一顆汽車芯片從設(shè)計(jì)流片、車規(guī)認(rèn)證、車型導(dǎo)入驗(yàn)證、到量產(chǎn)裝車，通常需要3-5年的時(shí)間。而只有最終大規(guī)模落地量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)盈利，企業(yè)才能真正地活下來。這整個(gè)周期，就像是一場(chǎng)殘酷的軍備競(jìng)賽。而這一切的基礎(chǔ)，是車規(guī)認(rèn)證帶來的安全保障。汽車芯片企業(yè)只有建立起車規(guī)理念及文化，堅(jiān)持產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn)、持續(xù)認(rèn)證，才能以車芯助力更安全可靠、更有競(jìng)爭(zhēng)力的汽車產(chǎn)品，帶來中國(guó)汽車半導(dǎo)體行業(yè)的真正突破。

什么是車規(guī)級(jí)芯片？

按照應(yīng)用場(chǎng)景，芯片通常可以分為消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)、軍工級(jí)以及宇航級(jí)，不同級(jí)別的芯片有不同的要求，以保證芯片的穩(wěn)定運(yùn)行。

芯片等級(jí)劃分

汽車芯片，即“車規(guī)級(jí)芯片Automotive Grade”，指滿足汽車質(zhì)量管理體系，符合可靠性和功能安全要求的集成電路。區(qū)別于消費(fèi)芯片與工業(yè)芯片，汽車芯片的工作環(huán)境惡劣、安全等級(jí)高、使用壽命長(zhǎng)，因此車規(guī)級(jí)芯片要求高可靠性、高安全性、高穩(wěn)定性。其中，高可靠性主要針對(duì)溫度、濕度、抗震動(dòng)、抗電磁干擾、使用壽命來設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，安全性主要在功能安全、信息安全上設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，高穩(wěn)定性主要是要求大批量生產(chǎn)的一致性等。這使得車規(guī)級(jí)芯片具備極高的技術(shù)難度和進(jìn)入門檻，國(guó)產(chǎn)化率較低。

車規(guī)芯片與消費(fèi)芯片的對(duì)比差別以及車規(guī)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

汽車芯片從應(yīng)用環(huán)節(jié)可以分為 5 大類：主控類芯片、功率類芯片、模擬類芯片、傳感器芯片、存儲(chǔ)類芯片等。

主控類芯片負(fù)責(zé)計(jì)算與控制，包括MCU芯片和SoC芯片等，分布在如發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身控制，以及中控、輔助駕駛（ADAS）和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等；

功率類芯片負(fù)責(zé)功率轉(zhuǎn)換，一般應(yīng)用于電動(dòng)車的電源和接口；

模擬類芯片承擔(dān)著連接現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的橋梁作用，主要分為信號(hào)鏈芯片與電源管理芯片兩大板塊；

傳感器芯片負(fù)責(zé)將物理量、化學(xué)量、生物量等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，分為車身感知傳感器和環(huán)境感知傳感器；

存儲(chǔ)器芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分為閃存和內(nèi)存，其中閃存包括NAND Flash和NOR Flash，內(nèi)存包括DRAM和SRAM。

汽車芯片的類別

車規(guī)級(jí)芯片的認(rèn)證

汽車電子本身使用環(huán)境較為復(fù)雜，一旦失效可能引發(fā)嚴(yán)重后果，要研發(fā)一款真正符合需求的車規(guī)芯片并不容易。芯片在真正投入量產(chǎn)前，往往要經(jīng)過一系列嚴(yán)格的測(cè)試驗(yàn)證，以保證流程和產(chǎn)品的可靠性，達(dá)到車規(guī)要求。芯片的車規(guī)級(jí)認(rèn)證主要從體系、功能安全和可靠性三個(gè)維度管控。IAFT16949是汽車設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)質(zhì)量管理體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；ISO 26262是針對(duì)汽車功能安全的評(píng)估認(rèn)證；AEC-Q系列則主要是針對(duì)車規(guī)電子元器件可靠性評(píng)估的規(guī)范。

車規(guī)級(jí)芯片的三大門檻

IATF 16949

IATF 16949是基于ISO 9001的基礎(chǔ)上建立的國(guó)際汽車行業(yè)的技術(shù)規(guī)范，敘述了汽車相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)、生產(chǎn)及相應(yīng)的安裝與服務(wù)的質(zhì)量管理體系要求，適用于顧客要求的用于生產(chǎn)件和/或服務(wù)件的制造現(xiàn)場(chǎng)，適用于整個(gè)汽車供應(yīng)鏈中的組織。它相當(dāng)于國(guó)際汽車行業(yè)的通用語(yǔ)言，目的就是為了減少供應(yīng)鏈中質(zhì)量波動(dòng)和浪費(fèi)。

IATF16949的發(fā)展過程

IATF 16949體系標(biāo)準(zhǔn)，連同適用的汽車顧客特殊要求，ISO 9001:2015要求以及ISO 9000:2015一起定義了對(duì)汽車生產(chǎn)件及相關(guān)服務(wù)件組織的基本質(zhì)量管理體系要求。正因如此，IATF 16949不能被視為一部獨(dú)立的質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，而是必須當(dāng)做ISO 9001:2015的補(bǔ)充進(jìn)行理解，并與ISO 9001:2015結(jié)合使用。

IATF16949理論構(gòu)架圖

IATF 16949規(guī)定了汽車相關(guān)產(chǎn)品（包括裝有嵌入式軟件的產(chǎn)品）的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，以及（相關(guān)時(shí)）裝配、安裝和服務(wù)的質(zhì)量管理體系，適用于制造顧客指定生產(chǎn)件、服務(wù)件和/或配件的組裝生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)在整個(gè)汽車供應(yīng)鏈中實(shí)施本標(biāo)準(zhǔn)，其給汽車企業(yè)帶來的益處有：

穩(wěn)定提供滿足顧客需求及適用的法律法規(guī)要求的產(chǎn)品和服務(wù)；

持續(xù)提高顧客滿意度；

應(yīng)對(duì)與企業(yè)所處環(huán)境和所制定目標(biāo)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)遇；

證實(shí)企業(yè)符合規(guī)定的質(zhì)量管理體系要求的能力。

ISO 26262

ISO 26262是從電子、電氣及可編程器件功能安全基本標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508派生出來的，主要定位在汽車行業(yè)中特定的電氣器件、電子設(shè)備、可編程電子器件等專門用于汽車領(lǐng)域的部件，旨在提高汽車電子、電氣產(chǎn)品功能安全的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)體系

ISO 26262根據(jù)嚴(yán)重度（Severity）、暴露率（Exposure）和可控性（Controllability），給汽車上的全部電子電氣系統(tǒng)劃分安全等級(jí)，安全氣囊、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須達(dá)到ASIL D級(jí)，這是應(yīng)用于安全保障的最嚴(yán)苛等級(jí)，因?yàn)槠涫淼娘L(fēng)險(xiǎn)最高。而安全等級(jí)范圍的最低等級(jí)，如后燈等部件，僅需達(dá)到ASIL A級(jí)即可。大燈和剎車燈通常是ASIL B級(jí)，而巡航控制通常是ASIL C級(jí)。

企業(yè)在執(zhí)行ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，會(huì)先制定安全要求以將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的水平，管理并跟蹤安全要求，確保最終產(chǎn)品遵循標(biāo)準(zhǔn)化安全程序。通過系統(tǒng)性、全生命周期的思考方式，實(shí)現(xiàn)全面地規(guī)劃功能安全的目的。

ISO 26262為汽車安全提供了一個(gè)生命周期（管理、開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、服務(wù)、報(bào)廢）理念，并在這些生命周期階段中提供必要的支持。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋功能性安全方面的整體開發(fā)過程（包括需求規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、集成、驗(yàn)證、確認(rèn)和配置）。

ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度對(duì)系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級(jí)（Automotive Safety Integrity Level 汽車安全完整性等級(jí)ASIL），其中D級(jí)為最高等級(jí)，需要最苛刻的安全需求。伴隨著ASIL等級(jí)的增加，針對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)流程的要求也隨之增強(qiáng)。對(duì)系統(tǒng)供應(yīng)商而言，除了需要滿足現(xiàn)有的高質(zhì)量要求外還必須滿足這些因?yàn)榘踩燃?jí)增加而提出的更高的要求。

ISO26262的體系結(jié)構(gòu)

ISO 26262的內(nèi)容包括：

Part 1：定義術(shù)語(yǔ)（專用詞匯定義、解釋）；

Part 2：功能安全管理（定義了涉及安全相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)的組織和人員應(yīng)滿足的要求）；

Part 3：概念階段（項(xiàng)目定義、安全生命周期初始化、危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、功能安全概念）；

Part 4：產(chǎn)品開發(fā)：系統(tǒng)層面；

Part 5：產(chǎn)品開發(fā)：硬件層面；

Part 6：產(chǎn)品開發(fā)：軟件層面；

Part 7：生產(chǎn)、運(yùn)行、服務(wù)和報(bào)廢；

Part 8：支持過程（規(guī)定了對(duì)供應(yīng)商的開發(fā)委托要求）；

Part 9：基于ASIL和安全的分析；

Part 10：ISO 26262導(dǎo)則（作為Part1～9的補(bǔ)充，對(duì)特定項(xiàng)目的解說及事例的指南）；

Part 11：半導(dǎo)體應(yīng)用指南。

AEC-Q

當(dāng)我們談?wù)撈囯娮訒r(shí)，就不得不提AEC-Q100，作為公認(rèn)的車規(guī)元器件通用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，它被視為芯片前裝上車的“基本門檻”。無(wú)論是環(huán)境關(guān)還是壽命關(guān)，都可通過AEC-Q100這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于汽車級(jí)芯片而言，AEC-Q100是基本可靠性的要求。AEC全稱為汽車電子協(xié)會(huì)（Automotive Electronics Council），由通用、福特和克萊斯勒共同建立，旨在制定一套通用的零件資質(zhì)及質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。其中，Q代表Qualification。AEC-Q適用于汽車用芯片、無(wú)源器件、分立半導(dǎo)體器件等類型元器件認(rèn)證，并為不同的元器件設(shè)定了相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試項(xiàng)。

AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)體系

車規(guī)級(jí)的電子元件對(duì)環(huán)境要求、抗振動(dòng)沖擊、可靠性和一致性等方面要求嚴(yán)格，所以必須采用更先進(jìn)的技術(shù)和更苛刻的測(cè)試程序。以AEC－Q100為例，規(guī)范了測(cè)試7大類別：

測(cè)試群組A（環(huán)境壓力加速測(cè)試）；

測(cè)試群組B（使用壽命模擬測(cè)試）；

測(cè)試群組C（封裝組裝整合測(cè)試）；

測(cè)試群組D（芯片晶圓可靠度測(cè)試）；

測(cè)試群組E（電氣特性確認(rèn)測(cè)試）；

測(cè)試群組F（瑕疵篩選監(jiān)控測(cè)試）；

測(cè)試群組G（封裝凹陷整合測(cè)試）。

只有完全通過7大類別共41項(xiàng)測(cè)試后，才能獲得AEC－Q100認(rèn)證。AEC-Q系列認(rèn)證，完成全部測(cè)試，平均最低時(shí)間也需要大概6個(gè)月左右，認(rèn)證等級(jí)請(qǐng)參考下圖：

AEC-Q認(rèn)證等級(jí)

AEC-Q的要求非常嚴(yán)格，只有通過相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部測(cè)試項(xiàng)目，供應(yīng)商才能聲稱該產(chǎn)品通過了相應(yīng)的AEC-Q認(rèn)證；符合這些規(guī)格的組件適用于惡劣的汽車環(huán)境，無(wú)需額外的組件級(jí)鑒定測(cè)試。同時(shí)，AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)是在不斷進(jìn)化的，特別是隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛等新技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)還將保持這種持續(xù)更新的狀態(tài)。

AEC-Q100驗(yàn)證流程參考下圖，以Die Design>Wafer Fab.>PKG Assembly>Testing的制造流程來繪制，各群組的關(guān)聯(lián)性需要參考圖中的箭頭符號(hào)，這里將驗(yàn)證流程分為五個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)易說明，各項(xiàng)測(cè)試的細(xì)節(jié)部分就不再細(xì)述。

AEC-Q100驗(yàn)證流程

Design House：可靠度實(shí)驗(yàn)前后的功能測(cè)試，此部分需IC設(shè)計(jì)公司與測(cè)試廠討論執(zhí)行方式，與一般IC驗(yàn)證主要差異在功能測(cè)試的溫度設(shè)定。

Wafer Foundry：D測(cè)試組為晶圓廠在Wafer Level的可靠度驗(yàn)證，F(xiàn)abless的IC業(yè)者必須與委托制造的晶圓廠取得相關(guān)資料。

Reliability Test：區(qū)域3為可靠性視產(chǎn)品包裝/特性需要執(zhí)行的項(xiàng)目，AEC將其分為Group A(加速環(huán)境應(yīng)力實(shí)驗(yàn))、Group B(加速工作壽命模擬)、Group C(封裝完整性測(cè)試)、Group E(電性驗(yàn)證測(cè)試)、Group G(空腔/密封型封裝完整性測(cè)試)。

Design Verification：部分Group E的區(qū)域4為設(shè)計(jì)階段的失效模式與影響分析評(píng)估，成品階段的特性驗(yàn)證以及故障涵蓋率計(jì)算。

Production Control：Group F的區(qū)域生產(chǎn)階段的品質(zhì)控管，包含良率/Bin使用統(tǒng)計(jì)手法進(jìn)行控管及制定標(biāo)準(zhǔn)處理流程。