面向車規(guī)級芯片產(chǎn)品的安全可靠性認(rèn)證方案研究

關(guān)鍵詞：智能駕駛，車規(guī)級芯片，可靠性認(rèn)證，可靠性審查，芯片選型

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.10.010

0 引言

車規(guī)級（Automotive Grade）芯片是指滿足車載等級要求的芯片元器件。車規(guī)級芯片產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)制造過程與消費(fèi)級別芯片產(chǎn)品有非常大的差別，從芯片的架構(gòu)設(shè)計、IP研發(fā)、工藝選擇開始，到SoC集成設(shè)計、流片生產(chǎn)及封裝測試等均需要考慮車規(guī)級的要求。車規(guī)級芯片對比消費(fèi)級和工業(yè)級芯片，對可靠性的要求要高出許多，例如：工作溫度范圍、工作穩(wěn)定性、不良率等。通過集成電路測試手段，能夠?qū)⒑细裥酒c不合格芯片區(qū)分開，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。一方面車規(guī)級芯片的性能在不斷提高，如：更快的運(yùn)算速度、更多的功能集成、更低的功耗；另一方面，更高的可靠性逐漸成為車規(guī)級芯片的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。顯然傳統(tǒng)的篩選測試手段已經(jīng)無法滿足車規(guī)級芯片的嚴(yán)苛要求。本文提出了一種適配我國汽車芯片產(chǎn)品的車規(guī)級芯片可靠性審查的流程及方法，旨在貫通汽車芯片產(chǎn)業(yè)鏈條協(xié)同發(fā)展，加速國產(chǎn)化汽車芯片上車應(yīng)用，并對我國汽車芯片行業(yè)檢測認(rèn)證審查發(fā)展提出發(fā)展建議。

1 國內(nèi)外車規(guī)級芯片標(biāo)準(zhǔn)政策現(xiàn)狀

國際上現(xiàn)行車規(guī)級芯片標(biāo)準(zhǔn)包括可靠性和安全標(biāo)準(zhǔn)兩方面，均為自愿開展的測試認(rèn)證項(xiàng)目，其測試認(rèn)證結(jié)果被下游整車企業(yè)廣泛采信。當(dāng)前，全球公認(rèn)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)包括AEC-Q100/101系列標(biāo)準(zhǔn)、IATF 16949質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，安全標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)，均被我國整車企業(yè)評價車用芯片普遍引用，ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)已于2017年轉(zhuǎn)化為GB/T 34590《道路車輛 功能安全》但AEC-Q系列標(biāo)準(zhǔn)目前尚不具備轉(zhuǎn)化條件。其中芯片可靠性AEC-Q[1]系列主要包括內(nèi)容見表1。

汽車芯片安全可靠性是汽車芯片進(jìn)入整車供應(yīng)鏈的先決條件，但國內(nèi)目前通用國外的A EC- Q10 0可靠性標(biāo)準(zhǔn)，缺乏自主統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，整車企業(yè)為避免潛在的供應(yīng)鏈安全風(fēng)險，通常慎重選用國產(chǎn)芯片上車應(yīng)用，嚴(yán)重制約我國汽車芯片產(chǎn)業(yè)的自主安全發(fā)展。

國內(nèi)汽車芯片行業(yè)發(fā)展政策方面，2021年起，汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)研究工作組、中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟等組織廣泛與行業(yè)專家溝通交流，分別形成若干汽車芯片分類方法。2022年8月，工業(yè)和信息化部組織中國汽車技術(shù)研究中心、中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、工信部電子四院、工信部電子五所等單位，統(tǒng)一了汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)研究工作組、中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟對于汽車芯片的分類方法，編寫了《國家汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》（征求意見稿）[2]，并于2023年12月正式發(fā)布。指南的發(fā)布從應(yīng)用場景和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容兩個維度搭建了標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，明確了未來一段時間內(nèi)汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的原則、目標(biāo)和方法。旨在系統(tǒng)部署和科學(xué)規(guī)劃汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)化工作，引領(lǐng)和規(guī)范汽車芯片技術(shù)研發(fā)和匹配應(yīng)用，從而推動汽車芯片產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

2 車規(guī)級芯片可靠性測試檢測資源現(xiàn)狀

一方面目前國外已形成固有的汽車芯片測試認(rèn)證模式。以寶馬公司為例，企業(yè)首先制定內(nèi)部準(zhǔn)入和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，將需求對接給一級集成商大陸集團(tuán)，大陸集團(tuán)再將需求對接給芯片供應(yīng)商恩智浦，從而形成了一個企業(yè)牽頭的私有技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。其他芯片或集成商若想了解寶馬的需求和準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，必須先經(jīng)過寶馬的供應(yīng)商選拔，形成了嚴(yán)格的供應(yīng)商審核機(jī)制。這種審核機(jī)制顯然不利于我國汽車芯片產(chǎn)業(yè)的良好穩(wěn)定發(fā)展，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈條更需要統(tǒng)一化透明化的芯片產(chǎn)品審查方案，來維護(hù)汽車芯片行業(yè)的發(fā)展生態(tài)的建設(shè)。

另一方面汽車行業(yè)極其嚴(yán)苛的性能可靠性、安全穩(wěn)定性和產(chǎn)品長效性的要求，提高了汽車芯片檢測認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)門檻，具體表現(xiàn)為以下方面。

2.1 檢測覆蓋范圍廣、試驗(yàn)項(xiàng)目多、技術(shù)門檻高

汽車芯片必須按照A E C- Q標(biāo)準(zhǔn)流程開展檢測才能聲稱符合該標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。檢測是根據(jù)具體專業(yè)門類產(chǎn)品的失效機(jī)理而設(shè)計的一系列加速試驗(yàn)項(xiàng)目，涵蓋設(shè)計模型、工藝制造、封裝/組裝過程等。試驗(yàn)類型包括物性分析、材料分析、環(huán)境試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)和電學(xué)測試等方面。以集成電路為例，產(chǎn)品必須完成AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)中A-G共7個分組試驗(yàn)，檢測覆蓋范圍廣，試驗(yàn)項(xiàng)目多，對人員、設(shè)備和技術(shù)的要求很高。

2.2 檢測樣品數(shù)量多、試驗(yàn)周期長、綜合成本高

受樣品數(shù)量、試驗(yàn)項(xiàng)目和檢測夾具的綜合影響，汽車芯片檢測成本較高。AEC-Q檢測一般先對所有的樣品進(jìn)行測試，并對樣品的早期失效率進(jìn)行試驗(yàn)和統(tǒng)計分析，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要求檢測超過2000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，汽車芯片從開始檢測到完成多在9～12個月。

企業(yè)在芯片產(chǎn)品的檢測環(huán)節(jié)需要花費(fèi)大量的時間和成本[4]，因此，行業(yè)需要提煉一種對芯片產(chǎn)品可靠性的審核方案，來幫助企業(yè)優(yōu)化檢測流程，避免重復(fù)試驗(yàn)，從而縮短汽車平臺產(chǎn)品的開發(fā)周期。

3 適配國內(nèi)車規(guī)級芯片的認(rèn)證審查要求

3.1 開展車規(guī)級芯片安全可靠性審查的基本原則

審查活動的適用性，應(yīng)確保各類車規(guī)芯片具有普遍適用性；審查活動的科學(xué)性，應(yīng)確保覆蓋與產(chǎn)品相關(guān)的所有可靠性指標(biāo)，且具備行業(yè)共識；開展審查活動應(yīng)確保公正公平性，確保同類產(chǎn)品的審查結(jié)果具有可比性，減少偏見和不確定性。審查活動的可操作性，確保能夠明確對產(chǎn)品的車規(guī)可靠性符合度作出判斷。

3.2 車規(guī)級芯片安全可靠性審查流程

本規(guī)范的審查流程按照“制定審查指標(biāo)體系—企業(yè)能力及產(chǎn)品質(zhì)量審查—綜合評價結(jié)論”的步驟開展，具體流程如圖1所示。

（1）制定審查指標(biāo)體系

從設(shè)計企業(yè)能力、產(chǎn)品質(zhì)量維度建立審查指標(biāo)體系。從企業(yè)能力的角度，應(yīng)審查企業(yè)是否具有產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)等技術(shù)能力，如：知識產(chǎn)權(quán)等證明，是否具有質(zhì)量體系、實(shí)驗(yàn)室體系等管理文件。從產(chǎn)品質(zhì)量的角度，應(yīng)審查可靠性報告的項(xiàng)目完整性、符合性，以及老化試驗(yàn)前后產(chǎn)品的功能試驗(yàn)證明材料，用于與產(chǎn)品規(guī)格書對比，審查功能試驗(yàn)覆蓋度。

（2）開展審查活動

由具備可靠性試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)的專家或具備相應(yīng)能力的人員，通過資料審查和現(xiàn)場審查結(jié)合的方式（特殊情況可通過會議審查、線上審查等）開展審查活動，審查要點(diǎn)主要為企業(yè)能力審查和產(chǎn)品質(zhì)量審查。

（3）綜合評價結(jié)論

依據(jù)（1）的指標(biāo)體系評價內(nèi)容和（2）的審查結(jié)果進(jìn)行綜合評價。全部評價結(jié)果為符合的，綜合判定通過。初次審查未通過的情況下，可經(jīng)整改后重新提交審查材料，再次審查時可僅針對未通過項(xiàng)進(jìn)行審查。

3.3 汽車芯片產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)審查

（1）審查對象

產(chǎn)品規(guī)格書：可靠性檢測指標(biāo)參考的標(biāo)準(zhǔn)和通過的要求；

抽檢樣品記錄表：按照可靠性測試要求記錄的抽檢記錄；可靠性試驗(yàn)報告：可靠性測試記錄的詳細(xì)報告；功能試驗(yàn)列表：功能和性能參數(shù)試驗(yàn)列表，用于對照審查；回測ATE程序：測試的程序名字記錄，應(yīng)包含功能測試列表里的所有項(xiàng)；設(shè)備校準(zhǔn)證明：第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)出具的校準(zhǔn)證明。

（2）試驗(yàn)項(xiàng)目審查

車規(guī)級芯片在進(jìn)行可靠性等級審查時應(yīng)完成必要的車規(guī)可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目，且應(yīng)按照要求完成全部的必要試驗(yàn)項(xiàng)。

（3）試驗(yàn)樣品審查

送檢樣品應(yīng)與試驗(yàn)樣品保持一致，并由委托方提供證明材料，證明材料包括但不限于：產(chǎn)品型號、產(chǎn)品封裝形態(tài)、送樣前后產(chǎn)品照片等。試驗(yàn)樣品需要由3個不連續(xù)批次中抽樣獲取，3個批次各80 0只，并由委托方提供證明材料，如：產(chǎn)品編號等。進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的樣品一般為上車應(yīng)用前試驗(yàn)驗(yàn)證階段產(chǎn)品。

（4）試驗(yàn)過程審查

車規(guī)級芯片可靠性試驗(yàn)包括：加速環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)、加速壽命模擬試驗(yàn)、封裝組裝完整性試驗(yàn)、電氣特性試驗(yàn)、腔體封裝完整性試驗(yàn)。應(yīng)按照要求確定待審查產(chǎn)品應(yīng)完成的試驗(yàn)內(nèi)容。試驗(yàn)過程主要要求如下。

1）應(yīng)對試驗(yàn)前后的試驗(yàn)樣品進(jìn)行外觀檢查，確保前后對照一致性；

應(yīng)對試驗(yàn)前后的試驗(yàn)樣品進(jìn)行缺陷檢測；

各試驗(yàn)環(huán)節(jié)使用的樣品數(shù)量應(yīng)至少達(dá)到對應(yīng)可靠性等級中的樣品數(shù)量要求。

2）各試驗(yàn)環(huán)節(jié)試驗(yàn)條件應(yīng)至少達(dá)到對應(yīng)可靠性等級中的試驗(yàn)條件要求。

3）應(yīng)檢查可靠性試驗(yàn)使用的設(shè)備，設(shè)備應(yīng)在其外校準(zhǔn)有效期內(nèi)；應(yīng)在每項(xiàng)試驗(yàn)前后開展產(chǎn)品電試驗(yàn)，電試驗(yàn)要求應(yīng)符合響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）可靠性各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)為通過。

（5）電試驗(yàn)審查

1）應(yīng)對產(chǎn)品進(jìn)行電試驗(yàn)檢查，主要包括電性能試驗(yàn)、功能試驗(yàn)。電性能試驗(yàn)應(yīng)包括開短路試驗(yàn)、電源短路試驗(yàn)、漏電流試驗(yàn)、輸出電平、電流試驗(yàn)，功能試驗(yàn)和參數(shù)試驗(yàn)應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品規(guī)格書或使用說明規(guī)格書確定，且應(yīng)覆蓋芯片所有模塊的功能和參數(shù)。電性能測試和功能測試應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品規(guī)格書或使用說明規(guī)格書確定，電參數(shù)測試包括靜態(tài)測試參數(shù)和動態(tài)測試參數(shù)，功能測試應(yīng)覆蓋芯片所有模塊功能。

2）對于數(shù)字電路，芯片應(yīng)有對應(yīng)的可測性設(shè)計，并在電性能試驗(yàn)中試驗(yàn)?？蓽y性設(shè)計包括掃描鏈路電路試驗(yàn)（Scan），內(nèi)建自試驗(yàn)（Bist），邊界掃描試驗(yàn)（JTAG-BSD）等，掃描鏈路電路試驗(yàn)對數(shù)字電路的覆蓋率應(yīng)高于85%，應(yīng)覆蓋所有功能模塊和全部存儲部分的內(nèi)建自試驗(yàn)。

3）對于模擬電路，應(yīng)試驗(yàn)主要性能參數(shù)，并通過參數(shù)試驗(yàn)或功能試驗(yàn)覆蓋全部失效模式。

4）檢查ATE試驗(yàn)程序，應(yīng)與功能試驗(yàn)列表保持一致。

5）對于由于非正確的操作、ESD或者其他試驗(yàn)條件不相關(guān)或與可靠性試驗(yàn)不相關(guān)的失效可視為試驗(yàn)通過，但應(yīng)對該失效情況予以說明。

（6）試驗(yàn)報告審查芯片企業(yè)提供的車規(guī)芯片可靠性報告，需要能完整體現(xiàn)出試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)過程、試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)報告中應(yīng)能準(zhǔn)確體現(xiàn)包含但不限于如下內(nèi)容。

1）產(chǎn)品基本信息

包括產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品型號、制造商、封裝形式、數(shù)量。

2）報告信息

包括報告編號、報告出具日期、檢測機(jī)構(gòu)名稱、試驗(yàn)規(guī)范、檢測環(huán)境、試驗(yàn)日期、檢測需求、依據(jù)文檔、試驗(yàn)結(jié)論。

3）檢測結(jié)果匯總

包括試驗(yàn)項(xiàng)目、參考標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)條件、最小樣本量、批次量、總數(shù)量、試驗(yàn)結(jié)果。

4）單項(xiàng)檢測報告

包括試驗(yàn)項(xiàng)目、檢測人員、樣本編號、檢測方法、檢測條件、檢測設(shè)備、檢測過程、檢測結(jié)果、外觀檢查、電氣試驗(yàn)結(jié)果、判定標(biāo)準(zhǔn)。

1）產(chǎn)品基本信息

包括產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品型號、制造商、封裝形式、數(shù)量。

2）報告信息

包括報告編號、報告出具日期、檢測機(jī)構(gòu)名稱、試驗(yàn)規(guī)范、檢測環(huán)境、試驗(yàn)日期、檢測需求、依據(jù)文檔、試驗(yàn)結(jié)論。

3）檢測結(jié)果匯總

包括試驗(yàn)項(xiàng)目、參考標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)條件、最小樣本量、批次量、總數(shù)量、試驗(yàn)結(jié)果。

4）單項(xiàng)檢測報告

包括試驗(yàn)項(xiàng)目、檢測人員、樣本編號、檢測方法、檢測條件、檢測設(shè)備、檢測過程、檢測結(jié)果、外觀檢查、電氣試驗(yàn)結(jié)果、判定標(biāo)準(zhǔn)。

4 我國汽車芯片檢測認(rèn)證發(fā)展展望

為解決汽車芯片行業(yè)痛點(diǎn)、難點(diǎn)、堵點(diǎn)問題，構(gòu)建了“網(wǎng)—鏈—橋”的立體化認(rèn)證新模式，分級分類層層推進(jìn)。

以行業(yè)調(diào)研為切口，聚焦行業(yè)共性問題，打造汽車芯片認(rèn)證審查體系“一張網(wǎng)”。通過成立行業(yè)聯(lián)盟、搭建行業(yè)交流平臺等形式圍繞汽車芯片政策需求、產(chǎn)業(yè)鏈安全、測試認(rèn)證等方面開展調(diào)查研究，繪制質(zhì)量認(rèn)證圖譜。建立適配我國國情的汽車芯片認(rèn)證審查體系，明確芯片上車應(yīng)用的詳細(xì)審查要求。

以產(chǎn)品鏈協(xié)同為抓手，打通上下游環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)證規(guī)則貫穿芯片產(chǎn)品“一條鏈”。汽車芯片產(chǎn)品鏈包括設(shè)計、制造、封裝、應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)，但國內(nèi)一直缺少汽車芯片產(chǎn)品一體化認(rèn)證方案。應(yīng)結(jié)合汽車芯片產(chǎn)品功能安全、信息安全、可靠性等技術(shù)要求，開展認(rèn)證監(jiān)管工作。貫通汽車芯片產(chǎn)品鏈上下游，完善全生命周期的認(rèn)證體系，推動我國在汽車行業(yè)內(nèi)芯片供應(yīng)鏈生態(tài)建設(shè)。

以芯片選型為突破，發(fā)揮認(rèn)證傳遞信任作用，搭建汽車芯片供需雙方搭建互信“一座橋”。汽車芯片安全可靠性是汽車芯片進(jìn)入整車供應(yīng)鏈的先決條件，但國內(nèi)目前通用國外的AEC-Q100可靠性標(biāo)準(zhǔn)，缺乏自主統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，整車企業(yè)為避免潛在的供應(yīng)鏈安全風(fēng)險，通常慎重選用國產(chǎn)芯片上車應(yīng)用，嚴(yán)重制約我國汽車芯片產(chǎn)業(yè)的自主安全發(fā)展。應(yīng)聚焦關(guān)鍵汽車級芯片開展可靠性和安全選型審查，打通芯片產(chǎn)品和汽車產(chǎn)品的“語言”體系，幫助整車企業(yè)建立芯片選型依據(jù)和方法，提高選型效率。