一顆芯片從初步設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用落地比你想象的更難！

一顆芯片只有經(jīng)歷過“九九八十一難”，才能修成大羅金身——車規(guī)級(jí)芯片。

在芯片產(chǎn)業(yè)中，從初步設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用落地，這條路常常如同“西天取經(jīng)”般漫長(zhǎng)、艱難。除卻眾所周知的設(shè)計(jì)之“難”、制造之“難”，驗(yàn)證也是“取經(jīng)”路上的一大挑戰(zhàn)。

一個(gè)車規(guī)級(jí)芯片的誕生，要經(jīng)歷各種嚴(yán)格的驗(yàn)證和測(cè)試，往往需要3-5年的時(shí)間才能真正進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段。這也解釋了為什么某些之前大受關(guān)注的國產(chǎn)車規(guī)級(jí)芯片，現(xiàn)在似乎銷聲匿跡：它們其實(shí)還在為完成這場(chǎng)“取經(jīng)”而努力。

對(duì)于很多國內(nèi)的IC設(shè)計(jì)公司：先是要有足夠的耐心和資源去開發(fā)新產(chǎn)品，再加上需要等待數(shù)年才可能看到產(chǎn)出和回報(bào)，這對(duì)于他們的資金鏈和運(yùn)營帶來極大壓力。因此，盡管許多公司對(duì)此抱有熱情和期待，但最終能夠走到終點(diǎn)、成功實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的僅是其中少數(shù)。在這種競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下，對(duì)于許多企業(yè)來說，“活著”往往比“發(fā)展”更為重要。

當(dāng)下國產(chǎn)化車規(guī)芯片的最常見方式，還是在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的消費(fèi)級(jí)或者工業(yè)級(jí)芯片進(jìn)行改善升級(jí)，以達(dá)到車規(guī)等級(jí)的要求，再實(shí)現(xiàn)裝車。就如同碳化硅作為第三代半導(dǎo)體，仍在很多環(huán)節(jié)采取第一代半導(dǎo)體硅的制備方式。

車規(guī)級(jí)芯片的認(rèn)證難是因?yàn)椋核粌H僅是一次形式上的測(cè)試，而是涉及到多方面的復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格要求。雖然很多芯片生產(chǎn)商都會(huì)高調(diào)宣布其產(chǎn)品已經(jīng)成功地在-40度到125度的環(huán)境中進(jìn)行了穩(wěn)定工作，但這只是萬里長(zhǎng)征的一小步。事實(shí)上，溫度測(cè)試只是車規(guī)認(rèn)證眾多考核標(biāo)準(zhǔn)中的一項(xiàng)。

成熟的車規(guī)級(jí)芯片，要考慮到車輛在各種極端環(huán)境下的工作需求。例如，車載系統(tǒng)可能需要在高鹽、高濕、振動(dòng)、沖擊或電磁干擾的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，故芯片的測(cè)試范圍遠(yuǎn)不止溫度這一參數(shù)。

更進(jìn)一步說，-40度到125度只是一個(gè)普遍的基線標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際的溫度要求會(huì)根據(jù)芯片在車內(nèi)的具體安裝位置和其所在系統(tǒng)的功能來確定。在某些高溫、高壓或高負(fù)載的環(huán)境下，例如發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)，芯片需要承受高達(dá)155度的溫度。企業(yè)想要證明其芯片達(dá)到車規(guī)級(jí)別，需要經(jīng)歷一系列的全方位、多維度的嚴(yán)格測(cè)試，而不僅僅是滿足某個(gè)特定的溫度要求。

芯片車規(guī)等級(jí)的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，就是大名鼎鼎的AEC認(rèn)證。

AEC（Automotive Electronics Council）是專門為汽車電子行業(yè)設(shè)立的組織，致力于確保車載電子設(shè)備和組件的可靠性和質(zhì)量。AEC有兩個(gè)委員會(huì)組成，其中AEC元器件技術(shù)委員會(huì)提出的電子元器件標(biāo)準(zhǔn)就是AEC-Q系列文件，共包含如下內(nèi)容：

AEC-Q系列認(rèn)證家族分類：

Q100：集成電路 包含Digital / Analog / Mixed signal / SOC /

Q101：分立半導(dǎo)體器件 包含MOSFET / Diode / IGBT

Q102：光電半導(dǎo)體器件 包含LED / Laser/Photodiodes/Phototransistors

Q103：傳感器 包含Pressure Sensor /Microphone

Q104：多芯片組件包含MCM

Q200：被動(dòng)組件包含

即若要獲得車規(guī)等級(jí)驗(yàn)證，首先必須依據(jù)不同的產(chǎn)品來通過如上驗(yàn)證內(nèi)容，本文以目前最火的車規(guī)等級(jí)MCU為例，MCU即集成電路屬AEC-Q100類別。

AEC-Q100定義的認(rèn)證項(xiàng)目 來源AEC-Q100 H版本 公開文件

如上圖所示的驗(yàn)證流程，共包含A-G，7組驗(yàn)證內(nèi)容，每一個(gè)小框?qū)?yīng)的就是一種驗(yàn)證項(xiàng)目，總計(jì)42項(xiàng)，其中包含芯片制造和電性能參數(shù)兩大部分。而上文提到的溫度循環(huán)試驗(yàn)TC，僅僅是其中封裝可靠性的一個(gè)項(xiàng)目而已，并且通過率并不低，很多芯片制造企業(yè)都能達(dá)到。

驗(yàn)證項(xiàng)目多：在國內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)中，完整通過全部七套驗(yàn)證內(nèi)容的公司十分罕見。按照芯片的標(biāo)準(zhǔn)，每一塊都應(yīng)當(dāng)經(jīng)過全面完整的驗(yàn)證。但很多公司在完成了2-3項(xiàng)驗(yàn)證后，就向客戶表示已經(jīng)通過了AEC-Q100的認(rèn)證。雖然從某種角度看，他們的說法并非完全錯(cuò)誤，但這種部分認(rèn)證的方式并不能真正保證芯片達(dá)到車規(guī)級(jí)的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

那么誰在關(guān)注這個(gè)品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)？這就要提到AEC的另一個(gè)委員會(huì)組——質(zhì)量體系委員會(huì)。

車規(guī)等級(jí)的質(zhì)量體系委員會(huì)，目前已經(jīng)從AEC獨(dú)立出去，成為了大名鼎鼎的ISO/TS/IATF16949，但是16949最重要五大工具：

?MSA 測(cè)量系統(tǒng)分析

?PPAP 生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序

?SPC統(tǒng)計(jì)過程控制分析

?APQP 產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃

?FMEA潛在失效模式分析

簡(jiǎn)單點(diǎn)來說，芯片公司A在進(jìn)行AEC認(rèn)證通過并量產(chǎn)后，它是如何保證未來許多年的芯片仍能夠達(dá)到與最初樣品相同的水平？企業(yè)不能年年搞AEC認(rèn)證。那么16949的這五大工具，就負(fù)責(zé)保障企業(yè)生產(chǎn)過程質(zhì)量穩(wěn)定。

當(dāng)前幾個(gè)關(guān)卡經(jīng)歷“九九八十一難”順利過關(guān)，你以為“經(jīng)書”就唾手可得了嗎？NO!!

芯片一旦通過了AEC認(rèn)證，那么Tier1，也就是你的客戶會(huì)默認(rèn)你的芯片沒有問題，他們?cè)僖膊粫?huì)對(duì)你的芯片進(jìn)行芯片級(jí)的獨(dú)立測(cè)試和驗(yàn)證工作了，而會(huì)直接上板子。板子上那么多元器件，在復(fù)雜的驗(yàn)證過程中掛了一項(xiàng)就重頭再來，他們并不會(huì)輕易懷疑你的芯片質(zhì)量有問題，只會(huì)先從自己設(shè)計(jì)、工藝上找問題，但如果費(fèi)了九牛二虎之力發(fā)現(xiàn)問題出在你的芯片上，其后果可想而知，遠(yuǎn)非一個(gè)芯片制造企業(yè)能夠承擔(dān)。

即便一切順利，零部件級(jí)別的PV驗(yàn)證通過，還得裝車驗(yàn)證，一般實(shí)在ji極寒或極熱地區(qū)幾個(gè)月跑幾萬公里，沒有問題之后，才是真正可以順利裝車的芯片。之后還要等車型量產(chǎn)、投放市場(chǎng)、消費(fèi)者買單。然而當(dāng)前單一車型，除了幾個(gè)爆款，基本年銷量10萬一大關(guān)，如果對(duì)于MCU等復(fù)雜芯片，單車就用一顆，10萬才100K的年需求量，幾年時(shí)間的努力最后就這么點(diǎn)銷售量，你說企業(yè)難不難？

車規(guī)級(jí)芯片驗(yàn)證的難度之高，看似讓芯片制造企業(yè)苦不堪言，但實(shí)際上是保障汽車電子系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的終極底線，也是對(duì)消費(fèi)用戶的一個(gè)承諾和保障，畢竟”安全大于天“！

審核編輯：劉清