车用IC规范AEC-Q100认证AEC-Q100测试报告

近两年的MWC(行动通讯大会)各大车厂皆推出车联网的应用概念,日前两大行动装置操作系统开发商Apple与Google也正式跨足汽车领域,分别发表CarPlay及Android Auto平台,除了Google无人驾驶车,包含Benz/BMW/Volvo/一汽集团/中国交通学院…等产官机构都已完成无人驾驶技术开发并开始进行道路实验,中国的网络企业、乐视也在无人驾驶的领域展现积极切入动作。汽车电子的产值将会因为应用平台的成熟而大幅成长。车用IC的在2018前的年复合成长率为10.8%,为更领域之,其中亚太区的车用IC更高达20%,IC业者无不磨刀霍霍的准备强攻此新蓝海市场。


车用IC的市场相较于ICT资通产业的差异为市场较为封闭,且前期的开发及验证期可能长达3年,对台湾/中国IC业者已习惯Time to market的运作模式相悖,价值理念也不尽相同,本文将以AEC-Q100的IC验证规范解析如何满足车厂/模块厂客户的需求,并将本文焦点放在2014年9月新改版规范AEC-Q100 H版的要求进行解读。

一、想入场,请先取得两张门票-AEC & ISO/TS16949
要进入车子领域,打入各Tier1车电大厂供应链,必须取得两张门票,张是由北美汽车产业所推的AEC-Q100(IC), 101(离散组件), 200(被动零件)可靠度标准;第二张门票,则要符合零失效(Zero Defect)的供应链质量管理标准ISO/TS 16949规范(Quality Management System)。其及关连性可参考下列图示1说明。

图1 : 车用零组件基本要求说明图;数据源 : GRGT广电计量 

二、汽车零组件市场层级决定可靠度质量要求
汽车零组件市场可以大致区分为3部分:
1. OEM / ODM (正厂出厂零件) / OES (正厂维修零件)
2. DOP (Dealer Option经销商选配零件)
3. AM (After Marketing 副厂零件)

对客户的失效率预估及备品备置策略会因决定进入不同市场而有所变化,OEM/ ODM/ OES为原厂保固,因其保固期较长,各车厂需要在制造及售后服务的成本之间取得平衡,IC供货商要进入的门坎较高。DOP则为各经销商因在地市场的销售策略需求所做的选配项目,进入门坎与上述相近,售后市场(AM)与原厂保固无关,所以相对进入门坎及成本是较低的。另一面向为AM的产品类型较多属于影音周边与主被动安全无关,所要求的可靠度也低于原厂零件,可参考下图2说明

4. 通用性数据
先以下图4来说明通用性资料(Generic Data)的基本含意,两个产品A、B,若有使用相同制程或材料,则可初步定义为同一家族系列产品,若对A产品进行完整AEC Q-100 Qualification,相同制程或材料的部分所产出的测试结果则称之为Generic Data,先不论验证的数量与程序,只要Generic Data的定义符合AEC-Q100的说明,B产品进行剩余项目的验证后再加上Generic Data,则可宣告B产品也通过AEC-Q100。


图4 : Qualification Family及Generic Data;

此次新的版本对于Generic Data及Qualification Family的定义及使用原则有较清晰的说明,并且简化了其认证程序,同时以情境模拟案例,来说明那些制程变更时应进行那些实验项目与Lot数量,都有较明确的定义,因内容过多,读者若有需要可以再参阅规范。

5. 拟定测试计划
本文中重要、也是此次改版中,笔者认为变动的部分,呼应美国汽车工程师协会在规范SAE-J1879/J1211中强调的强韧性/稳健性验证(Robustness Validation),验证计划应思考的是,因应该产品在实际应用环境所面临的使用条件而拟定的,而非以单一测试标准/条件来适用所有产品,也就是Test for Application,而非Test for Standard。 

要如何拟定一个合适的验证计划呢步为制定该组件被设计/生产的目的,我们称之为Mission Profile,除了满足功能性的任务外,要再加上可靠度的任务,表2为汽车的Mission Profile参数范例。


表2 : Example of VehicleMission Profile ;数据源: SAE-J1879

IC供货商须考虑不同应用功能的组件将会对应不同的Mission Profile,若IC工作行为是在Non-Operating Time,如:警报器等的应用,则Life time条件应满足116,400Hrs在常温的情况。

若IC仅在Engine On时工作,那Mission Profile就必须要满足12,000Hrs的寿命时间,及其工作位置的使用温度,假定Engine On时该IC平均的工作温度Junction Temperature(Tj)=87℃,我们使用的HTOL测试温度为125℃,活化能设定为0.7eV,接下来使用Arrhenius Model来计算实验时的温度加速率,如下公式计算: 



即可算出温度加速率AFT=8.6232,以上述的设定目标寿命为12,000Hrs,因此HTOL实验时间应为12,000Hrs/8.6232 = 1,392Hrs。除了温度加速的范例,包含温度循环/湿度的加速公式已列在新规范中,各位可在参考规范内文。

上述范例旨在说明如何以终端产品实际应用的Mission Profile来设计合适的测试计划,相信很多从事IC设计的品管单位都相当熟悉,本文要表达的是规范将逐渐舍弃以单一标准来订定,而是交由End User(终端客户)与Component Manufacturer(零组件制造商)来共同制定合宜的验证计划。制定验证计划的流程可参阅下图5。   

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五、结语

消费性产品的产品功能设计,一般IC设计业者早已驾轻就熟,而这一两年,随着汽车市场,逐步走向车联网、电动车领域,需要更多驾驶信息辅助整合系统,也让IC设计业者找到进入市场的敲门砖。然而,消费性电子产品而言,产品寿命设计约1~3年为汰换周期,但车用电子则以10年起跳,上看15年寿命期。如何寻找有经验的实验室,协助客户了解车规,制定相对应的AEC-Q100验证步骤与手法,顺利进入车厂供应链,是极为重要的事。笔者以规范改版作为出发点完成本文撰写,加上多年在GRGT广电计量协助IC设计业跨入车用电子的实战经验,期能让更多其他IC业者能在车电IC验证获取更多的信息。