面向車規級芯片產品的安全可靠性認證方案研究

關鍵詞：智能駕駛，車規級芯片，可靠性認證，可靠性審查，芯片選型

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

0 引言

車規級（Automotive Grade）芯片是指滿足車載等級要求的芯片元器件。車規級芯片產品的設計研發、生產制造過程與消費級別芯片產品有非常大的差別，從芯片的架構設計、IP研發、工藝選擇開始，到SoC集成設計、流片生產及封裝測試等均需要考慮車規級的要求。車規級芯片對比消費級和工業級芯片，對可靠性的要求要高出許多，例如：工作溫度范圍、工作穩定性、不良率等。通過集成電路測試手段，能夠將合格芯片與不合格芯片區分開，保證產品的質量和可靠性。一方面車規級芯片的性能在不斷提高，如：更快的運算速度、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級芯片的研究熱點和發展趨勢。顯然傳統的篩選測試手段已經無法滿足車規級芯片的嚴苛要求。本文提出了一種適配我國汽車芯片產品的車規級芯片可靠性審查的流程及方法，旨在貫通汽車芯片產業鏈條協同發展，加速國產化汽車芯片上車應用，并對我國汽車芯片行業檢測認證審查發展提出發展建議。

1 國內外車規級芯片標準政策現狀

國際上現行車規級芯片標準包括可靠性和安全標準兩方面，均為自愿開展的測試認證項目，其測試認證結果被下游整車企業廣泛采信。當前，全球公認的可靠性標準包括AEC-Q100/101系列標準、IATF 16949質量管理體系標準，安全標準包括ISO 26262功能安全標準，均被我國整車企業評價車用芯片普遍引用，ISO 26262功能安全標準已于2017年轉化為GB/T 34590《道路車輛 功能安全》但AEC-Q系列標準目前尚不具備轉化條件。其中芯片可靠性AEC-Q[1]系列主要包括內容見表1。

汽車芯片安全可靠性是汽車芯片進入整車供應鏈的先決條件，但國內目前通用國外的A EC- Q10 0可靠性標準，缺乏自主統一的技術規范，整車企業為避免潛在的供應鏈安全風險，通常慎重選用國產芯片上車應用，嚴重制約我國汽車芯片產業的自主安全發展。

國內汽車芯片行業發展政策方面，2021年起，汽車芯片標準研究工作組、中國汽車芯片產業創新戰略聯盟等組織廣泛與行業專家溝通交流，分別形成若干汽車芯片分類方法。2022年8月，工業和信息化部組織中國汽車技術研究中心、中國汽車芯片產業創新戰略聯盟、工信部電子四院、工信部電子五所等單位，統一了汽車芯片標準研究工作組、中國汽車芯片產業創新戰略聯盟對于汽車芯片的分類方法，編寫了《國家汽車芯片標準體系建設指南》（征求意見稿）[2]，并于2023年12月正式發布。指南的發布從應用場景和標準內容兩個維度搭建了標準體系架構，明確了未來一段時間內汽車芯片標準體系建設的原則、目標和方法。旨在系統部署和科學規劃汽車芯片標準化工作，引領和規范汽車芯片技術研發和匹配應用，從而推動汽車芯片產業的健康可持續發展。

2 車規級芯片可靠性測試檢測資源現狀

一方面目前國外已形成固有的汽車芯片測試認證模式。以寶馬公司為例，企業首先制定內部準入和質量標準，將需求對接給一級集成商大陸集團，大陸集團再將需求對接給芯片供應商恩智浦，從而形成了一個企業牽頭的私有技術產業鏈。其他芯片或集成商若想了解寶馬的需求和準入標準，必須先經過寶馬的供應商選拔，形成了嚴格的供應商審核機制。這種審核機制顯然不利于我國汽車芯片產業的良好穩定發展，國內產業鏈條更需要統一化透明化的芯片產品審查方案，來維護汽車芯片行業的發展生態的建設。

另一方面汽車行業極其嚴苛的性能可靠性、安全穩定性和產品長效性的要求，提高了汽車芯片檢測認證的標準要求和技術門檻，具體表現為以下方面。

2.1 檢測覆蓋范圍廣、試驗項目多、技術門檻高

汽車芯片必須按照A E C- Q標準流程開展檢測才能聲稱符合該標準要求[3]。檢測是根據具體專業門類產品的失效機理而設計的一系列加速試驗項目，涵蓋設計模型、工藝制造、封裝/組裝過程等。試驗類型包括物性分析、材料分析、環境試驗、機械試驗和電學測試等方面。以集成電路為例，產品必須完成AEC-Q100標準中A-G共7個分組試驗，檢測覆蓋范圍廣，試驗項目多，對人員、設備和技術的要求很高。

2.2 檢測樣品數量多、試驗周期長、綜合成本高

受樣品數量、試驗項目和檢測夾具的綜合影響，汽車芯片檢測成本較高。AEC-Q檢測一般先對所有的樣品進行測試，并對樣品的早期失效率進行試驗和統計分析，然后分組進行各種可靠性試驗。以塑封集成電路為例，AEC-Q100要求檢測超過2000只樣品，一次完整試驗約需70天。根據實際情況統計，汽車芯片從開始檢測到完成多在9～12個月。

企業在芯片產品的檢測環節需要花費大量的時間和成本[4]，因此，行業需要提煉一種對芯片產品可靠性的審核方案，來幫助企業優化檢測流程，避免重復試驗，從而縮短汽車平臺產品的開發周期。

3 適配國內車規級芯片的認證審查要求

3.1 開展車規級芯片安全可靠性審查的基本原則

審查活動的適用性，應確保各類車規芯片具有普遍適用性；審查活動的科學性，應確保覆蓋與產品相關的所有可靠性指標，且具備行業共識；開展審查活動應確保公正公平性，確保同類產品的審查結果具有可比性，減少偏見和不確定性。審查活動的可操作性，確保能夠明確對產品的車規可靠性符合度作出判斷。

3.2 車規級芯片安全可靠性審查流程

本規范的審查流程按照“制定審查指標體系—企業能力及產品質量審查—綜合評價結論”的步驟開展，具體流程如圖1所示。

（1）制定審查指標體系

從設計企業能力、產品質量維度建立審查指標體系。從企業能力的角度，應審查企業是否具有產品設計、開發等技術能力，如：知識產權等證明，是否具有質量體系、實驗室體系等管理文件。從產品質量的角度，應審查可靠性報告的項目完整性、符合性，以及老化試驗前后產品的功能試驗證明材料，用于與產品規格書對比，審查功能試驗覆蓋度。

（2）開展審查活動

由具備可靠性試驗研究經驗的專家或具備相應能力的人員，通過資料審查和現場審查結合的方式（特殊情況可通過會議審查、線上審查等）開展審查活動，審查要點主要為企業能力審查和產品質量審查。

（3）綜合評價結論

依據（1）的指標體系評價內容和（2）的審查結果進行綜合評價。全部評價結果為符合的，綜合判定通過。初次審查未通過的情況下，可經整改后重新提交審查材料，再次審查時可僅針對未通過項進行審查。

3.3 汽車芯片產品可靠性試驗審查

（1）審查對象

產品規格書：可靠性檢測指標參考的標準和通過的要求；

抽檢樣品記錄表：按照可靠性測試要求記錄的抽檢記錄；可靠性試驗報告：可靠性測試記錄的詳細報告；功能試驗列表：功能和性能參數試驗列表，用于對照審查；回測ATE程序：測試的程序名字記錄，應包含功能測試列表里的所有項；設備校準證明：第三方專業機構出具的校準證明。

（2）試驗項目審查

車規級芯片在進行可靠性等級審查時應完成必要的車規可靠性試驗項目，且應按照要求完成全部的必要試驗項。

（3）試驗樣品審查

送檢樣品應與試驗樣品保持一致，并由委托方提供證明材料，證明材料包括但不限于：產品型號、產品封裝形態、送樣前后產品照片等。試驗樣品需要由3個不連續批次中抽樣獲取，3個批次各80 0只，并由委托方提供證明材料，如：產品編號等。進行可靠性試驗的樣品一般為上車應用前試驗驗證階段產品。

（4）試驗過程審查

車規級芯片可靠性試驗包括：加速環境應力試驗、加速壽命模擬試驗、封裝組裝完整性試驗、電氣特性試驗、腔體封裝完整性試驗。應按照要求確定待審查產品應完成的試驗內容。試驗過程主要要求如下。

1）應對試驗前后的試驗樣品進行外觀檢查，確保前后對照一致性；

應對試驗前后的試驗樣品進行缺陷檢測；

各試驗環節使用的樣品數量應至少達到對應可靠性等級中的樣品數量要求。

2）各試驗環節試驗條件應至少達到對應可靠性等級中的試驗條件要求。

3）應檢查可靠性試驗使用的設備，設備應在其外校準有效期內；應在每項試驗前后開展產品電試驗，電試驗要求應符合響應標準要求。

4）可靠性各項試驗結果應為通過。

（5）電試驗審查

1）應對產品進行電試驗檢查，主要包括電性能試驗、功能試驗。電性能試驗應包括開短路試驗、電源短路試驗、漏電流試驗、輸出電平、電流試驗，功能試驗和參數試驗應結合產品規格書或使用說明規格書確定，且應覆蓋芯片所有模塊的功能和參數。電性能測試和功能測試應結合產品規格書或使用說明規格書確定，電參數測試包括靜態測試參數和動態測試參數，功能測試應覆蓋芯片所有模塊功能。

2）對于數字電路，芯片應有對應的可測性設計，并在電性能試驗中試驗。可測性設計包括掃描鏈路電路試驗（Scan），內建自試驗（Bist），邊界掃描試驗（JTAG-BSD）等，掃描鏈路電路試驗對數字電路的覆蓋率應高于85%，應覆蓋所有功能模塊和全部存儲部分的內建自試驗。

3）對于模擬電路，應試驗主要性能參數，并通過參數試驗或功能試驗覆蓋全部失效模式。

4）檢查ATE試驗程序，應與功能試驗列表保持一致。

5）對于由于非正確的操作、ESD或者其他試驗條件不相關或與可靠性試驗不相關的失效可視為試驗通過，但應對該失效情況予以說明。

（6）試驗報告審查芯片企業提供的車規芯片可靠性報告，需要能完整體現出試驗內容、試驗過程、試驗結果。試驗報告中應能準確體現包含但不限于如下內容。

1）產品基本信息

包括產品名稱、產品型號、制造商、封裝形式、數量。

2）報告信息

包括報告編號、報告出具日期、檢測機構名稱、試驗規范、檢測環境、試驗日期、檢測需求、依據文檔、試驗結論。

3）檢測結果匯總

包括試驗項目、參考標準、試驗條件、最小樣本量、批次量、總數量、試驗結果。

4）單項檢測報告

包括試驗項目、檢測人員、樣本編號、檢測方法、檢測條件、檢測設備、檢測過程、檢測結果、外觀檢查、電氣試驗結果、判定標準。

1）產品基本信息

包括產品名稱、產品型號、制造商、封裝形式、數量。

2）報告信息

包括報告編號、報告出具日期、檢測機構名稱、試驗規范、檢測環境、試驗日期、檢測需求、依據文檔、試驗結論。

3）檢測結果匯總

包括試驗項目、參考標準、試驗條件、最小樣本量、批次量、總數量、試驗結果。

4）單項檢測報告

包括試驗項目、檢測人員、樣本編號、檢測方法、檢測條件、檢測設備、檢測過程、檢測結果、外觀檢查、電氣試驗結果、判定標準。

4 我國汽車芯片檢測認證發展展望

為解決汽車芯片行業痛點、難點、堵點問題，構建了“網—鏈—橋”的立體化認證新模式，分級分類層層推進。

以行業調研為切口，聚焦行業共性問題，打造汽車芯片認證審查體系“一張網”。通過成立行業聯盟、搭建行業交流平臺等形式圍繞汽車芯片政策需求、產業鏈安全、測試認證等方面開展調查研究，繪制質量認證圖譜。建立適配我國國情的汽車芯片認證審查體系，明確芯片上車應用的詳細審查要求。

以產品鏈協同為抓手，打通上下游環節，實現認證規則貫穿芯片產品“一條鏈”。汽車芯片產品鏈包括設計、制造、封裝、應用等多個環節，但國內一直缺少汽車芯片產品一體化認證方案。應結合汽車芯片產品功能安全、信息安全、可靠性等技術要求，開展認證監管工作。貫通汽車芯片產品鏈上下游，完善全生命周期的認證體系，推動我國在汽車行業內芯片供應鏈生態建設。

以芯片選型為突破，發揮認證傳遞信任作用，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入整車供應鏈的先決條件，但國內目前通用國外的AEC-Q100可靠性標準，缺乏自主統一的技術規范，整車企業為避免潛在的供應鏈安全風險，通常慎重選用國產芯片上車應用，嚴重制約我國汽車芯片產業的自主安全發展。應聚焦關鍵汽車級芯片開展可靠性和安全選型審查，打通芯片產品和汽車產品的“語言”體系，幫助整車企業建立芯片選型依據和方法，提高選型效率。