一顆汽車芯片從設(shè)計流片、車規(guī)認證、車型導(dǎo)入驗證、到量產(chǎn)裝車，通常需要3-5年的時間。而只有最終大規(guī)模落地量產(chǎn)，實現(xiàn)盈利，企業(yè)才能真正地活下來。這整個周期，就像是一場殘酷的軍備競賽。而這一切的基礎(chǔ)，是車規(guī)認證帶來的安全保障。汽車芯片企業(yè)只有建立起車規(guī)理念及文化，堅持產(chǎn)品的持續(xù)改進、持續(xù)認證，才能以車芯助力更安全可靠、更有競爭力的汽車產(chǎn)品，帶來中國汽車半導(dǎo)體行業(yè)的真正突破。

什么是車規(guī)級芯片？

按照應(yīng)用場景，芯片通?？梢苑譃橄M級、工業(yè)級、車規(guī)級、軍工級以及宇航級，不同級別的芯片有不同的要求，以保證芯片的穩(wěn)定運行。

芯片等級劃分

汽車芯片，即“車規(guī)級芯片Automotive Grade”，指滿足汽車質(zhì)量管理體系，符合可靠性和功能安全要求的集成電路。區(qū)別于消費芯片與工業(yè)芯片，汽車芯片的工作環(huán)境惡劣、安全等級高、使用壽命長，因此車規(guī)級芯片要求高可靠性、高安全性、高穩(wěn)定性。其中，高可靠性主要針對溫度、濕度、抗震動、抗電磁干擾、使用壽命來設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，安全性主要在功能安全、信息安全上設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，高穩(wěn)定性主要是要求大批量生產(chǎn)的一致性等。這使得車規(guī)級芯片具備極高的技術(shù)難度和進入門檻，國產(chǎn)化率較低。

車規(guī)芯片與消費芯片的對比差別以及車規(guī)認證標(biāo)準(zhǔn)

汽車芯片從應(yīng)用環(huán)節(jié)可以分為 5 大類：主控類芯片、功率類芯片、模擬類芯片、傳感器芯片、存儲類芯片等。

主控類芯片負責(zé)計算與控制，包括MCU芯片和SoC芯片等，分布在如發(fā)動機、底盤和車身控制，以及中控、輔助駕駛（ADAS）和自動駕駛系統(tǒng)等；

功率類芯片負責(zé)功率轉(zhuǎn)換，一般應(yīng)用于電動車的電源和接口；

模擬類芯片承擔(dān)著連接現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的橋梁作用，主要分為信號鏈芯片與電源管理芯片兩大板塊；

傳感器芯片負責(zé)將物理量、化學(xué)量、生物量等轉(zhuǎn)換成電信號，分為車身感知傳感器和環(huán)境感知傳感器；

存儲器芯片負責(zé)數(shù)據(jù)存儲，分為閃存和內(nèi)存，其中閃存包括NAND Flash和NOR Flash，內(nèi)存包括DRAM和SRAM。

汽車芯片的類別

車規(guī)級芯片的認證

汽車電子本身使用環(huán)境較為復(fù)雜，一旦失效可能引發(fā)嚴重后果，要研發(fā)一款真正符合需求的車規(guī)芯片并不容易。芯片在真正投入量產(chǎn)前，往往要經(jīng)過一系列嚴格的測試驗證，以保證流程和產(chǎn)品的可靠性，達到車規(guī)要求。芯片的車規(guī)級認證主要從體系、功能安全和可靠性三個維度管控。IAFT16949是汽車設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)質(zhì)量管理體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；ISO 26262是針對汽車功能安全的評估認證；AEC-Q系列則主要是針對車規(guī)電子元器件可靠性評估的規(guī)范。

車規(guī)級芯片的三大門檻

IATF 16949

IATF 16949是基于ISO 9001的基礎(chǔ)上建立的國際汽車行業(yè)的技術(shù)規(guī)范，敘述了汽車相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)、生產(chǎn)及相應(yīng)的安裝與服務(wù)的質(zhì)量管理體系要求，適用于顧客要求的用于生產(chǎn)件和/或服務(wù)件的制造現(xiàn)場，適用于整個汽車供應(yīng)鏈中的組織。它相當(dāng)于國際汽車行業(yè)的通用語言，目的就是為了減少供應(yīng)鏈中質(zhì)量波動和浪費。

IATF16949的發(fā)展過程

IATF 16949體系標(biāo)準(zhǔn)，連同適用的汽車顧客特殊要求，ISO 9001:2015要求以及ISO 9000:2015一起定義了對汽車生產(chǎn)件及相關(guān)服務(wù)件組織的基本質(zhì)量管理體系要求。正因如此，IATF 16949不能被視為一部獨立的質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，而是必須當(dāng)做ISO 9001:2015的補充進行理解，并與ISO 9001:2015結(jié)合使用。

IATF16949理論構(gòu)架圖

IATF 16949規(guī)定了汽車相關(guān)產(chǎn)品（包括裝有嵌入式軟件的產(chǎn)品）的設(shè)計、生產(chǎn)，以及（相關(guān)時）裝配、安裝和服務(wù)的質(zhì)量管理體系，適用于制造顧客指定生產(chǎn)件、服務(wù)件和/或配件的組裝生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)在整個汽車供應(yīng)鏈中實施本標(biāo)準(zhǔn)，其給汽車企業(yè)帶來的益處有：

穩(wěn)定提供滿足顧客需求及適用的法律法規(guī)要求的產(chǎn)品和服務(wù)；

持續(xù)提高顧客滿意度；

應(yīng)對與企業(yè)所處環(huán)境和所制定目標(biāo)相關(guān)的風(fēng)險和機遇；

證實企業(yè)符合規(guī)定的質(zhì)量管理體系要求的能力。

ISO 26262

ISO 26262是從電子、電氣及可編程器件功能安全基本標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508派生出來的，主要定位在汽車行業(yè)中特定的電氣器件、電子設(shè)備、可編程電子器件等專門用于汽車領(lǐng)域的部件，旨在提高汽車電子、電氣產(chǎn)品功能安全的國際標(biāo)準(zhǔn)。

ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)體系

ISO 26262根據(jù)嚴重度（Severity）、暴露率（Exposure）和可控性（Controllability），給汽車上的全部電子電氣系統(tǒng)劃分安全等級，安全氣囊、防抱死制動系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須達到ASIL D級，這是應(yīng)用于安全保障的最嚴苛等級，因為其失效帶來的風(fēng)險最高。而安全等級范圍的最低等級，如后燈等部件，僅需達到ASIL A級即可。大燈和剎車燈通常是ASIL B級，而巡航控制通常是ASIL C級。

企業(yè)在執(zhí)行ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)的時候，會先制定安全要求以將風(fēng)險降低到可接受的水平，管理并跟蹤安全要求，確保最終產(chǎn)品遵循標(biāo)準(zhǔn)化安全程序。通過系統(tǒng)性、全生命周期的思考方式，實現(xiàn)全面地規(guī)劃功能安全的目的。

ISO 26262為汽車安全提供了一個生命周期（管理、開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營、服務(wù)、報廢）理念，并在這些生命周期階段中提供必要的支持。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋功能性安全方面的整體開發(fā)過程（包括需求規(guī)劃、設(shè)計、實施、集成、驗證、確認和配置）。

ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險程度對系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級（Automotive Safety Integrity Level 汽車安全完整性等級ASIL），其中D級為最高等級，需要最苛刻的安全需求。伴隨著ASIL等級的增加，針對系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)流程的要求也隨之增強。對系統(tǒng)供應(yīng)商而言，除了需要滿足現(xiàn)有的高質(zhì)量要求外還必須滿足這些因為安全等級增加而提出的更高的要求。

ISO26262的體系結(jié)構(gòu)

ISO 26262的內(nèi)容包括：

Part 1：定義術(shù)語（專用詞匯定義、解釋）；

Part 2：功能安全管理（定義了涉及安全相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)的組織和人員應(yīng)滿足的要求）；

Part 3：概念階段（項目定義、安全生命周期初始化、危險分析和風(fēng)險評估、功能安全概念）；

Part 4：產(chǎn)品開發(fā)：系統(tǒng)層面；

Part 5：產(chǎn)品開發(fā)：硬件層面；

Part 6：產(chǎn)品開發(fā)：軟件層面；

Part 7：生產(chǎn)、運行、服務(wù)和報廢；

Part 8：支持過程（規(guī)定了對供應(yīng)商的開發(fā)委托要求）；

Part 9：基于ASIL和安全的分析；

Part 10：ISO 26262導(dǎo)則（作為Part1～9的補充，對特定項目的解說及事例的指南）；

Part 11：半導(dǎo)體應(yīng)用指南。

AEC-Q

當(dāng)我們談?wù)撈囯娮訒r，就不得不提AEC-Q100，作為公認的車規(guī)元器件通用測試標(biāo)準(zhǔn)，它被視為芯片前裝上車的“基本門檻”。無論是環(huán)境關(guān)還是壽命關(guān)，都可通過AEC-Q100這一標(biāo)準(zhǔn)進行驗證。對于汽車級芯片而言，AEC-Q100是基本可靠性的要求。AEC全稱為汽車電子協(xié)會（Automotive Electronics Council），由通用、福特和克萊斯勒共同建立，旨在制定一套通用的零件資質(zhì)及質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。其中，Q代表Qualification。AEC-Q適用于汽車用芯片、無源器件、分立半導(dǎo)體器件等類型元器件認證，并為不同的元器件設(shè)定了相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)和測試項。

AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)體系

車規(guī)級的電子元件對環(huán)境要求、抗振動沖擊、可靠性和一致性等方面要求嚴格，所以必須采用更先進的技術(shù)和更苛刻的測試程序。以AEC－Q100為例，規(guī)范了測試7大類別：

測試群組A（環(huán)境壓力加速測試）；

測試群組B（使用壽命模擬測試）；

測試群組C（封裝組裝整合測試）；

測試群組D（芯片晶圓可靠度測試）；

測試群組E（電氣特性確認測試）；

測試群組F（瑕疵篩選監(jiān)控測試）；

測試群組G（封裝凹陷整合測試）。

只有完全通過7大類別共41項測試后，才能獲得AEC－Q100認證。AEC-Q系列認證，完成全部測試，平均最低時間也需要大概6個月左右，認證等級請參考下圖：

AEC-Q認證等級

AEC-Q的要求非常嚴格，只有通過相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部測試項目，供應(yīng)商才能聲稱該產(chǎn)品通過了相應(yīng)的AEC-Q認證；符合這些規(guī)格的組件適用于惡劣的汽車環(huán)境，無需額外的組件級鑒定測試。同時，AEC-Q標(biāo)準(zhǔn)是在不斷進化的，特別是隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛等新技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)還將保持這種持續(xù)更新的狀態(tài)。

AEC-Q100驗證流程參考下圖，以Die Design>Wafer Fab.>PKG Assembly>Testing的制造流程來繪制，各群組的關(guān)聯(lián)性需要參考圖中的箭頭符號，這里將驗證流程分為五個部分進行簡易說明，各項測試的細節(jié)部分就不再細述。

AEC-Q100驗證流程

Design House：可靠度實驗前后的功能測試，此部分需IC設(shè)計公司與測試廠討論執(zhí)行方式，與一般IC驗證主要差異在功能測試的溫度設(shè)定。

Wafer Foundry：D測試組為晶圓廠在Wafer Level的可靠度驗證，F(xiàn)abless的IC業(yè)者必須與委托制造的晶圓廠取得相關(guān)資料。

Reliability Test：區(qū)域3為可靠性視產(chǎn)品包裝/特性需要執(zhí)行的項目，AEC將其分為Group A(加速環(huán)境應(yīng)力實驗)、Group B(加速工作壽命模擬)、Group C(封裝完整性測試)、Group E(電性驗證測試)、Group G(空腔/密封型封裝完整性測試)。

Design Verification：部分Group E的區(qū)域4為設(shè)計階段的失效模式與影響分析評估，成品階段的特性驗證以及故障涵蓋率計算。

Production Control：Group F的區(qū)域生產(chǎn)階段的品質(zhì)控管，包含良率/Bin使用統(tǒng)計手法進行控管及制定標(biāo)準(zhǔn)處理流程。