汽車芯片檢測標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與進(jìn)展

摘 要：本文對全球汽車芯片產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹現(xiàn)行有關(guān)汽車芯片行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容和特點(diǎn)，以及我國汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)進(jìn)展，提出相應(yīng)的意見和建議，為汽車芯片的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車芯片，標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)證，標(biāo)準(zhǔn)體系

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.19.042

0 引 言

汽車芯片是汽車電子系統(tǒng)的核心，在智能汽車產(chǎn)業(yè)快速崛起和飛速發(fā)展的當(dāng)下，汽車芯片的需求也在急速上升。汽車的智能化、網(wǎng)聯(lián)化對芯片的技術(shù)水平提出了更高的要求，更高的算力、更豐富的功能，這對國產(chǎn)汽車芯片行業(yè)既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。汽車芯片的可靠性測試是保證汽車芯片在復(fù)雜的汽車環(huán)境中正常工作的重要手段，也是汽車芯片的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用的必要環(huán)節(jié)。汽車芯片的可靠性測試涉及到多個(gè)方面，包括芯片的設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試、認(rèn)證等，需要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以確保芯片在汽車環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性。

1 汽車芯片產(chǎn)業(yè)背景

1.1 全球汽車芯片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

根據(jù)美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會（SIA）的報(bào)告顯示，2022年全球半導(dǎo)體市場總產(chǎn)值5740億美元，其中汽車用半導(dǎo)體在全球半導(dǎo)體市場中的份額高達(dá)14%，是僅次于通訊領(lǐng)域（30%）和計(jì)算機(jī)（26%）的第三大應(yīng)用場景（見圖1）。2019年全球汽車芯片市場的銷售規(guī)模達(dá)到410.13億美元，到2022年，該市場擴(kuò)大至651億美元，成為半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域中增速最快的部分。

就地區(qū)分布而言（見表1），2019年位列全球第一的是歐洲汽車芯片市場，其產(chǎn)值達(dá)到150.88億美元，占全球汽車芯片總產(chǎn)值的36.79%。全球第二大汽車芯片市場是美國，其總產(chǎn)值達(dá)到133.87億美元，占全球總量的32 .6 4%。日本汽車芯片以106.77億美元的總產(chǎn)值，占全球汽車芯片總產(chǎn)值的26.03%。相比之下，中國大陸2019年汽車芯片銷售收入與歐美日相比存在巨大差距，僅約為10.06億美元左右，占全球總產(chǎn)值不到3%[1]。

根據(jù)產(chǎn)品的功能類型來看，汽車芯片主要有計(jì)算與邏輯芯片、傳感芯片、通信芯片、功率芯片和其他芯片等類型，其中，計(jì)算與邏輯芯片和功率芯片處于市場主導(dǎo)地位，占據(jù)了整個(gè)汽車芯片市場的55%以上。由于近年來汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化以及新能源技術(shù)的快速進(jìn)步，汽車產(chǎn)業(yè)中60%到70%的技術(shù)創(chuàng)新都受到了汽車電子技術(shù)的推動。以MCU（Microcontroller Unit，微控制單元）為例，傳統(tǒng)汽車單輛平均使用大約70顆的MCU，而新能源汽車則需要使用超過300顆。這些MCU的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）、車身控制、底盤與安全、信息娛樂以及動力系統(tǒng)等各個(gè)方面，幾乎無所不在[2-3]。

1.2 汽車芯片技術(shù)要求

與其他類別芯片產(chǎn)品相比，由于汽車產(chǎn)品對安全性能的特殊要求，汽車芯片對工作溫度范圍、容錯(cuò)率、使用壽命的標(biāo)準(zhǔn)更高，這些芯片需要具備高性能、小型化和低能耗等特點(diǎn)，同時(shí)也必須符合高可靠性和長壽命的要求，僅次于軍工級，見表2。

2 汽車芯片檢測標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1 概述

標(biāo)準(zhǔn)是檢測行業(yè)所有工作的基礎(chǔ)準(zhǔn)則。汽車芯片產(chǎn)品從設(shè)計(jì)制造到實(shí)車匹配階段通常需要符合多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證[4-8]。首先是北美汽車產(chǎn)業(yè)所推出的AEC-Q系列可靠性標(biāo)準(zhǔn)，針對汽車電子元件的可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。其次，供應(yīng)商還需要符合ISO/TS 16949規(guī)范，這是一項(xiàng)零缺陷（ZeroDefect）的供應(yīng)鏈品質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)。ISO 26262定義了適用于汽車電子和電氣安全相關(guān)系統(tǒng)生命周期的汽車設(shè)備的功能安全性。這些標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證可以幫助供應(yīng)商確保其產(chǎn)品符合汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求，從而提高其在供應(yīng)鏈中的競爭力。

2.2 AEC-Q系列標(biāo)準(zhǔn)

AEC系列標(biāo)準(zhǔn)是由美國汽車工程師協(xié)會（SAEI nter nat iona l）制定的一系列與汽車電子設(shè)備和元件相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)。A EC代表了“Automot iveElectronics Council”，即汽車電子委員會。這些標(biāo)準(zhǔn)旨在確保在汽車電子領(lǐng)域使用的電子元件和設(shè)備的可靠性、耐用性和性能，以滿足汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求。它所涉及的內(nèi)容非常廣泛，從不同方面分別對汽車電子元件的技術(shù)性要求、應(yīng)力測試規(guī)范等進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定（見表3）。

AEC系列標(biāo)準(zhǔn)的制定有助于確保汽車電子元件在車輛的整個(gè)壽命周期內(nèi)，從生產(chǎn)到使用，都能夠滿足高要求的性能和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。通過遵循AEC系列標(biāo)準(zhǔn)，汽車制造商和供應(yīng)商可以降低產(chǎn)品故障率，提高車輛質(zhì)量，減少維修和召回的成本，并提供更安全、更可靠的駕駛體驗(yàn)。

AEC系列標(biāo)準(zhǔn)在汽車電子領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。通過明確的測試要求和嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)確保了汽車電子部件的可靠性和穩(wěn)定性。通過遵循AEC標(biāo)準(zhǔn)，汽車制造商和供應(yīng)商能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少故障率，并確保汽車電子系統(tǒng)在各種復(fù)雜條件下的可靠運(yùn)行。這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施為駕駛員和乘客提供了更安全、更可靠的出行環(huán)境，同時(shí)提升了整個(gè)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和競爭力。

2.3 ISO/TS 16949質(zhì)量體系要求

1994年起，作為汽車生產(chǎn)的兩大基地之一，通用汽車、福特和克萊斯勒作為美國的三大汽車公司開始采用QS-9000作為其供應(yīng)商統(tǒng)一的質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，歐洲尤其是德國等生產(chǎn)基地，也相繼發(fā)布了各自相應(yīng)的質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，例如VDA6.1、AVSQ94和EAQF等。為避免供應(yīng)商重復(fù)認(rèn)證，統(tǒng)一國際汽車質(zhì)量系統(tǒng)規(guī)范，全球主要汽車制造商和協(xié)會聯(lián)合成立了國際汽車工作組，在ISO90 01的基礎(chǔ)上增加了汽車行業(yè)的技術(shù)要求，制定ISO/TS 16949作為全球通用的汽車行業(yè)質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)，以同時(shí)滿足各國整車廠的要求。

ISO/TS 16949標(biāo)準(zhǔn)有著明確的限定范圍，僅適用于汽車整車廠和其直接零部件制造商，并規(guī)定這些制造商必須直接參與汽車的生產(chǎn)制造，通過這些活動為產(chǎn)品增值，不具備生產(chǎn)制造功能的公司和廠家是無法獲得認(rèn)證的，例如芯片設(shè)計(jì)企業(yè)、相關(guān)公司總部和物流中心等支持性質(zhì)的機(jī)構(gòu)，以及在產(chǎn)業(yè)鏈中所涉及的設(shè)備和工具的廠家。

ISO/TS 16949認(rèn)證流程包括初次認(rèn)證、年度監(jiān)督檢查和復(fù)評認(rèn)證等階段。對于獲得認(rèn)證注冊的公司，ISO/TS 16949要求提供至少連續(xù)12個(gè)月的生產(chǎn)和質(zhì)量管理記錄，這其中需要包含有完整的內(nèi)部評審以及管理評審記錄。對于沒有12個(gè)月的記錄的新設(shè)立的廠商，可以先進(jìn)行符合質(zhì)量系統(tǒng)規(guī)范要求的評審，由認(rèn)證公司頒發(fā)“符合性證明”。在具備12個(gè)月記錄后，可以進(jìn)行認(rèn)證審核注冊。

2.4 ISO 26262道路車輛功能安全

ISO 26262是一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)，名為《道路車輛功能安全》，主要關(guān)注裝配在量產(chǎn)道路車輛上的電子電氣系統(tǒng)的功能安全，是首個(gè)適用于大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

ISO 26262源自于電子、電氣及可編程器件功能安全基本標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508，而IEC 61508是國際電工委員會IEC指定的通用型標(biāo)準(zhǔn)，ISO 26262則是在此基礎(chǔ)上特定用于汽車行業(yè)中的零部件提出的功能安全要求，涉及的范圍有電氣器件、電子設(shè)備、可編程電子器件等，而機(jī)械、液壓等非電子電氣系統(tǒng)則不在該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍內(nèi)。

ISO 26262是一套復(fù)雜的認(rèn)證體系，主要涵蓋生產(chǎn)流程認(rèn)證和產(chǎn)品功能認(rèn)證兩方面。其要求安全機(jī)制符合各級別的汽車安全完整性水平（ASIL）認(rèn)證。ASIL等級的確定基于嚴(yán)重度（Severity，簡稱S）、暴露幾率（E xposu re，縮寫為E）、可控度（Control，縮寫為C）這三個(gè)影響因子。ISO 26262定義了四種不同的ASIL等級：ASIL A、ASIL B、ASILC和ASIL D，用于表示降低特定風(fēng)險(xiǎn)所需的程度。其中，ASIL D代表產(chǎn)品的最高安全完整性，而ASILA則代表最低的安全完整性。如果識別出QM（非安全相關(guān)的質(zhì)量管理）風(fēng)險(xiǎn)，則不需要對應(yīng)的安全要求。針對特定風(fēng)險(xiǎn)評估的ASIL等級會指定相應(yīng)的安全目標(biāo)，根據(jù)這些安全目標(biāo)產(chǎn)生的安全要求也必須根據(jù)相應(yīng)的ASIL等級確定。

3 我國汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

我國汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)化工作尚未完備，目前正在積極籌劃過程中[9]。工業(yè)和信息化部科技司于2023年發(fā)布了《國家汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，主要從建設(shè)指導(dǎo)思想、基本原則、建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)思路、標(biāo)準(zhǔn)體系的體系架構(gòu)和體系內(nèi)容，以及組織實(shí)施等方面對我國汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)進(jìn)行了指導(dǎo)和規(guī)劃。

根據(jù)不同類別的汽車芯片所具有不同的性能要求、功能要求和試驗(yàn)方法，結(jié)合汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系的技術(shù)結(jié)構(gòu)框架，可以將汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系分為四個(gè)大類：基礎(chǔ)、通用要求、產(chǎn)品與技術(shù)應(yīng)用以及匹配試驗(yàn)。進(jìn)一步地，根據(jù)各類芯片產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)容和技術(shù)要求上的差異性和共同性，可細(xì)分成17個(gè)子類，為標(biāo)準(zhǔn)體系的內(nèi)容提供了完整性、合理的結(jié)構(gòu)和清晰的界限（見圖2）。

這一標(biāo)準(zhǔn)體系的建立將大力推動我國汽車芯片產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，創(chuàng)造適宜技術(shù)革新創(chuàng)新的優(yōu)勢環(huán)境，加強(qiáng)我國汽車芯片產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，增強(qiáng)國產(chǎn)企業(yè)的國際競爭力，推動構(gòu)建科學(xué)、高效和可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)生態(tài)，推動整個(gè)行業(yè)向著更加可持續(xù)的發(fā)展方向邁進(jìn)。

4 啟示和建議

（1）新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車在我國目前形勢較好，想要抓住這個(gè)機(jī)遇夯實(shí)基礎(chǔ)并拓寬市場不僅需要各大企業(yè)廠商的努力，更要從國家層面從上到下形成統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略方向和關(guān)鍵攻關(guān)目標(biāo)，跨部門、跨地域進(jìn)行溝通協(xié)作，積極統(tǒng)籌建設(shè)整合資源，尤其是結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖袌鎏攸c(diǎn)和資源優(yōu)勢制定有針對性的扶持政策，加大對重點(diǎn)項(xiàng)目、創(chuàng)新企業(yè)的扶持力度，建立起地方、行業(yè)和企業(yè)之間協(xié)同合作的創(chuàng)新機(jī)制，共同推進(jìn)汽車芯片產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

（2）整合行業(yè)的優(yōu)勢資源，展開核心技術(shù)的集中攻關(guān)。支持企業(yè)加大對關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)力度，提高自主創(chuàng)新能力，推動車用半導(dǎo)體和元器件的技術(shù)進(jìn)步和突破。同時(shí)，努力攻克汽車芯片設(shè)計(jì)、工藝封裝、評測認(rèn)證、集成應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)制定等關(guān)鍵核心共性技術(shù)，逐步解決芯片制造的困境。

（3）建立符合中國國情并與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，明確汽車芯片產(chǎn)品的認(rèn)證評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和測試流程。建立研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新的同步機(jī)制，鼓勵(lì)優(yōu)秀企業(yè)、機(jī)構(gòu)以及行業(yè)進(jìn)行研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)的同步示范評定與評級，促進(jìn)科研、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)的協(xié)作與共同發(fā)展。

（4）積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定，跟蹤行業(yè)國際動態(tài)。發(fā)揮政府導(dǎo)向作用，鼓勵(lì)企業(yè)和機(jī)構(gòu)積極參與特別關(guān)注貿(mào)易提案、TBT通報(bào)評議，形成工作機(jī)制，并將工作成果及時(shí)向企業(yè)通報(bào)，增強(qiáng)企業(yè)參與的積極性。

（5）建立面向汽車芯片產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化人才培養(yǎng)體系，包括鼓勵(lì)高校設(shè)立相關(guān)專業(yè)的本科和研究生教育課程，設(shè)置實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)習(xí)崗位，提升學(xué)生的實(shí)際操作能力和行業(yè)適應(yīng)能力。促進(jìn)汽車芯片領(lǐng)域的科研院所與高等院校之間的合作交流，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，鼓勵(lì)科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更多技術(shù)支持和人才儲備。

（6）企業(yè)應(yīng)持續(xù)增加對研發(fā)的投入，不斷推動技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)品科技含量和技術(shù)專利，提升產(chǎn)品的核心競爭力。加強(qiáng)對新一代材料、工藝以及設(shè)計(jì)等方面的研究，提升產(chǎn)品性能，降低功耗，提高集成度。此外，積極跟蹤行業(yè)趨勢和標(biāo)準(zhǔn)變化，以確保企業(yè)技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

（7）檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)提升自身業(yè)務(wù)水平，重視對芯片汽車檢測的產(chǎn)業(yè)布局，加強(qiáng)對新型芯片汽車檢測技術(shù)的研究和開發(fā)，更新檢測設(shè)備，積極爭取國際上的檢測認(rèn)證資質(zhì)，提升國內(nèi)檢測認(rèn)證的國際影響力。同時(shí)，積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定工作，確保國內(nèi)的檢測技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌，為國內(nèi)外企業(yè)提供更具競爭力的服務(wù)。

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作者簡介

婁珂，博士研究生，研究方向?yàn)樾酒瑱z測及標(biāo)準(zhǔn)化。

（責(zé)任編輯：袁文靜）

基金項(xiàng)目：本文受深圳市高新區(qū)發(fā)展專項(xiàng)創(chuàng)新平臺建設(shè)項(xiàng)目“高端醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)中試基地”資助。