汽車與其他普通消費(fèi)類產(chǎn)品的重要差別之一就是更高的安全性要求。在汽車產(chǎn)業(yè)中，往往系統(tǒng)的功能與質(zhì)量相比只能處于次要地位。汽車操控的安全性與組成整個(gè)汽車的零件都有密切關(guān)系。每個(gè)零部件都被要求能達(dá)到最高的質(zhì)量與可靠性，甚至實(shí)現(xiàn)零缺陷（Zero Defect）的理想狀態(tài)。
汽車零部件及相關(guān)產(chǎn)品的最大推動(dòng)力往往不是先進(jìn)的技術(shù)，而更多的是質(zhì)量的水平；而質(zhì)量的提升需要嚴(yán)格管控程序來實(shí)現(xiàn)。目前汽車產(chǎn)業(yè)的重要質(zhì)量管理系統(tǒng)與相關(guān)規(guī)范包括由汽車電子設(shè)備委員會(huì)（Automotive Electronics Council, AEC）所提出的各項(xiàng)規(guī)范以及QS-9000和TS 16949等。另外零件提供商也會(huì)提出自己的規(guī)范，如ST的汽車等級認(rèn)證（Automotive Grade Qualification）等。
AEC系列規(guī)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(zhì)及質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)立了汽車電子委員會(huì)（AEC）。AEC建立了質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，由于符合AEC規(guī)范的零部件均可被上述三家車廠同時(shí)采用，促進(jìn)了零部件制造商交換其產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)的意愿，并推動(dòng)了汽車零件通用性的實(shí)施，為汽車零件市場的快速成長打下基礎(chǔ)。
專門用于芯片應(yīng)力測試（Stress Test）的認(rèn)證規(guī)范AEC-Q100是AEC的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。AEC-Q100于1994年6月首次發(fā)表，經(jīng)過十多年的發(fā)展，AEC-Q100已經(jīng)成為汽車電子系統(tǒng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。在此文件的開發(fā)過程中，重要的芯片供應(yīng)商都有機(jī)會(huì)提出他們的意見。
該規(guī)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(rèn)定為符合此規(guī)范要求即被認(rèn)為具有高質(zhì)量與可靠性，并可適合于汽車應(yīng)用的復(fù)雜惡劣的環(huán)境中，而不再需要進(jìn)行反復(fù)的循環(huán)認(rèn)證測試。
AEC在AEC-Q100之后又陸續(xù)制定了針對離散組件的AEC-Q101和針對被動(dòng)組件的AEC-Q200等規(guī)范，以及AEC-Q001/Q002/Q003/Q004等指導(dǎo)性原則（Guideline）。以下將分別做出簡要介紹：
1. AEC-Q100
AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)主要在于預(yù)防產(chǎn)品各種可能發(fā)生的狀況或潛在的失誤機(jī)會(huì)，引導(dǎo)供貨商在開發(fā)的過程中就能生產(chǎn)出符合此規(guī)范的芯片。AEC-Q100對每一個(gè)申請的個(gè)案進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量與可靠度確認(rèn)，即確認(rèn)制造商所提出的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表、使用目的、功能說明等是否符合當(dāng)初所宣稱的功能，以及在多次使用后是否能始終如一。
此標(biāo)準(zhǔn)的最大目標(biāo)是提高產(chǎn)品的良品率，這對芯片供貨商來說，不論是在產(chǎn)品的尺寸、合格率及成本控制上都是很大的挑戰(zhàn)。AEC-Q100詳細(xì)規(guī)范了對于IC芯片的各項(xiàng)要求，其另一方面也代表了汽車制造商以及供貨商對于產(chǎn)品安全的要求。
此標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了一系列的測試，同時(shí)定義了應(yīng)力測試驅(qū)動(dòng)型認(rèn)證的最低要求以及IC認(rèn)證的參考測試條件。這些測試包括7個(gè)測試群組：測試群組A（環(huán)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(rèn)測試，Electrical Verification）、測試群組F（瑕疵篩選監(jiān)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(dá)到汽車電子產(chǎn)品對工作溫度、耐久性與可靠度的高標(biāo)準(zhǔn)要求，組件供貨商必須采用更先進(jìn)的技術(shù)和更苛刻的測試程序來達(dá)成最佳化的設(shè)計(jì)方法。因此，AEC-Q100又分為不同的產(chǎn)品等級，其中第一級標(biāo)準(zhǔn)的工作溫度范圍在-40℃至125℃之間；最嚴(yán)格的第0級標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍可達(dá)到-40℃至150℃。
2. AEC-Q001
零缺陷是所有產(chǎn)業(yè)都在不斷追求的目標(biāo)，在對于安全性有更高要求的汽車電子產(chǎn)業(yè)，對質(zhì)量的要求更加嚴(yán)格。
半導(dǎo)體組件的缺陷率用DPM（Defect Per Million）表示。在一些關(guān)鍵性的應(yīng)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(chǎn)十億個(gè)組件才可能出現(xiàn)有問題的產(chǎn)品。因此通過有效控制DPM可減少因?yàn)殡娮悠骷СＴ斐傻钠囻{駛安全問題。
AEC-Q001規(guī)范中提出了所謂的參數(shù)零件平均測試（Parametric Part Average Testing, PPAT）方法。PPAT 是用來檢測外緣（Outliers）半導(dǎo)體組件異常特性的統(tǒng)計(jì)方法，用以將異常組件從所有產(chǎn)品中剔除。
PPAT可分為靜態(tài)PAT（Static PAT）、動(dòng)態(tài)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(quán)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(huì)被移除。
圖一 PPAT示意圖
一般AEC-Q001只要求通過靜態(tài)PAT測試。不過，為了達(dá)到更高的質(zhì)量，ST的汽車等級認(rèn)證要求同時(shí)做到靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及地域性PAT標(biāo)準(zhǔn)。此外，ST的地域性PAT還采用可重復(fù)性類型偵測（Repeatable pattern detection）和混合式分析（Composite Analysis）來提升管控質(zhì)量。通過PPAT，在測試限制外的裸晶會(huì)被刪除，即使這些裸晶能符合特性要求。這樣既避免潛在風(fēng)險(xiǎn)，又能在供貨商的階段即可改善組件的質(zhì)量和可靠性。
圖二 GPAT示意圖
3. AEC-Q002
AEC-Q002基于統(tǒng)計(jì)原理，屬于統(tǒng)計(jì)式良品率分析的指導(dǎo)原則。AEC-Q002的統(tǒng)計(jì)性良品率分析（Statistical Yield Analysis, SYA）分為統(tǒng)計(jì)性良品率限制（Statistical Yield Limit, SYL）和統(tǒng)計(jì)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(jiān)控功能于BIN上，各個(gè)區(qū)域會(huì)被取樣和分析。這些方法通過對關(guān)鍵性測試參數(shù) / BIN的量測來建立一套分析和控制生產(chǎn)變量的系統(tǒng)，可用來檢測出異常的材料區(qū)域，保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。
圖三 SBL示意圖
所有新組件或技術(shù)在制造程序前后的不同階段都可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)也能在晶圓測試（Wafer Probe）及封裝最后測試的階段被用來進(jìn)行電子參數(shù)測試。AEC-Q002為組件制造商提供使用統(tǒng)計(jì)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(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并將之剔除。
4. AEC-Q003
產(chǎn)品及制程的特性表現(xiàn)對于開發(fā)新的芯片或?qū)ΜF(xiàn)有的芯片進(jìn)行調(diào)整相當(dāng)重要。無論是位于制程邊緣所產(chǎn)生的特性化零件，或特別選出的極端參數(shù)值，都可以被應(yīng)用來確定敏感性的制程范圍。
供貨商可以改變或嚴(yán)格處理這部分的制程，或在測試階段將這部分的產(chǎn)品移除。當(dāng)新的組件中涉及新的設(shè)計(jì)技術(shù)及制程時(shí)，就會(huì)在晶圓測試或最后測試階段進(jìn)行特性化的操作。同過確定電性及制程參數(shù)和表現(xiàn)的限制，可以建立此產(chǎn)品的功能與參數(shù)表現(xiàn)特性，供貨商也就能夠明確能被妥善控制的制程區(qū)域（Sweet Spot）。
AEC-Q003是針對芯片產(chǎn)品的電性表現(xiàn)所提出的特性化（Characterization）指導(dǎo)原則，其用來生成產(chǎn)品、制程或封裝的規(guī)格與數(shù)據(jù)表，目的在于收集組件、制程的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，以了解此組件與制程的屬性、表現(xiàn)和限制，和檢查這些組件或設(shè)備的溫度、電壓、頻率等參數(shù)特性表現(xiàn)。
5. AEC-Q004
AEC-Q004提出一系列的流程步驟，包括組件設(shè)計(jì)、制造、測試和使用，以及在這流程的各個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，以及JEDEC或AIAG等等來自業(yè)界的質(zhì)量控制技術(shù)或管理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。當(dāng)零件或制程已實(shí)現(xiàn)最佳化，且成熟性在經(jīng)過一段時(shí)間后被證實(shí)，此時(shí)只需用較少的工具就能改善或維持質(zhì)量和可靠性。
AEC-Q004實(shí)質(zhì)上是一套零缺陷指導(dǎo)原則，其定義出芯片供貨商或用戶如何在產(chǎn)品生命周期中使用一些工具和制程來達(dá)成零缺陷的目標(biāo)。AEC-Q004并不是強(qiáng)制性的規(guī)范，而是提出用來降低缺陷的工具和方法。不同的應(yīng)用模式會(huì)需要不同的工具或生產(chǎn)方法，因此在此指導(dǎo)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。
QS 9000/TS 16949規(guī)范
QS 9000和TS 16949的質(zhì)量管理系統(tǒng)認(rèn)證體系是汽車電子供應(yīng)商除AEC之外需要重視的另一套規(guī)范。
QS9000曾是汽車供貨商生產(chǎn)零件、材料和提供服務(wù)的基本質(zhì)量管理系統(tǒng)，主要基于ISO 9001：1994體系，由克萊斯勒、福特和通用汽車公司于1994年共同開發(fā)。其于2006年12月15日被國際汽車專業(yè)組織（Internation Automotive Task Force, IATF）所制定與推行的ISO/TS 16949汽車產(chǎn)業(yè)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)所取代。
圖四 汽車產(chǎn)業(yè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)
TS16949標(biāo)準(zhǔn)是以ISO 9001: 2000為基礎(chǔ)開發(fā)的針對汽車行業(yè)質(zhì) 量系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)。目前包括通用（GM）、福特（Ford）、克萊斯勒（Daimler Chrysler）、標(biāo)致（Peugeot）、雷諾（Renault）、BMW、尼桑（Nissan）、菲亞特（Fiat）、大眾（Volkswagen）等世界級的車廠，都強(qiáng)制規(guī)定其供貨商之質(zhì)量管理系統(tǒng)需符合TS 16949的要求，并要求擴(kuò)展至2-3級供貨商。
TS16949突出了客戶導(dǎo)向的主軸并制定各項(xiàng)績效指標(biāo)。其系統(tǒng)運(yùn)作架構(gòu)能強(qiáng)力推動(dòng)組織持續(xù)改進(jìn)，以保持領(lǐng)先同業(yè)的競爭力，讓管理者能有效找到異常點(diǎn)并進(jìn)行相應(yīng)改善。
PPAP
PPAP全稱為生產(chǎn)零件批準(zhǔn)程序（Production Parts Approval Process），是QS 9000與TS 16949規(guī)范當(dāng)中較受重視的作法。PPAP要求用于汽車供應(yīng)鏈中的所有零件皆需擁有詳細(xì)完整的數(shù)據(jù)和文件，并在PPAP的文件中列出了芯片制造商所需要采取的生產(chǎn)和質(zhì)量保證程序。這些文件能夠支持客戶的生產(chǎn)批準(zhǔn)程序以及相關(guān)的危險(xiǎn)評估。
PPAP用來確定供貨商在零件實(shí)際量產(chǎn)的過程已經(jīng)正確理解了客戶的工程設(shè)計(jì)記錄和規(guī)格中的所有要求，并保證買方的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，評估其是否具有能持續(xù)滿足這些要求的潛在能力。
ST的汽車等級認(rèn)證
車載產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性遠(yuǎn)高于其它普通消費(fèi)類產(chǎn)品，為了實(shí)現(xiàn)該市場的獨(dú)特需求，芯片供貨商都在積極致力于提升量產(chǎn)控管的技術(shù)與管理系統(tǒng)，發(fā)展出更可靠的量產(chǎn)技術(shù)，此外還力求此套技術(shù)也能用來提高消費(fèi)性等其它應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品質(zhì)量。
AEC（尤其是AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q001/Q002/Q003等）和PPAP的各項(xiàng)要求是車載產(chǎn)品需要遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范，因此也就產(chǎn)生了車載產(chǎn)品與其它產(chǎn)品的明顯區(qū)別：其必須嚴(yán)格遵守定義的產(chǎn)品特性、設(shè)計(jì)和制造程序等，并為用戶提供完整的文件和產(chǎn)品包裝。
ST提出了嚴(yán)格的汽車等級認(rèn)證（Automotive Grade Qualification）規(guī)范。其除了滿足上述的AEC及質(zhì)量管理系統(tǒng)規(guī)范外，ST還發(fā)展出如在制程中采用特殊的篩選（Screening）和測試方法，以及專屬的高可靠性認(rèn)證流程（High Reliability Certified Flow, HRCF）測試程序等一套嚴(yán)格的管控方法。
1. 產(chǎn)品篩選法
改良式的應(yīng)力測試（Stress Testing）和篩選方法（Screening）是ST汽車等級認(rèn)證規(guī)范的重要部分。其篩選的結(jié)果將被作為產(chǎn)品改善的方向，目標(biāo)即是零缺陷的汽車電子元件。
由于車載系統(tǒng)的特殊性，一般在標(biāo)準(zhǔn)制程測試中被認(rèn)為是良好的產(chǎn)品，在汽車應(yīng)用的某些特定狀況下卻可能存在潛在的故障危險(xiǎn)。通過產(chǎn)品篩選的方法，能夠用來做更進(jìn)一步的嚴(yán)格篩選。嚴(yán)格的產(chǎn)品測試往往需要花費(fèi)更多的時(shí)間和成本才能上市。為了能在最短的時(shí)間內(nèi)通過這些測試，必須采用一些有效的方法，例如產(chǎn)品家族數(shù)據(jù)（Product-Family Data）最大化和技術(shù)依存性（Technology Dependent）的作法。
AEC-Q100所定義的合格標(biāo)準(zhǔn)以產(chǎn)品家族（Product Family）為認(rèn)定的對象。所謂的產(chǎn)品家族最大化原則即在使用相同制程和材料的所有產(chǎn)品當(dāng)中，只要其中一個(gè)成員通過測試，則其它產(chǎn)品家族成員即可通過；技術(shù)依存性則是以制程標(biāo)準(zhǔn)為審核對象，只要是采用已經(jīng)合格的制程標(biāo)準(zhǔn)所生產(chǎn)的新產(chǎn)品，代表其合格的概率就非常高。
2. HRCF測試程序
汽車元件的溫度范圍一般為-40℃~125℃，因此EEPROM和閃存等產(chǎn)品往往需要滿足極嚴(yán)格的生產(chǎn)良品率以及可靠性要求。
ST針對汽車電子應(yīng)用的EEPROM和閃存開發(fā)了名為高可靠性認(rèn)證流程（HRCF）的測試程序。HRCF屬于專屬性生產(chǎn)流程，其在生產(chǎn)、測試及質(zhì)量保證接受性流程中導(dǎo)入了額外的模塊，以保證產(chǎn)品可操作在汽車應(yīng)用的溫度范圍內(nèi)。在生產(chǎn)模塊中，EEPROM的裸晶必須要能在供應(yīng)電壓上升的環(huán)境中做到3000次的循環(huán)擦寫。在裸晶測試時(shí)，還要通過24小時(shí)在250°C下的高溫烘烤，而且在接下來的一秒鐘的電性測試中仍需保證完全通過。最后測試的模塊包括在130°C及室溫下的溫度循環(huán)和電性測試。
HRCF測試流程結(jié)合了統(tǒng)計(jì)箱限制（SBL）與零件平均測試（PAT）等統(tǒng)計(jì)工具，能夠篩選出晶圓和裸晶上的早期故障和離群點(diǎn)，達(dá)到汽車零缺陷率的可靠性目標(biāo)。
結(jié)論
目前的汽車電子市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品類型也越來越多樣化，因此為了保證車載零件和電子產(chǎn)品的通用性和質(zhì)量，需要嚴(yán)格的質(zhì)量管控規(guī)范及管理系統(tǒng)來保證。質(zhì)量規(guī)范可以是AEC及TS 16949等一套公認(rèn)的規(guī)范，也可以是與ST的汽車等級認(rèn)證類似的由供貨商提出的定制化管理體系。
合理的管理規(guī)范除了能保證產(chǎn)品質(zhì)量，也能加速整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)狀況。其有助于改 善管線的可視度，客戶追蹤，以及汽車制造商和組件供貨商之間的訂單狀況跟蹤也能變得更容易。此外，為獲得更低的制造成本和汽車電子產(chǎn)品供應(yīng)商更靈活的設(shè)計(jì)能力，除了開拓小型公司的供貨渠道外，對產(chǎn)能做出的最有效的支持和快速掌握車廠在應(yīng)用上所需要的技術(shù)狀況十分重要，而這些工作也可以通過完善的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)得到實(shí)現(xiàn)。
（意法半導(dǎo)體）
