關(guān)鍵詞：智能駕駛，車規(guī)級(jí)芯片，可靠性認(rèn)證，可靠性審查，芯片選型

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.10.010

0 引言

車規(guī)級(jí)（Automotive Grade）芯片是指滿足車載等級(jí)要求的芯片元器件。車規(guī)級(jí)芯片產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造過(guò)程與消費(fèi)級(jí)別芯片產(chǎn)品有非常大的差別，從芯片的架構(gòu)設(shè)計(jì)、IP研發(fā)、工藝選擇開(kāi)始，到SoC集成設(shè)計(jì)、流片生產(chǎn)及封裝測(cè)試等均需要考慮車規(guī)級(jí)的要求。車規(guī)級(jí)芯片對(duì)比消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)芯片，對(duì)可靠性的要求要高出許多，例如：工作溫度范圍、工作穩(wěn)定性、不良率等。通過(guò)集成電路測(cè)試手段，能夠?qū)⒑细裥酒c不合格芯片區(qū)分開(kāi)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。一方面車規(guī)級(jí)芯片的性能在不斷提高，如：更快的運(yùn)算速度、更多的功能集成、更低的功耗；另一方面，更高的可靠性逐漸成為車規(guī)級(jí)芯片的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。顯然傳統(tǒng)的篩選測(cè)試手段已經(jīng)無(wú)法滿足車規(guī)級(jí)芯片的嚴(yán)苛要求。本文提出了一種適配我國(guó)汽車芯片產(chǎn)品的車規(guī)級(jí)芯片可靠性審查的流程及方法，旨在貫通汽車芯片產(chǎn)業(yè)鏈條協(xié)同發(fā)展，加速國(guó)產(chǎn)化汽車芯片上車應(yīng)用，并對(duì)我國(guó)汽車芯片行業(yè)檢測(cè)認(rèn)證審查發(fā)展提出發(fā)展建議。

1 國(guó)內(nèi)外車規(guī)級(jí)芯片標(biāo)準(zhǔn)政策現(xiàn)狀

國(guó)際上現(xiàn)行車規(guī)級(jí)芯片標(biāo)準(zhǔn)包括可靠性和安全標(biāo)準(zhǔn)兩方面，均為自愿開(kāi)展的測(cè)試認(rèn)證項(xiàng)目，其測(cè)試認(rèn)證結(jié)果被下游整車企業(yè)廣泛采信。當(dāng)前，全球公認(rèn)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)包括AEC-Q100/101系列標(biāo)準(zhǔn)、IATF 16949質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，安全標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)，均被我國(guó)整車企業(yè)評(píng)價(jià)車用芯片普遍引用，ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)已于2017年轉(zhuǎn)化為GB/T 34590《道路車輛 功能安全》但AEC-Q系列標(biāo)準(zhǔn)目前尚不具備轉(zhuǎn)化條件。其中芯片可靠性AEC-Q[1]系列主要包括內(nèi)容見(jiàn)表1。

汽車芯片安全可靠性是汽車芯片進(jìn)入整車供應(yīng)鏈的先決條件，但國(guó)內(nèi)目前通用國(guó)外的A EC- Q10 0可靠性標(biāo)準(zhǔn)，缺乏自主統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，整車企業(yè)為避免潛在的供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)，通常慎重選用國(guó)產(chǎn)芯片上車應(yīng)用，嚴(yán)重制約我國(guó)汽車芯片產(chǎn)業(yè)的自主安全發(fā)展。

國(guó)內(nèi)汽車芯片行業(yè)發(fā)展政策方面，2021年起，汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)研究工作組、中國(guó)汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟等組織廣泛與行業(yè)專家溝通交流，分別形成若干汽車芯片分類方法。2022年8月，工業(yè)和信息化部組織中國(guó)汽車技術(shù)研究中心、中國(guó)汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、工信部電子四院、工信部電子五所等單位，統(tǒng)一了汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)研究工作組、中國(guó)汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟對(duì)于汽車芯片的分類方法，編寫了《國(guó)家汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》（征求意見(jiàn)稿）[2]，并于2023年12月正式發(fā)布。指南的發(fā)布從應(yīng)用場(chǎng)景和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容兩個(gè)維度搭建了標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，明確了未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的原則、目標(biāo)和方法。旨在系統(tǒng)部署和科學(xué)規(guī)劃汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)化工作，引領(lǐng)和規(guī)范汽車芯片技術(shù)研發(fā)和匹配應(yīng)用，從而推動(dòng)汽車芯片產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

2 車規(guī)級(jí)芯片可靠性測(cè)試檢測(cè)資源現(xiàn)狀

一方面目前國(guó)外已形成固有的汽車芯片測(cè)試認(rèn)證模式。以寶馬公司為例，企業(yè)首先制定內(nèi)部準(zhǔn)入和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，將需求對(duì)接給一級(jí)集成商大陸集團(tuán)，大陸集團(tuán)再將需求對(duì)接給芯片供應(yīng)商恩智浦，從而形成了一個(gè)企業(yè)牽頭的私有技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。其他芯片或集成商若想了解寶馬的需求和準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，必須先經(jīng)過(guò)寶馬的供應(yīng)商選拔，形成了嚴(yán)格的供應(yīng)商審核機(jī)制。這種審核機(jī)制顯然不利于我國(guó)汽車芯片產(chǎn)業(yè)的良好穩(wěn)定發(fā)展，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈條更需要統(tǒng)一化透明化的芯片產(chǎn)品審查方案，來(lái)維護(hù)汽車芯片行業(yè)的發(fā)展生態(tài)的建設(shè)。

另一方面汽車行業(yè)極其嚴(yán)苛的性能可靠性、安全穩(wěn)定性和產(chǎn)品長(zhǎng)效性的要求，提高了汽車芯片檢測(cè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)門檻，具體表現(xiàn)為以下方面。

2.1 檢測(cè)覆蓋范圍廣、試驗(yàn)項(xiàng)目多、技術(shù)門檻高

汽車芯片必須按照A E C- Q標(biāo)準(zhǔn)流程開(kāi)展檢測(cè)才能聲稱符合該標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。檢測(cè)是根據(jù)具體專業(yè)門類產(chǎn)品的失效機(jī)理而設(shè)計(jì)的一系列加速試驗(yàn)項(xiàng)目，涵蓋設(shè)計(jì)模型、工藝制造、封裝/組裝過(guò)程等。試驗(yàn)類型包括物性分析、材料分析、環(huán)境試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)和電學(xué)測(cè)試等方面。以集成電路為例，產(chǎn)品必須完成AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)中A-G共7個(gè)分組試驗(yàn)，檢測(cè)覆蓋范圍廣，試驗(yàn)項(xiàng)目多，對(duì)人員、設(shè)備和技術(shù)的要求很高。

2.2 檢測(cè)樣品數(shù)量多、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、綜合成本高

受樣品數(shù)量、試驗(yàn)項(xiàng)目和檢測(cè)夾具的綜合影響，汽車芯片檢測(cè)成本較高。AEC-Q檢測(cè)一般先對(duì)所有的樣品進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)樣品的早期失效率進(jìn)行試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析，然后分組進(jìn)行各種可靠性試驗(yàn)。以塑封集成電路為例，AEC-Q100要求檢測(cè)超過(guò)2000只樣品，一次完整試驗(yàn)約需70天。根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)，汽車芯片從開(kāi)始檢測(cè)到完成多在9～12個(gè)月。

企業(yè)在芯片產(chǎn)品的檢測(cè)環(huán)節(jié)需要花費(fèi)大量的時(shí)間和成本[4]，因此，行業(yè)需要提煉一種對(duì)芯片產(chǎn)品可靠性的審核方案，來(lái)幫助企業(yè)優(yōu)化檢測(cè)流程，避免重復(fù)試驗(yàn)，從而縮短汽車平臺(tái)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。

3 適配國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)芯片的認(rèn)證審查要求

3.1 開(kāi)展車規(guī)級(jí)芯片安全可靠性審查的基本原則

審查活動(dòng)的適用性，應(yīng)確保各類車規(guī)芯片具有普遍適用性；審查活動(dòng)的科學(xué)性，應(yīng)確保覆蓋與產(chǎn)品相關(guān)的所有可靠性指標(biāo)，且具備行業(yè)共識(shí)；開(kāi)展審查活動(dòng)應(yīng)確保公正公平性，確保同類產(chǎn)品的審查結(jié)果具有可比性，減少偏見(jiàn)和不確定性。審查活動(dòng)的可操作性，確保能夠明確對(duì)產(chǎn)品的車規(guī)可靠性符合度作出判斷。

3.2 車規(guī)級(jí)芯片安全可靠性審查流程

本規(guī)范的審查流程按照“制定審查指標(biāo)體系—企業(yè)能力及產(chǎn)品質(zhì)量審查—綜合評(píng)價(jià)結(jié)論”的步驟開(kāi)展，具體流程如圖1所示。

（1）制定審查指標(biāo)體系

從設(shè)計(jì)企業(yè)能力、產(chǎn)品質(zhì)量維度建立審查指標(biāo)體系。從企業(yè)能力的角度，應(yīng)審查企業(yè)是否具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)等技術(shù)能力，如：知識(shí)產(chǎn)權(quán)等證明，是否具有質(zhì)量體系、實(shí)驗(yàn)室體系等管理文件。從產(chǎn)品質(zhì)量的角度，應(yīng)審查可靠性報(bào)告的項(xiàng)目完整性、符合性，以及老化試驗(yàn)前后產(chǎn)品的功能試驗(yàn)證明材料，用于與產(chǎn)品規(guī)格書對(duì)比，審查功能試驗(yàn)覆蓋度。

（2）開(kāi)展審查活動(dòng)

由具備可靠性試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)的專家或具備相應(yīng)能力的人員，通過(guò)資料審查和現(xiàn)場(chǎng)審查結(jié)合的方式（特殊情況可通過(guò)會(huì)議審查、線上審查等）開(kāi)展審查活動(dòng)，審查要點(diǎn)主要為企業(yè)能力審查和產(chǎn)品質(zhì)量審查。

（3）綜合評(píng)價(jià)結(jié)論

依據(jù)（1）的指標(biāo)體系評(píng)價(jià)內(nèi)容和（2）的審查結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。全部評(píng)價(jià)結(jié)果為符合的，綜合判定通過(guò)。初次審查未通過(guò)的情況下，可經(jīng)整改后重新提交審查材料，再次審查時(shí)可僅針對(duì)未通過(guò)項(xiàng)進(jìn)行審查。

3.3 汽車芯片產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)審查

（1）審查對(duì)象

產(chǎn)品規(guī)格書：可靠性檢測(cè)指標(biāo)參考的標(biāo)準(zhǔn)和通過(guò)的要求；

抽檢樣品記錄表：按照可靠性測(cè)試要求記錄的抽檢記錄；可靠性試驗(yàn)報(bào)告：可靠性測(cè)試記錄的詳細(xì)報(bào)告；功能試驗(yàn)列表：功能和性能參數(shù)試驗(yàn)列表，用于對(duì)照審查；回測(cè)ATE程序：測(cè)試的程序名字記錄，應(yīng)包含功能測(cè)試列表里的所有項(xiàng)；設(shè)備校準(zhǔn)證明：第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)出具的校準(zhǔn)證明。

（2）試驗(yàn)項(xiàng)目審查

車規(guī)級(jí)芯片在進(jìn)行可靠性等級(jí)審查時(shí)應(yīng)完成必要的車規(guī)可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目，且應(yīng)按照要求完成全部的必要試驗(yàn)項(xiàng)。

（3）試驗(yàn)樣品審查

送檢樣品應(yīng)與試驗(yàn)樣品保持一致，并由委托方提供證明材料，證明材料包括但不限于：產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品封裝形態(tài)、送樣前后產(chǎn)品照片等。試驗(yàn)樣品需要由3個(gè)不連續(xù)批次中抽樣獲取，3個(gè)批次各80 0只，并由委托方提供證明材料，如：產(chǎn)品編號(hào)等。進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的樣品一般為上車應(yīng)用前試驗(yàn)驗(yàn)證階段產(chǎn)品。

（4）試驗(yàn)過(guò)程審查

車規(guī)級(jí)芯片可靠性試驗(yàn)包括：加速環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)、加速壽命模擬試驗(yàn)、封裝組裝完整性試驗(yàn)、電氣特性試驗(yàn)、腔體封裝完整性試驗(yàn)。應(yīng)按照要求確定待審查產(chǎn)品應(yīng)完成的試驗(yàn)內(nèi)容。試驗(yàn)過(guò)程主要要求如下。

1）應(yīng)對(duì)試驗(yàn)前后的試驗(yàn)樣品進(jìn)行外觀檢查，確保前后對(duì)照一致性；

應(yīng)對(duì)試驗(yàn)前后的試驗(yàn)樣品進(jìn)行缺陷檢測(cè)；

各試驗(yàn)環(huán)節(jié)使用的樣品數(shù)量應(yīng)至少達(dá)到對(duì)應(yīng)可靠性等級(jí)中的樣品數(shù)量要求。

2）各試驗(yàn)環(huán)節(jié)試驗(yàn)條件應(yīng)至少達(dá)到對(duì)應(yīng)可靠性等級(jí)中的試驗(yàn)條件要求。

3）應(yīng)檢查可靠性試驗(yàn)使用的設(shè)備，設(shè)備應(yīng)在其外校準(zhǔn)有效期內(nèi)；應(yīng)在每項(xiàng)試驗(yàn)前后開(kāi)展產(chǎn)品電試驗(yàn)，電試驗(yàn)要求應(yīng)符合響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）可靠性各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)為通過(guò)。

（5）電試驗(yàn)審查

1）應(yīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電試驗(yàn)檢查，主要包括電性能試驗(yàn)、功能試驗(yàn)。電性能試驗(yàn)應(yīng)包括開(kāi)短路試驗(yàn)、電源短路試驗(yàn)、漏電流試驗(yàn)、輸出電平、電流試驗(yàn)，功能試驗(yàn)和參數(shù)試驗(yàn)應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品規(guī)格書或使用說(shuō)明規(guī)格書確定，且應(yīng)覆蓋芯片所有模塊的功能和參數(shù)。電性能測(cè)試和功能測(cè)試應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品規(guī)格書或使用說(shuō)明規(guī)格書確定，電參數(shù)測(cè)試包括靜態(tài)測(cè)試參數(shù)和動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)，功能測(cè)試應(yīng)覆蓋芯片所有模塊功能。

2）對(duì)于數(shù)字電路，芯片應(yīng)有對(duì)應(yīng)的可測(cè)性設(shè)計(jì)，并在電性能試驗(yàn)中試驗(yàn)?？蓽y(cè)性設(shè)計(jì)包括掃描鏈路電路試驗(yàn)（Scan），內(nèi)建自試驗(yàn)（Bist），邊界掃描試驗(yàn)（JTAG-BSD）等，掃描鏈路電路試驗(yàn)對(duì)數(shù)字電路的覆蓋率應(yīng)高于85%，應(yīng)覆蓋所有功能模塊和全部存儲(chǔ)部分的內(nèi)建自試驗(yàn)。

3）對(duì)于模擬電路，應(yīng)試驗(yàn)主要性能參數(shù)，并通過(guò)參數(shù)試驗(yàn)或功能試驗(yàn)覆蓋全部失效模式。

4）檢查ATE試驗(yàn)程序，應(yīng)與功能試驗(yàn)列表保持一致。

5）對(duì)于由于非正確的操作、ESD或者其他試驗(yàn)條件不相關(guān)或與可靠性試驗(yàn)不相關(guān)的失效可視為試驗(yàn)通過(guò)，但應(yīng)對(duì)該失效情況予以說(shuō)明。

（6）試驗(yàn)報(bào)告審查芯片企業(yè)提供的車規(guī)芯片可靠性報(bào)告，需要能完整體現(xiàn)出試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)能準(zhǔn)確體現(xiàn)包含但不限于如下內(nèi)容。

1）產(chǎn)品基本信息

包括產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品型號(hào)、制造商、封裝形式、數(shù)量。

2）報(bào)告信息

包括報(bào)告編號(hào)、報(bào)告出具日期、檢測(cè)機(jī)構(gòu)名稱、試驗(yàn)規(guī)范、檢測(cè)環(huán)境、試驗(yàn)日期、檢測(cè)需求、依據(jù)文檔、試驗(yàn)結(jié)論。

3）檢測(cè)結(jié)果匯總

包括試驗(yàn)項(xiàng)目、參考標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)條件、最小樣本量、批次量、總數(shù)量、試驗(yàn)結(jié)果。

4）單項(xiàng)檢測(cè)報(bào)告

包括試驗(yàn)項(xiàng)目、檢測(cè)人員、樣本編號(hào)、檢測(cè)方法、檢測(cè)條件、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)過(guò)程、檢測(cè)結(jié)果、外觀檢查、電氣試驗(yàn)結(jié)果、判定標(biāo)準(zhǔn)。

1）產(chǎn)品基本信息

包括產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品型號(hào)、制造商、封裝形式、數(shù)量。

2）報(bào)告信息

包括報(bào)告編號(hào)、報(bào)告出具日期、檢測(cè)機(jī)構(gòu)名稱、試驗(yàn)規(guī)范、檢測(cè)環(huán)境、試驗(yàn)日期、檢測(cè)需求、依據(jù)文檔、試驗(yàn)結(jié)論。

3）檢測(cè)結(jié)果匯總

包括試驗(yàn)項(xiàng)目、參考標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)條件、最小樣本量、批次量、總數(shù)量、試驗(yàn)結(jié)果。

4）單項(xiàng)檢測(cè)報(bào)告

包括試驗(yàn)項(xiàng)目、檢測(cè)人員、樣本編號(hào)、檢測(cè)方法、檢測(cè)條件、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)過(guò)程、檢測(cè)結(jié)果、外觀檢查、電氣試驗(yàn)結(jié)果、判定標(biāo)準(zhǔn)。

4 我國(guó)汽車芯片檢測(cè)認(rèn)證發(fā)展展望

為解決汽車芯片行業(yè)痛點(diǎn)、難點(diǎn)、堵點(diǎn)問(wèn)題，構(gòu)建了“網(wǎng)—鏈—橋”的立體化認(rèn)證新模式，分級(jí)分類層層推進(jìn)。

以行業(yè)調(diào)研為切口，聚焦行業(yè)共性問(wèn)題，打造汽車芯片認(rèn)證審查體系“一張網(wǎng)”。通過(guò)成立行業(yè)聯(lián)盟、搭建行業(yè)交流平臺(tái)等形式圍繞汽車芯片政策需求、產(chǎn)業(yè)鏈安全、測(cè)試認(rèn)證等方面開(kāi)展調(diào)查研究，繪制質(zhì)量認(rèn)證圖譜。建立適配我國(guó)國(guó)情的汽車芯片認(rèn)證審查體系，明確芯片上車應(yīng)用的詳細(xì)審查要求。

以產(chǎn)品鏈協(xié)同為抓手，打通上下游環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)證規(guī)則貫穿芯片產(chǎn)品“一條鏈”。汽車芯片產(chǎn)品鏈包括設(shè)計(jì)、制造、封裝、應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)，但國(guó)內(nèi)一直缺少汽車芯片產(chǎn)品一體化認(rèn)證方案。應(yīng)結(jié)合汽車芯片產(chǎn)品功能安全、信息安全、可靠性等技術(shù)要求，開(kāi)展認(rèn)證監(jiān)管工作。貫通汽車芯片產(chǎn)品鏈上下游，完善全生命周期的認(rèn)證體系，推動(dòng)我國(guó)在汽車行業(yè)內(nèi)芯片供應(yīng)鏈生態(tài)建設(shè)。

以芯片選型為突破，發(fā)揮認(rèn)證傳遞信任作用，搭建汽車芯片供需雙方搭建互信“一座橋”。汽車芯片安全可靠性是汽車芯片進(jìn)入整車供應(yīng)鏈的先決條件，但國(guó)內(nèi)目前通用國(guó)外的AEC-Q100可靠性標(biāo)準(zhǔn)，缺乏自主統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，整車企業(yè)為避免潛在的供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)，通常慎重選用國(guó)產(chǎn)芯片上車應(yīng)用，嚴(yán)重制約我國(guó)汽車芯片產(chǎn)業(yè)的自主安全發(fā)展。應(yīng)聚焦關(guān)鍵汽車級(jí)芯片開(kāi)展可靠性和安全選型審查，打通芯片產(chǎn)品和汽車產(chǎn)品的“語(yǔ)言”體系，幫助整車企業(yè)建立芯片選型依據(jù)和方法，提高選型效率。