如何提升車規(guī)級(jí)芯片的質(zhì)量及可靠性

隨著汽車電子功能的不斷與日俱增， 以上篇汽車電子芯片的革命與創(chuàng)新-系列一中提到的條件來做為車規(guī)級(jí)芯片與其他芯片的區(qū)別已明顯不夠。因此奎芯科技在這篇文章中將著重介紹更多車規(guī)級(jí)芯片所特別需要的車規(guī)認(rèn)證，以及如何在專屬認(rèn)證規(guī)范內(nèi)提升車規(guī)級(jí)芯片的質(zhì)量及可靠性。

汽車電子考量

汽車電子在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上與傳統(tǒng)的消費(fèi)型電子有明顯的不同。這些不同催生了汽車電子專屬的認(rèn)證規(guī)范。這些認(rèn)證規(guī)范可分成三大類：質(zhì)量規(guī)范、可靠性規(guī)范與功能安全規(guī)范。

第一類：質(zhì)量規(guī)范

ISO9001

最廣泛運(yùn)用的質(zhì)量規(guī)范為ISO9001。ISO9001的目標(biāo)為確保企業(yè)能達(dá)到穩(wěn)定績(jī)效，為客戶提供可靠的產(chǎn)品質(zhì)量與服務(wù)。為了便于衡量以及持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，ISO9001適用于各產(chǎn)業(yè)類別的質(zhì)量規(guī)范。針對(duì)汽車電子，大多數(shù)要求依據(jù)ISO9001延伸到汽車產(chǎn)業(yè)所需的IATF16949標(biāo)準(zhǔn)。

IATF16949

對(duì)于汽車制造商而言，通常會(huì)需要遵守各國(guó)對(duì)于汽車制造商所訂定的法規(guī)。舉例來說，德國(guó)的汽車制造商必須符合VDA （Verband der Automobilindustrie），美國(guó)的汽車制造商必須符合AIAG （Automotive Industry Action Group），意大利的汽車制造商必須符合AVSQ （Associazione nazionale dei Valutatori di Sistemi Qualità），而法國(guó)的汽車制造商則必須符合FIEV （Fédération des Industries des Equipements pour Véhicules）等。換言之，若德國(guó)有一款汽車要在德國(guó)與法國(guó)同時(shí)進(jìn)行制造，則這款車輛需要通過德國(guó)的規(guī)范（VDA）與法國(guó)的規(guī)范（FIEV）。以汽車工業(yè)會(huì)在各國(guó)設(shè)置工廠的角度來看，若不產(chǎn)生兼容各國(guó)規(guī)范的準(zhǔn)則，將導(dǎo)致巨大的合規(guī)成本。IATF16949則是在上述考量下產(chǎn)生的結(jié)果。

IATF16949為國(guó)際汽車工作小組IATF （International Automotive Task Force）與ISO組織的技術(shù)委員會(huì)（Technical Committee）所共同提出。IATF1694延續(xù)了ISO9001的精神，在汽車供應(yīng)鏈及組裝過程中，以預(yù)防缺陷、減少產(chǎn)品間的變異性及組件浪費(fèi)為重點(diǎn)目標(biāo)。如圖一所示，ITAF16949分成10個(gè)章節(jié)。

圖一、Clauses of ITAF 16949:2016

（資料來源： IATF-16949-2016）

在ITAF16949中，對(duì)于質(zhì)量把關(guān)方法特別提出說明，分述如下：

1. APQP：先期產(chǎn)品質(zhì) （Product quality plan）是指規(guī)劃出可以支持產(chǎn)品或服務(wù)開發(fā)的產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)劃，確保產(chǎn)品或服務(wù)可使客戶滿意，也就是開發(fā)產(chǎn)品的流程。

2. PPAP：生產(chǎn)產(chǎn)品認(rèn)可程序（Production part approval process）是指產(chǎn)品質(zhì)量的保證程序，確保實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品會(huì)經(jīng)過量測(cè)，且完成規(guī)劃測(cè)試表單中的各式各樣測(cè)試項(xiàng)目。

3. FMEA：失效模式與影響分析（Failure mode and effects analysis）是一種對(duì)系統(tǒng)范圍內(nèi)所可能存在的失效模式（failure mode）進(jìn)行分析，并對(duì)這些失效模式進(jìn)行嚴(yán)重程度的評(píng)估并確定所造成的影響。這種方法廣泛用于各類開發(fā)或生產(chǎn)流程中。

4. MSA：量測(cè)系統(tǒng)分析（Measurement systems analysis）是為了找出確保用來進(jìn)行分析制造產(chǎn)品的流程時(shí)，其資料的完整性取得方法的可信賴性。如：量測(cè)的精度、準(zhǔn)度、可重復(fù)性、穩(wěn)定度。

5. SPC：統(tǒng)計(jì)過程控制（Statistical process control）是指通過統(tǒng)計(jì)的方法來達(dá)到質(zhì)量管控的方法。

在奎芯科技所開發(fā)的IP核中，通過對(duì)這5大工具的反復(fù)利用，來確保IP核的質(zhì)量達(dá)到汽車電子的需求。

圖二、ITAF16949中的5大質(zhì)量管理工具

第二類：可靠性規(guī)范

關(guān)于汽車電子相關(guān)產(chǎn)品的可靠性，最常使用的規(guī)范是由汽車電子協(xié)會(huì)AEC（Automotive Electronics Council）所制定的一系列規(guī)范。汽車電子協(xié)會(huì)由Chrysler，F(xiàn)ord和GM在1990年代為了汽車中通用的零件質(zhì)量認(rèn)證或管理所設(shè)立的。汽車電子協(xié)會(huì)由兩個(gè)委員會(huì)所組成，分別為：質(zhì)量維護(hù)委員會(huì)（Quality Systems Committee）與技術(shù)零件委員會(huì)（Component Technical Committee）。時(shí)至今日，汽車電子協(xié)會(huì)的會(huì)員幾乎包含了整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)界的所有相關(guān)企業(yè)。

針對(duì)車用IC而言，可靠性的考量主要采用汽車電子協(xié)會(huì)中技術(shù)零件委員會(huì)所制定的AEC-Q系列規(guī)范則列如下：

AEC-Q100：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Integrated Circuits，這是針對(duì)集成電路（IC）在車用上應(yīng)用的規(guī)范。

AEC-Q101：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Discrete Semiconductors，這是針對(duì)離散半導(dǎo)體元件在車用上應(yīng)用的規(guī)范，如功率晶體管（Power Transistor） 。

AEC-Q102：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification for Discrete Optoelectronic Semiconductors in Automotive Applications，這是針對(duì)離散光電元件在車用上應(yīng)用的規(guī)范，如LED。

AEC-Q103：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification for Sensors in Automotive Applications，這是針對(duì)傳感器在車用上應(yīng)用的規(guī)范。

AEC-Q104：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Multichip Modules（MCM） In Automotive Applications，這是針對(duì)MCM多芯片模組在車用上應(yīng)用的規(guī)范。

AEC-Q200：Stress Test Qualification For Passive Components，這是針對(duì)被動(dòng)元件在車用上應(yīng)用的規(guī)范，舉凡電阻、電容都在此列。

奎芯科技團(tuán)隊(duì)提供的IP核，適用于AEC-Q100或AEC-Q104。無論適用哪種規(guī)范，在IP核的設(shè)計(jì)上都需要針對(duì)規(guī)范，加入不同于消費(fèi)型集成電路（IC）的獨(dú)特設(shè)計(jì)，這正是奎芯車用IP核跟一般依照傳統(tǒng)思維所開發(fā)IP核的最大不同點(diǎn)。

圖三、用于可靠性把關(guān)的AEC-Q系列規(guī)范

（資料來源： AEC）

總結(jié)

面對(duì)汽車電子各類特別的需求與規(guī)范，從設(shè)計(jì)初期的規(guī)劃到IP核的產(chǎn)出，都需要導(dǎo)入ITAF16949的質(zhì)量把關(guān)并充分應(yīng)用5大核心工具（APQP，F(xiàn)MEA，MSA，SPC，PPAP），同時(shí)需要在IP核設(shè)計(jì)和強(qiáng)化中加入AEC-Q系列規(guī)范對(duì)于汽車電子元件，集成電路或MCM模組的可靠性的考量。而這些是奎芯團(tuán)隊(duì)所掌握的技術(shù)核心。在車用電子設(shè)計(jì)中，除了生產(chǎn)制造流程通過ITAF16949考量，可靠性通過AEC-Q系列規(guī)范把關(guān)以外，奎芯科技還提供了優(yōu)秀的解決方案來面對(duì)日益充滿挑戰(zhàn)的車規(guī)芯片認(rèn)證規(guī)范。