車規(guī)級的定義與標準

01-引言：

隨著國內(nèi)汽車零部件制造水平不斷提升以及新能源汽車的發(fā)展，汽車零部件行業(yè)也得到了快速發(fā)展。2021年我國汽車零部件制造企業(yè)收入規(guī)模為40668億元，同比增長12%，2022年約為41953億元，2023年進一步增長至44086億元。這么多零部件的企業(yè)，需要更多的車規(guī)級的器件。

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理

“車規(guī)級”是指符合汽車行業(yè)對電子元件特定要求的規(guī)格標準，這些標準確保汽車電子控制系統(tǒng)在復(fù)雜多變的運行環(huán)境中能夠穩(wěn)定、可靠地工作。在汽車行業(yè)中，車規(guī)級元件的重要性不言而喻，它們直接關(guān)系到汽車的性能、安全性以及乘客的用車體驗。由于汽車運行環(huán)境復(fù)雜多變，如高溫、低溫、高濕、振動等極端條件，車規(guī)級元器件必須具備更高的可靠性、耐久性和安全性，以滿足汽車行業(yè)對高品質(zhì)、高性能元件的嚴苛要求。此外，隨著汽車智能化、電動化的發(fā)展，車規(guī)級元件的作用愈發(fā)重要，成為推動汽車技術(shù)進步的關(guān)鍵因素。能夠做車規(guī)級的廠商確實不容易。

02-車規(guī)級的定義與標準

車規(guī)級是汽車行業(yè)對電子元件性能要求的嚴格標準，這些標準旨在確保汽車電子控制系統(tǒng)在各種復(fù)雜環(huán)境下都能穩(wěn)定、可靠地運行。車規(guī)級元器件需要通過嚴格的質(zhì)量控制和測試驗證，具備高可靠性、高耐久性和高安全性，為汽車的性能和安全性提供充足的保障。

車規(guī)級標準由國際汽車電子協(xié)會（AEC）制定，AEC(Automotive Electronics Council)——汽車電子委員會，由美國三大汽車公司（Chrysler / Ford / GM）聯(lián)合發(fā)起，并于1994年創(chuàng)立，會員分布于全球車廠、汽車電子模組廠和元器件廠商，確保汽車電子元件的高性能與可靠性。AEC制定的標準系列中，AEC-Q系列尤為關(guān)鍵，它涵蓋了不同類型的電子元件。

接下來我們一一來看看哈。

AEC-Q100測試流程

AEC-Q100的測試流程如下圖所示，根據(jù)芯片的制作流程階段安排試驗，共分為A、B、C、D、E、F、G，7個組的試驗。

AEC-Q100

AEC-Q100是基于失效機理的集成電路應(yīng)力測試鑒定，由AEC委員會制定，適用于車用 IC 芯片的綜合可靠性測試認證標準，是芯片產(chǎn)品應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的基本門檻。首版于1995年發(fā)行，并持續(xù)更新到2014年的 H 版本，也是目前沿用的標準。AEC-Q100標準是芯片產(chǎn)品（依產(chǎn)品類型、封裝形貌及取樣數(shù)量的要求）執(zhí)行并通過的必要測試項目。

基于集成電路應(yīng)力測試認證的失效機理 AEC-Q100測試項目：

AEC-Q101

AEC-Q101 認證為汽車級半導(dǎo)體分立器件應(yīng)力測試，主要對汽車分立器件，元器件標準規(guī)范要求，如：車用光電耦合器：用于車用隔離件、接口轉(zhuǎn)換器，光電耦合器，觸摸屏控制盤，整卷分立器件等。

基于離散分立半導(dǎo)體元件應(yīng)力測試認證的失效機理 AEC-Q101 測試項目：

AEC-Q102

AEC-Q102 認證對象：汽車電子所有內(nèi)外使用的分立光電半導(dǎo)體元器件。LED 光源在汽車的應(yīng)用越來越廣，車燈照明、智能系統(tǒng)、盲點偵測等應(yīng)用都需要高品質(zhì)的 LED，也因此眾多 LED 元組件供貨商積極布局車用 LED 領(lǐng)域。但如何讓其 LED 產(chǎn)品在車電市場中占有一席之地，通過 AEC-Q102 驗證是重要的通行證之一。

基于車用離散光電子半導(dǎo)體應(yīng)力測試認證的失效機理 AEC-Q102 測試項目：

AEC-Q103

AEC-Q103是針對汽車傳感器的測試標準。

微機電系統(tǒng)(MEMS)壓力傳感器器件應(yīng)力測試認證的失效機理 AEC-Q103 測試項目：

AEC-Q104

AEC-Q104 認證主要針對車用多芯片模塊可靠性測試，是 AEC-Q 系列家族成員中較新的汽車電子規(guī)范。

AEC-Q104 上，為了依據(jù) MCM 在汽車上實際使用環(huán)境，為復(fù)合式的環(huán)境，因此增加順序試驗，驗證通過的難度變高。例如，必須先執(zhí)行完 High Temp Operating Life(HTOL)，才能做 Thermal Shock(TS)，顛倒過來就不行。AEC-Q104 中針對 MCM，增加 H 系列的測項；此外，針對零件本身的可靠性測試(Component Level Reliability)，也增加了 Thermal Shock(TS) 及外觀檢視離子遷移(VISM)。

AEC-Q104 規(guī)范中，共分為 A-H 八大系列。其中，一大原則，在于 MCM 上使用的所有組件，包括電阻電容電感等被動組件、二極管離散組件、以及 IC 本身，在組合前若有通過 AEC-Q100、AEC-Q101 或 AEC-Q200，MCM 產(chǎn)品只需進行 AEC-Q104 H 內(nèi)僅 7 項的測試，包括 4 項可靠性測試:TCT(溫度循環(huán))、Drop(落下)、Low Temperature Storage Life(LTSL)、Start Up &Temperature Steps(STEP)；以及 3 項失效類檢驗:X-Ray、Acoustic Microscopy(AM)、Destructive Physical(DPA)；若 MCM 上的組件未先通過 AEC-Q100、AEC-Q101 與 AEC-Q200，那必須從 AEC-Q104 的 A-H 八大測項共 49 項目中，依據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用，決定驗證項目，驗證項目會變得比較多。

基于車用多芯片組件應(yīng)力測試認證的失效機理 AEC-Q104 測試項目：

AEC-Q200

AEC-Q200 是針對汽車上應(yīng)用的被動元器件的產(chǎn)品標準。

汽車電子的過電壓保護存在更為嚴苛的電路條件，因此一般要求制造商通過 ISO/TS16949 的質(zhì)量體系認證，相關(guān)的分立器件要求通過 AECQ101 認證，被動元件要求通過 AEC-Q200 認證，是非常嚴苛的認證規(guī)范。一般來說 12V 的汽車電子系統(tǒng)使用 5-6KW 28V 的 TVS (瞬態(tài)抑制二極管)，24V 的汽車電子系統(tǒng)使用 36V 的 TVS 即可。

目前汽車產(chǎn)業(yè)中針對于零件資格及品質(zhì)系統(tǒng)標準的就是 AEC(汽車電子委員會)，針對于被動元件設(shè)計為 AEC-Q200，其規(guī)范了被動零件所必須達成的產(chǎn)品品質(zhì)與可靠度。

無源元件的應(yīng)力測試驗證 AEC-Q200 測試項目：

03-車規(guī)級的特點與要求

車規(guī)級電子元件是汽車行業(yè)中不可或缺的重要組成部分，其高性能、高可靠性和高安全性是確保汽車安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

首先，高性能是車規(guī)級電子元件的基本要求，它們需要具備快速響應(yīng)、高效處理數(shù)據(jù)的能力，以應(yīng)對汽車復(fù)雜控制系統(tǒng)對于實時性、準確性的高要求。這些元件通過先進的制造工藝和精密的設(shè)計，能夠在汽車運行過程中提供卓越的性能表現(xiàn)，成本也更高。

其次，高可靠性是車規(guī)級電子元件的又一重要特點。在極端環(huán)境下，如高溫、低溫、振動等，這些元件仍能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，確保汽車控制系統(tǒng)的正常運行。這種可靠性不僅體現(xiàn)在元件本身的質(zhì)量上，還體現(xiàn)在其對于外界環(huán)境的適應(yīng)能力和抗干擾能力上。

最后，高安全性是車規(guī)級電子元件的核心要求。汽車的安全直接關(guān)系到乘客的生命安全，因此車規(guī)級電子元件必須具備極高的安全性能。這些元件在設(shè)計、制造和測試過程中都遵循嚴格的安全標準，能夠確保在發(fā)生故障或異常情況下，汽車能夠迅速做出響應(yīng)，保障乘客的安全。

04-車規(guī)級的技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案

技術(shù)挑戰(zhàn)：

高算力/高性能要求：隨著汽車智能化、電動化的快速發(fā)展，對車規(guī)級電子元件的算力和性能要求日益提升。例如，高級自動駕駛系統(tǒng)對算力的需求高達數(shù)百甚至上千TOPS。

高可靠性標準：車規(guī)級元件需在極端環(huán)境下保持穩(wěn)定運行，這對元件的可靠性提出了極高要求。

虛擬化與隔離機制：隨著汽車電子架構(gòu)的演變，實現(xiàn)虛擬化與隔離機制以確保系統(tǒng)安全變得尤為重要。

解決方案：

技術(shù)創(chuàng)新：國內(nèi)外廠商在芯片設(shè)計、生產(chǎn)工藝上不斷創(chuàng)新，以滿足高算力、高性能的需求。如采用更先進的制程技術(shù)、優(yōu)化芯片架構(gòu)等。

可靠性提升：通過嚴格的測試驗證流程，確保元件在極端環(huán)境下的可靠性。同時，采用冗余設(shè)計、容錯技術(shù)等提升系統(tǒng)的整體可靠性。

虛擬化與隔離技術(shù)：通過引入先進的虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)不同功能域之間的隔離，提高系統(tǒng)安全性。同時，開發(fā)專門的隔離機制以確保系統(tǒng)在故障發(fā)生時能夠迅速隔離故障點，防止故障擴散。