我國(guó)汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證現(xiàn)狀及發(fā)展展望

劉磊，唐夢(mèng)瑤，張燁，王斌，崔高鴿

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

汽車(chē)芯片供應(yīng)不足在2020年初即出現(xiàn)苗頭，11月后更加凸顯，并在2021年1月集中爆發(fā)，多家國(guó)內(nèi)外車(chē)企出現(xiàn)了因車(chē)規(guī)半導(dǎo)體器件斷供而引發(fā)停產(chǎn)的問(wèn)題，包括南北大眾（上汽和一汽）汽車(chē)等。在汽車(chē)芯片短缺的影響下，全球多家汽車(chē)企業(yè)都面臨著產(chǎn)能中斷的風(fēng)險(xiǎn)，其中我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)能中斷的風(fēng)險(xiǎn)最大，僅2021年第一季度，我國(guó)受波及的汽車(chē)產(chǎn)能就達(dá)到了25萬(wàn)輛。汽車(chē)芯片斷供使我們不得不對(duì)整個(gè)汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行全方位思考，謹(jǐn)慎地審視并提前布局和應(yīng)對(duì)。在汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)鏈中，產(chǎn)品的可靠性考核評(píng)價(jià)起著關(guān)鍵的橋梁作用，決定了汽車(chē)整車(chē)及零部件供應(yīng)商是否可以采購(gòu)到符合車(chē)規(guī)級(jí)可靠性要求的芯片產(chǎn)品。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展落后于軍用及消費(fèi)電子市場(chǎng)等領(lǐng)域，尤其是在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、第三方檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)建設(shè)等方面的發(fā)展仍有待提升。

本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)第三方檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)調(diào)研的基礎(chǔ)上，詳細(xì)地闡述了汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)概況、檢測(cè)認(rèn)證特點(diǎn)和我國(guó)汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證現(xiàn)狀，以及發(fā)展面臨的問(wèn)題和下一步發(fā)展建議。

1 汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)概述

汽車(chē)芯片是汽車(chē)電子控制裝置的基本組成單元和核心部件，主要包括微控制器、功率芯片、傳感器、存儲(chǔ)器和計(jì)算芯片等，一般依托零部件供應(yīng)商間接地提供給整車(chē)企業(yè)使用。不同于消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，汽車(chē)需要承受高溫、高寒和潮濕等苛刻的環(huán)境要求，設(shè)計(jì)壽命一般為15年或200 000 km，更新?lián)Q代周期遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子的2～3年，對(duì)抗振動(dòng)、抗沖擊、可靠性和一致性要求非常高[1-4]。為了滿足高安全和性能可靠性要求，汽車(chē)需要使用車(chē)規(guī)級(jí)的芯片產(chǎn)品，并形成了一系列的車(chē)規(guī)級(jí)檢測(cè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)品全壽命周期。當(dāng)前面向汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)，均為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，分別是《國(guó)際汽車(chē)電子協(xié)會(huì)車(chē)規(guī)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)》（AEC-Q）、《汽車(chē)生產(chǎn)件及相關(guān)服務(wù)件組織的質(zhì)量管理體系要求》（IATF 16949）[5]、 《過(guò)程審核》（VDA6.3）[6]和《道路車(chē)輛功能安全》（IS0 26262）[7]。特別是AECQ產(chǎn)品檢測(cè)證書(shū)和IATF 16949企業(yè)認(rèn)證證書(shū)是芯片企業(yè)進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)的基本要求。

AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)面向汽車(chē)芯片產(chǎn)品可靠性等性能測(cè)試，主要方式為汽車(chē)芯片企業(yè)對(duì)照檢測(cè)項(xiàng)進(jìn)行檢測(cè)，并自我聲明檢測(cè)結(jié)果供車(chē)企參考。由于國(guó)內(nèi)汽車(chē)芯片的市場(chǎng)認(rèn)可度較低，現(xiàn)主要以第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果作為車(chē)企參考依據(jù)。IATF 16949是面向汽車(chē)芯片全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)質(zhì)量管理體系的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，主要通過(guò)第三方機(jī)構(gòu)審核來(lái)認(rèn)證。VDA 6.3是針對(duì)汽車(chē)芯片全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)內(nèi)部過(guò)程管理體系的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，主要通過(guò)企業(yè)內(nèi)部或第三方審核來(lái)認(rèn)證。其中，VDA 6.3主要是歐盟相關(guān)企業(yè)參考執(zhí)行；IATF 16949主要是歐美及日本相關(guān)企業(yè)參考執(zhí)行；國(guó)內(nèi)不同的企業(yè)對(duì)兩份標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行各有側(cè)重。IS0 26262是針對(duì)與功能安全有關(guān)的汽車(chē)芯片產(chǎn)品及相應(yīng)企業(yè)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，主要通過(guò)第三方審核來(lái)認(rèn)證。與IATF 16949和VDA 6.3不同，IS0 26262標(biāo)準(zhǔn)對(duì)企業(yè)的審核僅針對(duì)與功能安全有關(guān)的管理體系部分。汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)綜述如表1所示。

表1 汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)綜述

2 汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證的特點(diǎn)

汽車(chē)行業(yè)極其嚴(yán)苛的性能可靠性、安全穩(wěn)定性和產(chǎn)品長(zhǎng)效性的要求，提高了汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)門(mén)檻，具體表現(xiàn)為以下3個(gè)方面。

2.1 檢測(cè)覆蓋范圍廣、試驗(yàn)項(xiàng)目多、技術(shù)門(mén)檻高

汽車(chē)芯片必須按照AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)流程開(kāi)展檢測(cè)才能聲稱(chēng)符合該標(biāo)準(zhǔn)要求。檢測(cè)是根據(jù)具體專(zhuān)業(yè)門(mén)類(lèi)產(chǎn)品的失效機(jī)理而設(shè)計(jì)的一系列加速試驗(yàn)項(xiàng)目，涵蓋設(shè)計(jì)模型、工藝制造、封裝/組裝過(guò)程等。試驗(yàn)類(lèi)型包括物性分析、材料分析、環(huán)境試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)和電學(xué)測(cè)試等方面。以集成電路為例，產(chǎn)品必須完成AEC-Q100[8]標(biāo)準(zhǔn)中A-G共7個(gè)分組試驗(yàn)，檢測(cè)覆蓋范圍廣，試驗(yàn)項(xiàng)目多，對(duì)人員、設(shè)備和技術(shù)的要求很高。

2.2 檢測(cè)樣品數(shù)量多、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、綜合成本高

受樣品數(shù)量、試驗(yàn)項(xiàng)目和檢測(cè)夾具的綜合影響，汽車(chē)芯片檢測(cè)成本較高。AEC-Q檢測(cè)一般先對(duì)所有的樣品進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)樣品的早期失效率進(jìn)行試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析，然后分組進(jìn)行各種可靠性試驗(yàn)。以塑封集成電路為例，AEC-Q100要求檢測(cè)超過(guò)2 000只樣品，一次完整試驗(yàn)約需70天。根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)芯片從開(kāi)始檢測(cè)到完成多在9～12個(gè)月之間。主要原因是：一方面多數(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目需要夾具（如早期壽命失效ELFR試驗(yàn)），夾具成本與產(chǎn)品復(fù)雜度成比例（可從幾百元到上萬(wàn)元），每批次可試樣品的數(shù)量較少，導(dǎo)致周期延遲需時(shí)較長(zhǎng)（如ELFR試驗(yàn)共完成3批次2 400只樣品試驗(yàn)，按200只每批次計(jì)算，需進(jìn)行12次計(jì)算是否有誤批次，每批次試驗(yàn)周期約10天，共計(jì)需120天）；另一方面大部分試驗(yàn)需要先期完成測(cè)試環(huán)境搭建和夾具開(kāi)發(fā)，此類(lèi)工作的周期一般在3～6個(gè)月不等。

2.3 認(rèn)證流程管理嚴(yán)、技術(shù)要求高、審核周期長(zhǎng)

認(rèn)證機(jī)構(gòu)在向客戶出具IATF 16949證書(shū)前，需與國(guó)際汽車(chē)推動(dòng)小組（IATF）簽訂合同并獲得認(rèn)可。IATF 16949標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是在汽車(chē)供應(yīng)鏈中開(kāi)發(fā)能夠提供持續(xù)改進(jìn)、強(qiáng)調(diào)缺陷預(yù)防、減少交差和浪費(fèi)的質(zhì)量管理體系，不僅需要結(jié)合汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)規(guī)范，還增加了電子行業(yè)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求，對(duì)審核人員的綜合技術(shù)要求較高，認(rèn)證審核過(guò)程包括標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入、認(rèn)證申請(qǐng)、預(yù)審核、現(xiàn)場(chǎng)審核、技術(shù)評(píng)審和證書(shū)發(fā)放，總周期需要1～2年。

3 我國(guó)汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證現(xiàn)狀及發(fā)展面臨的問(wèn)題

3.1 國(guó)內(nèi)檢測(cè)認(rèn)證自有標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立

當(dāng)前，無(wú)論是汽車(chē)質(zhì)量管理體系、過(guò)程審核要求還是產(chǎn)品檢測(cè)考核標(biāo)準(zhǔn)，均是以國(guó)外成熟標(biāo)準(zhǔn)體系為參考，并且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織主要以國(guó)外整機(jī)用戶和供應(yīng)鏈廠商為主，具有地域局限，國(guó)內(nèi)企業(yè)參與度和話語(yǔ)權(quán)均較低，如無(wú)一家國(guó)內(nèi)公司參與AEC三級(jí)組織架構(gòu)。同時(shí)多種標(biāo)準(zhǔn)存在交叉，不同的企業(yè)推行不同的管理體系，行業(yè)存在管理亂象，如管理體系中IATF 16949與VDA 6.3均包含了能力認(rèn)定的要求部分，其部分內(nèi)容可以兼容參考，由于VDA 6.3標(biāo)準(zhǔn)由VDA建立且被德國(guó)企業(yè)推行，因此國(guó)內(nèi)德系合資企業(yè)大部分參考該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，而IATF 16949由IATF制定發(fā)布，國(guó)內(nèi)大部分美系合資和自主企業(yè)主要參考該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3.2 國(guó)內(nèi)檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足

國(guó)內(nèi)檢測(cè)認(rèn)證市場(chǎng)的需求增長(zhǎng)快速，但國(guó)內(nèi)檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)較少，行業(yè)認(rèn)可度不高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較低。中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室等內(nèi)資檢測(cè)機(jī)構(gòu)合計(jì)市占率不足10%，北京九鼎國(guó)聯(lián)認(rèn)證有限公司作為唯一的IATF 16949認(rèn)證機(jī)構(gòu)其市占率也不足5%，而VDA 6.3和IS0 26262的認(rèn)證基本被國(guó)外認(rèn)證機(jī)構(gòu)壟斷，包括TUV萊茵、TUV南德、TUV北德、SGS和UL等。同時(shí)，汽車(chē)芯片企業(yè)在尋求檢測(cè)認(rèn)證時(shí)面臨檢測(cè)認(rèn)證內(nèi)容和檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)不確定的情況，目前主要由芯片企業(yè)與潛在供貨的整機(jī)廠商協(xié)商確認(rèn)，主要采用一事一議的方式開(kāi)展，不利于行業(yè)內(nèi)統(tǒng)籌發(fā)展和布局。

3.3 國(guó)內(nèi)檢測(cè)認(rèn)證試驗(yàn)通量不足

汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證需要強(qiáng)大的檢測(cè)能力支撐，需要建立完善的軟硬件平臺(tái)，包括評(píng)估軟件、測(cè)試儀器和技術(shù)人員，如半導(dǎo)體集成電路的大型ATE測(cè)試設(shè)備、各類(lèi)模擬/數(shù)字、存儲(chǔ)測(cè)試專(zhuān)用設(shè)備、環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備、機(jī)械及物理試驗(yàn)設(shè)備等，且需要具備大通量執(zhí)行的能力。目前，各類(lèi)汽車(chē)芯片企業(yè)的能力主要以產(chǎn)品研發(fā)測(cè)試評(píng)估為主，而國(guó)內(nèi)包括中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室等第三方機(jī)構(gòu)的可靠性試驗(yàn)?zāi)芰μ幱趪?guó)內(nèi)第一梯隊(duì)，但在產(chǎn)品試驗(yàn)通量能力方面仍存在不足，無(wú)法支撐大范圍、大批量產(chǎn)品的的檢測(cè)評(píng)價(jià)工作。

表2 國(guó)內(nèi)主要汽車(chē)芯片檢測(cè)機(jī)構(gòu)清單

4 下一步發(fā)展展望

4.1 加快我國(guó)汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

在后貿(mào)易爭(zhēng)端時(shí)代及我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)內(nèi)循環(huán)機(jī)制下，需要凝聚國(guó)內(nèi)行業(yè)力量。一方面，在認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)需要增加在IATF的參與度，在標(biāo)準(zhǔn)更新維護(hù)和新標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作時(shí)提高話語(yǔ)權(quán)；另一方面，在汽車(chē)芯片檢測(cè)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，急需建立自有標(biāo)準(zhǔn)體系，研究并發(fā)布如微機(jī)械器件（MEMS）、多芯片組件（MCM）相關(guān)通用產(chǎn)品考核評(píng)價(jià)要求和配套測(cè)試、試驗(yàn)、分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立我國(guó)自有的汽車(chē)芯片檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。此外，針對(duì)新材料、新工藝、新產(chǎn)品和新技術(shù)，在車(chē)載人工智能芯片、復(fù)雜集成電路和新型封裝結(jié)構(gòu)等國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未完全覆蓋的領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)需共同努力，搶先制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，占據(jù)行業(yè)高地。

4.2 組建統(tǒng)一監(jiān)管的檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)

需要由行業(yè)協(xié)會(huì)等牽頭組織，統(tǒng)籌規(guī)劃，依托現(xiàn)有的第三方檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)、汽車(chē)制造基地和研究中心，組建一批統(tǒng)一監(jiān)管的汽車(chē)芯片可靠性檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，建設(shè)若干汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證公共服務(wù)機(jī)構(gòu)和平臺(tái)，提高國(guó)內(nèi)檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的行業(yè)認(rèn)可度，提高整體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.3 提升國(guó)內(nèi)第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)認(rèn)證能力

一是基于國(guó)內(nèi)汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證現(xiàn)狀，以市場(chǎng)需求為牽引，國(guó)內(nèi)檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)需加大評(píng)估軟件和測(cè)試儀器的投入，增加試驗(yàn)通量，實(shí)現(xiàn)規(guī)模發(fā)展。二是結(jié)合汽車(chē)芯片應(yīng)用特點(diǎn)，需要建立研用一體的檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)體系。研制側(cè)推動(dòng)芯片供應(yīng)鏈安全評(píng)估和檢驗(yàn)檢測(cè)，提升產(chǎn)品質(zhì)量，確保芯片能用；需求側(cè)推動(dòng)建立以“生產(chǎn)線審核認(rèn)證+應(yīng)用驗(yàn)證”為核心的準(zhǔn)入機(jī)制，通過(guò)開(kāi)展典型應(yīng)用領(lǐng)域芯片級(jí)、板卡級(jí)、整機(jī)級(jí)多層級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證工作，提升芯片與整車(chē)的適配性，提振整車(chē)用戶對(duì)國(guó)內(nèi)芯片的信心，確保整車(chē)用戶敢用產(chǎn)品。三是在市場(chǎng)需求的激勵(lì)下，檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)需要與高校、科研院所開(kāi)展多模式合作，通過(guò)聯(lián)合辦學(xué)及產(chǎn)學(xué)結(jié)合方式，加快技術(shù)型、實(shí)用型人才的培養(yǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析、對(duì)國(guó)內(nèi)檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研，提出了國(guó)內(nèi)目前汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證行業(yè)面臨的問(wèn)題，包括自有標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足和試驗(yàn)通量不足等。針對(duì)目前行業(yè)痛點(diǎn)，提出了我國(guó)汽車(chē)芯片檢測(cè)認(rèn)證行業(yè)下一步發(fā)展的思考和展望。