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如何提升車規(guī)級芯片的質(zhì)量及可靠性

要長高 ? 來源:奎芯科技M2 ? 作者:陳超群 ? 2022-04-29 15:07 ? 次閱讀

隨著汽車電子功能的不斷與日俱增, 以上篇汽車電子芯片的革命與創(chuàng)新-系列一中提到的條件來做為車規(guī)級芯片與其他芯片的區(qū)別已明顯不夠。因此奎芯科技在這篇文章中將著重介紹更多車規(guī)級芯片所特別需要的車規(guī)認證,以及如何在專屬認證規(guī)范內(nèi)提升車規(guī)級芯片的質(zhì)量及可靠性。

汽車電子考量

汽車電子在設(shè)計和生產(chǎn)上與傳統(tǒng)的消費型電子有明顯的不同。這些不同催生了汽車電子專屬的認證規(guī)范。這些認證規(guī)范可分成三大類:質(zhì)量規(guī)范、可靠性規(guī)范與功能安全規(guī)范。

第一類:質(zhì)量規(guī)范

ISO9001

最廣泛運用的質(zhì)量規(guī)范為ISO9001。ISO9001的目標為確保企業(yè)能達到穩(wěn)定績效,為客戶提供可靠的產(chǎn)品質(zhì)量與服務(wù)。為了便于衡量以及持續(xù)進行優(yōu)化,ISO9001適用于各產(chǎn)業(yè)類別的質(zhì)量規(guī)范。針對汽車電子,大多數(shù)要求依據(jù)ISO9001延伸到汽車產(chǎn)業(yè)所需的IATF16949標準。

IATF16949

對于汽車制造商而言,通常會需要遵守各國對于汽車制造商所訂定的法規(guī)。舉例來說,德國的汽車制造商必須符合VDA (Verband der Automobilindustrie),美國的汽車制造商必須符合AIAG (Automotive Industry Action Group),意大利的汽車制造商必須符合AVSQ (Associazione nazionale dei Valutatori di Sistemi Qualità),而法國的汽車制造商則必須符合FIEV (Fédération des Industries des Equipements pour Véhicules)等。換言之,若德國有一款汽車要在德國與法國同時進行制造,則這款車輛需要通過德國的規(guī)范(VDA)與法國的規(guī)范(FIEV)。以汽車工業(yè)會在各國設(shè)置工廠的角度來看,若不產(chǎn)生兼容各國規(guī)范的準則,將導致巨大的合規(guī)成本。IATF16949則是在上述考量下產(chǎn)生的結(jié)果。

IATF16949為國際汽車工作小組IATF (International Automotive Task Force)與ISO組織的技術(shù)委員會(Technical Committee)所共同提出。IATF1694延續(xù)了ISO9001的精神,在汽車供應(yīng)鏈及組裝過程中,以預(yù)防缺陷、減少產(chǎn)品間的變異性及組件浪費為重點目標。如圖一所示,ITAF16949分成10個章節(jié)。

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圖一、Clauses of ITAF 16949:2016

(資料來源: IATF-16949-2016)

在ITAF16949中,對于質(zhì)量把關(guān)方法特別提出說明,分述如下:

1. APQP:先期產(chǎn)品質(zhì) (Product quality plan)是指規(guī)劃出可以支持產(chǎn)品或服務(wù)開發(fā)的產(chǎn)品質(zhì)量計劃,確保產(chǎn)品或服務(wù)可使客戶滿意,也就是開發(fā)產(chǎn)品的流程。

2. PPAP:生產(chǎn)產(chǎn)品認可程序(Production part approval process)是指產(chǎn)品質(zhì)量的保證程序,確保實際生產(chǎn)的產(chǎn)品會經(jīng)過量測,且完成規(guī)劃測試表單中的各式各樣測試項目。

3. FMEA:失效模式與影響分析(Failure mode and effects analysis)是一種對系統(tǒng)范圍內(nèi)所可能存在的失效模式(failure mode)進行分析,并對這些失效模式進行嚴重程度的評估并確定所造成的影響。這種方法廣泛用于各類開發(fā)或生產(chǎn)流程中。

4. MSA:量測系統(tǒng)分析(Measurement systems analysis)是為了找出確保用來進行分析制造產(chǎn)品的流程時,其資料的完整性取得方法的可信賴性。如:量測的精度、準度、可重復(fù)性、穩(wěn)定度。

5. SPC:統(tǒng)計過程控制(Statistical process control)是指通過統(tǒng)計的方法來達到質(zhì)量管控的方法。

在奎芯科技所開發(fā)的IP核中,通過對這5大工具的反復(fù)利用,來確保IP核的質(zhì)量達到汽車電子的需求。

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圖二、ITAF16949中的5大質(zhì)量管理工具

第二類:可靠性規(guī)范

關(guān)于汽車電子相關(guān)產(chǎn)品的可靠性,最常使用的規(guī)范是由汽車電子協(xié)會AEC(Automotive Electronics Council)所制定的一系列規(guī)范。汽車電子協(xié)會由Chrysler,F(xiàn)ord和GM在1990年代為了汽車中通用的零件質(zhì)量認證或管理所設(shè)立的。汽車電子協(xié)會由兩個委員會所組成,分別為:質(zhì)量維護委員會(Quality Systems Committee)與技術(shù)零件委員會(Component Technical Committee)。時至今日,汽車電子協(xié)會的會員幾乎包含了整個汽車產(chǎn)業(yè)界的所有相關(guān)企業(yè)。

針對車用IC而言,可靠性的考量主要采用汽車電子協(xié)會中技術(shù)零件委員會所制定的AEC-Q系列規(guī)范則列如下:

AEC-Q100:Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Integrated Circuits,這是針對集成電路(IC)在車用上應(yīng)用的規(guī)范。

AEC-Q101:Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Discrete Semiconductors,這是針對離散半導體元件在車用上應(yīng)用的規(guī)范,如功率晶體管(Power Transistor) 。

AEC-Q102:Failure Mechanism Based Stress Test Qualification for Discrete Optoelectronic Semiconductors in Automotive Applications,這是針對離散光電元件在車用上應(yīng)用的規(guī)范,如LED

AEC-Q103:Failure Mechanism Based Stress Test Qualification for Sensors in Automotive Applications,這是針對傳感器在車用上應(yīng)用的規(guī)范。

AEC-Q104:Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Multichip Modules(MCM) In Automotive Applications,這是針對MCM多芯片模組在車用上應(yīng)用的規(guī)范。

AEC-Q200:Stress Test Qualification For Passive Components,這是針對被動元件在車用上應(yīng)用的規(guī)范,舉凡電阻、電容都在此列。

奎芯科技團隊提供的IP核,適用于AEC-Q100或AEC-Q104。無論適用哪種規(guī)范,在IP核的設(shè)計上都需要針對規(guī)范,加入不同于消費型集成電路(IC)的獨特設(shè)計,這正是奎芯車用IP核跟一般依照傳統(tǒng)思維所開發(fā)IP核的最大不同點。

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圖三、用于可靠性把關(guān)的AEC-Q系列規(guī)范

(資料來源: AEC)

總結(jié)

面對汽車電子各類特別的需求與規(guī)范,從設(shè)計初期的規(guī)劃到IP核的產(chǎn)出,都需要導入ITAF16949的質(zhì)量把關(guān)并充分應(yīng)用5大核心工具(APQP,F(xiàn)MEA,MSA,SPC,PPAP),同時需要在IP核設(shè)計和強化中加入AEC-Q系列規(guī)范對于汽車電子元件,集成電路或MCM模組的可靠性的考量。而這些是奎芯團隊所掌握的技術(shù)核心。在車用電子設(shè)計中,除了生產(chǎn)制造流程通過ITAF16949考量,可靠性通過AEC-Q系列規(guī)范把關(guān)以外,奎芯科技還提供了優(yōu)秀的解決方案來面對日益充滿挑戰(zhàn)的車規(guī)芯片認證規(guī)范。

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