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在220v的电源电路中,几乎都可以看到安规电容的身影,安规电容可以分为x电容(聚酯电容)和y电容(瓷片电容),之所以叫安规电容是因为它通过了安全规范测试认证,符合国家的安全标准,电容失效后不会起火。安规电容位于220v交流电的开头位置,x电容位于零线和火线之间,y电容有两个一个位于火线和地线之间另一个位于零线和地之间。

?安规电容的主要作用就是对干扰信号进行滤波(不是滤除220v的交流电而是异常的高频干扰信号可能是由于雷电、插座的插拔等造成的)。

x电容滤除的是差模信号,比如在火线上突然来了一个高频干扰信号,就会顺着x电容通过零线流走。

由于通过x电容的干扰信号幅值变化不大,相位相差了180°所以叫做差模信号(相位差)。

y电容滤除的是共模信号,如果一个相同的干扰信号通过零线和火线,就叫做共模干扰(幅值和相位是相同的),此时x电容就不起作用了(因为电容两端的电压相同不能进行充电)。?

如果把大地看作零电势点,那共模信号就会通过y电容流向大地。

常规的瓷片电容和聚酯电容不能替代安规电容,因为一个标压为250v的交流x电容,其真实耐压可以达到2500v,标压为250v的交流y电容,其真实耐压可以达到5000v。所以常规标压的250v交流电容是不可以替代安规电容的。

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https://www.eefocus.com/automobile-electronics/521318 2022-07-04-5万字长文说清楚到底什么是“车规级” 2022-07-04 10:10 作者: 九章智驾 预计 198 分钟读完

随着汽车电动化及智能化的发展,以及这几年特斯拉、比亚迪及国内造车新势力的强势崛起,自动驾驶技术的发展,同时随着国产化替代的推进,“车规级”这个词也越来越多的出现在了大家的视野中。

但是 “车规级”到底意味着什么?为什么需要 “车规级”?相关的很多问题想必大家都比较懵懂,笔者就根据个人对aec标准的理解,结合最近查阅的大量相关资料,给出了一些分析,算是抛砖引玉。

本书将以“车规级”激光雷达为切入点,从针对激光器件的aec-q102标准开始解读,逐步回答“什么是车规级?”这个问题。然后从自动驾驶技术对车规级标准的推动开始,看车规级标准为适应新技术和应用的需求是如何一步步发展的。

因aec标准文档数量很多,信息量极大,笔者的解读难免有所偏颇及遗漏,所以欢迎业内专家一起交流讨论,共同推进国产汽车电子元器件及零部件的发展。

目录

1?什么是“车规级”?

但凡是汽车行业的,大都听说过一个词,叫“车规级”或“汽车级”。就像苹果推出“视网膜屏”后,大家都说自己是“视网膜屏”,否则都不好意思和别人打招呼。车企喜欢说自己车上用的是 “车规级”零部件,tier 1喜欢说自己用的是“车规级”芯片,仿佛谁用了非“车规级”的就落了下乘。

已经有越来越多的国产器件供应商真正开始着手对器件进行aec-q认证,并自建试验室了。然而,目前国产“车规级”元器件种类及数量都还比较少,某些声称的所谓“车规级”器件,实际上根本没有通过aec-q认证。此外,虽然通过了就是“车规级”,但“车规级”确远远不止于aec-q。

以激光雷达为例,车企宣称某款车是全球首款搭载“车规级”激光雷达的车,激光雷达供应商也在宣传自家的产品是率先实现量产的 “车规级”产品。外行看个热闹,内行却会觉得“车规级”这个词被“滥用”了。下面,我们结合激光雷达的例子来看看“车规级”这个概念是如何被“滥用”的。

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-q102 rev a中加入了激光器件(来源:aecouncil.com)

aec-q102“optoelectronic semiconductors 光电子半导体”在2020年4月份发布的a版本中加入了laser激光器件,并在4.5章节中专门规定了针对laser的测试注意事项和要求。

?aec-q102 rev a中对激光器件的规定(来源:aecouncil.com)

并且,aec-q102还专门规定了针对激光器件的以下部分:

4.5章测试注意事项(notes for testing laser components);流程变更指南(process change guideline for laser components);最小参数测试要求和失效标准(minimum parametric test requirements and failure criteria);table 3认证测试方法(qualification test methods);table?3某些专门针对laser的测试要求(required only for laser components.)

通过以上信息可以得到哪些结论呢?(1) aec-q102正式发布时间是2020年4月6日;(2)?在此之前没有针对laser器件的aec标准。

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?

虽然aec-q102草案早就出来了(2017年已经是ready to be published状态了),在最理想的情况下,假如标准从草案到正式发布期间并无任何更新,而某款立项于2018年的激光雷达是参照草案的标准找的零部件,那么,这款激光雷达就算是达到了车规标准。

然而,在通常情况下,上述假设并不成立。如果你声称通过了aec—q认证,客户问你要aec—q报告,你总不能说是依据草稿出的报告吧?此外,aec-q测试周期很长,成本也很高,一般也不会用草稿去作测试,因为标准正式实施后,如果有更新,有些测试项目你还得再做一遍。

1.2?全球首款“车规级”激光器件的发布及量产“上车”

我们再换个角度看一下。熟悉aec—q标准的小伙伴们应该了解,耐久类测试要求起步通常是1000小时,但在aec-q102中,除常规测试项目外还专门规定了一个可靠性验证reliability validation,时间从最低1000小时到最高10000小时。

大家估计对10000小时没有直观概念,这么说吧,一年只有8760小时,而aec-q102要求超长寿命的laser器件htol(high temperature operating life高温使用寿命)测试时间要达到10000小时。

aec-q102 rev a中对可靠性验证的规定(来源:aecouncil.com)

好,现在结论来了:aec-q102正式发布时间是2020年4月,可靠性测试起步1000小时,一般不会做这么短,长寿命至少4000小时,就是5.5个月,那么符合标准的激光器件量产你猜会在什么时间?

?欧司朗宣布世界上首款符合aec-q102的四通道激光器(来源:osram.com)

欧司朗作为全球光电器件的巨头,在2019年9月宣布了其符合aec-q102的四通道激光器。注意,这只是宣布,离实际量产能用,还有很长的时间。

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àtier 2企业à tier 1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tier n企业,产业链很长且很复杂。

回到欧司朗这颗激光器件spl s1l90a_3,我们看下它的datasheet信息。

欧司朗spl s1l90a_3激光器手册(来源:osram.com)

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;

(3) spl s1l90a_3器件手册初版发布时间是2022年2月。

做过汽车电子产品设计的小伙伴们应该都了解上面的信息意味着什么,但我在这里还是科普一下:汽车电子产品的设计,是极少在量产项目中直接采用全新器件的。

一是为了保证产品的可靠性,毕竟从来没用过,技术实力不够;二是为了降低bom成本,毕竟新东西刚量产都贵,因为还没上量呢;三是降低技术风险,新技术谁家都没摸索过,出点问题项目可能就得延期,用之前大家都得“掂量掂量”。 接下来我就从一颗芯片开始,讲一下一个新技术从发布到量产的流程:

芯片供应商tier 2制定芯片规划(roadmap),各tier 1及oem调研;芯片供应商确定芯片开发时间;tier 2提供免费工程样片,tier 1预研(advance)项目设计导入;tier 2提供量产芯片,tier 1采用量产芯片进行dv(design validation设计验证);采用新器件的tier 1的项目sop,产品量产;oem采用此tier 1产品的车型量产。

?新器件导入项目流程(来源:左成钢)

从上面的新器件导入流程我们可以看到,一款新器件从设计到量产需要1年以上时间,tier 1设计好还需要1年时间,这差不多就需要2年或3年时间。这已经算是比较快的了,要知道一般的汽车电子零部件,一个项目从立项到sop就是3年左右。如果从芯片供应商做推广开始算,期间少说也得3年时间了。

从欧司朗的那颗激光器的量产时间我们也能看出来,器件从发布到量产,期间经过了2年零5个月的时间,并且器件发布时间还稍早于aec-q102标准发布时间。

那么能不能再快一点呢?可以!

芯片在工程样片阶段就导入量产项目,如图中红色虚线箭头所示,跳过验证阶段。待芯片一量产,马上进入dv,少则三个月,多则半年就可以达到临近sop状态(指产品硬件冻结,软件大概率还在更新)。

那么这样能有多快呢?这就取决于芯片供应商和项目本身了,顺利的话,说不定1年就sop了,但还真没怎么见过这么玩的,尤其是涉及到安全功能的零部件,oem敢,tier 1估计也不敢,因为出问题是要负责的。

1.3?aec-q强制性标准码?

理论上,aec-q只是一个汽车行业标准,并不是法律,也没有强制性的认证制度,做与不做,“各凭心意”。但实践中,汽车行业对电子零部件中采用的元器件的基本要求就是“车规级”,而aec-q已成为汽车行业事实上的电子零部件通用测试标准,只有通过了aec-q认证,大家才认为是车规级元器件。

即使oem不去审核,tier 1也不会偷偷地用“非车规”的器件,原因大概有以下几点:

(1)?无“非车规”器件可用。一般大的tier 1都很规范,物料库是全球共用的,有专门的团队维护,物料库中基本不会存在“非车规”物料;

(2)?新器件导入、器件变更、老器件废止等有专门团队负责,研发工程师一般没有权限进行操作,只能“有什么用什么”,基本不可能用到“非车规”器件;

(3) tier 1和oem差不多,为保证可靠性和项目进度,也喜欢沿用老设计,专业名词叫“carry over”,也就是一般量产项目很少采用新器件做全新设计,这个前面也讲过。

那有没有可能存在一种情况,非得用“非车规”器件呢?基本没有。tier 1没有理由去使用“非车规”的器件,除非这个器件不在aecq范围内,如开关、电机、继电器等机电器件,还有连接器、电线、pcb等,但这些物料都有其相应的行业标准。

因此,对想要进入汽车行业的tier 2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laser components”有“车规级”标准吗?而不是问“激光雷达”,为什么?

aec-q102 rev a规定的器件范围(来源:aecouncil.com)

来回顾一下aec-q102规定的范围:应用于车内或车外的光电子半导体optoelectronic semiconductors,如:led,光电二极管,激光器件,从晶圆wafer fab技术讲,还有光电晶体管。其中有激光雷达吗?aec-q102标准中还真出现了一次lidar这个词,不过是说laser的应用。

?aec-q102 rev a4.5章节(来源:aecouncil.com)

另外,我们从标准中aec下面的一行字“component technical committee”中也能来,他是管器件component的,不是管零部件的。

aec器件技术委员会(来源:aecouncil.com)

所以说,aec-q102标准不是用于激光雷达的,是用于激光雷达中用到的元器件的。这么说吧,所有的aec—q102标准,全部都是规定电子元器件的,而非电子零部件。因此,元器件通过了ace-q102标准下的“车规”,不代表激光雷达也通过了。

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tier 2或者oem,大多数人还真不一定能讲清楚。

下面是笔者总结的汽车行业电子零部件相关标准,有国标也有相应的国际标准,可能不全,但基本上就这么多,基于这些行业标准,电子零部件通过相应测试项目及等级,就可以认为满足了车载应用标准。

?汽车行业电子零部件相关标准(来源:左成钢)

当然了,大多数车企会要求按照自己的标准来,国内的一般都参考国际标准,或其合资伙伴的标准,外资品牌都有其自有标准,某些测试项目是iso/iec标准中是没有的,比如福特、大众的不少标准都是高于iso/iec标准的,各家标准的对比这个事情比较复杂,写出来估计大家也看不下去,也看不懂,在此略过不谈。

但有一点大家要记住,iso/iec等国际标准可以看做是所有标准的元标准,无论国标、企标等其他标准,都可以看作其衍生标准。对初入行或想了解汽车行业标准的小伙伴们,建议从iso/iec等国际标准入手,建议读英文原文,并且要多读,反复读。不要试图一次从头读到尾,一般人做也不到。可以跳着读,也可以先挑自己需要的部分读,或者感兴趣的章节去读。

对汽车电子零部件来讲,比如vcu模块,ecu模块等,其首先需要选用符合aec标准的电子元器件,再以电子零部件总成的方式,依据相关行业标准,在合规试验室,通过oem规定的相关测试项目及等级,拿到测试报告,然后才可以装车量产。至于具体测试计划、测试项目、周期、测试工装、费用等,掰开讲内容非常多。

汽车行业相关标准(来源:左成钢)

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?

广义上来讲,“车规级”的激光雷达可以指采用了“车规级”激光器及光电探测器?(sipm)的激光雷达,并且,激光雷达产品本身通过了相应的汽车行业零部件标准测试要求。tier 1具有iatf 16949等汽车行业认证,这时才可以讲这个激光雷达是“车规级”的。

但这并不准确,甚至显得很业余。在汽车行业内部,大家一般并不这么讲,因为听起来、不专业,大企业根本不屑于讲自己的零部件是“车规级”的,你啥时候见过博世宣传自己的esp或ibooster是“车规级”的?

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:

(1) aecq是器件级标准,一般讲的“车规级”是指某些种类的电子元器件,而电子零部件没有特定的“车规级”标准,不存在所谓的“车规级”零部件(严格意义上,可以说芯片、激光器或探测器达到了“车规级”,但不能说域控制器或激光雷达达到了“车规级”);

(2)?如果只说满足车规级标准,或者说温度范围满足车载应用,而不说具体通过了哪个aec-q标准,都是假的“车规级”;

(3)?只有器件手册datasheet上注明了“aec-q*** qualified”,才表明此器件通过了车规级器件测试标准认证,是“车规级”的,此时器件供应商是能够提供合规测试报告的。

记住这三点,以后就不会被“无良商家”的广告忽悠了,或者遇到满嘴跑火车的人,你也可以把这篇文章甩给他,让他好好学习学习。

2?技术的发展与“车规”标准的进化

最近在外网看了一篇关于aec标准的文章,写得挺好的,原文较长,我大概给大家翻译一下,下面是部分原文:

?汽车级标准的进化(来源:microcontrollertips.com)

我大概总结一下:

车规级认证意味着元器件的生产制造和性能是符合特定的行业标准的;车规级认证标准不是一成不变的,它是鲜活的,是不断进化的;新标准是为应对新技术而制定的;现有标准也会因新技术和新的应用而不断地更新和进化;车规级测试标准不期望涵盖电子元件的所有使用场景和所有可能的故障模式。

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initial release”。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。

比如,专门为光电半导体optoelectronics,?mems传感器, 以及模组multichip modules制定的标准:

aec-q102:汽车应用的光电半导体应力测试标准aec-q103:mems压力传感器应力测试标准aec-q104:汽车应用的多芯片模块(mcm)应力测试标准

2.1.1?aec-q102标准解读

aec-q102上面我们在前面已经讲得比较多了,现在专门讲一下这个标准的发展和进化。

aec-q102最初专注于光电二极管photodiodes,于2016年修订后增加了led,适用于所有汽车内外部照明应用。随着新技术和应用的发展,标准也在不断发展。

aec-q102于2020年4月再次修订,为激光雷达系统应用添加了激光器。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,同时它结合了各种测试标准,如jedec,iec,mil-std,及各种制造商资格标准,对器件提出了最高水准的测试要求。

比如,对于光电半导体而言,使用寿命在很大程度上取决于应用。内部照明的要求就不那么严格,而用于车辆外部(比如前大灯和激光雷达)时,对可靠性的要求就要大幅度提高。另外,与乘用车相比,在卡车上的应用对长寿命的要求可能就要更高一些,这些在新标准中均有体现,而这些内容在之前的标准中是没有的。

?aec-q102 rev a中对led可靠性验证的规定(来源:aecouncil.com)

另外,对比aec-q101的新旧版本,也能更明显地看出来这种变化。光电半导体原来是涵盖在《aec-q101分立半导体元件的应力测试标准》中的,在版本从d更新到e后,光电半导体相关内容全部转到了新的aec-q102标准中去。

aec-q101 rev d规定的器件范围(来源:aecouncil.com)

aec-q101 rev e规定的器件范围(来源:aecouncil.com)

然后再对比一下aec-q102的范围,专门增加了激光器件laser components:

aec-q102 rev a规定的器件范围(来源:aecouncil.com)

另外,标准的诞生离不开众多相关领域的专家和公司,他们做出了极其重要的贡献。这从另一方面也能看出,aec始终与业内专家和公司保持着紧密联系,aec也会周期地的召开会议讨论标准问题,这个后面单独讲。

?aec-q102标准制定的参与者(来源:hella)

qec-q102标准能带来哪些好处?这个hella总结了一下,我们直接搬过来,最后一条算是hella加的吧,毕竟主业是做车灯的:

有法可依;标准汇集了超过60家公司的知识经验;专注汽车级行业需求,并覆盖了所有汽车级应用范围;对所有电子元器件的平等性要求;推动新的车辆照明技术的应用。

aec-q102标准的优点(来源:hella)

2.1.2?aec-q103标准解读

aec-q103是专门为mems压力传感器测试制定的标准。

对自动驾驶技术来讲,车辆定位(gps)、车辆的加减速(多轴加速度传感器)、车辆的姿态(陀螺仪)等应用,包括未来的飞行汽车,基于对安全的自动驾驶的需求,mems器件都是必不可少的。

?mems器件对自动驾驶技术的重要性(来源:bosch.com)

其实在aec-q100里面是涵盖了mems传感器的,但是没用细分到压力传感器。在mems家族中,压力传感器是个特例。这也很好理解,你想一下,要想测气体压力,你就得开个孔,让需要测量的气体进来,这样才能进行测量,而其他用途,比如温度、磁场、加速度等就可以间接进行测量。

我们来看下用于tpms胎压监测的芯片:

?用于tpms的压力传感器芯片(来源:infineon)

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。

?aec-q103标准范围(来源:aecouncil.com)

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。

aec-q103对压力传感器的应用并没有给出很详细的说明,仅从机械等级角度进行了两类区分,m1是通用传感器,m2是用于tpms的。

aec-q103标准规定的机械等级(来源:aecouncil.com)

2.1.3?aec-q104标准解读

aec-q104是专门为multichip modules (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:

aec-q104标准范围(来源:aecouncil.com)

目前标准仅适用于那些设计出来是可以直接焊接在pcb (printed circuit board) 印刷电路板上的mcm的,这一点大家注意。

aec-q104是2017年initial release的,目前还没有版本号,和aec-q103一样,还没有定稿。aec-q104标准本身的范围并没有规定得很宽,明确的范围包括led模组、mems、ssd(solid state drives)以及带连接器的mcms。因为可能需要一些专门的规定和测试程序,aecq-104明确了不包括大家熟知的igbt和power?mosfet模组。

mcm模组外观

比如下面这个英飞凌的igbt模组芯片手册,aec-q104就仅写了汽车应用, 没有给出测试标准。

igbt模组(来源:infineon)

另外,还有一个比较特别的地方,aec-q103和aec-q104在参考标准里面分别引入了iso 16750-4(气候负荷)及iso 16750-5(化学负荷),在这其他的aec标准里是没有过的。前面我们讲过,iso 16750是汽车行业电子零部件标准,这就有意思了,所以说从某种意义上来讲,mcm算是一个小型零部件了。

除mcm外,aec-q104对sip(system in package,系统级封装)也有指导意义。

sip跟我们经常谈到的soc(system on chip)类似,soc是在一个chip上做了个系统,而sip是一个package。当然了,soc是芯片供应商直接做好了,以一个芯片的形式提供给tier 1使用,而sip既可以是芯片供应商来做,也可以是和tier 1或oem基于具体应用来定制开发的产品。

这个aec-104中已清晰地规定了哪些产品可以做成sip形式,以在做成sip时,哪些由芯片厂商做、哪些由tier 1做、哪些由tier 1.5做。(关于这个,我们后面会再单独发文章解析)

?aec-q104标准范围(来源:aecouncil.com)

那么,aec-q104标准意味着什么呢?

aec-q104是首个针对blr测试的行业标准(来源:ctimes.com)

aec-q104是aec与intel、infineon、microchip, nxp, onsemi、ti等公司一起制定的,是行业首个适用于mcm和sip、定义了blr(board level reliability板级可靠性)测试的标准。这解决了什么问题呢?

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(前文分析过零部件标准,ctimes.com只写了iso16750),而对mcm和sip,没有适用标准。怎么进行可靠性测试,这是长期以来困扰芯片供应商及tier 1的一个问题。

mcm/sip是由多个芯片及器件组成的一个封装,那这其中用到的芯片和器件还需要相应的aec-q测试吗?这是个很好的问题,所以标准中也给出了建议——可以使用mcm中相应器件的aec-q100, aec-q101,或aec-q200认证原始数据去简化aec-q104认证。

?aec-q104标准范围(来源:aecouncil.com)

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。

aec-q104解读(来源:ctimes.com)

上述内容是强烈建议你去使用全部符合aec-q认证的器件去做mcm,但是如果你真的要说我就是任性,我就“偏不用”,行不行?答案是“也可以”。标准原文是这么写的:考虑到成本及客户可能同意你这么干,aec不要求每个sub-component(子器件)必须通过认证,但是鼓励mcm制造商采用aec标准去认证子器件,从而使mcm达到最高的质量水平(promote best mcm quality)。

这里面的用词非常讲究,大家细品一下,包括括“address”、“encouraged”、“available”、“promote”等。所以我前面说过,推荐大家一定要去看标准原文,而不是翻译过来的,原文才能咂摸出来那个欲说还羞、欲言又止,但又心有不甘的那种感觉,你品,你细品。

?aec-q104标准测试方法(来源:aecouncil.com)

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group h测试即可;

(3)?否则的话你就得把所有测试项全来一遍;

关于(1),对那些声称达到?“车规级”的lte模组、5g模组、wifi-ble模组等,我们要区分一下看它们有没有通过aec-q测试。如果仅仅只是核心芯片有aec-q,或声称温度范围达到了车载应用的最低85度要求,有个iatf16949或ppap,然后就敢说自己是 “车规级”的,大家就要擦亮眼睛。

某通信模组的 “车规级”

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。

?aec-q104标准测试流程(来源:aecouncil.com)

2.2?“新四化”相关技术对元器件车规标准的推动

除原来就有的三个aec标准外(q100,q101和q200),我们已经把最新的三个标准都分析了一遍,现在我们再看一下主动及被动安全、电动化、智能化与网联化对车规级标准的推动。

前面我们讲过,aec标准是一个鲜活的,一直在进化的标准。

2.2.1?aec-q102标准在汽车“新四化”中的应用

随着技术的发展,车辆用led做照明的越来越多,大家买车也要看前大灯是不是led的,有没有afs自动转向功能,最后要这个配置还得加钱,就是因为照明作为一种主动安全及被动安全(比如日间行车灯drl daytime running lamps)措施,大家都意识到了它的重要性。

bmw已经量产了激光大灯,从最早的卤素灯,氙气大灯,led大灯,进化到现在的激光大灯,能耗比led降低了30%,反正就是很亮、很贵,具体有多贵,咱也不知道,咱也不敢问。

?bmw laserlight技术(来源:bmw)

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。

?aec-q102的应用范围(来源:hella)

还有就是现在火热的激光雷达,其核心就是激光器,前面我们讲过了,但有一点大家注意到没有,激光发射出去了,反射回来谁来接收?这就要用到光电探测器photomultipliers(sipm)了。

?用于激光雷达符合aec-q102认证的sipm(来源:onsemi)

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。

2.2.2?aec-q103标准在汽车“新四化”中的应用

前面讲过,除了大家熟知的胎压监测应用外,mems压力传感器广泛应用于传动系统和安全系统。乘客安全系统一个典型的安全相关的应用估计一般人不是很了解,比如侧面碰撞和行人保护应用。

用于被动安全的压力传感器应用(来源:ijert)

还有就是用于电动车锂电池的压力检测,这也是一个安全需求。研究表明,测量电池组内部的压力能够很好地提前对电池热失控进行预警。如果电池漏气,加上温度的突然上升,就会增加电池组内部的压力,从而产生压力脉冲。mems压力传感器会持续地监测电池包内部的压力,并实时发给bms。即使在停车状态,电池包的任何压力异常都可以通过mems压力传感器进行监测。?

下面是nxp的一颗专用于电池压力检测的传感器芯片手册,可以看到还是aec-100认证。

?用于电池包的压力传感器应用(来源:nxp)

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。

用于制动的压力传感器应用(来源:ijert)

基于这些和车辆安全相关的应用需求,aec-q100已经无法满足,于是aec-q103应运而生。另外,这个标准是2019年才发布的,目前还是initial release初版状态,还没有版本号,所以现在看的压力传感器芯片手册上面写的还是依据aec-100,这也是正常的。

2.2.3?aec-q104标准在汽车“新四化”中的应用

目前能看到的直接采用aec-q104认证的mcm较少,不过我还是找到了一个,刚好是和自动驾驶技术相关的。

下面这个mcm可以用于802.11p dsrc、c-v2x应用,里面集成了一个5 ghz单刀双掷收发开关,一个5 ghz高增益lna(low-noise amplifier低噪放),一个5 ghz的pa(power amplifier功放)。

?用于dsrc及c-v2x应用的mcm(来源:skyworks)

2.3?技术的发展及标准的进化

基于目前汽车行业的技术发展趋势,aec-q标准并未包含某些器件及技术应用的认证测试,包括我们前面提到的power mcm。

还有,目前摄像头的图像传感器(image sensor)和图像信号处理器(isp)适用的是aec-q100集成电路认证,而摄像头模组是按照零部件来算的。但从某种意义上讲,摄像头模组也许可以参考aec-q104的mcm测试要求,然后摄像头总成按零部件?这个笔者并没有找到相关参考资料。

另外就是车载触摸屏及显示器,目前也没有相应的aec-q标准,但是据说启动会议在2017年已经开过了。

车载触摸屏及显示器的车规级标准

其实显示器和摄像头很接近,结构上都是玻璃加一部分集成电路,对外接口也都是一样的fpc连接器,但这目前是不符合aec-q104中对mcm范围及接口部分描述的。

在此顺便提一下另外一个标准。为了解决基于人类和计算机视觉的汽车成像系统在图像质量测量方面存在的相当大的模糊性,ieee‐sa(ieee标准协会)专门成立了ieee-sa p2020汽车成像标准工作组,并已开始着手开发新标准,目标是指定用于测量和测试汽车系统中图像质量的方法和指标(不同于aec-q专注于器件级别)。

ieee-sa p2020于2016年7月召开了初次电话会议,并且每年都会有几次会议,最近的一次是2022年2月,类似于aec的周期性会议模式。

?多摄像头汽车系统架构(来源:ieee)

hmi和计算机视觉系统是智能座舱、adas和自动驾驶功能不可或缺的一部分,而ieee的这个标准未来将对这些领域的技术应用产生重要的指导作用。

最后,我们引用microcontrollertips.com的一段话作为结束:“车规级”认证是一个不断进化的、涵盖了多种器件范围的标准,aec组织也在一直不断地根据现有技术发展审视现有标准,并不断地开发新的标准,以满足如adas、自动驾驶、计算机视觉和激光雷达等新应用的需求。符合aec-q认证(aec-q qualified)是产品系统设计及硬件选型中的重要因素。”

汽车级标准的进化(来源:microcontrollertips.com)

3?.aec的历史及基本概念

(兴趣不浓厚的读者,可直接跳过本章内容)

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。

3.1?aec历史及简介

这是aec九游会ag官方网站官网:http://www.aecouncil.com/,大家一定要看好了,认准了你吃不了亏,认准你上不了当。

aec的全称是automotive electronics council component technical committee,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成立的目的就是为了器件通用化。最早的时候行业是这样的,比如福特要用一家芯片/器件供应商的a芯片/器件,供应商就要按照福特的要求进行测试,通过后福特才会采用;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。福特和克莱斯勒提议建立aec就是为了通用化,大家可以一起用,降低测试成本。

创建aec的想法发生在1992年夏天的jedec会议上。gm (通用汽车)的德科电子(delco electronics)的servais会见了chrysler(克莱斯勒)的jennings,随后他们俩聊了在电子零件资格认证领域遇到的一些共同困难,随后提到了“通用资格规范”的想法,这是改善这种情况的一种可能的方法。

在1993 德科电子的一次会议上,讨论了每家公司使用的各种资格认证方法。会议决定,“通用认证规范”的想法是可行的,此后不久就开始了q100(集成电路应力测试认证)的工作,主要ic供应商都参与了标准的制定。aec-q100的初始版本(最初叫cdf-aec q100)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。

这个文件鼓励交换资格数据,并指出,如果一个部件符合该文件,则该部件对所有三家公司都具有资格。该文件不涉及定价问题,也不阻止三家公司使用其他资格要求作为特殊条件。

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:

aec 创始人(从左到右):earl fischer (ford), gerald servais (delco electronics - gm),jerry jennings (chrysler), robert knoell (ford).

3.2?aec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(sustaining members)及其他技术会员(technical members)、准会员(associate ?members)及特邀会员(guest ?members)的代表组成。

固定会员主要来自tier 1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、john deere、kostal科世达、lear李尔、magna麦格纳、sirius xm,、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九游会ag官方网站官网上这些公司(包括tier 1与tier 2)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。

?aec成员公司(来源:aecouncil.com)

有一点大家发现没有,就是这里面几乎没有国内公司,收购而来的nexperia和issi勉强算两个。所以国内的tier 1及国产汽车电子器件/芯片供应商还需要继续努力。

3.3?aec-q标准是免费的

九游会ag官方网站官网有段话挺有意思的:aec组件技术委员会是为可靠、高质量的电子元器件建立标准的标准化机构。符合这些规范的组件适用于恶劣的汽车环境,无需额外的元器件级认证测试。本网站提供aec组件技术委员会制定的技术文件。这些文档可以直接下载。

aec九游会ag官方网站官网声明(来源:aecouncil.com)

行业小伙伴们发现什么问题没有?aecq标准竟然是免费的,还是可以直接下载来使用的,惊不惊喜,意不意外?aec是不是很良心?是不是打破了我们的认知?

可能会有小伙伴们说,我就从来没买过标准啊?那我只能呵呵了。抛开盗版的标准不谈,很少有标准是免费的,包括大家常见的iso、sae等国际标准,gb国标也是要购买的,就是要便宜的多。笔者曾经购买过一个sae标准,花了700多。大家在公司用的标准,其实是公司买的,都不是免费得来的。

制定标准需要组织,需要人,就一定需要资金。虽然这些组织基本都是非营利性组织,但组织运转也是需要资金支持的。另外,工业标准本身就是市场的产物,本身就是商品,制定标准的成本实际上就是分摊给那些从标准中获益的机构。比如din(德国工业标准)的60%的工作是通过标准的收费来支撑的。

我们来看一下这个saej3018和自动驾驶道路测试相关的标准,价格是87美金。

?saej3018标准价格(来源:sae)

另外有个问题小伙伴们不知道注意到了没有,jedec,ieee,iso,sae网站都是.org,而aec是.com,具体的差别我也说不清楚,反正小伙伴们记住aec-q标准可以免费从九游会ag官方网站官网上下载就可以了,另外就是,记住九游会ag官方网站官网地址:?http://www.aecouncil.com/。

3.4?aec 年度研讨会annual workshops

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。

关于2019年的会议,九游会ag官方网站官网信息如下:2019欧洲aec年度可靠性研讨会,暨第二届欧洲汽车电子可靠性研讨会于10月15日至16日在德国慕尼黑喜来登酒店举行,参加会议的有:汽车电子tier 1用户,tier 2供应商以及欧洲oem公司的与会代表。会议讨论了影响汽车电子元件的18个各种主题的报告。欧洲研讨会的会议形式与美国类似,包括了7个开放论坛小组讨论,各种aec文件的讨论,以及对未来aec-q规范的开发和改进的建议。

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。

?2021年研讨会因疫情取消(来源:aecouncil.com)

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九游会ag官方网站官网公布。

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cmos器件不同esd模型失效特征的比较制定一个ic因瞬态传导干扰导致闩锁的标准

另外,除了年度的可靠性研讨会外,还有定期的技术委员会会议(technical committee meetings),比如每周、每月及年度。另外,年度的技术委员会会议是和年度可靠性研讨会同时间举行的。

3.5?aec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。

3.5.1?aec委员会与iatf16949

aec最早成立时有两个委员会,质量体系委员会quality ?systems ?committee和器件技术委员会component technical ?committee,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tier 1,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:

ti成都的iatf 16949证书(来源:ti)

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iso 9000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iso 9000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:

1. 固定会员(sustaining members):代表终端用户(end-user)的公司,如给oem提供电子零部件或系统的tier 1。固定会员是负责aec组织的运转的,最初的会员来自chrysler,德科电子,和ford。任何的tier 1都是可以请求成为固定会员的,固定会员们需要一起分担每年举行的研讨会的全部费用,积极参与每次的年度会议,并按章程承担相应职责。当然,固定会员是享有一些特权的。

2. 技术会员(technical members):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tier 2。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(associate members):代表一些公司或组织,为汽车电子行业提供ag真人官方入口的技术支持或服务的tier 3、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(guest members):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。

aec组织有一个会员准则,就是技术委员会成员只允许讨论与质量和可靠性标准化相关的东西,其他的诸如详细的质保信息、价格、供应、需求预期、参数设计等都是不允许讨论的。还有就是会员之间不能交换任何竞争性敏感信息,包括未来的价格、个人意向、未来动向、未来销售额、市场份额、利润、地域或客户信息等。

另外还由一点aec特别强调的就是:aec会员不得从事任何与汽车电子元器件生产商相关的任何交易或其它与商务相关的活动。

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:

aec会员申请表(来源:aecouncil.com)

通过申请后会收到录取通知书(acceptance letter),我截了个图,公司名称我隐去了,大家看下内容就可以了。

aec会员录取通知(来源:左成钢)

加入aec后,你公司的logo就会被放到aec九游会ag官方网站官网上,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tier 1和tier 2进行了分组,每组再按名称从a-z进行排序。

3.5.4?oem的角色

oem公司在aec标准化中也扮演着重要的角色,但是为了组织的简化和高效,oem负责提供一些信息输入就可以了,比如对未来技术的应用视角及额外的特殊需求等。

oem参与者的代表是作为顾问,在新的文档将要发布时,对文档进行审查,提出推荐的改进建议,但没有最终表决权。另外就是aec强烈建议这些oem代表具有半导体背景。

oem能参会吗?只有两种为加强aec与oem之间联系的会议,oem可以参加:

1. 基于特定要求,比如oem发现一个紧急或关键的文档问题,需要aec技术委员会马上处理的;

2. 如有需要,定期(如每季度、每半年)举行的交流会议,让oem了解当前aec的活动,同时让aec了解oem的问题或计划。

3.5.5 aec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?aec相关标准及文件

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。

3.6.2?aec相关标准

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。

3.6.3?aec相关文件

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)

4?aec-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.

4.1?aec-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rev h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: failure mechanism based stress test qualification for integrated circuits,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”。

集成电路应该算是用得最多的,大家也最关注的,所以我们就把q100讲得详细一点。

q100除主标准(base document)外,还有12个分标准,从001到012,分别如下:

aec-q100 rev-h: failure mechanism based stress test qualification for integrated circuits(base document),主标准。aec-q100-001 rev-c: wire bond shear test,邦线切应力测试。aec-q100-002 rev-e: human body model (hbm) electrostatic discharge test人体模式静电放电测试。aec-q100-003 rev-e: machine model (mm) electrostatic discharge test,[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-q100-004 rev-d: ic latch-up test集成电路闩锁效应测试。aec-q100-005 rev-d1: non-volatile memory program/erase endurance, data retention, and operational life test 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-q100-006 rev-d: electro-thermally induced parasitic gate leakage test (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(lack of need)。aec-q100-007 rev-b: fault simulation and test grading,故障仿真和测试等级。aec-q100-008 rev-a: early life failure rate (elfr)?早期寿命失效率。aec-q100-009 rev-b: electrical distribution assessment电分配的评估。aec-q100-010 rev-a: solder ball shear test锡球剪切测试。aec-q100-011 rev-d: charged device model (cdm) electrostatic discharge test带电器件模式的静电放电测试。aec - q100-012 - rev-: short circuit reliability characterization of smart power devices for 12v systems 12v 系统灵敏功率设备的短路可靠性描述。

13个文档中,2个已经是废止状态,012适用于我们之前电气架构里面讲过的hsd和lsd等智能芯片。

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。

?某颗hsd芯片手册(来源:英飞凌)

整个标准文件太多,文章里不可能很详细的解读,我就挑些大家可能感兴趣的点讲一下,有需要的小伙伴可以留言,我随后再详细解读。

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rev g升级到h版后,删掉了grade 4,也就是不能用于车载应用的0度~ 70度温度范围。

?aec-q100温度范围(来源:aecouncil.com)

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grade 1。

?tps54560-q1芯片手册(来源:ti)

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b:使用寿命模拟测试,室温、高低温寿命测试;测试群组c:封装组装整合测试 ,主要是邦线相关的测试;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e:电气特性确认测试;如esd,emc,短路闩锁等;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。

我把标准里面的整个测试流程贴出来了,大家可以感受一下这个复杂度,体会一下这个认证的难度。整个认证的测试项目涵盖了温度、湿度、机械冲击、振动、emc,esd,电迁移、应力迁移、热载流子注入、闩锁效应、芯片剪切等方面的试验,涉及的芯片阶段从设计(变更、晶圆尺寸)、晶圆制造(光刻、离子注入、制造场所转移),到封装(引线材质、芯片清洁、塑封、制造场所转移)等。

?aec-q100认证测试流程(来源:aecouncil.com)

总结起来就是,芯片认证不单是芯片制造商tier 2的事,还涉及到了晶圆供应商和封测厂,测试是大家一起配合完成的。比如台积电承包了全球 70%的车规级mcu 产量,没有台积电配合,你的mcu车规级认证就没法做。

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:

?aec-q100测试要求(来源:aecouncil.com)

温度循环和高温工作都是3个批次,每批77个样品,elf早期寿命失效率需要3*800就是2400个样品,做完试验都要求0失效。

?aec-q100温度循环tc测试要求(来源:aecouncil.com)

再看下具体的要求,比如grade 0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;

aec-q100认证测试所需要的时间要看具体测试项目,新器件项目多,时间就很长。当然也不一定,如果有通用数据,测试就可以简化,不能一概而论。整个测试周期几个月或一年都是可能的,相应费用也就不同,这个和测试项目及时间有关,当然也和测试机构有关,自己测肯定便宜,第三方就贵一些。

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(root cause),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。

?aec-q100对器件变更的测试要求(来源:aecouncil.com)

汽车行业内的小伙伴们一定对变更,业内称之为scr(supplier change request),有着刻骨铭心的理解。不管是oem,还是tier 1,不管是研发、测试,还是质量和采购,都很熟悉变更。笔者也认为,应该没有哪个行业像汽车行业这样如此重视变更的,在外企的小伙伴们应该对上面截图中的fit,form,function有着无比深刻的理解。

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:

?aec-q100对器件变更的测试项指导原则(来源:aecouncil.com)

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table 3,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table 3念念不忘的。

?aec-q100对器件变更的测试项指导原则(来源:aecouncil.com)

我们以最后一项,fab site transfer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:

16项必做测试,包括温湿度,温度循环,邦线相关、电迁移、esd等;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,tier 2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/process change notification,产品/工艺变更通知pcr:product/process change request,产品/工艺变更请求scr:supplier change request,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。

?pcn举例(来源:英飞凌)

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。

车规级器件变更流程举例(来源:左成钢)

流程图直接看起来可能比较累,我给各位按时间顺序解读一下:

1. 芯片供应商tier 2提出pcr(这个不一定,可能tier 1收到时就是pcn了,具体看情况);

2. tier 2重新进行aecq认证测试,变更器件型号,给tier 1发pcn;

3. tier 2给出变更时间表及最后购买期限(业内称last time buy);

4. tier 1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tier 1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tier 2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,tier 2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,tier 1就直接last time buy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tier 1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)?采购层面:根据last time buy时间协调研发、生产、项目及oem,下好采购订单,保证老型号有足够的库存保障一段时间生产,等新型号按时到货,顺利切换。一定不能出现青黄不接,那可就惨了。

(5) oem交付:生产根据器件库存、产品库存及研发给出的变更时间表,合理安排生产,保障新旧型号顺利切换。当然,切新型号需要涉及到生产一系列的文档更新,如来料检测、作业指导书、产品下线测试(eol)等,工作量也很大,这些都是流程性的,16949和ppap里都有,在此不再赘述。

5. oem这边,上面大概也提了,oem收到pcr,对oem来讲就是scr,他也要评估,如果需要测试,他就要安排车辆供tier 1测试,这些都是要收钱的,因为是tier 1提出的变更。测试没问题,就会同意此次变更,按时间点切换新型号零部件供货,当然oem也是有一堆流程要走,一堆文档要做的。oem的小伙伴都很清楚,这个不再赘述。

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。

先看一下器件层面的,除了器件本身的pn(part number)需要变更外,器件上的丝印、包装的标签等都需要变更。下面的例子不是芯片,而是分立半导体器件,属于aec-q101范围,这里就是举个例子,道理是一样的。

?pcn举例(来源:英飞凌)

芯片供应商同时会给出时间表,告诉你什么时候能做好aec认证,免费样品什么时候能提供给你,新器件什么时候能开始供货,老器件下订单的最后期限及最后交付时间等。

?pcn时间表举例(来源:英飞凌)

然后到tier 1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。

你感受一下,工程师每天都在忙什么?就这还是一次变更凑了好多个器件。

?bom变更(来源:左成钢)

然后,oem这边会收到tier 1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。

?变更申请单(来源:左成钢)

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tier 1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tier 1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tier 1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。

对应到oem也差不多,找测试车也挺麻烦的,需要找新车,还涉及到多个车型配置。一般当时都是不好一次性找齐的,因为不可能一起下线嘛,得等着生产计划,车凑齐了通知tier 1过来测试。所以也是最好有几家tier 1一起变更几个零部件,他们就一起测了,省事。

其实对于不管是tier 1还是oem,这种变更都是很麻烦,很辛苦的,特别是实车测试,协调找车,非常麻烦。另外就是环境恶劣,因为测试一般都在室外,一到夏天车里能热死,冬天冷得手指头都捏不住电线,要多惨有多惨。想体验夏天吐鲁番热情的沙漠和冬天黑河浪漫的冰天雪地的小伙伴们,你可以入坑汽车行业了。

最后再提一下,一般车规级器件和汽车零部件的生命周期都是比单个车型要长得多的。一个车型一般卖不了几年就改款了,或者直接停产了,但是车本身的生命周期都是10年以上的,坏了怎么办?这就要求器件和零部件还需要继续维持一段时间的生产,以保证售后市场。

当然了,元器件一般都是共用的,问题不大,oem这边零部件一般也都是很多车型共用的,包括电子零部件,问题也不大。但还是会出现某个车型专用某个零部件的情况,那就得看这个车型的市场存量,oem想办法来保证售后市场了。所以从这种角度来看,小伙伴们买车时,一定不要买不靠谱车厂的车或存量很少的车型,这是有道理的,否则过几年等你修车的时候估计就要哭了,不是没配件,就是配件贵得没必要修了。

4.2?aec-q101标准

q101标准是用于分立半导体器件的,标准全称:failure mechanism based stress test qualification for discrete semiconductors,基于分立半导体应力测试认证的失效机理,名字有点长,所以一般就叫“分立半导体的应力测试标准”。现在的rev e版本是2021.03.01刚发布的最新版。

q101除主标准外,还有6个标准,从001到006,分别如下:

aec-q101-001 rev-a: hbm esd,人体模型静电测试。aec-q101-002 rev-a: mm esd,机械模式静电测试,和q100一样,已废止。aec-q101-003 rev-a: 邦线切应力测试。aec-q101-004 rev-:多种测试。aec-q101-005 rev-: 带电器件模式的静电测试。aec-q101-006 rev-: 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:

?aec-q101分立半导体器件(来源:aecouncil.com)

aec-q101按wafer fab晶圆制造技术,分为以下几种,主要是mos、igbt、二极管、三极管、稳压管、tvs、可控硅等。

?aec-q101分立半导体器件(来源:aecouncil.com)

关于器件范围,在aec-q102标准解读中我们提专门讲了,aec-q101在版本从d更新到e后,光电半导体全部转到了新的aec-q102标准中去。所以如果有小伙伴们发现有的光电器件手册依据的标准是aec-q101,那就去看下这个器件手册的时间就能发现是否存在问题了。

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。

?aec-q101分立半导体器件温度范围(来源:aecouncil.com)

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。

?某二极管温度范围(来源:onsemi)

4.2.3?测试项目及变更

aec-q101的测试项目也不少,不过比起q100要少不少。测试一共分成了5个测试组群,比q100少了2个,测试项目共计37种,比q100的45种也少了不少,具体测试组群和流程图不再放了,大家感兴趣的话可以自己去看。

关于变更,和q100一样,aec-q101中也专门为器件变更的测试项目给出了指导原则,还是依据那个复杂的多维度表格table 3,其中详细规定了哪些变更需要做哪些测试,感兴趣的小伙伴们可以去看看,看完我保证你一定会对table 3念念不忘的。

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。

4.3?aec-q200标准

q200标准是用于被动器件的,标准全称:stress test qualification for passive components,被动器件应力测试认证,这个名字比q100和101短多了。现在的rev d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-q200-001 rev-b: 阻燃性能测试aec-q200-002 rev-b: hbm esd,人体模型静电测试aec-q200-003 rev-b: 断裂强度测试aec-q200-004 rev-a:?可恢复保险丝测试。aec-q200-005 rev-a: 板弯曲/端子邦线应力测试。aec-q200-006 rev-a:?端子应力(smd贴片元件)/切应力测试。aec-q200-007 rev-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:

aec-q200被动器件(来源:aecouncil.com)

aec-q200涵盖的范围包括:电阻、电容、电感、变压器、压敏电阻、热敏电阻、聚合物可恢复保险丝、晶体等,这些基本上大家都很熟悉。

?aec-q200被动器件范围(来源:aecouncil.com)

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grade 1,你可以声称满足grade 2,但是不能向上。

?aec-q200分立半导体器件温度范围(来源:aecouncil.com)

我这里放一个mlcc电容手册里面的参数,大家感受一下:

mlcc电容温度范围(来源:taiyoyuden)

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,grade 0是哪儿都能用,grade 1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:

分类应力测试项变更流程钽电容和铌电容23单独陶瓷电容cog23陶瓷电容陶瓷电容x7r和x5r smd23陶瓷电容铝电解电容27单独薄膜电容22单独电感和变压器22感性器件排阻、排容类 (r-c/c/r)29排类及电阻电阻大类24排类及电阻碳膜引线固定阻值电阻21排类及电阻金属膜引线固定阻值电阻22排类及电阻金属氧化物引线固定阻值电阻21排类及电阻绕线引线固定阻值电阻21排类及电阻smd贴片电阻23排类及电阻热敏电阻22单独可调阻容25单独压敏电阻30单独石英晶体22单独陶瓷振荡器22单独铁氧体emi滤波器31单独聚合物可恢复保险丝36单独

aec-q200测试项目(整理:左成钢)

比起q100和q101,q200就没有具体的测试组群和流程图,只有测试项目,由于分类较多,这里不再赘述,大家感兴趣的自己去看一下标准。

关于变更,和q100及q101一样,aec-q200中也专门为器件变更的测试项目给出了指导原则,根据器件类别,变更指导的表格也各不相同,大部分的表格都比较简单,毕竟被动器件本身就比较简单。

变更的影响这一块儿在q100那一章讲得很详细了,在此不再赘述。

到此为止,我们就把所有的aec标准都解读完了,接下来的一章我们将回答一些大家比较关心的问题,比如:为什么需要aec标准?车规级器件和普通器件的差异?车规级器件的国产化门槛,车规级认证测试问题,车规级器件价格、交期、寿命、可靠性等方面。

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

这个我们在aec历史那部分讲过,建立aec的初衷就是为了解决电子零件资格认证问题,如果能够建立通用认证规范,每家电子元器件公司就可以使用通用资格认证来替换原来每家公司使用的各种不同的资格认证方法,就这样,aec认证测试标准就产生了。

通用的资格证书推动了汽车用电子器件的通用化,比如一个器件具备了符合该资格证书,则该器件对所有三家公司(克莱斯勒,德尔科电子和福特)都具有资格。

我们现在看这个事情似乎稀松平常,但放在当时,以及更长的时间维度来看,这个通用的资格认可意义极其重大,不亚于药品界的fda认证,就像fda批准了一颗药物,就可以全球使用了一样,因为大家都认可fda。

放到汽车行业,大家都认可16949和aec,aec标准极大地促进了汽车电子器件的资格通用化,降低了零部件公司及oem的器件选择、使用及变更成本,极大地提高了电子零部件及车辆的可靠性,提高了电子器件的通用化水平,功在当代、利在千秋。而随着车辆技术的发展及新需求的产生,也将会有越来越多的电子器件/部件加入aec的覆盖范围,进而推动整个汽车行业的发展。

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

很多文章讲“车规级”,一般只是从温度范围方面对比一下,说非车规级器件“温度范围达不到,上车就会出问题”,下面这张对比图大家估计都见过。

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。

汽车和电子这两个词结合在一起的时间,最早可以追溯到1968年,距今已有半个多世纪了。当时随着排放法规的出现,大众量产了全球第一个采用ecu来控制发动机燃油喷射的车,当时宣传叫“电子大脑”,现在看起来很夸张。后来的事情大家就都知道了,现在应该没有哪个车的发动机没有ecu了(手扶拖拉机除外)。

?全球第一款采用发动机ecu的车(来源:chipsetc.com)

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。

半导体在汽车上的应用(来源:qorvo)

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。长寿命(longevity):消费者希望他们的汽车比手机等其他电子设备使用寿命更长,一般在10年或更长,实际设计寿命超过15年。

为了确保从电子元器件到零部件,再到整车的可靠性,汽车行业制定了严格的零部件制造和测试质量标准,也就是我们前面提到的iatf16949、aec-q及iso16750等相关标准。

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。

mps汇总了一张图片,比较直观。mps从环境温度、使用寿命、失效率、产品生命周期等四个维度对消费电子和汽车电子进行了对比,其实核心还是上面讲的那两点:可靠性和长寿命。

?汽车级与消费级对比(来源:mps)

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:

?汽车级与消费级及工业级对比(来源:mps)

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。

?晶圆/封装及测试维度对比(来源:qorvo)

我挑几个车规级独有的重点讲一下:

wafer级别的,每个die的单独光学检查;iatf16949的相关要求;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。

?1ppm缺陷对一百万量车意味着什么(来源:mps)

5.5 aec—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(来源:ti.com)

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

产品的寿命(lifetime)通常定义为从初始生产一直到出现劣化的时间周期。

半导体产品的寿命有三个主要阶段:

婴儿期(early life):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。

正常生命期(normal life):此阶段的故障率在整个器件有用寿命期间都保持稳定。此故障率以“fit”为单位表示,或以“故障间隔平均时间”(mtbf)表示。这两个概念我们在“干掉保险丝和继电器,自动驾驶才能更安全”这篇文章里有详细讲解,需要的小伙伴们可以再去看一下。

劣化阶段(wear-out):此阶段表示固有劣化机制开始占主导地位,并且故障率开始呈几何级增长的时间点。

好,问题来了,对于要求15年寿命的汽车,其电子零部件寿命必须更长,这个问题怎么解决?下面这张图我们在之前讲车辆电气架构的文章里放过,现在再放出来一下:

?整车生命周期维度对比(来源:英飞凌)

既然寿命的定义是从初始生产一直到出现劣化的时间周期,那么问题就可以分为两部分,一是早期寿命失效率(early life failure rate),二是正常生命周期失效率。这两个问题都是aec标准要解决的。

我们先看看早期寿命失效率。

小伙伴们是否还记得,前面讲aec相关标准及文件时,有个文件:aec-q100-008 rev-a: early life failure rate (elfr)?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(base document),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-q100-008 elfr讲了哪些东西。按规矩,我们直接上标准原文:

?l aec-q100-008 elfr早期失效率(来源:aecouncil.com)

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-q100-008 elfr来进行认证测试。 先来看测试方法:

aec-q100-008 elfr早期失效率(来源:aecouncil.com)

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(generic data)就有了,下次就可以用来简化测试,这就构成了一个闭环了。

?aec-q100?使用通用数据简化测试认证(来源:aecouncil.com)

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(root cause)。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。

?浴盆曲线早期失效分析(来源:weibull.com)

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?

?aec-q100-008 elfr早期失效率(来源:aecouncil.com)

如果测试中有失效的情况,测试就不能通过,且必须通知用户,并告知即将执行的纠正和预防措施。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。大家感受一下,标准要求是不是很严苛?

好了,我们总结一下:

通用数据及aec-q认证测试可以解决已有器件的早期失效率问题;新器件需要专门进行elfr测试来解决器件的早期失效率问题。

一句话就是:只要你通过了aec-q认证测试,早期寿命失效就不是问题!?道理其实很简单,比如已有器件,我一直都这么用的,从来没有早期失效问题,那么以后也不会有,新器件就走elfr测试。

上面讲的elfr是q100里面的,但实际上q101到q200里面都有generic data的要求,这里不再赘述,想了解的小伙伴们可以去看标准原文。

最后放一张英飞凌的图镇楼。

zero defect mindset零缺陷理念(来源:英飞凌)

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

关于浴盆曲线的中后期失效问题,weibull.com也给出了很好的分析,我们可以参考一下:一个产品的故障率并不是恒定的,使用寿命测试、现场数据和寿命数据分析可以来确定产品在其预期寿命内的性能,否则没有办法在短时间内准确地评估产品的长期可靠性。

?浴盆曲线中后期失效分析(来源:weibull.com)

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generic data(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。

?aec-q100通用数据时间线(来源:aecouncil.com)

aec-q100通用数据组成(来源:aecouncil.com)

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。

这个说起来简单,实际执行起来其实麻烦无比,工作量巨大,需要很长时间。很多客户应用数据的积累,数据量也是巨大,如果没有信任,数据的可信度也是个问题。所以中间就涉及到了芯片的设计、制造、变更、应用、数据监控等一系列环节,还有就是依赖于iatf16949、aecq、ppap等汽车行业标准、流程、质量管理措施的执行,这是一整套的,缺一不可。

5.7?aec-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-q004 rev-(initial release):automotive zero defects framework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。

aec-q004零缺陷指导原则(来源:aecouncil.com)

?aec-q004零缺陷指导原则(来源:aecouncil.com)

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(wafer level process monitoring)、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:

?零缺陷理念(来源:英飞凌)

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(defective parts per million) ,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。

?零缺陷理念(来源:英飞凌)

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

先看一下器件生命周期方面。比如ti,“在德州仪器 (ti),我们知道半导体产品的寿命和供货连续性对您非常重要;这对我们而言同样重要。ti 的产品生命周期通常为 10 到 15 年,并且通常可以延长使用寿命,这与许多客户的要求是一致的。我们致力于为客户延长产品寿命,并制定了策略和内部政策来兑现这一承诺。”

?产品寿命及供货连续性承诺(来源:ti.com)

我们拿具体的器件来举个例子:

?器件寿命(来源:nxp.com)

做过汽车电子的小伙伴们应该很熟悉nxp的s12单片机,2009年就有了,即便现在车上用的还是非常多的。nxp针对“车规级”电子零部件有长期供货计划,保证15年,并且还可以延长(extended),这些九游会ag官方网站官网上都能查到。

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:

产品寿命政策(来源:ti.com)

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(end of life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last time buy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。

?维持器件长寿命带来的问题(来源:nxp.com)

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;

所以在汽车行业,你收到供应商的pcn邮件说某个器件要eol了,是很常见的。比如ti的政策,last time buy一般会预留12个月的时间,另外还有6个月的时间来进行最终的交付。所以如果你看到eol邮件时能做到“心中不慌”,知道还有一年左右的时间,那你就是个老手了。

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。

我们还是拿ti来举例子,首先声明ti没给广告费啊,我就是单纯喜欢ti的网站,做得太好了——分类清晰,搜索给力,想找到西很快,不光能用来做器件选型,还能学到不少新知识。

产品状态类别(来源:ti.com)

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;

3. 不推荐用于新设计(not recommended for new designs):新设计不推荐用,老产品继续使用,暂不影响;

4. 最后期限采购(last time buy):已停产,在用的就抓紧买点备着库存,赶紧变更;

5. 已停产(obsolete):这种器件九游会ag官方网站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九游会ag官方网站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。

好了,从这么多维度分析了器件的长生命周期,那么产生的结果你也大概能猜得到了,那就是因此带来的成本提高,一句话就是:“车规级”相对来说更贵。当然了,说贵是看和谁比了,在器件选型基础那个章节里,我们拿了一颗宇航级的电源芯片来举例,1k的量,单颗价格1528美金,我们当然不能和它去比,我们就和非车规的芯片比一下,大家感受一下,有个概念。

6.5?“车规级”器件的价格

按照惯例,我们不谈虚的,直接上器件价格进行对比。下面我挑了几颗常用的ti电源芯片和onsemi的igbt来对比一下:

?元器件价格对比(来源:ti.com)

?元器件价格对比(来源:ti.com)

我汇总了个表格,对比起来更直接:

车规型号非车规型号车规价格非车规价格价格倍数tps552828-q1tps552828$2.9740$2.52001.1802tlm5156h-q1tlm5156h$0.8600$0.72901.1797lm5158-q1lm5158$1.8560$1.59501.1636lm5157-q1lm5157$1.6640$1.30001.2800afgb40t65sqdnfgh40t65sqd$2.3938$1.55141.5430afghl40t65sqdfghl40t65mqd$2.7375$1.60671.7038

器件价格对比(来源:左成钢)

当然了,不同器件供应商,不同器件类型,价格差异较大,按照笔者经验,“车规级”电子器件价格,比非车规一般要贵30%左右。

在很多供应商网站都支持价格查询,比如ti、onsemi、nxp、infineon、st等“车规级”器件巨头,大多数器件九游会ag官方网站官网都能看到参考价格,比digikey和mouser上面的价格更具有参考价值,在新产品设计器件选型时可以据此预估产品的bom成本。

当然了,器件的最终采购成本是和采购量直接相关的,批发和零售价格肯定是不一样的嘛。根据笔者经验,以及之前讲电气架构时提到的莱特定律,器件价格量产后基本可以降到样品阶段的60%或更低,当然了,具体还是看量,降到40%以下也是有的。

6.6?“车规级”器件产业链

上一章讲价格时,提到了几个“车规级”器件巨头,我们就趁机大概讲一下这个市场,非业内的小伙伴们大概有个概念。 我们先看一下半导体方面,这个大家应该是最关注的。我们先把视野拉大,从整个半导体产业链的视角看一下:

2018年全球半导体市场格局(来源:wsts)

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。但是,我们要以面向未来的视角来看这个问题。前面我们讲过,随着自动驾驶技术及车辆电气化的发展,半导体器件整车价值占比在快速地提高,汽车行业已经超过计算机和通信,成为电子系统增长最快的领域。所以说,汽车电子领域,未来前途不可限量。小伙伴们加油!

接下来我们再看汽车半导体市场,先来看市场份额:

?2018年汽车半导体市场格局(来源:ihs)

从第1名到第14名,业内的小伙伴们肯定全都认识,并且他们的器件估计还全都用过,因为搞汽车电子的,你就绕不开这几家。所以你看我的文章,基本上举个例子就是nxp、infineon、ti或st。这里顺便多说一句,上图是2018年的,次年也就是2019年,infineon收购了cypress,一跃成为了车用半导体龙头。

我找到了一张2020年的市场份额排名,没有具体数值,大家可以看一下,除infineon跃升至第一名外,后面的基本没动,市场格局很稳定。

?2020年汽车半导体市场格局(来源:strategy analytics)

半导体覆盖了aec-q100,101到104这个范围,除半导体外,那就是q200的被动器件了。关于被动器件市场份额这方面的资料很少,我找到了一张2017年的图,大家凑合看一下,有个概念即可。

2017年被动器件市场格局(来源:tti)

从图中大概可以看出来,汽车市场大概占16%左右,比起通信还是差得很远,但和计算机相比已经差不多了,已经超过了consumer av,对比下面这张2002年代的市场份额图,说明车载市场增长还是非常快的。

2002年被动器件市场格局(来源:niccomp)

从aec-q200对被动器件的20个大类的划分中,我们也可以看出来被动器件的种类非常多,相应的供应商也就非常多,市场极度分散,目前笔者没有找到相关供应商市场份额的资料,哪位小伙伴了解的话可以补充一下。

另外就是,被动器件一般占电子零部件整体bom成本的比例很低,一个板子上即使使用上百个电阻电容,可能也没有一个mcu值钱,一个常见的smd阻容器件几分钱,一个mcu可能就得几十块。当然了,这也分产品,高压电容就很贵,精密的大功率采样shunt电阻也很贵,不能一概而论。

6.7??国产器件“车规级”认证的“天路”

上面我们分析了“车规级”器件的市场份额,汽车半导体方面,10家公司,第1,2,5,6名是欧洲的,第3和第10名是日本的,其他都是美国的。从这里我们可以看到,车载半导体几乎全被欧美日给瓜分了。

因为这两年叠加贸易战及疫情影响,汽车行业的“缺芯”一直并未缓解,在很大程度上与车载半导体的整体行业占比还太低有很大关系。2018年车载半导体占比12%,而计算机和通信占比超过60%。我们拿mcu来举例,台积电承包了全球 70%的 mcu 产量,但台积电自己的财报表明,汽车芯片仅占台积电销售额的5%,并不处于战略核心地位,而苹果一家就占比超过25%,你说这还怎么玩?汽车芯片占比太低,显然会造成车企在排产或者争抢订单时处于弱势局面。

其实讲这么多,核心就是想说一点,虽然现在汽车芯片整体占比低,但是增长快啊,单是2021年增长就超过了30%。虽然国产芯片供应商目前还没有起来,但是我们市场大啊,目前中国仍是全球最大的半导体单一市场。总结来讲就是高增长、大市场,这说明什么,这就是方向啊,小伙伴们。

在此借用《功勋》之《孙家栋的天路》里的一句话:难走的路,往往能把我们带向更远的地方。国产器件要想做到“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,但是我们必须坚定地走下去。

6.8?国产“车规级”器件的机会

目前国产“车规级”元器件种类及数量还是很少的,某些声称的所谓“车规级”器件,实际上根本没有通过aec-q认证,只是温度范围达到了车载应用要求。有的是按照零部件标准,比如做了个cspr25和iso16750,就声称是“车规级”了。 但同时我们也能看到,已经有越来越多的国产器件供应商真正开始着手对器件进行aec-q认证,并自建试验室了。

为避免广告嫌疑,下面截图我隐去了公司及器件名称。这家公司的历程很有参考价值,我提炼一下重点:一开始就按照车规级标准来布局,先在后装市场落地,再引入aec认证测试,拿到前装资格,积累应用经验,建立客户信任。逐步完善管控流程,最后自建试验室保障aec-q测试。

?某国产符合aec-q100的mcu(来源:网络)

车载半导体器件方面,国内目前差距还是很大的,目前开始往“车规级”做得比较多的是mcu和电源芯片,自动驾驶方面的“车规级”芯片也在做。功率器件方面,igbt国产的不少,“车规级”mosfet就很少了,应该说是分立半导体方面国产都很少,这些车载半导体器件目前还全部都是欧美大厂的天下。

被动器件方面,国产的也很少,台湾的不少,日本在这方面几乎是全球主导地位,包括阻容、电感、晶振、滤波器等,因为品类多,单价低,bom占比低,国产厂商还有很长的路要走。

另外从数据来看,中国芯片目前的自给率是30%,而 “车规级”国产化率不足5%。相对于消费电子类芯片,汽车芯片产品相对独立和封闭,这个从前面我们分析的“车规级”器件产业链中也能够得到印证。

因目前缺芯及贸易战影响,国内从oem到tier 1都已经开始着手考虑芯片供应链的安全问题,加上国家层面的芯片国产化率提升的要求,叠加车辆电动化及国内汽车厂商崛起的双重红利,国内芯片业以及其它电子元器件企业未来机会巨大。

7?aec-q认证相关问题

如果想做车载应用,“车规级”aec-q认证就是一个最基本的要求,是一个必须迈过去坎。但我们不能拿个iatf16949、ppap或温度等级就声称达到了“车规级”,而是要深入地研究aec-q标准,了解认证相关问题,逐渐建立起器件认证数据及应用数据的数据库,逐步丰富器件家族,利用通用数据逐步降低认证难度,稳步推进国产器件的“车规级”认证,使越来越多的“aec-q*** qualified”出现在国产器件的手册上,这才是我们要做的。

7.1?aec-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认6证(来源:aecouncil.com)

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-q100 qualified”;

2. 注意:aec是不会给你发一个“aec-q100 qualified”证书的(no certification);

3. 注意:aec也没有运行任何认证机构(certification board)来认证器件;

4. 每个供应商根据aec标准,自己去做认证,同时需要考虑客户需求;

5. 认证后将数据提交给客户,客户核实是否依据aec标准;

6. 批准(approval)是指客户批准某器件用于自家的产品应用,这个是标准之外的。

我们把上面的几点翻译成白话就是:aec-q没有啥官方授权,也没有官方认证机构,aec-q认证是自愿性的,是一种自我宣称(claim),不是一纸证书。这个前面也讲过,aec不是强制标准。

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?

好了,我想认证的基础部分已经澄清得差不多了。如果你是半导体产业相关人员,记住以上信息,以后遇到有人跟你说他们是aec认证的测试机构,可以帮你拿到aec-q证书,可以上传aec-q报告到官方网站,那就是骗子无疑了。

那么接下来的问题就是,国内可以做aec-q认证吗?根据前面我们对标准的分析,以一颗芯片为例,根据测试项目及变更流程,我们能看出来一颗器件的车规认证,涉及到了设计、晶圆(wafer fab)、封装(assembly)三个方面,而芯片供应商一般不涉及晶圆,甚至有的连封测都不涉及,专门做设计,其他都外包给专业的晶圆厂和封测厂了。

aec-q100部分认证测试流程(来源:aecouncil.com)

所以在这种情况下,器件要做aec-q认证是需要三方一起配合的。

而检测机构方面,主要就是看设备、经验和测试能力了,理论上来讲,国内具备cnas资质的第三方检测机构出具的报告都是权威有效的,但是国内在这方面毕竟还是很欠缺相关经验的,这个没办法,需要慢慢来补。并且随着国产器件的“车规化”,大的器件供应商一定会建立起自己的检测机构的,这是毋庸置疑的。大家回忆一下前面讲过的变更流程,“车规级”器件的每一次变更,都需要重新进行认证测试(requalification),一家公司随着器件种类的不断增加,时间的不断拉长,这种变更几乎就是家常便饭,这时候还依靠第三方检测机构,显然是不可能的了。

7.3?aec-q认证的门槛

7.3.1?长期供货问题

前我们讲过器件生命周期的问题,车载器件一般要求10-15年的稳定供货周期,作为tier 1的我先问一下在座的国内半导体tier 2,您的公司能活15年吗?如果不确定,那我在有选择的情况下,为什么要用你的器件?

好,假设因为缺芯或公司的国产化替代政策,我没得选,必须用国产器件,我们前面也讲过,在长达15年甚至更长的时间内,变更无可避免,实际上是极度频繁。那么问题又来了,在器件长达15年以上的供货周期中,器件批次间品质的一致性如何保证?

俗话说,做一次好事不难,难的是做一辈子好事。道理其实是一样的。一个器件去过一次aec-q认证测试不难,难的是无数个器件不断地变更及重新认证,且保证长周期供货的品质稳定。

我们先看一下初次认证,前面我们讲过,涉及到了设计、晶圆(wafer fab)、封装(assembly/package)三个方面,器件要做aec-q认证是需要三方一起配合的,并且是需要相关的知识和经验的。

?基于知识的认证方法(来源:nxp.com)

所以如果tier 2规模较小,除设计外其他都外包了,又没有相关经验,初次认证肯定是比较难的,比如需要晶圆厂(wafer fab/foundry)及封测厂(packaging house)配合等,但这都没关系,认证肯定是能通过的,更难的“天路”还在后面呢。

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。

?全面质量理念和文化(来源:nxp)

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。

?质量理念和流程管理(来源:nxp)

有了坚定的质量理念,还需要供应链里核心供应商的支持、流程的控制,问题的解决,know-how的积累及持续改进,这中间就涉及到iatf16949、ppap等汽车行业标准及流程体系的支撑;

产品质量有了保证,长时间的客户信任才能建立起来了,客户才能放心大胆地用你的产品。汽车电子器件不是消费级器件,卖两年就算了。企业要长期坚守质量理念,而不是光喊口号,以为过了认证就万事大吉了,换个材料或改个流程,自己认为关系不大,偷偷就干了,这种心态千万不能有。该重新认证就认证,该通知客户就通知,该升级料号就升级,老老实实按规矩来,走那条最难的路,才能把我们带向更远的地方。国产器件的车载应用,道阻且长,我们共同努力,加油。

7.3.3?可靠性知识的积累

罗马不是一天建成的,国产半导体供应商在通往“车规级”应用的这条“天路”上,要补的课,要积累的经验还很多,饭要一口口吃,经验要一点点积累,来不得半点投机取巧。

关于这一点,我们还是要向老牌车载半导体巨头学习。我们先不管上面讲的那些要“改变世界”的伟大理念,我们先要学习老牌巨头专注于基于真实应用的产品质量理念,把产品质量和真实的产品使用环境结合起来,并在其整个生命周期内,持续收集及积累产品在特定环境中、特定使用条件(mission profile)下,暴露于相关环境及功能负载的数据画像。

?可靠性知识框架(来源:nxp)

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(reliability knowledge framework)。

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-failure concept)的理念,超越标准,超越需求等级;评估-验证-改进,持续迭代。

讲到这里大家有没有发现,这是不是又和自动驾驶产业的“场景——数据——算法”的模型联系起来了呢?场景就是器件的具体使用环境及使用条件,数据包括测试数据、应用的可靠性数据等、算法就是芯片的设计、制造生产流程、工艺、know-how等,这就形成了一个闭环了。

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(generic data),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:

?aec-q100关于家族认证的规定(来源:aecouncil.com)

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nxp 32位mcu的aec-q报告镇楼,没见过的小伙伴们看一下,有个概念。

?aec-q100认证报告(来源:nxp)

7.4?aec-q认证的周期及费用

aec-q100认证测试所需要的时间要看具体测试项目,新器件项目多,时间就很长。当然也不一定,如果有通用数据,测试就可以简化,不能一概而论,测试几个月或一年多都是可能的。

我们还是以aec-q100为例,我把耗时较长的温度加速类测试挑出来整理了一下,比如最长的tc grade 0需要2000小时,光下面表格中的6项测试总时间就达到了6000小时,要知道一年才8760小时。当然了,很多试验是可以并行的,这个表格就是让大家对测试项目及时间有个概念。

no.测试项目耗时/小时1hast 高加速应力测试10002ac/uhst/th 各种应力测试10003tc温度循环10004ptc带电温度循环10005htsl 高温储存寿命10006htol 高温工作寿命1000

aec-q100部分测试项目(整理:左成钢)

aec-q100一共分了7个测试组群,45种各类试验项目,全测下来要多长时间,一些有产品测试经验的小伙伴们,看了想必也有个基本概念了。如果测试出现问题,要整改,时间还要拉长。

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。测试不顺,反复地找问题,反复整改再测试,时间和成本都会成倍上升。另外,费用也和测试主体有关,自己测肯定便宜,找第三方做就贵一些。

时间和费用方面,从我们前面举的一个国产mcu的例子也能看出来,从声称“车规”到通过aec-q100测试,经历了三年时间,从后装走到了前装。一方面说明aec-q100初次测试耗时较长,难度较大;另一方面也说明了,测试费用不低,先后装验证,看没问题再去过测试,降低失败风险;最后自建试验室,降低测试成本。

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

前面讲可靠性的时候,笔者提到过一个给非道路车辆做控制模块的公司,因为发现产品可靠性有问题,0公里故障率很高,就在出货前增加了48小时老化筛选,问题就解决了。高温老化筛选为什么就能解决0公里故障率的问题呢?这是什么原理呢?

这个其实前面我们也分析过,但是只讲了作用,没深入讲原理。这里引用ti的一些研究:对半导体器件施加应力,比如温度、湿度、电压、电流等,的确可以在不改变其物理特性的情况下加速其潜在失效机制的产生,从而在短时间内发现问题,而不用等待很长时间才能发现器件潜在的缺陷,进而定位根因,改进设计,预防此种故障模式。

?老化测试原理(来源:ti.com)

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)。

?用于前期失效的老化筛选(来源:nxp.com)

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。

车规级与非车规测试差异(来源:ti.com)

再联系到前面我们讲过的,aec-q认证是如何保证器件不会因缺陷发生早期失效的,小伙伴们是不是就理解了。实际上,aec-q认证本身无法保证器件的早期失效率问题,那么器件要过aec-q认证,要用于车载应用,要长时间大批量供货,怎么解决其早期故障率问题?很简单,半导体供应商加一道老化筛选流程不就可以了嘛。?

如果tier 1不想在产品(零部件)出货前来一道老化筛选流程,那选择通过“aec-q”认证的器件就没有这个问题了。当然了,前面我们也讲了,“aec-q”认证其实仅仅是器件的一个测试报告,器件本身针对具体应用的可靠性及供货的长周期保证都是取决于具体的半导体供应商的。所以我们在选择器件的时候,看有没有“aec-q”认证这只是一个基础,同时还需要关注的是器件的其他信息。比如:供应商在该器件领域是否擅长,该器件是否是其优势产品,该产品是否契合你的应用设计等。

另外就是,虽然aec-q不是强制性的认证制度,但经过了30年的发展,目前已成为公认的车载电子元器件的通用测试标准,已成为电子元器件是否适合于汽车应用的一个标志。

作为车载应用,汽车电子元件需要在极其严苛的环境下长时间地工作,加上汽车的车型生命周期较消费级产品要长得多,单个器件的失效率叠加上汽车巨大的销量及长期的使用便会急剧放大。事实上,oem因一颗零部件缺陷而召回几十万辆车的这种情况并不少见。

这张图前面放过一次,这里再放出来一下。

?1ppm缺陷对一百万量车意味着什么(来源:mps)

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。

我们在1.13大概讲了一下汽车行业针对电子零部件的试验标准,这是电子零部件车载应用的基础,拿不到产品的测试报告,dv(设计验证)就过不去,产品设计就无法冻结,就别想量产了。dv测试报告是要提交给oem的,有条件的oem还会去复测,你想造假都不行。

我们先把电子零部件的试验标准分分类,看哪些试验和“车规级”器件有关。

?汽车行业电子零部件相关标准(来源:左成钢)

根据上表,我们基本上可以把试验分为三类:

1. emc相关,cispr25、iso 7637、iso 11452和10605,都算是;

2. 电气及气候负荷:iso 16750-2(电气)和4(气候);

3. 结构材料相关,比如iso 16750-3(机械)和5(化学)、盐雾、防护类(ip)等;

我们一个个掰开了进行分析:

8.1.1?emc相关试验

和emc相关的aec标准本质上只有aec-q100,虽然q103和q104里面也有涉及,但q103的测试分组里面并未包含,仅体现在了流程变更测试里,q104的测试分组及变更测试里则均有包含,不过它们都是要配合q100使用的,所以我们还是回到q100。

q100中group e中有一项是emc测试,流程变更测试要求也涉及到了emc,变更部分的测试我们暂不分析,重点看一下q100中要求测试的emc是干嘛的,因为emc测试范围很宽,测试项目很多。

q100中写的很清楚,emc就涉及一点,那就是radiated emissions,就是辐射干扰,也叫辐射发射。就是通过电磁波的方式将干扰能量发射出去干扰到了别人。测试要求是1个批次,就一个样品即可。对于电子零部件,这就属于cspr25标准的范畴了,但对电子零部件设计来讲,并不是决定性的。

此外,q100还详细规定了哪些器件需要做emc测试,比如有振荡器的,可能潜在存在的干扰别人可能性的器件比如mcu、高速数字芯片、有电荷泵的fet、有看门狗的器件、开关模式的电源ic等,还有就是新器件和曾经发现过会干扰别人的器件在重新认证时,都需要做emc测试。

?aec-q100对emc测试的规定(来源:aecouncil.com)

另外,aec-q100-007涉及到了铝电解电容的浪涌测试,这个和iso 7637及iso 11452稍微有那么点关系,但是整体来讲关系不大。

还有就是esd,我们也可以把它放到广义的emc范畴里,虽然大家一般都单独讲esd。所有的aec标准里面都涉及到了esd,那就是说,所有的车规级器件,esd测试都是必须的。结论就是:电子零部件的esd测试和aec-q标准是密切相关的,而emc方面则不是非常大。

8.1.2?电气及气候负荷相关试验

电气负荷好理解,主要就是一些电压相关的测试,比如电压范围,过压,反压,开路、短路、地漂等,这些和aec-q标准关系不是非常的大,主要和产品整体设计有关,比如虽然aec-q100-012中也涉及到了短路,但那只是针对灵敏功率器件比如hsd的。整体来讲,电子零部件的电气负荷测试,与产品本身的设计方案关系更大一些。

再看气候负荷,试验项目主要是关于高低温,温度循环、温湿度等测试项目(防护放到ip等级那里),这里面温湿度及循环类和aec-q标准关系非常大,因为aec-q很大一部分测试项目就是关于温湿度类和耐久循环类的(盐雾试验后面讲)。整体看来,电子零部件的气候负荷测试和aec-q标准是密切相关的。

8.1.3?结构材料相关试验

与结构设计及材料相关这部分试验主要是:振动、跌落、外表强度(划痕、耐磨)、耐化学品、盐雾、防护等级(防尘放水)等。

对电子零部件试验来讲,结构主要是指壳体结构,比如结构设计、材料选型,连接器选型设计等,理论上来讲这些零部件级试验和元器件关系不大,盐雾试验只在q103(mems压力传感器)和q200的排阻/排容器件测试里面有体现,这都比较好理解。

但是对振动及跌落试验来讲,实际上是和器件有关系的,虽然壳体会承受大部分的机械冲击,但是对器件的冲击也是无可避免的。所以从q100到104及q200,每个aec标准里面全都涉及到了机械冲击(ms)和振动(vfv)试验,aec-q200-003,005/和006还专门规定了断裂强度、板弯曲及端子应力测试。所以说,电子零部件的结构材料相关的测试和aec-q标准是密切相关的。

?aec-q200-005板弯曲测试(来源:aecouncil.com)

8.2?总结

最后我们总结一下:

电子零部件标准与aec标准相关项相关度emc辐射干扰不强esdesd强电气负荷几乎没有弱气候负荷温湿度、耐久、循环类很强机械负荷机械冲击及振动很强盐雾极少很弱防护等级几乎没有很弱

电子零部件标准与aec-q的关系(来源:左成钢)

这样整体来看,小伙伴是不是觉着“车规级”器件和零部件测试标准的关系还是挺紧密的?没错,你有这种感觉就对了。

我们先抛开准入门槛的问题不谈,在汽车电子零部件设计中,采用“车规级”元器件对电子零部件通过相关汽车行业试验标准肯定是有很大帮助的。但同时我们也要认识到,元器件本身作为电子设计的基础,仅仅是一个方面,产品设计和客户的试验要求在其中也起到了关键的作用,这是一个系统工程。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:采用“车规级”器件与零部件是否能通过测试没有必然关系,既不充分也非必要。但是,注意我要说“但是”了,采用 “车规级”器件可以更好地帮助零部件产品通过测试,降低产品的设计成本及测试成本(你也可以用非车规的器件去零部件试验,如果测试等级要求不高,很可能是能通过的,但是,做车载应用,在整车生命周期内大概率会出问题)。

最后笔者要强调一下:电子零部件试验的目的并不是为了通过试验,而是为了验证我们的设计,所以dv被称为设计验证,而不是测试。零部件试验标准的意义在于指导产品设计及应用,正如“车规级”的意义远远不止于aec-q,它们最终的目的都是为了保障车辆长期使用的可靠性。

9??“aec-q”认证与iso26262功能安全认证的关系

最后我们再讲一下“aec-q”认证与iso26262功能安全认证之间的关系,我发现很多人搞不清楚,经常把两者搞混淆,或者放到一起讲,其实这是不对的。aec和iso26262根本就是两码事,井水不犯河水,侧重点完全不一样。

“aec-q”认证我们已经讲得非常详细了,认证的对象必须是实物,且仅针对电子元器件(不包括零部件),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tier 2来进行认证测试。而iso26262标准认证范围就很宽了,对象可以是实物,比如元器件,也可以是零部件;或是虚拟的非实体,比如认证一个公司流程(包括研发及生产),认证一个软件等。我大概画了个图,小伙伴们先看下,有个概念。

认证标准及区别(来源:左成钢)

9.1?iso 26262基本概念

我们先来讲一下iso 26262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:

?iso 26262介绍及范围(来源:iso 26262-1:2011)

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;

由电子、电气(e/e)和软件组件组成的系统相关。简单来说就是没电的肯定就不能算,比如你的车玻璃,虽然和安全相关,开着车玻璃突然炸裂了可能就会发生安全事故,但那也不算在功能安全标准范围内,而是算在《中国乘用车强制性国家标准》的被动安全里面的。

与安全相关的系统。非安全相关的,比如娱乐系统就不算,开车过程中音乐播放功能失效,没法听歌了,这就不能包含在功能安全范围内。

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:

?iso 26262范围及术语定义(来源:iso 26262-1:2011)

和安全相关是指,因e/e系统的故障行为而引起的可能的危害(hazards);危害(hazard)的定义是:由相关项的功能异常表现而导致的伤害(harm)的潜在来源;伤害(harm)的定义是:对人身健康的物理损害(injury)或破坏(damage);

标准术语比较拗口,我简单总结一下,用人话来讲就是:功能安全只管人会受伤的事情,只要人没事就不管了。当然这里不仅仅是受伤了,标准还包含了damage,大家自行理解,我就不翻译了。

最后总结一下,功能安全是用来干啥的。顾名思义,首先是要有一个具体的功能,抛开功能谈安全,那就是耍流氓。基于一个具体的功能,比如车辆行驶过程中转向失效导致方向盘无法转动,这就很具体,因为转向失效还包含了方向盘在没有操作的情况下自己转动的情况,这就要分开来讲了。再然后就是安全,比如你的车停在那里车门自动解锁打开了,然后东西被偷了,这也是安全,但就不算在功能安全里面,因为人没有受伤,人没事就不算。如果是行驶过程中门突然自己打开,人掉下去了,这就是功能安全了,大家要区分清楚。

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

目前业内有两种功能安全认证,都可以拿到证书。一种是流程认证,一种是产品认证。流程认证就是指开发过程,产品认证就是指具体产品,可以是实体,比如芯片、电子零部件,也可以是开发工具;也可以是虚拟的非实体,比如软件操作系统os。

我们以sgs九游会ag官方网站官网信息为例,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。

功能安全认证案例(来源:sgs.com)

我们先讲流程认证。按笔者经验,对于没有相应经验的公司,认证机构一般都是建议先做流程认证,通过流程认证后,团队和能力基本上也就培养起来了,下一步就可以来做产品认证了(如果需要的话)。

因为流程认证难度较低,即使现有人员缺乏功能安全相关知识及流程经验,经过认证机构培训及辅导,短则半年,多则一年,一般都能通过,取得功能安全流程认证证书。流程认证一般也是基于一个具体的真实项目来开展的(一般是基于一个简单的产品,太复杂的难度太大,纯属找刺激,不推荐),而不是凭空只做流程文档。当然了,也可以这么做,就是只务虚,但一般不会这么做(认证机构也不推荐)。前面讲了,流程认证一般是产品认证的第一步,没有哪个公司只是为了图个虚名,拿个流程认证证书出去忽悠客户(也不排除这种情况),最终还是为了具体产品过认证。我们来看一下证书长啥样:

功能安全管理流程认证证书(来源:nxp)

从上面证书里我们可以看出来,流程认证的意思就是说,根据iso26262标准,对于安全相关的项目,你的功能安全管理能力最高可以达到asil d级。那有的小伙伴们可能就要问了,c级可以不?当然可以了,不过认证机构会推荐你直接做d。因为对于流程认证来讲,c和d难度没啥差别,那为何不直接上d呢?

再来说产品认证,这个就比较复杂,要求就很高了。所以即使一个公司要做产品认证,一般都会是先做流程认证,通过后再去做产品认证就会容易一些。当然了,做产品认证的难度和流程认证就不是一个量级的,需要的人员数量要多很多。同时,因为产品认证相对于偏务虚的流程认证来讲,那可全是务实的事情,从具体产品设计,器件fit值计算,fmeda,fta等,到软件代码模型检查,测试覆盖度等,那可都是实打实的工作要做的,具体认证周期我们下面再讲。我们再来看下产品认证证书长啥样。

?功能安全产品认证证书(来源:网络)

从上面证书里我们可以看出来,产品认证证书是务实的,是基于具体的产品的某个功能的。我们前面也讲过,功能安全一定是基于具体功能的。上面的证书认证产品是一个电机控制器,具体功能是所控制的电机扭矩的大小和方向,就是说你要多大扭矩就多大,你要哪个方向就是哪个,这其实是两个功能,认证起来要比一个功能复杂。也就是说,要认证的功能越多,设计就越复杂,认证难度就越大,周期就越长,费用就越高。

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。

功能安全认证周期(来源:sgs.com)

产品认证很难,尤其是零部件级别的产品认证,asil c的还好,d就非常难了,需要企业投入的资源很多,周期很长,费用很高。

按照笔者经验,一般来说,采用功能安全流程开发的产品,项目研发的投入是原有的2-3倍(同样的开发内容)。企业原本的开发流程越规范,采用功能安全流程开发的投入也就越小,越不规范,投入就越高。这个很容易理解,iso26262本质上也是个v-model,这个和汽车行业原本的零部件开发流程是一致的。对于规范的企业来讲,在开发安全相关的产品时,比如硬件方面,dfmea,fmeda,fta等工作本身就是要做的,是贯穿在开发流程里面的,这部分能力本就是不缺的。又比如软件方面,配置管理工具、代码静态分析及测试工具等如果本来就在用,认证就会简单得多,所以不能一概而论。

简单来讲就是,越是大企业,越是正规企业,认证越容易过,甚至可以流程认证和产品认证一起做(没有流程认证是不可以做产品认证的,就像你必须先拿驾照才能去开车一个道理)。比如华为有一款产品,在2020年2月取得管理体系认证之后,当年11月就又取得了产品认证证书,就问你服不服。

关于具体的认证费用,笔者可以举一个简单的例子,大家感受一下,有个概念。比如流程认证,一般在一百万以内,含咨询费用和认证费用,有折扣的话,估计能谈到60万左右。因为目前国内除tuv及sgs等大家熟知的认证机构外,能做的机构也比较多了。

产品认证我们以大家熟知的vcu为例,这个产品硬件比较成熟,也比较简单,抛开研发费用不谈,单纯因认证产生的费用在300万左右,具体还是要看产品设计及oem,不能一概而论,影响因素我们上面分析过了,在此不再赘述。

另外要提醒小伙伴们的是,功能安全证书是有有效期的,不管是流程的还是产品的。我们以下面的流程证书来举例,可以看到有效期是三年,到期后可能需要现场审核,续证审核也是有费用的,一般都是几万元。

功能安全管理流程认证证书(来源:nxp)

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

这是最常见的,不管是oem还是tier 1,一般说产品的功能安全认证,就是指某个电子零部件的认证,而相应的功能,就是这个电子零部件所能实现的功能之一。这个我们在上面拿具体产品举过例子,在此不在赘述。

另外,产品的功能安全等级要求一定是要来自于oem的。oem作为整车功能安全等级定义的主导者,负责对整车所有功能安全相关的功能进行功能安全等级划分,再和tier 1们协商,分配到具体的零部件功能,让相应的tier 1来实现。比如转向柱锁功能,如果全部让转向柱锁供应商负责实现asil d,难度比较大,成本也较高。oem就可以从整车设计角度来进行功能安全等级分解,降级,让其他零部件承担相应的功能安全等级,共同实现asil d的功能安全目标,从而降低单个零部件设计难度及成本。

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helix qac),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:

helix qac是权威的c/c 代码合规性静态分析工具,可以用于车载ecu的嵌入式软件开发中,研发团队可以使用helix qac快速地满足功能安全项目合规性的需要。

?helix qac符合asil d级认证(来源:perforce.com)

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(safety goals up to asil d),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。

?qnx符合asil d级认证(来源:qnx.com)

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

对于电子元器件的功能安全认证,一般都是复杂芯片类产品(至少笔者没见过被动器件和分立半导体器件,这些器件因复杂度较低,不需要通过认证的途径来解决功能安全设计问题)。比如mcu,一般作为一个系统设计的核心,或pmic,作为系统的电源,功能安全设计就很重要。我们以英飞凌为例,他家的功能安全芯片主要是mcu、pmic、gate driver及电机控制芯片,和ti的差不多。

?英飞凌符合功能安全认证的产品类别(来源:英飞凌)

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tier 1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。

?功能安全产品分类(来源:ti.com)

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iso 26262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

ti把功能安全相关的器件分为了三类:

1. functional safety-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tier 1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. functional safety quality-managed:ti提供一系列文档来帮助tier 1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. functional safety-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。

我们解释一下:

第一类产品:不属于功能安全器件产品类别。此类器件通常没有集成安全相关功能,但是开发功能安全系统时又离不开此类器件的参与。ti 提供的fit和fmd将有助于进行安全分析。其实这已经很好了,因为很多器件,比如被动器件和分立半导体器件(因为ti不怎么做这类器件,就没涉及),设计时又离不开,用的又多(比起芯片数量要多得多,不是一个数量级的),供应商一般也不提供fit和fmd,你需要自己找数据。

第二类产品:属于功能安全器件产品类别。此类器件通常已集成了复杂的内部监控及诊断功能,同时ti又提供了相当多的支持文档,用于功能安全产品设计时,可以大幅降低产品认证的工作量及认证难度。

第三类产品:功能安全合规产品。此类器件通常是集成了安全特性的复杂器件,如mcu、处理器、电机驱动芯片、电源管理芯片等。此类产品是在ti通用质量管理流程的基础上,采用ti的功能安全流程开发的。可以提供fta(故障树分析),有功能安全认证证书。采用此类器件可大幅降低功能安全产品的设计难度及认证难度,或者说,是设计功能安全产品的唯一高效途径。

?功能安全合规产品(来源:ti.com)

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:

?功能安全合规产品(来源:ti.com)

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:“functional safety-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:“functional safety quality-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:

项目aec标准iso26262标准认证对象仅针对电子元器件流程或产品认证方式测试流程文档认证目的资格通用化功能安全侧重点器件可靠性及一致性流程合规性交付物测试报告流程文档及证书是否强制否否认证机构无,自测或三方试验室有,三方认证机构如tuv,sgs认证报告无,仅有测试报告有,由认证机构颁发证书有效期无有,到期后需再次审核

两种认证的区别(来源:左成钢)

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tier 2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。

10?参考?references

1.?http://aecouncil.com/aecdocuments.html2.?https://www.jedec.org3.?https://www.microcontrollertips.com/what-does-automotive-qualification-mean-faq-2/4.?https://en.ctimes.com.tw/dispnews.asp?o=hk24ac0vag6saa00n75.?https://www.golledge.com/news/the-aec-q200-standard-what-does-it-really-mean/6.?https://www.ti.com.cn/7.?https://www.nxp.com.cn/8.?https://www.infineon.com/cms/cn/9.?https://www.onsemi.cn/10.?https://www.quectel.com/11.?https://www.bosch-sensortec.com/12.?https://www.qualcomm.cn/13.?https://www.ijert.org14.?https://www.bmw.com15.?https://www.skyworksinc.com/16.?https://site.ieee.org/sagroups-2020/meetings/17.?https://www.sae.org/standards/content/j3018_201909/?src=j3016_20180618.?https://www.iso.org/certification.html19.?https://www.weibull.com/hotwire/issue21/hottopics21.htm20.?https://www.qorvo.com/design-hub/blog/automotive-quality-standards21.?fundamentals of aec-q100,?monolithicpower.com,22.?https://www.sgsonline.com.cn/23.?https://blackberry.qnx.com/en/developers/certifications24.?https://www.perforce.com/products/helix-qac

11?缩略语?abbreviation

aec:automotive electronics council component technical committee,汽车电子委员会元件技术委员会,

jedec:joint ?electronic ?device ?engineering ?council,联合电子设备工程委员会

ieee:institute of electrical and electronic engineers,电气与电子工程师协会

ieee‐sa:ieee standards ?association, ieee标准协会

iec:international ?electrotechnical ?committee,国际电工委员会

iatf:internation automotive task force, 国际汽车工作组

adas:advanced driver assistance systems,高级驾驶辅助系统

hmi:human machine interface,人机接口

sip:system in package,系统级封装

soc,system on chip,系统级芯片

blr:board level reliability板级可靠性

cmos:complementary metal-oxide-semiconductor transistor,互补金属氧化物半导体

esd:electrostatic discharge,静电放电

ic:integrated circuit,集成电路

oem:?original equipment manufacturer,原始设备制造商

pcn:product/process change notification,?产品/工艺变更通知

pcr:product/process change request,产品/工艺变更请求

scr:supplier change request,供应商变更请求

eol:end of line,下线测试,一般指电子零部件

eol:end of life,停产,一般指电子元器件

hsd:high side device,高边驱动芯片

lsd:low side device,低边驱动芯片

mlcc:multiplayer ceramic chip capacitors,片式多层陶瓷电容

emc:electromagnetic compatibility,电磁兼容性

dv:design validation,设计验证

pv:product validation,产品验证

emi:electromagnetic interference,电磁干扰

dppm:defective parts per million, 每百万件缺陷器件数

fit:failure in time,时基故障,每工作 10 亿个小时发生的故障数

mtbf:mean time between failure,故障间隔平均时间

fmd:failure mode distribution,失效模式分布

fmeda:failure modes effects and diagnostic analysis,失效模式影响及诊断分析

fta:fault-tree analysis,故障树分析

dfmea:design failure mode and effects analysis,设计失效模式与影响分析

faq:frequently asked question,常见问题

最近风靡宝妈圈的安静书是个什么东东?先给大家说说①什么是安静书,再详细写写②手工制作攻略,对于没时间精力自己做的还可以看③如何便宜买好货

①什么是安静书?

让宝宝安静下来专注玩耍的手动游戏书,适用于1.5岁-5岁的宝宝。分为不织布材质的和纸质的。纸质的也是塑封过的,所以仍然是撕不烂、可以反复玩耍的(不同于一次性的贴纸书哦);制作简单,不自己做购买的话价格也比不织布美丽太多

https://www.zhihu.com/video/1319303203746295808

不织布材质的,自己做很费事(缝纫机什么的需要备上),买吧也太贵了,比如下图买成品是450,买材料包是200左右

https://www.zhihu.com/video/1319303299926134784

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最详细最易懂的保姆级教程步骤如下

1. 打印素材。建议选择157-250g的a4铜版纸彩色单面打印,比较厚更适合宝宝、更耐用。当然普通a4纸张也可以。 如果家里有打印机最好,没有的话也不建议专门买打印机,不划算,除非是大批量打印,能打铜版纸的打印机也需要好几千;文印店打印费用也高。tb上外发打印就实惠多了

2.裁剪 圆角处理。要裁剪成直线的用裁纸刀,效率高;曲线的用剪刀。裁纸刀建议买滚刀的款式比较安全。这边圆角处理可让塑封后更加美观。 先裁剪再塑封比较不容易脱胶。

3.塑封。塑封膜推荐8c的就可以,数字越大,塑封后的硬度越高。注意刚塑封出来塑封膜有热度,会容易变形,要用重物先压平。

4.裁剪 圆角处理。这里圆角处理可防止尖角伤到宝宝们。裁剪时边缘预留一些,不要沿着图案直线直接剪下来,否则容易塑封膜脱胶。

5.打孔装订。把书装订成册打单孔或多孔的都可以。偏爱一整排的可用多孔的。根据想要的装订效果选择。打孔器需注意得买塑封后可以打孔的,普通的打的不好。 打孔时以一个为基准,对照着打孔。

6.贴魔术贴,也叫子母贴,1.5~2cm就可以,用来贴在书页面和答案上,互相粘贴。

③如何便宜买好货

不瞒大家说,我之所以收罗了如此多的安静书,原计划是宝宝做的。但最终稿还是选择购买成品而放弃了自己做,主要原因是

1、自己做的时间成本太高太高,有那工夫不如多学习些育儿知识2、自己做的有些粗糙有些丑3、安静书买些成品给孩子玩就好,没必要求多求全,现在的好玩的东西那么多,没必要非要自己把各种主题都给孩子做一份,孩子玩多了也不感兴趣

恰好工作原因又印刷厂的关系,托人做了一份,还帮好多朋友组织了团购,质量超好、比手工更高级,关键也便宜啊

晒晒我跟朋友们团购的成品

https://www.zhihu.com/video/1319303409111851008

https://www.zhihu.com/video/1319303446538244096

https://www.zhihu.com/video/1319303768333848576

总之:素材免费送、成品b便宜团

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