但“车规级”的含义究竟是什么呢?为什么要有“车规级”呢?有关的许多问题你一定很无知,本文作者在个人了解AEC标准基础上,并结合近期查阅到的许多有关材料,作些剖析,可谓抛砖引玉。
本书将从“车规级”激光雷达入手,从激光器件AEC-Q102标准入手进行解读,循序渐进地解答“何为车规级?”问题这一问题。那么就从自动驾驶技术促进车规级标准入手,看看车规级标准为了满足新技术与新应用的需要是怎样一步步发展起来的。
什么是“车规级”?
1.1第一项关于激光雷达器件的车规标准
我们先不谈什么是“车规级”,先普及一个常识:行业标准通常是落后于行业技术发展的。就像法律的制定,也一定是滞后于社会发展的。那么我问你,激光雷达作为新生事物,其使用的激光器件现在有行业标准了吗?
答案是:已经有了。
AEC-Q102REVA中加入了激光器件
AEC-Q102REVA中对激光器件的规定
并且,AEC-Q102还专门规定了针对激光器件的以下部分:
流程变更指南(ProcessChangeGuidelineforLaserComponents);
Table3认证测试方法(QualificationTestMethods);
Table3某些专门针对Laser的测试要求(Requiredonlyforlasercomponents.)
那么问题来了,在此之前发布的宣称达到了“车规级”的激光器件还是“车规级”吗?
但是一般情况下,上述假设并不成立。如果你声称已经通过了AEC—Q验证,客户却要你做AEC—Q报告,你总不能说是按草稿发出报告吧?此外,AEC-Q测试周期长,成本高,一般不会用草稿测试,其原因是标准正式实施后,如果有所补充,有些测试项目你不得不再做。
1.2全球首款“车规级”激光器件的发布及量产“上车”
AEC-Q102REVA中对可靠性验证的规定
欧司朗宣布世界上首款符合AEC-Q102的四通道激光器
这一点没做过工程设计的小伙伴们可能不太有感觉,就比如新闻上发布了某项新技术,大家可能就认为马上就能用上了,其实上还差得远呢。这中间大概的关系是这样的:实验室àTier2企业àTier1企业àOEMà用户,大家可以看到,从实验室到用户,中间还隔着很多道,其中还有Tiern企业,产业链很长且很复杂。
回到欧司朗这颗激光器件SPLS1L90A_3,我们看下它的datasheet信息。
欧司朗SPLS1L90A_3激光器手册
其中有几个关键信息:
(1)此激光器可以用于激光雷达;
(2)通过了AEC-Q102认证;
一是为确保产品可靠,终究从未使用过,技术实力也不足;另一种是为减少BOM的费用,毕竟新款的产品刚刚量产就已经很昂贵了,原因是没有上;新技术减少了技术风险新技术谁也没有摸索,出了点问题工程可能要推迟,使用前你要“掂量掂量”。
下面笔者将以一块芯片为切入点来讲述一项新技术由推出到批量生产的过程:
芯片供应商Tier2制定芯片规划(Roadmap),各Tier1及OEM调研;
Tier2提供免费工程样片、Tier1预研(advance)项目设计导入;
Tier2提供量产芯片,Tier1采用量产芯片进行DV(Designvalidation设计验证);
使用新装置Tier1项目SOP进行了产品量产;
OEM使用该Tier1的型号进行量产。
那你能快一点吗?能的!
那么,这可以做到什么程度的快捷?这要看芯片供应商以及项目本身,如果进展顺利,可能1年SOP,但是真的没有多少人看到这样玩过,特别是安全功能零部件方面,OEM都敢做,Tier1大概都不敢做,因为出现问题都会承担责任。
1.3AEC-Q强制性标准码?
即使OEM不去审核,Tier1也不会偷偷地用“非车规”的器件,原因大概有以下几点:
(1)没有可供使用的“非车规”装置。一般大型Tier1标准较高,物料库全球共享,由专业队伍负责保养,物料库基本上没有“非车规”材料;
(2)新器件导入,器件变更和老器件废止都由专门的团队来完成,研发工程师通常无权操作,他们只能“有用的东西”而基本上无法使用“非车规”器件;
(3)Tier1与OEM大致相同,为了确保项目的可靠性与进度,它还喜欢遵循旧的设计,专业的说法是“carryover”,即在普通量产项目中极少使用新器件来进行全新的设计,这在之前已经说到了。
因此,对想要进入汽车行业的Tier2来说,AEC-Q标准就是个门槛。
1.4激光雷达器件过“车规”,不等于激光雷达也过了“车规”
讲了半天,小伙伴发现一个问题没有,我最初提的问题是“激光器件LaserComponents”有“车规级”标准吗?而不是问“激光雷达”,为什么?
另外,我们从标准中AEC下面的一行字“ComponentTechnicalCommittee”中也能来,他是管器件Component的,不是管零部件的。
1.5有“车规级”的激光雷达吗?
在回答这个问题前,我们先科普一下电子零部件标准。对于业内具体做设计的小伙伴们来讲,这些标准可能是耳熟能详的,但对于Tier2或者OEM,大多数人还真不一定能讲清楚。
对于汽车电子零部件而言,如VCU模块、ECU模块等等,它需要先选择满足AEC标准要求的电子元器件然后通过电子零部件总成来实现,按照有关行业标准在合规试验室中通过OEM指定的有关试验项目和级别获得试验报告后装车量产。关于具体的测试计划,测试项目,测试周期,测试工装,成本等等,掰着说的东西很多。
前面已讲过,这里再重申一下:汽车电子零部件的试验标准,也是非强制性标准。
好,回到小标题,有“车规级”的激光雷达吗?答案是:有,也没有。此话怎讲?
1.6“车规级”要点总结
注意,敲黑板了,下面是结论,以后要考的:
(2)若仅表示符合车规级标准或温度范围符合车载应用而不是具体采用哪一种AEC-Q标准则为假“车规级”;
(3)只有在器件手册datasheet中标明“AEC-Q***Qualified”时,才能说明该器件已通过车规级器件测试标准认证并具有“车规级”性,这时器件供应商才能提供合规测试报告。
2技术的发展与“车规”标准的进化
我大致概括了一下:
车规级认证是指元器件在生产制造,性能等方面达到某一行业标准;
车规级认证标准并非固定不变,而是有生命、有演变;
新标准针对新技术;
现有标准还将随着新技术,新应用不断更新演变;
车规级测试标准并不能指望覆盖电子元件全部使用场景,也不能覆盖全部可能发生故障模式。
2.1“进化中”的AEC标准
AEC-Q100、AEC-Q101和AEC-Q200这三个标准是最早制订的、也最常被引用的AEC-Q标准。在AEC网站上的“文档”页面列出了37个标准和子标准,其中七个被列为“新New”或“初始版本Initialrelease”。所以说AEC-Q标准是在不断进化的,特别是随着高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶等新技术的发展,标准还将保持这种持续更新的状态,以适应新技术和应用的需求。
AEC-Q102:汽车应用的光电半导体应力测试标准
AEC-Q104:汽车应用的多芯片模块(MCM)应力测试标准
2.1.1AEC-Q102标准解读
AEC-Q102上文中我们已说得较多,现特别谈谈该标准的制定与演变。
AEC-Q102于2020年4月进行了重新修订,新增了激光器在激光雷达系统中的使用。本标准定义了光电子半导体认证的最低应力测试要求和参考测试条件,以此为基础结合了JEDEC,IEC和MIL-STD的各种测试标准,及各厂资格标准规定,器件必须符合最高标准。
然后再对比一下AEC-Q102的范围,专门增加了激光器件Lasercomponents:
QEC-Q102标准能带来哪些好处?这篇Hella概括起来,大家就直接搬来了,上一篇算Hella加上去了,说到底主业就是做车灯:
有规律可循;
该标准收集了60多家企业的知识和经验;
所有电子元器件都需要平等;
推广新型车辆照明技术。
2.1.2AEC-Q103标准解读
实际上AEC-Q100中覆盖MEMS传感器,但无用细分成压力传感器。压力传感器属于MEMS家族的特殊情况。这点也是非常容易理解的,大家想想,如果想要测量气体压力的话,就要开一个洞,把要测量的气体放进去才能够测量出来,其他的用途如温度、磁场和加速度都是能够间接测量出来的。
我们来看下用于TPMS胎压监测的芯片:
在标准的Scope中也明确了,这个标准要和AEC-100结合使用,也就是说,AEC-Q103是专门针对压力传感器制定了一些额外的测试要求。
除了大家熟知的胎压监测应用外,发动机管理系统、车辆稳定性、乘客安全系统和排放控制等方面的都有压力传感器的应用,这个我们后面再讲。
2.1.3AEC-Q104标准解读
AEC-Q104是专门为MultichipModules(MCM)多芯片模组制定的标准,这个标准很特殊。
前面我们讲过,AEC-Q全是规定电子元器件的,而MCM是由多个元器件组成的一个模组,从某种意义上来讲,它算是一个小型零部件了(其实MEMS也算是MCM,实际上AEC-Q104也包含了),只不过MCM是把一些芯片加器件做成了一个独立封装Package的形式,对外连接可以是焊盘,或者是连接器,我们来看下标准定义:
目前标准仅适用于那些设计出来是可以直接焊接在PCB(PrintedCircuitBoard)印刷电路板上的MCM的,这一点大家注意。
此外,还有一个比较特殊的地方,AEC-Q103和AEC-Q104在参考标准中分别引入了ISO16750-4(气候负荷)和ISO16750-5(化学负荷),这在其他AEC标准中是没有的。前文提到ISO16750作为汽车行业电子零部件的标准很有意义,因此在一定意义上MCM可以看作小型零部件。
除MCM外,AEC-Q104对SIP(SysteminPackage,系统级封装)也有指导意义。
SIP和我们常说的SOC(Systemonchip)很相似,SOC在chip中制作系统,SIP则为Package。当然,SOC直接由芯片供应商制作完成,并作为芯片供Tier1采用,SIP则可由芯片供应商制作,还可与Tier1或者OEM根据特定应用进行定制研发。
这款AEC-104已经明确说明了什么样的产品能够制成SIP的形式以便制成SIP的时候芯片厂商是什么,Tier1是什么和Tier1.5是什么。(有关这方面的内容,以后我们将另行发文解析)
那么,AEC-Q104标准意味着什么呢?
随着车辆电动化智能化及辅助驾驶技术的发展,原来元器件级采用AEC标准,零部件级采用ISO/IEC标准(在前面对零部件标准的分析中,ctimes.com仅编写ISO16750),而对MCM和SIP,没有适用标准。如何进行可靠性测试是困扰芯片供应商和Tier1多年的难题。
MCM/SIP采用多种芯片与器件封装而成,那么在这种封装中所使用的芯片与器件是否还要进行对应的AEC-Q测试呢?这个问题非常不错,因此标准还提出了一些建议—可利用MCM上对应设备的AEC-Q100、AEC-Q101、或者AEC-Q200来对原始数据进行认证来简化AEC-Q104。
ctimes.com对这个问题解释得比较清楚,我们可以参考一下。就是说不管你用到了哪些器件,在你把这些器件封装起来之前,最好已经过了相应的AEC-Q100,AEC-Q101,或AEC-Q200认证测试。
老外说话比较绕,不直来直去,我用汉语再给大家翻译一下,可以指导大家未来的工作,大家记住了:
(1)MCM要全部采用AEC认证的器件;
(2)然后只用进行GroupH测试即可;
(3)否则的话你就得把所有测试项全来一遍;
关于(3),如果你说全做太花钱了,客户同意你“可以不做”,那也行;但你拿标准原文去给客户看看,我就不信哪个客户会说“不用做”。
下面这个测试流程很清楚地写明了认证测试怎么做,大家可以细看一下,很有意思。
前面我们讲过,AEC标准是一个鲜活的,一直在进化的标准。
2.2.1AEC-Q102标准在汽车“新四化”中的应用
BMW已批量生产激光大灯,由最早的卤素灯、氙气大灯、LED大灯演变为激光大灯,其能耗较LED低30%,反正就是很亮、很贵,具体有多贵,咱也不知道,咱也不敢问。
LED用于屏幕背光,质量的可靠性靠什么来保证?只能靠器件的行业标准。
激光器和探测器都过了AEC-102认证,这个激光雷达才有了车载应用的基础,用起来质量才有保证,自动驾驶车辆的安全才有保障。
2.2.2AEC-Q103标准在汽车“新四化”中的应用
以下为NXP一款专门用于电池压力检测传感器芯片手册。可查看仍通过AEC-100认证。
还有就是现在很火的,用于自动驾驶的线控制动、线控转向等应用,都需要用到MEMS压力传感器。
2.2.3AEC-Q104标准在汽车“新四化”中的应用
现在能够见到的直接使用AEC-Q104验证的MCM还比较少,但笔者仍然发现其中之一,正好与自动驾驶技术有关。
下面这个MCM可以用于802.11pDSRC、C-V2X应用,里面集成了一个5GHz单刀双掷收发开关,一个5GHz高增益LNA(low-noiseamplifier低噪放),一个5GHz的PA(poweramplifier功放)。
2.3技术的发展及标准的进化
从当前汽车行业技术发展趋势来看,AEC-Q标准中并没有收录对一些器件和技术应用进行认证测试的内容,其中就有我们之前提到过的PowerMCM标准。
此外还有车载触摸屏和显示器,现在还没有AEC-Q对应标准,但据称启动会议于2017年召开。
车载触摸屏及显示器的车规级标准
HMI及计算机视觉系统是智能座舱,ADAS及自动驾驶功能中必不可少的组成部分,IEEE这一标准在今后将会对技术在这些领域中的应用起到重要的引导作用。
最后引用一段microcontrollertips.com的话来结尾:“车规级”认证在发展、覆盖各种设备范围的规范,AEC组织不断根据已有技术发展对已有规范进行考察,不断研发新规范以适应例如ADAS,自动驾驶,计算机视觉以及激光雷达等新兴应用。符合AEC-Q认证(AEC-Qqualified)是产品系统设计及硬件选型中的重要因素。”
3.AEC的历史及基本概念
前面我们着重介绍了AEC的最新标准,以及顺带介绍了已有标准,但并没有直接从AEC的前世今生来介绍,这多少有点不太符合我们一贯的风格。没关系,接下来我们就开始正式介绍,大家搬好小板凳,泡上茶,我要开课了。
3.1AEC历史及简介
AEC的全称是AutomotiveElectronicsCouncilComponentTechnicalCommittee,汽车电子委员会元器件技术委员会,不过大家一般都简称AEC汽车电子委员会,从其后面的“Component”能看出来,AEC是专注于元器件级别的,这个我们前面讲过。
AEC的建立是以器件通用化为宗旨。最早业界如此,例如福特需要使用一个芯片/器件供应商A芯片/器件时,供应商必须根据福特要求做试验,合格了福特才能使用;但是如果克莱斯勒也要用,他是不是不认可福特的测试的,供应商就要再按克莱斯勒的要求再测一遍,才能用于克莱斯勒。福特与克莱斯勒提出设立AEC的目的是通用化、所有人都能共同使用、减少测试成本。
创立AEC是1992年夏JEDEC大会提出来的。GM(通用汽车)的德科电子(DelcoElectronics)的Servais会见了Chrysler(克莱斯勒)的Jennings,然后两人聊起电子零件资格认证领域中常见的几个难题,接着又提及“一般资格规范”这一概念,并认为这是改进这一现状的可能途径。
在1993德科电子召开的一次会议上,讨论了每家公司使用的各种资格认证方法。会议认为“一般认证规范”的设想是可行的,此后不久就开始了Q100(集成电路应力测试认证等)的工作,主要的IC供应商都参与了标准的制定。AEC-Q100的初始版本(最初叫CDF-AECQ100)在1994年6月提交给了所有的IC供应商,这个文件代表了克莱斯勒,德尔科电子和福特的首选资格证书。
这篇论文鼓励交换有资质的数据,同时也注意到如果某个组件满足了论文的要求,那么这篇论文对于这3家企业来说是有资质的。这份文件并没有讨论定价问题或妨碍3家企业将其他资格要求用作特殊条件。
此后AEC又陆续制定了其他零件类别的认证规范:如用于分立半导体器件的AEC-Q101和用于被动器件的AEC-Q200。
AEC每年举办一次可靠性研讨会。在1995年印第安纳波利斯的研讨会上,拍摄了以下AEC创始人的照片,来,我们膜拜一下大神:
3.2AEC会员
汽车电子委员会(AEC)最初由克莱斯勒,福特和通用汽车成立,最初AEC由质量体系委员会和组件技术委员会两个委员会组成,现在的委员是由一些企业的固定会员(SustainingMembers)及其他技术会员(Technicalmembers)、准会员(Associatemembers)及特邀会员(Guestmembers)的代表组成。
固定会员主要来自Tier1供应商及器件制造商,包括:Aptiv安波福、Bosch博世,Bose博士、Continental大陆、Cummins康明斯、Denso电装、Gentex、Harman哈曼、Hella海拉、JohnDeere、Kostal科世达、Lear李尔、Magna麦格纳、SiriusXM,、Valeo法雷奥、Veoneer、Visteon伟世通、ZF采埃孚。
怎么样,业内小伙伴们对这些公司是不是都很熟?他们如今在汽车行业依然是大名鼎鼎,如雷贯耳。
在AEC官网上这些公司(包括Tier1与Tier2)的名字及商标都有展示,不过是一个列表,我给整理成了一张图片,方便大家查看。大家看下有没有自己公司,看到了也可以心里小小的傲娇一下不是。
3.3AEC-Q标准是免费的
业内小伙伴发现了哪些问题不是呢?AECQ标准居然免费,或者直接下载就能用,惊而不惊、意而不露?AEC有良心吗?是在突破我们的理解吗?
也许有伙伴说我一直没有买标准呀?那么,我也就只能哈哈。撇开盗版标准不谈,几乎没有什么标准可以免费使用,其中既有人们普遍使用的ISO,SAE之类的国际标准,GB国标还需要买,只是价格便宜了许多。作者曾买了一套SAE标准花费700多元。每个人在企业中所使用的准则实际上就是企业购买而非无偿获得。
3.4AEC年度研讨会AnnualWorkshops
前面讲AEC历史时提过,AEC组织每年都有固定的可靠性研讨会,2019年因为还没有疫情,研讨会是正常举办了的。
原定于2020年举行的年度会议,因疫情改期到了2021年春,结果最后还是取消了。
2022年的AEC可靠性研讨会的计划目前还没有定下来。关于2022年研讨会活动的更多细节,包括演讲议题和主要研讨会日期,届时会在AEC官网公布。
我放几个AEC研讨会的议题小伙伴们感受下:
一个人体静电放电的调查
电热导致的寄生栅极泄漏
邦线工艺的评估和改进
制定一个IC因瞬态传导干扰导致闩锁的标准
3.5AEC章程
AEC章程全文很长,有十几页,我挑了一些重点给大家讲讲。
3.5.1AEC委员会与IATF16949
AEC最早成立时有两个委员会,质量体系委员会QualitySystemsCommittee和器件技术委员会ComponentTechnicalCommittee,前者现在已经没有了,所有的关于质量体系规范根据IATF16949进行就可以了,也就是说,IATF16949标准继承了这个委员会功能。
所以我们可以看到,现在只要是做汽车电子的,不管是器件供应商,还是Tier1,IATF16949认证是个基础。给大家看下TI在成都工厂的IATF16949证书,大家感受一下:
这里顺便再讲一下汽车行业的另外一个标准,做质量或采购的小伙伴们可能都听过,就是QS9000。QS9000基于ISO9000体系(包括9000/1/2/4等标准),由克莱斯勒、福特和通用汽车公司于1994年共同开发,于2006年12月15日被国际汽车工作组IATF所制定与推行的ISO/TS16949汽车行业验证标准所取代,现在已经更名为IATF16949,有些人还是习惯叫TS16949,那就说明是入行较早的了。
IATF16949标准可以认为就是用于汽车行业的ISO9000标准。IATF16949证书的有效期都是三年,而且证书有效期内的每一年都是需要年审的,如果年审没过,或者没去做,证书就会被撤销,一旦被撤销,企业就必须重新进行认证了。
现在几乎所有的OEM都强制规定其供货商的质量管理系统必需符合16949标准,并要求扩展至2-3级供货商。
3.5.2会员分类及会员准则
会员分类之前我们大概提了一下,现在详细地讲一下。
AEC会员由以下四类代表组成:
2.技术会员(Technicalmembers):代表汽车市场(automotive-market)的公司,比如使用了电子元器件,或电子元器件的制造商等Tier2。技术会员也是以申请的方式加入的,并分担支付每年举行的研讨会的费用,并享有完整的投票权。
3.准会员(Associatemembers):代表一些公司或组织,为汽车电子行业提供技术支持或服务的tier3、分包商、大学等。准会员也是以申请的方式加入的,但只需要支付一半的分担费用,不过投票权是受限的。
4.特邀会员(Guestmembers):代表非汽车行业的电子市场公司或组织。特邀会员是可以免费参会的(但是鼓励能出钱时可以尽量出一些),当然了,投票权是没有的。
3.5.3申请入会
会员申请表我截了个图,感兴趣的小伙伴们可以看一下:
通过申请后会收到录取通知书(acceptanceletter),我截了个图,公司名称我隐去了,大家看下内容就可以了。
加入AEC后,你公司的Logo就会被放到AEC官网上,按照公司名称进行排序(不是按加入的先后顺序),很公平。Logo按Tier1和Tier2进行了分组,每组再按名称从A-Z进行排序。
3.5.4OEM的角色
OEM公司对AEC标准化同样起着举足轻重的作用,但要做到组织简化、效率高,OEM承担部分信息输入即可,例如,未来科技应用视角和附加特殊要求。
OEM参与人代表以顾问身份在新文件即将出版时审核该文件并建议改进意见,但无最后表决权。此外,AEC还强烈地建议,这些OEM的代表都是半导体背景。
OEM能否参加会议?仅有2种是为了增强AEC和OEM的连接,OEM能出席:
1.根据具体要求,例如OEM检测到一个应急或者关键文档问题时,AEC技术委员会必须立即进行处理;
2.如有需要,定期(如每季度、每半年)召开交流会,让OEM了解当前AEC的活动,同时让AEC了解OEM的问题或计划。
3.5.5AEC有会员费吗?
讲到这里,小伙伴们可能就要问了,加入AEC有会员费吗?答案是:可以说有,也可以说没有。
关于费用,我们在会员分类里大概提了一下,现在再详细讲一下。AEC会员名义上来讲是不要缴纳会员费的,但是除特邀会员外,其他会员是需要均摊年度可靠性研讨会费用的,这个费用可以看作是参会费,或者你当成会员费也行。
费用怎么算?1.固定会员和技术会员,均摊费用,比例是1;2.准会员,均摊费用,比例是0.5;3.特邀会员,可以免费参会,但是鼓励能出钱时可以尽量出一些,不强求。4.除特邀会员外,无论参不参会,都需要缴费。
3.6.1标准文件命名规范
AEC标准的文件命名有以下规范:1.Q1xx,是关于半导体器件的,比如Q100是集成芯片,Q101是分立半导体;2.Q2xx,是关于非半导体器件的,比如Q200是被动器件;3.Q00x,如Q001,Q002等,是应用于汽车电子器件范围内的关于方法、出版物、指导原则。
上面的1和2都是AEC的标准(Standards),而3则有以下三种:(1).AEC技术委员会出版物(Publications),提供那些不适合以标准形式发布的,在AEC范围内的,关于产品、规范或服务的通用工程信息。(2).AEC技术委员会说明书(Specifications),用于清晰并准确地定义那些用于汽车电子应用的,关于购买和使用电子器件的重要技术需求。(3).AEC技术委员会指导原则(Guidelines),这个文件主要提供关于制造和测试的可行方法。
讲了这么多,小伙伴们应该已经对AEC标准有了个大概的了解,这个小节我再系统地梳理一下,帮助大家把思路理顺。
目前标准部分共有6个,我整理成了表格,如下:
AEC标准汇总(整理:左成钢)
详细的文档及内容部分我们随后再讲。
除标准外,还有AEC-Q001至006共6个文件,包括指南和出版物,用于配合标准使用,感兴趣的小伙伴们也可以去下载了看一下,现整理如下:
AEC文件汇总(整理:左成钢)
4AEC-Q标准解读
最新的几个AEC标准,从Q102、103到104,前面都已经解读过了,本章重点而解读一下最早的3个标准。就是AEC-Q100,101和200.
4.1AEC-Q100标准
前面也讲过了,Q100是最早的一个标准,初版是1994年6月提交给了所有的IC供应商,现在的RevH版本是2014.09.11发布的,至今没有再更新了。
我们先来看一下标准的全称:FailureMechanismBasedStressTestQualificationForIntegratedCircuits,基于集成电路应力测试认证的失效机理,名字有点长,所以一般就叫“集成电路的应力测试标准”。
Q100除主标准(basedocument)外,还有12个分标准,从001到012,分别如下:
AEC-Q100Rev-H:FailureMechanismBasedStressTestQualificationForIntegratedCircuits(basedocument),主标准。
AEC-Q100-001Rev-C:WireBondShearTest,邦线切应力测试。
AEC-Q100-002Rev-E:HumanBodyModel(HBM)ElectrostaticDischargeTest人体模式静电放电测试。
AEC-Q100-003Rev-E:MachineModel(MM)ElectrostaticDischargeTest,[Decommissioned]机械模式静电放电测试,已废止,因为JEDEC里面也给淘汰了。
AEC-Q100-004Rev-D:ICLatch-UpTest集成电路闩锁效应测试。
AEC-Q100-005Rev-D1:Non-VolatileMemoryProgram/EraseEndurance,DataRetention,andOperationalLifeTest非易失性存储程序/擦除耐久性、数据保持及工作寿命的测试。
AEC-Q100-006Rev-D:Electro-ThermallyInducedParasiticGateLeakageTest(GL)[Decommissioned]热电效应引起的寄生门极漏电流测试,已废止,因为认证测试不需要了(lackofneed)。
AEC-Q100-008Rev-A:EarlyLifeFailureRate(ELFR)早期寿命失效率。
AEC-Q100-009Rev-B:ElectricalDistributionAssessment电分配的评估。
AEC-Q100-010Rev-A:SolderBallShearTest锡球剪切测试。
AEC-Q100-011Rev-D:ChargedDeviceModel(CDM)ElectrostaticDischargeTest带电器件模式的静电放电测试。
AEC-Q100-012-Rev-:ShortCircuitReliabilityCharacterizationofSmartPowerDevicesfor12VSystems12V系统灵敏功率设备的短路可靠性描述。
举个例子,从下面这个英飞凌的HSD芯片手册里面我们就能看到,ESD测试依据了AEC-Q100-002和011,短路测试用到了012。
4.1.1温度范围
做过汽车电子设计的小伙伴们应该都了解,温度在汽车电子设计中非常关键,所以选芯片时,温度范围这个参数就非常关键。
AEC-Q100从REVG升级到H版后,删掉了Grade4,也就是不能用于车载应用的0度~+70度温度范围。
来看一个TI的芯片手册,这里面在最开始的部分就注明了通过了AEC-Q100认证,温度等级是Grade1。
4.1.2器件认证测试
AEC-Q100的测试项目非常多,一共分成了7个测试组群,我们大概了解一下就可以了。
测试群组A:环境压力加速测试,如室温、高温,湿度,温湿度循环等;
测试群组D:芯片晶圆可靠度测试,如电迁移,热载流子等;
测试群组F:瑕疵筛选监控测试,过程平均测试及良率分析;
测试群组G:封装凹陷整合测试,包括机械冲击、震动、跌落等测试。
我再放几个详细的测试要求大家感受一下AEC-Q100测试的严苛程度:
再看下具体的要求,比如Grade0温度循环是在-55度~+150度进行2000个循环,所有等级(Grade0~3)的高温工作要求都是1000个小时,也就是42天,大家感受一下,光温度箱的电费都不少钱。
总结一下AEC-Q100测试:
测试分成了7个测试组群;
循环类多数都是1000个循环;
耐久类多数都是1000小时;
共计45种各类试验项目;
4.1.3器件变更测试
上面说的测试是针对新器件的认证测试,如果器件发生了变更,那么就需要重新进行认证测试。
这部分内容AEC-Q100规定得特别详细,我重点给大家解读一下:
有变化就需要重新进行认证,不管是产品的变化还是制造流程的变化;
供应商的变更需要满足客户使用需求;
即使最微小的变更,也需要根据标准规定进行相应的认证测试;
如果测试失败,必须找到根本原因(rootcause),并在执行了相应的纠正和预防措施的情况下,器件才可以被认为具备了再次进行AEC-Q认证的条件。
总体来讲就是,不管因为什么,只要你变了,不管是产品,还是流程,任何潜在的有可能影响到产品物理特性、应用、功能、质量或可靠性的变更,都必须重新进行认证测试。
AEC-Q100中专门为器件变更的测试项目给出了指导原则:
上面是测试项目,此外AEC还给大家准备了一个极其复杂的多维表格Table3,规定了哪些变更需要做哪些测试,详细看过标准的小伙伴们一定会对这个Table3念念不忘的。
我们以最后一项,FABSiteTransfer来举例,看下如果芯片的晶圆工厂换了个地方,重新认证要做哪些测试:
4项选做测试,比如H就是针对密封性。
注意,此处针对的是是晶圆工厂换地方的情况。如果封装工厂换地方了,同样需要再次做认证测试,但是认证的项目会少一些。
4.1.3.1器件变更
因为车规级芯片的供货周期动辄10到15年,或者更长,Tier2要保证持续的供货,这期间免不了产生变更,这个做过具体产品设计的小伙伴们应该很清楚,我们举个例子大家感受一下。
我先解释几个业内的专业名词,大家记住了,后面要考的。
PCN:Product/ProcessChangeNotification,产品/工艺变更通知
PCR:Product/ProcessChangeRequest,产品/工艺变更请求
SCR:SupplierChangeRequest,供应商变更请求
下面是英飞凌的一颗器件的PCN,可以看到他同时变了三个地方,包括封装工厂换地方,执行无卤和邦线金转铜,这样英飞凌也可以一次到位,免得进行三次认证测试,毕竟大家都想省钱省事嘛。
4.1.3.2器件变更流程
笔者经验大概画了一个变更流程图,不一定非常准确,小伙伴们凑合着看下。业内的估计都很熟悉了,不熟悉的大概明白其中的意思就可以了。基于这个然后再讨论其影响,大家比较容易理解。
1.芯片供应商Tier2提出PCR(这个不一定,可能Tier1收到时就是PCN了,具体看情况);
2.Tier2重新进行AECQ认证测试,变更器件型号,给Tier1发PCN;
4.Tier1开始走变更流程,评估此变更带来的影响,从项目、技术、流程、采购、到最后给OEM的交付等层面,这个我们掰开了讲,信息比较多:
(1)项目层面:因为对大的Tier1来讲,器件都是多项目共用的,一个器件变更就会涉及到非常多的项目和产品,这时负责此类器件的team就会发布一个变更通知,让全球各个用到这个器件的team把产品信息汇总过来,然后再评估,最后给出结果,无非就是变和不变。①不变,那就通知Tier2这个变更影响太大,不能变。不过这个一般不太好弄,胳膊拧不过大腿,Tier2不会专门给你维持一个型号,除非你们关系很好,量很大,或者这个型号是给你定制的。②变,那就得先评估技术风险,这时候一般分3种情况。一是无影响,直接变,当然这种情况很少;二是有较小的影响,做几个试验验证一下就可以了;三是影响很大,比如MCU或某个关键器件的变更,不仅影响硬件,还影响软件和工具链,那就麻烦大了。最好的情况是只有一个产品用到了这个器件,这家OEM的车型也马上停产了,量也不大,Tier1就直接Lasttimebuy完事。当然一般没有这么简单。
(2)技术层面:也可以分三种情况,我们先讲简单的。①不需要验证,这种一般是global其他类似产品已经验证了,产品也切换过了,比如有个项目直接就用了新的型号,已经量产了,你的应用和人家一样,那就可以直接切换了,当然前提是OEM也同意,毕竟免去试验是给你省钱的。②简单验证即可,不需车辆层级的验证;③需要仅次于DV级别的验证,并且需要OEM配合进行车辆层级的验证,这里面也分两种,一种就是验证下功能就行了,另一种是还需要性能验证,比如需要车辆跑个几万公里的路试,那就比较麻烦了。
(3)流程层面:技术走变更流程,①利用Tier1给的免费样品,让工厂做一些新型号产品,供测试部门及OEM测试之用;②变更文档,包括BOM、原理图纸、装配图纸、软件等;③测试部门进行新产品测试,测试通过后出具测试报告;④走变更流程,系统上传所有文档;⑤变更通过后,PM协调工厂及OEM切换产品型号供货。
4.1.3.3器件变更举例
我给大家看几个真实的变更文件,大家感受一下,有个直观的印象。
然后到Tier1这边,需要变更的文件其实有一大堆,我就放个BOM大家感受一下。从下面这个变更记录能看出来,这个产品12年量产,量产前应该就变了一次了,所以量产版本已经是B了,然后当年又变了一次,升版到C,第二年变了两次,直接升到E,第三年接着变更。
然后,OEM这边会收到Tier1发来的PCR,说明变更涉及到的产品,变更的原因,因变更做了哪些试验。OEM转换成己方的SCR,批准后就变成PCN就可以执行下去了。
4.1.3.4器件变更的影响
那么变更会有什么影响呢,上面已经讲得很清楚了,总结起来就是:废人、费时、费事、费钱。
你说在Tier1和OEM的小伙们整天都在忙什么呢?你以为他们是整天在搞技术,搞设计吗?不是,大家都在忙于项目维护、产品变更、文档变更、图纸变更、沟通协调。汽车行业呆久了,大家对变更就习以为常了。
上面讲的英飞凌的那个PCN,一起凑了3个变更。其实那只是一个器件,实际上英飞凌同时变更了一批器件,这样可以文档一起变、试验一起做、英飞凌的工程师也省事了。换做Tier1也一样,手头一堆的项目,我见过一个人同时手上有近10个量产项目,还同时负责着一个研发项目,手头的PCN一大堆。对应到一个具体的产品,我见到同时变更十几个器件的。所以Tier1工程师收到了PCN一般是不着急的,先攒着,攒到差不多了,手头所有项目一起变更了,文档一起做,试验一起做,不光省事,还不容易出错。
与OEM相对应的是大同小异,寻找测试车相当麻烦,既要寻找新车又要涉及多种型号的配置。一般那个时候很难一次找完,因为不能一起下线啊,要等到生产计划制定好后,车子凑过去告诉Tier1来检测。所以也是最好有几家Tier1一起变更几个零部件,他们就一起测了,省事。
事实上,对无论是Tier1或是OEM来说,这一改动都十分繁琐、费力,尤其对实车测试、协调找车来说,更是十分繁琐。再加上环境比较恶劣,由于考试通常是在户外进行的,一到夏天车上就可以热得要死,到了冬天冻得手指头也掐不掉电线了,得有多么凄惨。想要感受夏日吐鲁番激情沙漠、冬日黑河浪漫冰雪的朋友,都可以进坑汽车行业。
当然,元器件通常是共享的,没有什么问题,OEM那边的零部件通常是许多车型共享的,其中就包括电子零部件。但是仍有某一种型号专门针对某一种零部件,则要根据该型号市场存量,OEM想方设法确保售后市场。因此从这个角度看,小朋友在买车的时候,绝对不能买到不依赖谱车厂或者存量极少的汽车,这是合理的,不然几年后等到你修汽车的时候可能会哭闹不止,要么没有配件,要么配件太贵没有必要修理。
4.2AEC-Q101标准
Q101除主标准外,还有6个标准,从001到006,分别如下:
AEC-Q101-001Rev-A:HBMESD,人体模型静电测试。
AEC-Q101-002Rev-A:MMESD,机械模式静电测试,和Q100一样,已废止。
AEC-Q101-003Rev-A:邦线切应力测试。
AEC-Q101-004Rev-:多种测试。
AEC-Q101-005Rev-:带电器件模式的静电测试。
AEC-Q101-006Rev-:12V系统灵敏功率设备的短路可靠性描述。
6个文档中,1个已经是废止状态,006适用于我们之前电气架构里面讲过的一些不在Q100范围内的HSD或LSD智能器件。
4.2.1标准范围
集成电路大家听得比较多,也容易理解,但是分立半导体器件估计非业内人士都是第一次听到,我就大概解释下哪些算是分立半导体器件。先放张标准原图,大家感受一下:
4.2.2温度范围
关于温度范围这块儿,比起Q100针对芯片区分了4档温度范围、最高才150度,Q101标准简单粗暴,规定最低温度范围就是-40度~+125度,你可以高,但不能低。
不过没关系,分立半导体就这点好,很耐高温,一般器件手册都是给到了-55度~+175度,比Q101给的范围宽得多。
4.2.3测试项目及变更
与Q100、Q101相比,Q200并没有专门的测试组群、流程图,只包含测试项目,因为有很多分类,所以在此不做详细介绍,各位有兴趣的朋友可以自行查看标准。
在更改方面,与Q100,Q101相同,AEC-Q200特别针对器件更改测试项提供指导原则并按照器件类别进行测试,变更指导也有不同的表,多数表较为简单,毕竟被动器件自身相对简单。
变更的效果这块内容Q100那章讲得非常细致,这里就不多说了。
变更的影响这一块儿在Q100那一章讲的很详细了,在此不再赘述。
4.3AEC-Q200标准
Q200标准是用于被动器件的,标准全称:StressTestQualificationForPassiveComponents,被动器件应力测试认证,这个名字比Q100和101短多了。现在的RevD版本是2010年的,距今已经十几年了。
Q200除主标准外,还有7个标准,从001到007,分别如下:
AEC-Q200-001Rev-B:阻燃性能测试
AEC-Q200-002Rev-B:HBMESD,人体模型静电测试
AEC-Q200-003Rev-B:断裂强度测试
AEC-Q200-004Rev-A:可恢复保险丝测试。
AEC-Q200-006Rev-A:端子应力(SMD贴片元件)/切应力测试。
AEC-Q200-007Rev-A:浪涌电压测试。
4.3.1标准范围
非业内人士,估计第一次听到被动器件这个词,我就大概解释下,哪些算是被动器件。先放张标准原图,大家感受一下:
4.3.2温度范围
关于温度范围这块儿,因为Q200中包含了电容等对温度很敏感的器件,区分了5档温度范围,最高到150度。你过了哪一档,可以向下覆盖,比如你过了Grade1,你可以声称满足Grade2,但是不能向上。
不同温度等级的电容,材质和工艺都是不同的,价格当然也不一样,应用也不一样,所以按温度进行分级是必要的。这个从标准里也能看出来,Grade0是哪儿都能用,Grade1可以用于发动机舱多数应用,Grade2和3用于乘客舱,而4级就不能用于车载应用了。
4.3.3测试项目及变更
AEC-Q200的测试项目也不少,按种类分为36种。因为不同种类的器件特性、制程及应用等差异较大,Q200就按照种类分别列了测试项目及测试要求,包括变更要求,当然有些变更要求是单独的,有些是一大类共用的。我做了个表格,小伙伴们大概看一下,有个概念:
AEC-Q200测试项目(整理:左成钢)
5“车规级”意味着什么
为什么需要“车规级”?“车规级”到底意味着什么?
5.1“车规级”标准的初衷
这我们从AEC历史的那个环节讲起,AEC成立的最初目的是要解决电子零件资格认证的问题,若能制定一个通用认证规范的话,各电子元器件公司可采用通用资格认证代替原各公司采用的不同资格认证方法,于是AEC认证测试标准应运而生。
通用资格证书促进汽车用电子器件通用化,例如,如果一种器件有资格获得符合资格证书的证书,那么这种器件就有资格获得所有3家企业(克莱斯勒,德尔科电子和福特)的资格证书。
放在汽车行业中,人们对16949与AEC的认可,AEC标准大大推动了汽车电子器件资格通用化建设,减少零部件公司与OEM对器件的选择、使用和变更成本,大大提高电子零部件和车辆可靠性,增强电子器件通用化程度,功在当前,利在未来。而且随着车辆技术和新需求的不断发展,还会有更多电子器件/组件被添加到AEC覆盖范围内,继而带动整个汽车行业。
5.2业内人士看“车规级”标准
这里顺便讲一件事情:笔者就见过一个给非道路车辆做控制模块的公司,楼道里一排排的老化台架,几百个产品装在上面,密密麻麻,蔚为壮观,但是看上去又不像传统的DV试验台架。笔者百思不得其解,向人家请教,答曰这是出货前的老化环节,这就打破了笔者十几年的技术经验认知。后来聊下来才知道,设计人员都是来自于消费领域和工业领域的,人家压根不知道有“车规级”器件这回事,连AEC—Q是啥都没听说过!
他们的产品出货量也不大,一年几千套,但是卖得不便宜,就是动不动就坏了,后来他们发现出货前进行48小时老化筛选后,可靠性就好多了,尤其是0公里故障。
“车规级”对业内人士来讲,几乎像水之于鱼,空气之于人,是一种默认,是一种习惯,也是一种深植于意识中的基本认知。就像你从来没有见过Bosch或Conti宣传说他们的产品用的器件是符合“车规级”认证的,似乎说了才不正常,因为这是最基本的,所以业内人士大家平时都不谈这个。前面我们也讲了,在大厂的小伙伴们,甚至根本没有机会接触到“非车规级”的器件。
所以笔者在初次看到商用车领域有零部件公司宣传自己的产品,把进口车规级器件作为卖点时,还是很诧异的。这就像一个买家电的和你说他的产品有3C一样,搞得好像别人都没有似的。后来笔者发现,商用车领域还真是这样,并不是大家都用了“车规级”器件,所以你用了,那就是一个卖点,就值得去大力宣传。哎,是我孤陋寡闻了。
类似于在文明社会呆久了,你就会对良好的社会秩序变得无感,就会觉着“欠债还钱”天经地义,杀人放火肯定不能干一样。让一个搞汽车电子的人去设计一个产品,他“想都不用想”就会全部使用车规级器件,你要是让他用非车规的“凑合”一下,这对他来讲就和“杀人放火”没啥区别,他宁愿改设计也不敢用非车规的器件,这是根植在认知里的安全底线。
5.3愈加复杂和严苛的汽车电子
零部件工作温度范围对比
前面关于“车规级”我们讲了比较多了,大家也都了解了一些,真实的“车规级”当然远不止温度范围这一点,虽然温度范围也是汽车电子设计中非常重要的一个考虑因素。
技术发展到现在,设计一辆汽车成为了一件极其复杂的事情。ECU可能多达100个,代码超过1亿行,同时随着自动驾驶技术的发展,车辆会变得越来越复杂,汽车行业已经超过计算机和通信,成为电子系统及芯片用量增长最快的领域。
对汽车电子零部件来讲,其实核心的关键因素只有以下两点:
可靠性(Reliability):部件必须能够承受日常使用的严酷和极端的温度、湿度、机械振动、冲击及车辆的复杂电气和电磁环境。
5.4汽车电子与消费类对比
IATF16949、AEC-Q及ISO16750中的很多测试标准及流程体系都是汽车行业所独有的,包括前面我们讲过的变更流程及重新认证流程。现在我们从其他几个维度来对比一下汽车电器产品和消费类产品的差异。
如果我们再从更广的维度对比一下,会更有助于理解汽车级标准的严苛:
这张图从器件的生产、流程的控制、供应链(Fab和Assembly)到认证标准维度对比了消费级、工业级和汽车级的差异,经过前面对标准和流程的分析,大家再结合一下这张图就更能理解“车规级”标准的严苛。
另外我还找到了其他几张对比图,大家可以了解一下。
我挑几个车规级独有的重点讲一下:
Assembly级别的多轮100%光学检查;
AEC-Q认证、PPAP等流程。
所以说,车规级标准的严苛是全方位、多维度的,只有如此才能保证由数百个ECU,数万个电子元器件组成的车辆最终的长生命周期使用及在此期间的高可靠性。最后一张来自MPS的图镇楼,不用解释。
5.5AEC—Q能解决器件的可靠性问题吗?
我们先来讲一下大名鼎鼎的浴盆曲线,搞质量的对这个肯定都非常熟悉了。按老规矩,我们先上图。
浴盆曲线通常作为一个可视化的模型,来说明产品故障率的三个关键时期。当然了,这只是个模型,你没有足够多的故障数据,就无法获得足够的短期和长期经过校准的信息,进而进行准确的建模,但是我们可以使用浴盆曲线来做一些可靠性的模型估算。
5.6半导体产品的寿命
半导体产品的寿命有三个主要阶段:
婴儿期(Earlylife):此阶段的特点是初始故障率较高,后期将迅速降低。就像小孩子3岁前容易生病一样,过了3岁就结实多了。
我们先看看早期寿命失效率。
5.6.1早期寿命失效率问题
前面我们专注于讲解标准的主文件(Basedocument),子文件较多,也较专业和枯燥,就没有讲。我们现在来看一下AEC-Q100-008ELFR讲了哪些东西。按规矩,我们直接上标准原文:
ELFR的适用范围是:所有的IC认证。一般情况下,大多数的芯片都有通用数据可以支撑ELFR要求的测试方法,只有那些全新的器件(新技术或新设计)因缺乏通用数据支撑,才需要AEC-Q100-008ELFR来进行认证测试。
先来看测试方法:
ELFR测试方法实际上就是高温老化测试,按温度等级进行划分测试,但是对器件的数量要求非常大,3个批次,每批800个,共计2400个样品。测试通过后通用数据(Genericdata)就有了,下次就可以用来简化测试,这就构成了一个闭环了。
关于浴盆曲线的早期失效问题,weibull.com也给出了很好的分析(不了解Weibull威布尔分析的小伙伴们自行搜索一下),我们可以参考一下:尽管老化测试通常不是减少早期失效的实用经济方法,但它已被证明对最先进的半导体是有效的,当然了,它并无法消除导致缺陷的根本原因(Rootcause)。只有在设计和早期生产阶段找出故障,然后分析导致缺陷的根因,并通过重新设计及采取纠正措施,消除缺陷。
再来看AEC-Q100标准的接受原则,是不是感觉和weibull.com给的分析如出一辙,殊途同归?
如试验中出现故障,则试验不合格,必须向使用者通报,同时将将要实施的改正及预防措施予以通报。在客户批准,且纠正和预防措施被正确实施的情况下,器件才可以被认为具备了再次进行AEC-Q认证的资格。你感受到标准要求的苛刻吗?
好吧,咱们来小结:
通用数据和AEC-Q认证测试能较好地解决现有装置早期失效率的问题;
为了解决装置早期失效率,新装置需特别做ELFR测试。
总之:如果您通过AEC-Q认证测试的话,早期寿命失效是没有问题的!道理其实非常简单,例如现有的装置,本人一直是这样使用的,从没有出现过早期失效的问题,那之后就不存在了,新装置走ELFR检测。
以上提到ELFR在Q100中,其实在Q101-Q200中也有genericdata,在此就不多说了,想要知道的朋友可以参考标准原文。
最后放一张英飞凌的图镇楼。
从英飞凌的“零缺陷理念”这张图我们可以看出来,AEC标准将浴盆曲线里的早期失效率那个曲线给拉直了,也就是说消除了早期失效。
刚好这里提到了“零缺陷”,其实零缺陷这部分内容在“AEC-Q004汽车零缺陷指导原则”里面有明确规定,后面我们会详细讲一下。
5.6.2正常生命期失效率问题
好了,解决中后期失效问题的关键来了,那就是:寿命测试、现场数据和寿命数据分析,数据怎么来呢?这个就是ACE标准里的genericdata(通用数据)。为了讲清楚这个问题,我们来看下ACE-Q100里面对通用数据的描述,这有助于我们理解这个问题。
看不明白的小伙伴们没关系,我来解读一下。这张图实际上就是一个器件的大数据,涵盖了器件从设计、认证、量产、应用、变更到重新认证的整个生命周期维度,数据包含了:认证数据+变更认证数据+可靠性监控数据,共同组成了“通用数据”。
所以说,可用的通用数据就是一个器件的可靠性证明,涵盖了浴盆曲线的早期和中期阶段,可以支撑及证明器件在生命周期内(从生产到劣化周期)的可靠性及失效率。
5.7AEC-Q004汽车零缺陷指导原则
前面讨论了AEC-Q认证是怎么保障器件寿命问题的,但这实际上并不能将器件生命周期内的失效率降为零。为此,AEC又专门制定了AEC-Q004标准,AEC-Q004Rev-(InitialRelease):AutomotiveZeroDefectsFramework汽车零缺陷指导原则。这个指导原则,或者说是框架(Framework)发布得比较晚,2020年发布的初版,算是指导原则里面最新的一个文档。它涵盖了目前所有的器件范围,从Q100到Q104,包括Q200的被动器件。
我们先来看下AEC-Q004的汽车零缺陷指导原则。
指导原则涵盖了从流程设计、产品设计、制造、测试、晶圆级工艺监控(WaferLevelProcessMonitoring)、质量改进等维度,全方位的去降低缺陷,以达到零缺陷的目标。
那么,零缺陷的价值体现在哪里呢?我们再来看一张英飞凌的图:
器件的早期寿命失效主要是由缺陷defects导致的,并伴随着随机失效——稳态阶段也就是正常生命周期阶段,主要是随机失效。而“AEC-Q004汽车零缺陷指导原则”就刚好可以补充这一部分的缺失,进一步降低器件在生命周期内的失效率,从而提高器件的整体可靠性。
零缺陷并不是说缺陷数就真的等于0,这从数学上来讲是根本不可能做到的。业内来衡量器件失效率的单位是DPPM(DefectivePartsPerMillion),每百万件缺陷器件数,也称为每百万发货量次品数。也就是说低于1DPPM也就接近零缺陷了,目前英飞凌给的数值就是小于1ppm的,相当于一年365天3153万6000秒,最后3秒交付的器件有缺陷,这已经达到了千万分之一,0.1ppm的水平。
本章总结一下,AEC-Q并不能完全解决器件的可靠性问题,但在尽可能地指导汽车器件做到零缺陷,进而提高器件的可靠性。
6器件生命周期与国产认证
“车规级”器件的长生命周期我们前面也反复提到过,但是没有深入地讲。本质上来讲,器件的长生命周期是为了支持产品的长生命周期,比如手机你用个两三年就换了,器件的寿命就没必要很长;器件要做到长寿命,直接表现就是器件更贵了。但其中涉及到的点确远不止这些,接下来我们掰开来讲。
6.1“车规级”器件的生命周期
我们拿具体的器件来举个例子:
6.2“车规级”器件的停产
其实不管生命周期多长,最终可能还是要停产。下面我们拿Ti的产品寿命政策举个例子:
政策写得很明白,我不再赘述。以笔者的经验,某一个型号的“车规级”器件用个十几年的非常多,这在消费领域可能匪夷所思,但是在汽车电子行业则很常见。比如你去看一个十几年前的原理图或BOM,你会发现大部分器件你都认识,而且现在你还在持续地使用,有些器件比新入行的小伙伴年纪都大,这都很正常。
总结起来就是,“车规级”器件轻易不会停产,只要大家都在用,有需求,就会一直生产下去。所以对新入行的小伙伴们来讲,如果哪天看到供应商发过来一个邮件说你用的一颗芯片A要EOL(Endoflife停产)了,先别慌——一般情况下都是这个型号A要停产,可能是改工艺了,也可能是换产地了,新型号改成了A1,老型号A的lasttimebuy他会告诉你,你赶紧用A1替换掉进行验证,后面换成A1接着用就行了,这就是我们前面讲过的器件变更导致的产品变更。
这是器件要实现“长寿命”带来的必然问题——就像古人不得癌症一样,因为他根本活不到得癌症的那一天。消费级器件就是这个道理,我一个手机最多就卖2年,你跟我说要换芯片,我变更还没走完,手机都停产了。
为了维持器件的长寿命,NXP提了三点——
NXP会变更器件产地,但是会重新认证;
NXP会建议客户整合器件型号;
NXP会持续完善(变更)器件;
6.3“车规级”器件的选型
关于器件选型,我们前面已经讲了点基础的选型知识,这里我着重讲一下器件状态。前面说过“车规级”器件都是寿命很长的,起步10年,但也并不是随便选的,如果你稍不注意,选了个不推荐或快停产的型号,产品刚量产就收到了采购转给你的供应商的EOL邮件,那你就偷着哭吧。这种事情,不仅是汽车行业新手,老手有时候也会掉坑里,那就是大意了。
Ti将器件状态分为了以下几类:
1.预发布(Preview):快量产了,可以提供样品;
2.正在供货(Active):已量产,可以用;
4.最后期限采购(lasttimebuy):已停产,在用的就抓紧买点备着库存,赶紧变更;
5.已停产(Obsolete):这种器件官网按分类可能就找不到了,只能通过搜索找到。有些家写的是discontinued或EOL,意思一样。
Ti的分类还算比较多的,英飞凌就只分三种,推荐、新设计禁用、停产。所以不管是大厂,还是小厂,建议小伙伴们选型前一定要上官网看看这个器件的状态,有条件和原厂搭上话的,最好把选好的型号发给原厂销售或FAE帮你看看,别掉坑里了。这里敲黑板了,小伙伴们选型时,看清楚了Active,你选了不吃亏,你选了不上当。
6.4长生命周期的成本
讲了这么多,小伙伴们发现没有,器件要做到长寿命去支撑车辆的长生命周期,其中涉及的点其实是很多的,很多的点前面我们也大概也都提到过,总结起来有以下几点:
1.器件本身质量的高可靠性是器件长使用寿命的基础;
2.器件长达15年以上的供货周期中,器件批次间品质的一致性,是实现器件长生命周期的保证;
3.器件生命长周期内必然涉及到变更及重新认证;
4.器件变更带来的零部件变更及测试验证;
5.零部件变更可能带来的实车测试及验证;
6.IATF16949、AEC-Q、PPAP等标准及流程体系对产品设计及制造的支撑;
以上6点共同构成了汽车电子产业链对整车长生命周期可靠性要求的支撑,但落实到具体的工程师身上,那就是无穷无尽的文档、变更、测试和沟通。我曾见过一个产品的变更历史记录,excel文件打开来密密麻麻几百行,上百次变更,每次变更都涉及到几十个文档,你感受一下。不过人家那个文档做的是真好,记录得真详尽,这个你不得不敬佩。
6.5“车规级”器件的价格
我汇总了个表格,对比起来更直接:
当然,器件供应商的不同、器件类型的不同,其价格也有很大的差别,根据我的体会,“车规级”电子器件的价格,通常比非车规的高30%左右。
支持许多供应商网站上的价格查询如Ti,Onsemi,NXP,Infineon,ST和其他“车规级”设备巨头,多数器件官网上均可查看参考价格,与Digikey,Mouser等公司上的价格相比更具参考价值,可根据这些参考价格对新产品设计中器件选型进行BOM成本估算。
当然,器件最终的采购成本与采购量有直接关系,批发与零售价格当然不同嘛。根据我的体会,和前面说电气架构中提到的莱特定律来看,器件价格量产后可基本下降到样品阶段60%以上,当然具体看数量,下降到40%以下就有。
6.6“车规级”器件产业链
前章说到价格,说到几家“车规级”器件巨头,大家借机大致说说这一市场吧,非行业的朋友可能都有一个概念。
让我们先来看看半导体领域,这应该是每个人都最为关心的问题。我们首先扩大眼界,站在半导体产业链整体的角度来看问题:
从整个半导体产业链来看,车载应用的半导体占比还是很低的,和消费级、工业级一个水平,远低于计算机及通信领域。但我们应该用面向未来的眼光看待这一问题。前文我们看到,伴随着自动驾驶技术和车辆电气化进程的不断推进,半导体器件整车价值比重迅速上升,汽车行业已超越计算机、通信等技术成为电子系统中发展最为迅速的行业。因此,在汽车电子领域中,未来的前景是无限广阔的。伙伴们快来吧!
现在又来看一下汽车半导体市场,从市场份额开始:
笔者发现一个2020年度市场份额排名,并无具体值,我们不妨看看,除了Infineon一跃成为第一之外,其他后文基本上都未动心,市场格局非常平稳。
半导体涵盖AEC-Q100,101至104这一范围,除了半导体之外,这也是Q200被动器件。有关被动器件市场份额方面的信息甚少,本人找了张2017年图,我们凑合看看,有一个概念就可以了。
从图片上大致可以看出汽车市场的份额约为16%,与通信相比还差很多,但是与计算机比起来已是差不多,已超过ConsumerAV,通过与以下图中2002年市场份额的比较可以看出车载市场的发展仍然很快。
6.7国产器件“车规级”认证的“天路”
以上我们对“车规级”设备市场份额进行了分析,在汽车半导体领域,有10家企业,第1,2,5,6名来自欧洲,第三、10名来自日本,其余均来自美国。由此可以看出车载半导体差不多都是欧美日分的。
由于近两年叠加贸易战和疫情,汽车行业“缺芯”现象并没有得到缓解,这主要和车载半导体整个产业比重仍然过低有关。2018年车载半导体占比12%,而计算机和通信占比超过60%。让我们以MCU为例,台积电已经承包了世界70%MCU产量,但是台积电本身财报显示汽车芯片只占台积电销售额5%,不是战略核心的位置,苹果一家的比例是25%以上的,你们觉得这个还有什么好玩的呢?汽车芯片的占比明显导致车企排产或抢单的疲软。
其实说了那么多,最核心的是要讲一点,汽车芯片的总体比例虽然目前比较低,但增速很快啊,仅2021年的增速就在30%以上。尽管现在***供应商尚未崛起,但我们的市场很大呀,中国现在仍然是世界上最大的单一半导体市场。总结起来就是高增长,大市场,这个意味着什么呢,这个是方向呀,孩子们。
这里借《功勋》中《孙家栋的天路》中的话说:艰难的道路常常可以将我们带到更远的方向。国产器件要做到“车规级”,摆在我们面前的,也是一条“天路”,虽然门槛很高,很难走下去,但我们必须坚定不移地走下去。
6.8国产“车规级”器件的机会
目前我国“车规级”元器件的类型和数量还比较少,一些宣称是所谓“车规级”器件其实根本就没经过AEC-Q认证,但温度范围却满足车载应用的要求。有的按零部件标准制作,如制作CSPR25、ISO16750等,自称“车规级”。
但是与此同时,我们可以发现,国内已有越来越多的器件供应商开始真正意义上地实施器件AEC-Q认证和自建试验室。
车载半导体器件,目前国内还存在较大差距,现在开始向“车规级”发展较多的有MCU芯片和电源芯片以及自动驾驶“车规级”芯片。在功率器件中,IGBT在国内有很多,“车规级”MOSFET几乎没有,在分立半导体中应该说国内也几乎没有,而这些车载半导体器件现在也完全由欧美大厂独领风骚。
此外根据数据显示,中国芯片自给率目前为30%,“车规级”国产化率还不到5%。与消费电子类芯片相比,汽车芯片产品是相对独立且封闭的,这在之前我们所分析过的“车规级”设备产业链上也是可以证明的。
7.1AEC-Q认证基础知识
要谈AEC-Q认证,我们就得先回到标准,看一下标准关于这方面是怎么讲的,这一点前面我们并没有提到。
AEC-Q100标准中明确规定了6点:
1.完成所有AEC-Q100标准文档要求的测试及数据存档后,方可声称器件是“AEC-Q100Qualified”;
2.注意:AEC是不会给你发一个“AEC-Q100Qualified”证书的(Nocertification);
3.注意:AEC也没有运行任何认证机构(certificationboard)来认证器件;
4.各供应商按照AEC标准自行进行认证,并需兼顾客户的需求;
5.认证完成后向顾客提交数据,顾客验证是否按照AEC标准进行;
6.审批(Approval)就是顾客审批某个器件在自己产品上的应用,这超出了标准。
顺带提一句,其实不光是Q100,其他几个标准文件中也特别注明了以上信息,估计是问得人比较多吧,AEC就干脆都写进去了,省得大家搞不清楚。
7.2国内可以做AEC-Q认证吗?
那下一个问题是国内能不能搞AEC-Q认证?在之前我们分析标准的基础上,以某芯片为例,从测试项目和变更流程中可以看出某设备的车规认证情况,其中涉及设计,晶圆(WaferFab)等内容、封装(Assembly)三个方面芯片供应商通常不会涉及晶圆,有些芯片供应商甚至连封测也没有,专门从事设计工作,其余芯片供应商则外包给专业晶圆厂及封测厂。
因此在此情况下器件进行AEC-Q认证需三方共同协作。
7.3AEC-Q认证的门槛
7.3.1长期供货问题
前面谈到了器件的生命周期问题,车载器件一般要有10-15年的稳定供货周期。作为Tier1,我先咨询一下在座的国产半导体的Tier2。贵公司需要15年的供货周期吗?既然没掌握,那我有权衡,为什么用你的装备?
人们常说:做一件事情不难,难的是做一辈子的事情。道理其实一样。单台设备达到AEC-Q认证测试不难,难就难在有无数台设备在不停地变化与重新认证,并且保证长周期供货的品质稳定性。
怎么办呢?要打持久战,要长期坚持做一件事情,这时候我们就需要理念和文化来支撑了。
7.3.2质量理念的坚守
过一次认证简单,难的是对产品的持续改进、持续认证,最终需要企业建立起一种质量理念及文化,并为之坚守。
且不说我们需要拯救地球,改变世界,我们只需要客户在提到我们公司名字时,就能想到我们一直在为客户提供高质量、零缺陷的、超越客户预期产品,这就够了。这是一种深度的信任,这背后是需要企业的质量理念及文化来支撑的。质量理念要达到的目标并不仅仅是符合标准,而是持续改进,超越标准、超越客户预期。这个在之前讲零缺陷时提到过,英飞凌的理念也是如此。
拥有牢固的质量理念也要求供应链中核心供应商提供支持,对过程进行把控,解决问题,不断进行Know-how累积和不断改进,其间涉及对IATF16949,PPAP和其他汽车行业标准和流程体系支持;
7.3.3可靠性知识的积累
罗马并非是一天建成的,国内半导体供应商们在通向“车规级”应用这条“天路”方面,需要补课,需要积累许多经验,饭要一口口吃,经验要一点点积累,来不得半点投机取巧。
具体怎么做呢?我们还是摸着老牌巨头过河。我们参考下NXP的可靠性知识框架(ReliabilityKnowledgeFramework)。
产品可靠性能力框架构建的前提是先把所有的标准搞懂,也就是关于标准的知识要足够的(标准包括:JEDEC,AEC-Q,J1879,ZVEI等),这就是NXP的KBQ方法论;
用往死里搞(test-to-failureconcept)的理念,超越标准,超越需求等级;
评估-验证-改进,持续迭代。
7.3.4认证测试的简化
前面讲了质量理念和经验积累,其实随之而来的,还有大量可用于AEC-Q认证的通用数据的积累。关于通用数据(Genericdata),我们前面讲的也比较多了,包括使用通用数据来简化新器件的测试。但有一点我们没讲,那就是通用数据用来简化器件家族认证的作用。我们看下标准是怎么规定的,我们还是以AEC-Q100为例:
标准我总结一下:
通用数据可以用来加速及简化测试流程;
通用数据可以用来相互认证;
一个器件家族中,如果一个器件通过了测试认证,那么这个家族也可以被认为通过了AEC-Q100认证;
标准详细规定了家族的定义,比如具有同样的功能,共享同样的制程、材料等。
这有什么意义呢?意义非常重大。随着一个企业器件的增多,通用数据就会越来越多,新器件及家族器件的认证就会越来越简单,也来越快,单品的认证成本也会越来越低,器件的可靠性也会越来越高,这就形成了一个正向循环。
总结一下:
AEC-Q认证本身并不难,门槛没有想象的那么高;
一次认证容易,持续认证很难;
关键是要建立一种质量理念,并为之坚守;
积累知识,搭建可靠性能力框架,持续迭代;
难走的路,越往后会越好走,认证会越来越简单;
最后放一张NXP32位MCU的AEC-Q报告镇楼,没见过的小伙伴们看一下,有个概念。
7.4AEC-Q认证的周期及费用
AEC-Q100部分测试项目(整理:左成钢)
关于测试费用,测试项目不同,相应的费用也就不同,并且和测试是否顺利也有很大关系。考试不顺利,一再发现问题、一再纠正重试,耗时、代价倍增。此外,成本还与测试主体有一定的关系,自己测量的价格一定很低,请第三方来做价格会比较高。
8采用“车规级”器件与零部件是否能通过测试没有必然关系
之前在谈可靠性时,我曾提到一家为非道路车辆提供控制模块的企业,由于发现产品可靠性存在问题,故障率0公里居高不下,就在出货前增加了48小时老化筛选,问题就解决了。为何高温老化筛选可以解决0公里故障率?有哪些原则?
那么半导器件体供应商采取了哪些措施来解决这个问题呢?我们来看下NXP的解决措施:NXP通过对每个器件进行测试及老化来筛选产品的早期失效,进而降低了早期失效率(全检,而非抽检。车载应用的产品都不存在抽检的问题,所有的不管是元器件还是产品,都是百分百全检,而且是多道全检)。
这句话说得很含蓄,我给大家解释一下,敲黑板了:“车规级”芯片是经过了半导体供应商的筛选的,而消费级和工业级则没有。
另外,Ti也在一个FAQ(常见问题)里面简要回答了一下车规级和非车规级器件测试的差异:非车规级器件仅有常温测试,少了高温测试,而且仅有应力后测试,没有应力前测试。意思就是,非车规级和车规级产品关键就是差了个前后高温测试。
高温是干什么用的?是为了提前发现器件缺陷用的。现在大家明白车规和非车规的差异了吧。而这仅仅是前期失效,整个器件生命周期的失效率(硬件随机失效),两者差异就更大了,这个前面讲过了,我们不再赘述。
再次联系之前大家都说过,AEC-Q认证如何确保器件不因为缺陷而出现早期失效,各位小伙伴有没有明白呢。在实际应用中,AEC-Q认证自身并不能保证设备的早期失效率,则设备需要通过AEC-Q,需要在车载应用中使用,需要长期批量供应,如何解决设备早期故障率?非常简单,半导体供应商再加上一个老化的筛选流程,不是吗。
如果Tier1不希望产品(零部件)发货来一个老化筛选流程的话,那么挑选经过“AEC-Q”验证的设备并不存在这一问题。当然,我们之前已经说过,“AEC-Q”认证实际上只是对设备的测试报告而已,而设备本身对于特定应用所提供的可靠性和供应的长周期保证则由特定半导体供应商来决定。因此,当我们选择设备时,看看是否有“AEC-Q”认证,这仅仅是个依据,也要注意设备的其他资料。比如:供应商是否专长于这一器件领域、这一器件是不是它的优势产品、这一产品与您的应用设计是否相符等等。
此外,尽管AEC-Q并非强制性认证制度,但是历经30年的发展已经成为车载电子元器件普遍认可的测试标准,已经成为衡量电子元器件在汽车上应用合适与否的指标。
这张图前面放过一次,这里再放出来一下。
好了,我们回到主题,是否需要选择“AEC-Q”认证的器件?我想各位心里已经有了自己的答案了。
8.1用“车规级”器件就能通过零部件试验吗?
答案是不一定。
我们从1.13中大致谈到汽车行业对电子零部件测试标准、电子零部件车载应用依据、拿不出产品测试报告等,DV(设计验证)过不了这一关,产品设计也不能结冰,不要考虑量产。DV测试报告需要交给OEM,具备条件OEM再来复测就可以了,想假也假不出来了。
根据上表,我们基本上可以把试验分为三类:
2.电气及气候负荷:ISO16750-2(电气)和4(气候);
我们一个个掰开了进行分析:
在Q100上GroupE有一个就是EMC的检测,过程更改检测需求也有EMC参与其中,更改部分检测我们暂时不去分析,着重看看Q100上需要检测的EMC为什么要检测,由于EMC检测范围广、检测项目多。
Q100中写得很清楚,EMC涉及一点,即RadiatedEmissions,即辐射干扰,又称辐射发射。是以电磁波形式向外辐射干扰能量,扰乱他人。试验要求为1批、只需1份试样。对于电子零部件而言,这是CSPR25标准中的一部分,但是对于电子零部件的设计而言,却不具有决定性。
8.2总结
最后我们总结一下:
如此总体看来,小伙伴们是否觉得“车规级”器件与零部件测试标准之间的联系还相当密切呢?是的,这样的感受才是正确的。
我们首先撇开准入门槛问题不谈,就汽车电子零部件的设计而言,“车规级”元器件的使用对于电子零部件能否通过汽车行业有关试验标准无疑大有裨益。但是与此同时,我们还应该意识到元器件自身作为电子设计的依据只是一个方面,产品设计以及客户试验要求对其也起着至关重要的作用,它是一项系统工程。并不是说你用了“车规级”器件,电子零部件就一定能通过测试,你用工业级器件,产品就一定不能通过测试。
总结一下:使用“车规级”装置和零部件能否通过试验并无必然联系,是不够的,也不是必要的。不过请注意,我想说的是“但是”,使用“车规级”设备能更好的帮助零部件产品测试合格,减少设计成本和测试成本(还可以使用非车规中的设备对零部件进行测试,若测试等级需求不高,则极有可能过关,然而搞车载应用时,整车生命周期中就会有很大几率会出现问题)。
最后,作者想强调指出:对电子零部件进行检测的目的不在于通过检测,而在于对我们设计的检验,因此DV叫做设计验证而非检测。零部件试验标准具有指导产品设计和应用的重要意义,就像“车规级”比AEC-Q更重要一样,其最终目的是确保车辆的长期可靠性。
9“AEC-Q”认证与ISO26262功能安全认证的关系
最后又谈到了“AEC-Q”认证和ISO26262功能安全认证,笔者发现许多人弄不明白,往往将二者混为一谈,或放在一起谈,实际上这样做是错误的。AEC与ISO26262简直是两回事,井水不犯河水,两者的侧重点是截然不同的。
“AEC-Q”认证我们已经讲得很详细了,认证的对象必须是实物,而且只针对集成芯片等电子元器件(不包括零部件)、分立半导体,被动器件,MEMS器件和MCM模块,认证通过器件供应商Tier2的认证测试。而且ISO26262标准的认证内容非常广泛,其客体既可包括实物如元器件又可包括零部件等;或者是虚拟的非实体,比如认证一个公司流程(包括研发及生产),认证一个软件等等。我可能是在画画,伙伴们首先看到的,是有一个概念。
9.1ISO26262基本概念
我们先来讲一下ISO26262功能安全标准的一些基本概念,然后再详细来讲其他的点,方便小伙伴们有个基本认知。按照惯例,我们直接回到标准原文:
针对标准的适用范围,我们提炼一下重点:
适用于道路车辆,挖掘机啥的非道路车辆就不能算;
然后我们再看下“安全”的定义,安全是相对于危害而言的,这一点估计有些小伙伴们还没搞明白:
伤害(harm)的定义是:对人身健康的物理损害(injury)或破坏(damage);
标准术语拗口得多,笔者简单概括,用人的话说:功能安全只关心人是否会受到伤害,只要是好人都无所谓。当然这里面不仅有伤害,规范中也有damage的成分,你自己去了解吧,我不会去翻译。
最后得出功能安全用什么。从字面上看,它必须先具备特定的职能,撇开职能讲安全就意味着耍流氓。它是根据某一特定功能而产生的,如汽车行驶时转向失效使方向盘不能旋转,这种现象是非常特定的,由于转向失效也包括方向盘不运行而自行旋转,所以要单独说。还有安全问题,例如您的汽车停下后车门会自动解锁开启,之后物品被盗,这个问题也算安全问题,但是不属于功能安全范畴,由于人员不受伤害,人员无事不算。如在行车途中车门突然自行开启、人员坠落,即功能安全,我们应分清。
接下来我们再来讲一下目前功能安全认证的两种类型。
9.2功能安全流程认证及产品认证
我们以SGS官网信息为例,大体可以看出来目前大家基本都在做这两类认证,并且以流程认证居多,具体原因我们随后再讲。
我们从流程认证开始。根据我的经验,对那些没有相应经验的企业来说,认证机构通常会建议首先进行流程认证,流程认证合格之后,团队与能力也会得到基本的发展,下一步才能来进行产品认证(如果需要的话)。
从以上证书中我们可以看出流程认证是指按照ISO26262标准对与安全有关的工程,您的功能安全管理能力可达ASILD级。各位看官也许会问,C级能不行吗?当然是有的,但认证机构建议您直接进行D。因为对流程认证而言,C与D的难度并没有什么区别,那么为什么不能直接到D上去?
再说产品认证吧,这是更复杂、更苛刻的。因此就算企业想进行产品认证,通常也是在进行流程认证的基础上进行的,过了之后再进行产品认证也比较轻松。当然,搞产品认证难与流程认证不在一个数量级上,所需人数也大得多。与此同时,由于产品认证与偏务虚过程认证相比较,那可都是切合实际的事,从产品的具体设计、器件FIT值的计算、FMEDA、FTA等等,对软件代码进行模型检查、测试覆盖度等等,那么就可以实打实地去完成任务了,具体认证周期在这里我们再说一下。咱们再看看下面的产品认证证书是什么样子的。
9.3认证周期、费用及有效期
流程认证比较简单,我们就不多讲了。产品认证很复杂,工作量很大,这个和几个方面的因素有关:
企业现有的技术水平;
产品本身的复杂度,比如大模块就肯定要比小模块难度大;
需要认证的ASIL等级,等级越高,设计越复杂,难度越大;
产品设计方案,比如你直接用更高ASIL等级的器件,难度就要低一些,当然BOM成本就要高一些;
需要认证的功能,越多就越难,周期就越长;
企业的人力投入,这个比较容易理解。
我们再来看下SGS给的参考,这个和笔者了解到的实际情况是差不多的。
产品认证难度大,特别是零部件级别产品认证,ASILC好,D难度大,要求企业投入资源多、周期长、成本大。
简单地说,企业规模越大、正规企业越多,认证就越容易通过,甚至流程认证与产品认证也能共同成为(没流程认证不能搞产品认证,好比要先拿到驾照才会开车一回事)。以华为为例,某产品于2020年2月份获得管理体系认证后,于同年11月份再次获得产品认证证书,请问您是否服不服。
对于具体认证费用问题,我可以简单地举例说明,每个人都感受到了,都有一个理念。例如流程认证,通常小于一百万,包括咨询费用以及认证费用等,如果有折扣,大概可以说60万。因为除了TUV和SGS这些众所周知的认证机构之外,现在国内还有更多的机构可以去做。
产品认证咱们就拿众所周知的VCU来说吧,这款产品硬件相对成熟、相对简单,撇开研发费用不说,纯粹因为认证而带来的成本约为300万人民币,具体还得看产品的设计和OEM,不可能泛泛而谈,其中的影响因素大家前面都有分析,这里就不做详细介绍。
同时提醒各位小伙伴,功能安全证书有有效期,无论流程还是产品。我们拿以下流程证书为例,就能看出有效期为三年,期满后可能要进行现场审核,续证审核还有成本,通常为数万元。
上面已经具体分析了流程认证及产品认证,下面我们来详细讲解一下产品认证范围。
9.4功能安全产品认证范围
关于功能安全可以认证的产品范围,实际上既可以是实体,比如电子元器件、电子零部件或开发工具,也可以是虚拟的非实体,比如软件操作系统OS,我们分开来讲。
9.4.1产品级功能安全认证
这种情况最为普遍,无论是OEM或是Tier1。通常所说的产品功能安全认证都是指对某一个电子零部件进行验证,与之对应的职能,也正是该电子零部件能够完成的职能之一。这我们就以上以具体的产品为例,这里不再重复。
此外,必须从OEM中获得产品功能安全等级需求。OEM是汽车功能安全等级界定的主导力量,它负责将与汽车功能安全有关的全部功能划分为功能安全等级,然后与Tier1们商议并将其分配给特定零部件功能使其对应Tier1得以实现。以转向柱锁功能为例,若完全由转向柱锁供应商承担ASILD的执行责任,则相对困难且代价高昂。OEM能够从整车设计的角度对功能安全等级进行分解、降级,使其他零部件能够承担起相应的功能安全等级并共同达到ASILD功能安全的目的,从而减少了单个零部件的设计难度和成本。
9.4.2其他产品的功能安全认证
除此之外,某些开发工具(比如代码测试工具HelixQAC),或者单纯的软件产品(如QNX操作系统)也可以单独进行产品认证,道理是一样的。我们来看一下他们的介绍及描述:
QNX操作系统就不用讲了,大家都很熟悉了,纯软件产品。证书里写的也是最高到D(safetygoalsuptoASILD),这个和我们前面讲的器件一样,软件在这里也是作为一个器件来进行认证的,最终的功能安全级别取决于具体的设计应用。
上面我们把产品功能安全认证适用的范围都讲完了,器件级别的认证没有深入讲,这个对我们理解“AEC-Q”认证与功能安全认证的区别有很大帮助,下面我们详细分析一下。
9.4.3器件类认证
对于器件级别,因芯片供应商并不了解器件的具体应用及功能,所以器件的ASIL级别是基于硬件、系统应用来讲的。芯片供应商并没有办法给出具体能达到的ASIL级别,而是给你一个芯片能达到的最高级别,最终产品的具体某个功能的ASIL级别就取决于Tier1的设计了。
器件级的功能安全认证下面我们会详细分析。
9.4.4器件级功能安全
空谈误国,按照惯例,我们还是拿实际应用来举例,大家看完至少对功能安全器件有个基本概念。我们以Ti对器件功能安全的分类来举例,这是目前笔者见到的分类最清晰,且解释最详细的。
我们先把上面这个表格分解为三部分:
开发流程:分为质量管理流程(即企业现有流程)和功能安全流程(依据ISO26262开展的管理流程,需要认证),这个做过功能安全的小伙伴们应该有体会,前者就是常规的流程,后者则要麻烦许多,耗时和工作量都不是一个数量级的;
文档:Fit值,FMD,FMEDA,FTA,功能安全手册;
证书:产品功能安全证书
1.FunctionalSafety-Capable:Ti可以提供功能安全设计所需的FIT值计算和FMD(失效模式分布)信息,帮助Tier1产品设计人员做安全分析。流程方面,器件不是根据功能安全标准要求的流程开发的,而是根据Ti通用质量管理流程。
2.FunctionalSafetyQuality-Managed:Ti提供一系列文档来帮助Tier1设计人员进行功能安全设计,降低产品认证的工作量及认证难度,提供的文档包括器件的功能安全FIT值计算,FMEDA及功能安全手册等。器件不是根据功能安全标准要求的流程开发的,而是根据Ti通用质量管理流程。
3.FunctionalSafety-Compliant:有证书,采用了功能安全开发流程,文档多了FTA(故障树分析),有功能安全证书。
我们来说明一下:
第一类产品:不是功能安全器件的产品。这类设备往往不集成与安全有关的功能,但在研制功能安全系统中却离不开这些设备的参与。Ti给出的FIT,FMD对安全分析有一定帮助。实际上这已经很好了,因为许多器件,如无源器件和分立半导体器件(由于Ti很少制造这类器件而没有涉及到),在设计时又离不开它们,使用的(比芯片数量多了很多,没有一个量级)又比较多,供应商一般也不提供FIT和FMD,需要自己查找数据。
第二类产品:属功能安全器件类产品范畴。这类设备一般都已经整合了内部监控和诊断等复杂功能,而TI则提供相当数量的支持文档供功能安全产品设计使用,能够显着减少产品认证工作量和认证难度。
单讲大道理还是太宽泛,大家可能还没有具体概念,按老规矩,我们还是上两个实际的产品手册,大家看了会有个实际的感受:
从上面的两个产品手册的描述我们可以看出来:
器件首先是AEC-Q认证的,这是车载应用的基础;
合规产品会注明:“FunctionalSafety-Compliant”,同时注明器件的系统级、硬件级ASIL等级、文档可支持的ASIL等级等信息;
功能安全类别产品会注明:“Functionalsafetyquality-managed”,同时注明器件的文档可支持的系统设计的ASIL等级;
好了,看到这里小伙伴们对功能安全认证应该已经有了一些基础的了解,接下最后我们从不同维度来总结一下“AEC-Q”认证与功能安全认证的区别。
9.5“AEC-Q”认证与功能安全认证
我按照几个维度进行分类,简单汇总了一个表格:
下面详细讲一下:
1.认证对象:
·AEC标准认证的对象仅针对电子元器件,如集成芯片、分立半导体、被动器件、MEMS器件、MCM模块等,认证由器件供应商Tier2来进行认证测试。
·ISO26262标准认证的对象包括流程(对公司)及产品(实体或非实体);
2.认证方式:
·AEC标准认证方式就是测试,测试通过后可在产品手册上注明符合标准即可;
·ISO26262标准认证方式最终是体现在流程文档上(无论是流程认证,还是产品认证),而非产品测试;
3.认证目的:
·AEC标准认证的最初目的是为了器件资格通用化,现在基本上算是器件车载应用的一个基本要求;
·ISO26262标准认证的目的就是证明公司的开发流程或产品本身的功能安全设计是符合标准的;
4.侧重点
·AEC标准的侧重点是器件的可靠性及长期供货的一致性(主要体现在变更流程要求);
·ISO26262标准的侧重点是设计及开发流程的合规性(主要通过工具及文档)
5.交付物
·AEC标准认证测试后,交付物就是测试报告(不是证书)
·ISO26262认证后,交付物就是流程文档及认证证书
6.是否强制
·AEC标准和电子零部件测试标准一样,都是非强制的,但是如果要做车载应用,那么通过这个测试是一个基本要求;
·ISO26262同样也是非强制标准,是否需要过认证取决于客户要求,或是为了降低客户使用难度,同时树立行业门槛;
7.认证机构
·AEC标准讲得很清楚,没有专门的认证机构,元器件供应商自己根据标准进行测试即可;
·ISO26262是由专门的合规认证机构的,认证必须由机构进行;
8.认证报告
·AEC-Q是没有认证报告的,只有测试报告;
·ISO26262认证通过后,将由合规认证机构颁发认证证书;
9.证书有效期
·AEC-Q测试报告基本是没有有效期这个概念的,但是只要产品发生变化,就需要重新进行认证测试;
·ISO26262证书是有有效期的,这个前面讲过,一般是3-5年,到期后需要重新审核,且需要一定的审核费用。