在宽温度范围(-40~+150℃)、高振动、多粉尘、电磁干扰、油气污染等恶劣的环境中运行,为保证在上述恶劣环境下运行的可靠性,公司车规级芯片一般使用成熟可靠的车规晶圆制造工艺。相比更加精细的晶圆制程,成熟可靠的晶圆制造工艺能够耐受汽车实际使用中的过流、过压、高温度、高湿度等恶劣环境因素

  • 为提高车规级芯片的可靠性,产品特殊设计包括:i)考虑汽车运行时的环境因素对芯片的影响,公司在性能指标上会留有一定余量。仿真测试时,未达到预计富余余量的电路需要重新设计;ii)针对常见的失效模式,公司在设计阶段就会加入诊断和报警的电路;iii)针对车内复杂的电子环境,如电磁干扰、电流电压冲击等,公司通过在芯片的关键组件外部设计屏蔽结构、保护电路等方式实现抗干扰


代工阶段保证产品品质的稳定性


  • 针对车规级芯片的高稳定性的要求,对于车规级芯片的委外加工,要求晶圆厂和封测厂取得IATF16949 认证。同时按照德国汽车工业质量标准VDA6.3 过程审核标准、PPAP 生产件批准程序对委外加工厂商的车规级产线进行审核,以此保证工艺的稳定性、流程的合规性和产品的高品质


验证阶段谨慎评估不同批次产品的可靠性


  • 车规级产品属于管控等级最高的A级,该类产品的研发流程也在基本流程的基础上进行了特殊的规定。车规级芯片产品在量产前需完成可靠性试验,严格按照AEC-Q 的测试程序和标准对三个批次产品进行验证,保证车规级芯片产出的质量稳定性。三次验证均通过后形成AEC-Q 的测试报告,视为该产品符合AEC-Q 可靠性测试标准




汽车芯片准入门槛AEC-Q100


① AEC-Q认证是国际汽车电子领域的准入门槛


AEC即Automotive Electronics Council,是美国汽车电子委员会的简称。AEC由克莱斯勒,福特和通用汽车发起并创立于1994年,目前会员遍及全球各大汽车厂、汽车电子和半导体厂商,符合AEC规范的零部件均可被上述三家车厂同时采用,促进了零部件制造商交换其产品特性数据的意愿,并推动了汽车零件通用性的实施,为汽车零部件市场的快速成长打下基础。AEC-Q为AEC组织所制订的车用可靠性测试标准,是零件厂商进入汽车电子领域,打入一级车厂供应链的重要门票。


AEC-Q100是AEC的第一个标准,主要是针对车载应用的集成电路产品所设计出的一套应力测试标准,此规范对于提升产品信赖性品质保证相当重要。AEC-Q100是预防可能发生各种状况或潜在的故障状态,对每一个芯片进行严格的质量与可靠度确认,特别对产品功能与性能进行标准规范测试。


② 要求通过AEC-Q100标准的车用集成电路IC


单颗IC:控制类芯片、驱动类芯片、计算类芯片、存储类芯片、传感类芯片、通信类芯片、功率类芯片、电源类芯片、安全类芯片、模拟芯片等。


③ AEC-Q100:集成电路试验方法零件工作温度等级定义


▸等级0:环境工作温度范围-40℃~150℃;

▸等级1:环境工作温度范围-40℃~125℃;

▸等级2:环境工作温度范围-40℃~105℃;

▸等级3:环境工作温度范围-40℃~85℃。 


④AEC-Q100车用IC产品验证流程



⑤ AEC-Q100测试项目分组


  • 群组A--加速环境应力测试(PC、THB/HAST、AC or UHAST  or TH、TC、PTC、HTSL)共6项测试

  • 群组B--加速生命周期模拟测试(HTOL、ELFR、EDR)--共3项测试

  • 群组C--封装组装完整性测试(WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI、BST)--共7项测试

  • 群组D--芯片制造可靠性测试(EM、TDDB、HCI、BTI、SM)--共5项测试

  • 群组E--电性验证测试(TEST、HBM、CDM、LU、ED、FG、CHAR、EMC、SC、SER、LF)--共11项测试

  • 群组F--缺陷筛选测试(PAT、SBA)--共2项测试

  • 群组G--腔体封装完整性测试(MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV)--共8项测试


⑥ 北测芯片测试能力及AEC-Q100技术要求



关于北测


北测集团(以下简称"NTEK")成立于2009年,总部位于深圳,主要从事智能网联汽车、电子通信、新能源的研发验证、检验检测、失效分析、仿真模拟和市场准入等质量研究技术服务。


北测拥有丰富的车规级电子认证经验,已成功帮助100多家企业顺利通过AEC-Q系列认证,通过AEC-Q100对每一个芯片个案进行严格的质量与可靠度确认。


北测集团以车企车规芯片国产化需求为牵引,依托国产半导体产业基础,提供完善的检测认证服务,通过AEC-Q100车用标准严格把控汽车芯片安全质量,助力国产车规级芯片大力发展,为打造智能汽车安全体系再添新动力。


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