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[导读]随着我国汽车工业特别是新能源汽车的高速发展,汽车电子市场规模也在高速增长,但我国汽车芯片一直缺芯少魂。据不完全统计,我国汽车用芯片进口率达95%,先进传感器、车载网络、三电系统、底盘电控、ADAS(高级驾驶辅助系统)、自动驾驶等关键系统芯片全部为国外垄断,我国自主汽车芯片多用于车身电子等简单系统。从国民经济的高质量安全发展、汽车产业供应链的自主可控、汽车芯片产业的巨大市场机遇看,实现车规芯片的国产化和自主化,具有十分重要的战略意义、现实意义和经济效益。

随着我国汽车工业特别是新能源汽车的高速发展,汽车电子市场规模也在高速增长,但我国汽车芯片一直缺芯少魂。据不完全统计,我国汽车用芯片进口率达95%,先进传感器、车载网络、三电系统、底盘电控、ADAS(高级驾驶辅助系统)、自动驾驶等关键系统芯片全部为国外垄断,我国自主汽车芯片多用于车身电子等简单系统。从国民经济的高质量安全发展、汽车产业供应链的自主可控、汽车芯片产业的巨大市场机遇看,实现车规芯片的国产化和自主化,具有十分重要的战略意义、现实意义和经济效益。

航顺芯片作为32位高端微控制器(MCU)市场的佼佼者,从第一颗32位ARM内核的工业级MCU起,便开始布局车规级MCU。从汽车电子后装市场的推广,到汽车前装市场的引入和测试验证,经过几轮的产品迭代,经受了汽车电子产品严苛的可靠性和安全性验证,航顺HK32MCU正式进入车规级微控制器市场。

HK32AUTO39A系列从产品研发到晶圆制程的选择和生产,再到封测和测试,严格按照车规产品的标准流程,产品历经大半年严格的可靠性测试,顺利通过了AEC-Q100等级认证。HK32AUTO39A系列基于ARM Cortex M0和M3内核,除了支持GPIO、ADC、SPI、IIC、USART等通用MCU常规外设,还支持汽车LIN和CAN通讯接口,产品覆盖了低、中、高端32位车规MCU。可以应用于电动座椅、空调控制、电动后视镜、电动门锁、氛围灯等车身域控制;汽车仪表、车载导航等车载信息娱乐系统(IVI);导航与实时交通系统、自动汽车报警、碰撞避免或预碰撞系统、自动泊车、盲点检测等自动驾驶控制;车载T-BOX以及OBD汽车诊断等等。

通过对航顺车规MCU的研发过程的介绍,可以了解到普通消费类电子和汽车电子产品的差别,认识汽车电子产品对可靠性和安全性的严苛要求,再来认识一下汽车电子产品复杂的认证项目和流程。

1.汽车电子产品认证

要进入汽车领域,打入各一级(Tier1)汽车电子大厂供应链,必须取得两张门票,第一张是由北美汽车产业所推的AEC-Q100(集成电路IC)、AEC-Q101(分立半导体器件)、AEC-Q102(分立光电子器件)、AEC-Q103(MEMS)、AEC-Q104(多芯片组件)、AEC-Q200(无源元件)可靠性标准;第二张门票,则要符合零失效(Zero Defect)的供应链质量管理标准ISO/TS 16949规范(Quality Management System)。其关联性可以参考图1说明。

图1 车用零组件基本要求说明图

1.1 AEC-Q标准认证

AEC 是“Automotive Electronics Council:汽车电子协会”的简称。克莱斯勒、福特和通用汽车为建立一套通用的零件资质及质量系统标准而设立了汽车电子委员会(AEC),是主要汽车制造商与美国的主要部件制造商汇聚一起成立的、以车载电子部件的可靠性以及认定标准的规格化为目的的团体,AEC建立了质量控制的标准。[AEC-Q100]是针对于集成电路应力测试认证的失效机理,针对于分立器件的标准为[AEC-Q101],针对于LED的标准为[AEC-Q102],针对于被动元件设计为[AEC-Q200] 。

1.1.1 AEC-Q100标准认证项目

AEC-Q100定义了4个器件环境工作温度等级,一部汽车零件使用的位置不同,其基本耐温要求也不同,相应的测试温度规格也不同,如下表所示。

工作温度范围等级定义及应用

AEC-Q100对IC的可靠性测试可细分为加速环境应力可靠性、加速寿命模拟可靠性、封装可靠性、晶圆制程可靠性、电学参数验证、缺陷筛查、包装完整性试验,且需要根据器件所能承受的温度等级选择测试条件。

1.1.2 AEC-Q100标准认证流程

AEC-Q100验证流程参考下图,以Die Design→Wafer Fab.→PKG Assembly→Testing的制造流程来绘制,各群组的关联性须要参考图中的箭头符号,这里将验证流程分为五个部分进行简易说明,各项测试的细节部分就不再细述。

图2 AEC-Q100验证流程

l Design House:可靠度实验前后的功能测试,此部分需IC设计公司与测试厂讨论执行方式,与一般IC验证主要差异在功能测试的温度设定。

l Wafer Foundry:D测试组为晶圆厂在Wafer Level的可靠度验证,Fabless的IC业者必须与委托制造的晶圆厂取得相关资料。

l Reliability Test:区域3为可靠性视产品包装/特性需要执行的项目,AEC将其分为Group A(加速环境应力实验)、Group B(加速工作寿命模拟)、Group C(封装完整性测试)、Group E(电性验证测试)、Group G(空腔/密封型封装完整性测试)。

l Design Verification:部分Group E的区域4为设计阶段的失效模式与影响分析评估,成品阶段的特性验证以及故障涵盖率计算。

l Production Control:Group F的区域生产阶段的品质控管,包含良率/Bin使用统计手法进行控管及制定标准处理流程。

2. TS 16949规范

汽车零部件及相关产品发展的最大推动力往往不是先进的技术,更多的是质量水平,而质量的提升需要严格的管理控制程序来实现。目前汽车产业的重要质量管理系统与相关规范包括由汽车电子设备委员会(AEC)所提出的各项规范以及QS-9000和TS l6949等。另外零件供应商也会提出自己的规范,如ST的汽车等级认证等。

TS 16949的质量管理系统认证体系是汽车电子供应商除AEC之外需要重视的另一套规范。TS 16949标准是以ISO9001:2000为基础开发的针对汽车行业质量系统管理标准。目前.包括通用、福特、标致、雷诺和大众等世界级车厂,都强制规定其供货商的质量管理系统需符合TS 16949的要求,并要求扩展至2—3级供货商。TS 16949突出了客户导向,并制定各项绩效指标。其系统运作架构能强力推动组织持续改进.以保持领先同业的竞争力,能让管理者有效找到异常点并进行相应改善。

ISO/TS l6949内容中,最基本精神为《AIAG汽车行业五大核心工具》,尤其是生产件批准程序(PPAP)更为核心,如图3所示。

图3 ISO/TS 16949之汽车行业五大核心工具

3. ISO 26262功能安全标准

ISO 26262即《道路车辆-功能安全》国际标准,是从电子、电气及可编程器件功能安全基本标准IEC61508派生出来的,主要定位在汽车行业中特定的电气器件、电子设备、可编程电子器件等专门用于汽车领域的部件,旨在提高汽车电子、电气产品功能安全的国际标准。

随着汽车电子系统复杂性的提高,软件和机电设备的应用,来自系统失效和随机硬件失效的风险也日益增加,制定ISO 26262标准的目的是使得人们对安全相关功能有一个更好的理解,并尽可能明确地对它们进行解释,同时为避免这些风险提供了可行性的要求和流程。

ISO 26262为汽车安全提供了一个生命周期(管理、开发、生产、经营、服务、报废)理念,并在这些生命周期阶段中提供必要的支持。该标准涵盖功能性安全方面的整体开发过程(包括需求规划、设计、实施、集成、验证、确认和配置)。

ISO 26262标准根据安全风险程度对系统或系统某组成部分确定划分由A到D的安全需求等级(Automotive Safety Integrity Level 汽车安全完整性等级ASIL),其中D级为最高等级,需要最苛刻的安全需求。伴随着ASIL等级的增加,针对系统硬件和软件开发流程的要求也随之增强。对系统供应商而言,除了需要满足现有的高质量要求外还必须满足这些因为安全等级增加而提出的更高的要求。

图4 ISO 26262的体系结构

ISO 26262的内容包括:

Part 1:定义术语(专用词汇定义、解释)

Part 2:功能安全管理(定义了涉及安全相关系统开发的组织和人员应满足的要求)

Part 3:概念阶段(项目定义、安全生命周期初始化、危险分析和风险评估、功能安全概念)

Part 4:产品开发:系统层面

Part 5:产品开发:硬件层面

Part 6:产品开发:软件层面

Part 7:生产、运行、服务和报废

Part 8:支持过程(规定了对供应商的开发委托要求)

Part 9:基于ASIL和安全的分析

Part 10:ISO 26262导则(作为Part1~9的补充,对特定项目的解说及事例的指南)

Part 11:半导体应用指南

以上就是关于车规MCU AEC- Q100认证、TS 16949规范、ISO 26262功能安全标准的汽车芯片认证的科普内容,希望对大家更好地了解车规芯片有所帮助,如有异议或不同见解欢迎联系交流!

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