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深度解析汽車電子零部件質量管理系統與規范

時間:2019-07-20 15:53:08   來源:未知   瀏覽量:

隨著新能源汽車的日益普及,汽車行業內對汽車電子的安全性要求提出了更高的要求。在這個產業鏈中,在汽車生產系統通常都是質量第一,功能第二。其中整車零部件與汽車操控系統的安全性息息相關。每個零部件都需要達到最高的質量與可靠性,甚至實現零缺陷(Zero Defect)的理想狀態。

汽車零部件及相關產品的最大推動力往往不是先進的技術,而更多的是質量的水平;而質量的提升需要嚴格管控程序來實現。目前汽車產業的重要質量管理系統與相關規范包括由汽車電子設備委員會(Automotive Electronics Council, AEC)所提出的各項規范以及QS-9000和TS 16949等。另外零件提供商也會提出自己的規范,如ST的汽車等級認證(Automotive Grade Qualification)等。

一、AEC系列規范

克萊斯勒、福特和通用汽車/Delco Electronics為建立一套通用的零件資質及質量系統標準而設立了汽車電子委員會(AEC)。AEC建立了質量控制的標準,同時,由于符合AEC規范的零部件均可被上述三家車廠同時采用,促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿,并推動了汽車零件通用性的實施,為汽車零件市場的快速成長打下基礎。

專門用于芯片應力測試(Stress Test)的認證規范AEC-Q100是AEC的第一個標準。AEC-Q100于1994年6月首次發表,經過十多年的發展,AEC-Q100已經成為汽車電子系統的通用標準。在此文件的開發過程中,重要的芯片供應商都有機會提出他們的意見。

該規范能使汽車元件更快速地滿足汽車市場的采購需求。汽車電子元件只要被認定為符合此規范要求即被認為具有高質量與可靠性,并可適合于汽車應用的復雜惡劣的環境中,而不再需要進行反復的循環認證測試。

AEC在AEC-Q100之后又陸續制定了針對離散組件的AEC-Q101和針對被動組件的AEC-Q200等規范,以及AEC-Q001/Q002/Q003/Q004等指導性原則(Guideline)。以下將分別做出簡要介紹:

1. AEC-Q100

AEC-Q100標準主要在于預防產品各種可能發生的狀況或潛在的失誤機會,引導供貨商在開發的過程中就能生產出符合此規范的芯片。AEC-Q100對每一個申請的個案進行嚴格的質量與可靠度確認,即確認制造商所提出的產品數據表、使用目的、功能說明等是否符合當初所宣稱的功能,以及在多次使用后是否能始終如一。

此標準的最大目標是提高產品的良品率,這對芯片供貨商來說,不論是在產品的尺寸、合格率及成本控制上都是很大的挑戰。AEC-Q100詳細規范了對于IC芯片的各項要求,其另一方面也代表了汽車制造商以及供貨商對于產品安全的要求。

此標準詳細規定了一系列的測試,同時定義了應力測試驅動型認證的最低要求以及IC認證的參考測試條件。這些測試包括7個測試群組:測試群組A(環境壓力加速測試,Accelerated Environment Stress)、測試群組B(使用壽命模擬測試,Accelerated Lifetime Simulation)、測試群組C(封裝組裝整合測試,Package Assembly Integrity)、測試群組D(芯片晶圓可靠度測試,Die Fabrication Reliability)、測試群組E(電氣特性確認測試,Electrical Verification)、測試群組F(瑕疵篩選監控測試,Defect Screening),和測試群組G(封裝凹陷整合測試,Cavity Package Integrity)。

此外,為了達到汽車電子產品對工作溫度、耐久性與可靠度的高標準要求,組件供貨商必須采用更先進的技術和更苛刻的測試程序來達成最佳化的設計方法。因此,AEC-Q100又分為不同的產品等級,其中第一級標準的工作溫度范圍在-40℃至125℃之間;最嚴格的第0級標準工作溫度范圍可達到-40℃至150℃ 。

2. AEC-Q001

零缺陷是所有產業都在不斷追求的目標,在對于安全性有更高要求的汽車電子產業,對質量的要求更加嚴格。

半導體組件的缺陷率用DPM(Defect Per Million)表示。在一些關鍵性的應用組件中,供貨商甚至將缺陷率由一般常用的百萬分之一(Parts Per Million, PPM)單位,提升到十億分之一(Parts Per Billion, PPB),即每生產十億個組件才可能出現有問題的產品。因此通過有效控制DPM可減少因為電子器件失常造成的汽車駕駛安全問題。

AEC-Q001規范中提出了所謂的參數零件平均測試(Parametric Part Average Testing, PPAT)方法。PPAT 是用來檢測外緣(Outliers)半導體組件異常特性的統計方法,用以將異常組件從所有產品中剔除。

PPAT可分為靜態PAT(Static PAT)、動態PAT(Dynamic PAT)和地域性PAT(Geographic PAT),所謂的地域性PAT,即是為所有在晶圓上的裸晶加入鄰近性權重(Proximity Weighting ),因此一些被不良裸晶包圍或鄰近的良好裸晶,也可能會被移除。

一般AEC-Q001只要求通過靜態PAT測試。不過,為了達到更高的質量,ST的汽車等級認證要求同時做到靜態、動態及地域性PAT標準。此外,ST的地域性PAT還采用可重復性類型偵測(Repeatable pattern detection)和混合式分析(Composite Analysis)來提升管控質量。通過PPAT,在測試限制外的裸晶會被刪除,即使這些裸晶能符合特性要求。這樣既避免潛在風險,又能在供貨商的階段即可改善組件的質量和可靠性。

3. AEC-Q002

AEC-Q002基于統計原理,屬于統計式良品率分析的指導原則。AEC-Q002的統計性良品率分析(Statistical Yield Analysis, SYA)分為統計性良品率限制(Statistical Yield Limit, SYL)和統計箱限制(Statistical Bin Limit, SBL)兩種。以SBL來說,它在電性晶圓測試(Eletrical Wafer Sort, EWS)的階段放置特殊的監控功能于BIN上,各個區域會被取樣和分析。這些方法通過對關鍵性測試參數/ BIN的量測來建立一套分析和控制生產變量的系統,可用來檢測出異常的材料區域,保證最終產品的質量和可靠性。

所有新組件或技術在制造程序前后的不同階段都可進行統計分析,同時也能在晶圓測試(Wafer Probe)及封裝最后測試的階段被用來進行電子參數測試。AEC-Q002為組件制造商提供使用統計技巧來檢測和移除異常芯片組件的方法,讓制造商能在晶圓及裸晶的階段就能及早發現錯誤并將之剔除。

4. AEC-Q003

產品及制程的特性表現對于開發新的芯片或對現有的芯片進行調整相當重要。無論是位于制程邊緣所產生的特性化零件,或特別選出的極端參數值,都可以被應用來確定敏感性的制程范圍。

供貨商可以改變或嚴格處理這部分的制程,或在測試階段將這部分的產品移除。當新的組件中涉及新的設計技術及制程時,就會在晶圓測試或最后測試階段進行特性化的操作。同過確定電性及制程參數和表現的限制,可以建立此產品的功能與參數表現特性,供貨商也就能夠明確能被妥善控制的制程區域(Sweet Spot)。

AEC-Q003是針對芯片產品的電性表現所提出的特性化(Characterization)指導原則,其用來生成產品、制程或封裝的規格與數據表,目的在于收集組件、制程的數據并進行分析,以了解此組件與制程的屬性、表現和限制,和檢查這些組件或設備的溫度、電壓、頻率等參數特性表現。

AEC-Q004提出一系列的流程步驟,包括組件設計、制造、測試和使用,以及在這流程的各個階段中采用何種程零缺陷的工具或方法。這些方法涵蓋上述AEC的各種文件標準,以及JEDEC或AIAG等等來自業界的質量控制技術或管理系統的廣泛應用。當零件或制程已實現最佳化,且成熟性在經過一段時間后被證實,此時只需用較少的工具就能改善或維持質量和可靠性。

AEC-Q004實質上是一套零缺陷指導原則,其定義出芯片供貨商或用戶如何在產品生命周期中使用一些工具和制程來達成零缺陷的目標。AEC-Q004并不是強制性的規范,而是提出用來降低缺陷的工具和方法。不同的應用模式會需要不同的工具或生產方法,因此在此指導原則中提出了建議的作法。AEC-Q004目前仍處于在草案階段,即將推出正式的版本。

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