如何提升车规级芯片的质量及可靠性

随着汽车电子功能的不断与日俱增， 以上篇汽车电子芯片的革命与创新-系列一中提到的条件来做为车规级芯片与其他芯片的区别已明显不够。因此奎芯科技在这篇文章中将着重介绍更多车规级芯片所特别需要的车规认证，以及如何在专属认证规范内提升车规级芯片的质量及可靠性。

汽车电子考量

汽车电子在设计和生产上与传统的消费型电子有明显的不同。这些不同催生了汽车电子专属的认证规范。这些认证规范可分成三大类：质量规范、可靠性规范与功能安全规范。

第一类：质量规范

ISO9001

最广泛运用的质量规范为ISO9001。ISO9001的目标为确保企业能达到稳定绩效，为客户提供可靠的产品质量与服务。为了便于衡量以及持续进行优化，ISO9001适用于各产业类别的质量规范。针对汽车电子，大多数要求依据ISO9001延伸到汽车产业所需的IATF16949标准。

IATF16949

对于汽车制造商而言，通常会需要遵守各国对于汽车制造商所订定的法规。举例来说，德国的汽车制造商必须符合VDA （Verband der Automobilindustrie），美国的汽车制造商必须符合AIAG （Automotive Industry Action Group），意大利的汽车制造商必须符合AVSQ （Associazione nazionale dei Valutatori di Sistemi Qualità），而法国的汽车制造商则必须符合FIEV （Fédération des Industries des Equipements pour Véhicules）等。换言之，若德国有一款汽车要在德国与法国同时进行制造，则这款车辆需要通过德国的规范（VDA）与法国的规范（FIEV）。以汽车工业会在各国设置工厂的角度来看，若不产生兼容各国规范的准则，将导致巨大的合规成本。IATF16949则是在上述考量下产生的结果。

IATF16949为国际汽车工作小组IATF （International Automotive Task Force）与ISO组织的技术委员会（Technical Committee）所共同提出。IATF1694延续了ISO9001的精神，在汽车供应链及组装过程中，以预防缺陷、减少产品间的变异性及组件浪费为重点目标。如图一所示，ITAF16949分成10个章节。

图一、Clauses of ITAF 16949:2016

（资料来源： IATF-16949-2016）

在ITAF16949中，对于质量把关方法特别提出说明，分述如下：

1. APQP：先期产品质 （Product quality plan）是指规划出可以支持产品或服务开发的产品质量计划，确保产品或服务可使客户满意，也就是开发产品的流程。

2. PPAP：生产产品认可程序（Production part approval process）是指产品质量的保证程序，确保实际生产的产品会经过量测，且完成规划测试表单中的各式各样测试项目。

3. FMEA：失效模式与影响分析（Failure mode and effects analysis）是一种对系统范围内所可能存在的失效模式（failure mode）进行分析，并对这些失效模式进行严重程度的评估并确定所造成的影响。这种方法广泛用于各类开发或生产流程中。

4. MSA：量测系统分析（Measurement systems analysis）是为了找出确保用来进行分析制造产品的流程时，其资料的完整性取得方法的可信赖性。如：量测的精度、准度、可重复性、稳定度。

5. SPC：统计过程控制（Statistical process control）是指通过统计的方法来达到质量管控的方法。

在奎芯科技所开发的IP核中，通过对这5大工具的反复利用，来确保IP核的质量达到汽车电子的需求。

图二、ITAF16949中的5大质量管理工具

第二类：可靠性规范

关于汽车电子相关产品的可靠性，最常使用的规范是由汽车电子协会AEC（Automotive Electronics Council）所制定的一系列规范。汽车电子协会由Chrysler，Ford和GM在1990年代为了汽车中通用的零件质量认证或管理所设立的。汽车电子协会由两个委员会所组成，分别为：质量维护委员会（Quality Systems Committee）与技术零件委员会（Component Technical Committee）。时至今日，汽车电子协会的会员几乎包含了整个汽车产业界的所有相关企业。

针对车用IC而言，可靠性的考量主要采用汽车电子协会中技术零件委员会所制定的AEC-Q系列规范则列如下：

AEC-Q100：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Integrated Circuits，这是针对集成电路（IC）在车用上应用的规范。

AEC-Q101：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Discrete Semiconductors，这是针对离散半导体元件在车用上应用的规范，如功率晶体管（Power Transistor） 。

AEC-Q102：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification for Discrete Optoelectronic Semiconductors in Automotive Applications，这是针对离散光电元件在车用上应用的规范，如LED。

AEC-Q103：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification for Sensors in Automotive Applications，这是针对传感器在车用上应用的规范。

AEC-Q104：Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Multichip Modules（MCM） In Automotive Applications，这是针对MCM多芯片模组在车用上应用的规范。

AEC-Q200：Stress Test Qualification For Passive Components，这是针对被动元件在车用上应用的规范，举凡电阻、电容都在此列。

奎芯科技团队提供的IP核，适用于AEC-Q100或AEC-Q104。无论适用哪种规范，在IP核的设计上都需要针对规范，加入不同于消费型集成电路（IC）的独特设计，这正是奎芯车用IP核跟一般依照传统思维所开发IP核的最大不同点。

图三、用于可靠性把关的AEC-Q系列规范

（资料来源： AEC）

总结

面对汽车电子各类特别的需求与规范，从设计初期的规划到IP核的产出，都需要导入ITAF16949的质量把关并充分应用5大核心工具（APQP，FMEA，MSA，SPC，PPAP），同时需要在IP核设计和强化中加入AEC-Q系列规范对于汽车电子元件，集成电路或MCM模组的可靠性的考量。而这些是奎芯团队所掌握的技术核心。在车用电子设计中，除了生产制造流程通过ITAF16949考量，可靠性通过AEC-Q系列规范把关以外，奎芯科技还提供了优秀的解决方案来面对日益充满挑战的车规芯片认证规范。