汽車與其他普通消費類產品的重要差別之一就是更高的安全性要求。在汽車產業(yè)中，往往系統(tǒng)的功能與質量相比只能處于次要地位。汽車操控的安全性與組成整個汽車的零件都有密切關系。每個零部件都被要求能達到最高的質量與可靠性，甚至實現(xiàn)零缺陷（Zero Defect）的理想狀態(tài)。
汽車零部件及相關產品的最大推動力往往不是先進的技術，而更多的是質量的水平；而質量的提升需要嚴格管控程序來實現(xiàn)。目前汽車產業(yè)的重要質量管理系統(tǒng)與相關規(guī)范包括由汽車電子設備委員會（Automotive Electronics Council, AEC）所提出的各項規(guī)范以及QS-9000和TS 16949等。另外零件提供商也會提出自己的規(guī)范，如ST的汽車等級認證（Automotive Grade Qualification）等。
AEC系列規(guī)范
克萊斯勒、福特和通用汽車/Delco Electronics為建立一套通用的零件資質及質量系統(tǒng)標準而設立了汽車電子委員會（AEC）。AEC建立了質量控制的標準，同時，由于符合AEC規(guī)范的零部件均可被上述三家車廠同時采用，促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，為汽車零件市場的快速成長打下基礎。
專門用于芯片應力測試（Stress Test）的認證規(guī)范AEC-Q100是AEC的第一個標準。AEC-Q100于1994年6月首次發(fā)表，經過十多年的發(fā)展，AEC-Q100已經成為汽車電子系統(tǒng)的通用標準。在此文件的開發(fā)過程中，重要的芯片供應商都有機會提出他們的意見。
該規(guī)范能使汽車元件更快速地滿足汽車市場的采購需求。汽車電子元件只要被認定為符合此規(guī)范要求即被認為具有高質量與可靠性，并可適合于汽車應用的復雜惡劣的環(huán)境中，而不再需要進行反復的循環(huán)認證測試。
AEC在AEC-Q100之后又陸續(xù)制定了針對離散組件的AEC-Q101和針對被動組件的AEC-Q200等規(guī)范，以及AEC-Q001/Q002/Q003/Q004等指導性原則（Guideline）。以下將分別做出簡要介紹：
1. AEC-Q100
AEC-Q100標準主要在于預防產品各種可能發(fā)生的狀況或潛在的失誤機會，引導供貨商在開發(fā)的過程中就能生產出符合此規(guī)范的芯片。AEC-Q100對每一個申請的個案進行嚴格的質量與可靠度確認，即確認制造商所提出的產品數據表、使用目的、功能說明等是否符合當初所宣稱的功能，以及在多次使用后是否能始終如一。
此標準的最大目標是提高產品的良品率，這對芯片供貨商來說，不論是在產品的尺寸、合格率及成本控制上都是很大的挑戰(zhàn)。AEC-Q100詳細規(guī)范了對于IC芯片的各項要求，其另一方面也代表了汽車制造商以及供貨商對于產品安全的要求。
此標準詳細規(guī)定了一系列的測試，同時定義了應力測試驅動型認證的最低要求以及IC認證的參考測試條件。這些測試包括7個測試群組：測試群組A（環(huán)境壓力加速測試，Accelerated Environment Stress）、測試群組B（使用壽命模擬測試，Accelerated Lifetime Simulation）、測試群組C（封裝組裝整合測試，Package Assembly Integrity）、測試群組D（芯片晶圓可靠度測試，Die Fabrication Reliability）、測試群組E（電氣特性確認測試，Electrical Verification）、測試群組F（瑕疵篩選監(jiān)控測試，Defect Screening），和測試群組G（封裝凹陷整合測試，Cavity Package Integrity）。
此外，為了達到汽車電子產品對工作溫度、耐久性與可靠度的高標準要求，組件供貨商必須采用更先進的技術和更苛刻的測試程序來達成最佳化的設計方法。因此，AEC-Q100又分為不同的產品等級，其中第一級標準的工作溫度范圍在-40℃至125℃之間；最嚴格的第0級標準工作溫度范圍可達到-40℃至150℃。
2. AEC-Q001
零缺陷是所有產業(yè)都在不斷追求的目標，在對于安全性有更高要求的汽車電子產業(yè)，對質量的要求更加嚴格。
半導體組件的缺陷率用DPM（Defect Per Million）表示。在一些關鍵性的應用組件中，供貨商甚至將缺陷率由一般常用的百萬分之一（Parts Per Million, PPM）單位，提升到十億分之一（Parts Per Billion, PPB），即每生產十億個組件才可能出現(xiàn)有問題的產品。因此通過有效控制DPM可減少因為電子器件失常造成的汽車駕駛安全問題。
AEC-Q001規(guī)范中提出了所謂的參數零件平均測試（Parametric Part Average Testing, PPAT）方法。PPAT 是用來檢測外緣（Outliers）半導體組件異常特性的統(tǒng)計方法，用以將異常組件從所有產品中剔除。
PPAT可分為靜態(tài)PAT（Static PAT）、動態(tài)PAT（Dynamic PAT）和地域性PAT（Geographic PAT），所謂的地域性PAT，即是為所有在晶圓上的裸晶加入鄰近性權重（Proximity Weighting），因此一些被不良裸晶包圍或鄰近的良好裸晶，也可能會被移除。
圖一 PPAT示意圖
一般AEC-Q001只要求通過靜態(tài)PAT測試。不過，為了達到更高的質量，ST的汽車等級認證要求同時做到靜態(tài)、動態(tài)及地域性PAT標準。此外，ST的地域性PAT還采用可重復性類型偵測（Repeatable pattern detection）和混合式分析（Composite Analysis）來提升管控質量。通過PPAT，在測試限制外的裸晶會被刪除，即使這些裸晶能符合特性要求。這樣既避免潛在風險，又能在供貨商的階段即可改善組件的質量和可靠性。
圖二 GPAT示意圖
3. AEC-Q002
AEC-Q002基于統(tǒng)計原理，屬于統(tǒng)計式良品率分析的指導原則。AEC-Q002的統(tǒng)計性良品率分析（Statistical Yield Analysis, SYA）分為統(tǒng)計性良品率限制（Statistical Yield Limit, SYL）和統(tǒng)計箱限制（Statistical Bin Limit, SBL）兩種。以SBL來說，它在電性晶圓測試（Eletrical Wafer Sort, EWS）的階段放置特殊的監(jiān)控功能于BIN上，各個區(qū)域會被取樣和分析。這些方法通過對關鍵性測試參數 / BIN的量測來建立一套分析和控制生產變量的系統(tǒng)，可用來檢測出異常的材料區(qū)域，保證最終產品的質量和可靠性。
圖三 SBL示意圖
所有新組件或技術在制造程序前后的不同階段都可進行統(tǒng)計分析，同時也能在晶圓測試（Wafer Probe）及封裝最后測試的階段被用來進行電子參數測試。AEC-Q002為組件制造商提供使用統(tǒng)計技巧來檢測和移除異常芯片組件的方法，讓制造商能在晶圓及裸晶的階段就能及早發(fā)現(xiàn)錯誤并將之剔除。
4. AEC-Q003
產品及制程的特性表現(xiàn)對于開發(fā)新的芯片或對現(xiàn)有的芯片進行調整相當重要。無論是位于制程邊緣所產生的特性化零件，或特別選出的極端參數值，都可以被應用來確定敏感性的制程范圍。
供貨商可以改變或嚴格處理這部分的制程，或在測試階段將這部分的產品移除。當新的組件中涉及新的設計技術及制程時，就會在晶圓測試或最后測試階段進行特性化的操作。同過確定電性及制程參數和表現(xiàn)的限制，可以建立此產品的功能與參數表現(xiàn)特性，供貨商也就能夠明確能被妥善控制的制程區(qū)域（Sweet Spot）。
AEC-Q003是針對芯片產品的電性表現(xiàn)所提出的特性化（Characterization）指導原則，其用來生成產品、制程或封裝的規(guī)格與數據表，目的在于收集組件、制程的數據并進行分析，以了解此組件與制程的屬性、表現(xiàn)和限制，和檢查這些組件或設備的溫度、電壓、頻率等參數特性表現(xiàn)。
5. AEC-Q004
AEC-Q004提出一系列的流程步驟，包括組件設計、制造、測試和使用，以及在這流程的各個階段中采用何種程零缺陷的工具或方法。這些方法涵蓋上述AEC的各種文件標準，以及JEDEC或AIAG等等來自業(yè)界的質量控制技術或管理系統(tǒng)的廣泛應用。當零件或制程已實現(xiàn)最佳化，且成熟性在經過一段時間后被證實，此時只需用較少的工具就能改善或維持質量和可靠性。
AEC-Q004實質上是一套零缺陷指導原則，其定義出芯片供貨商或用戶如何在產品生命周期中使用一些工具和制程來達成零缺陷的目標。AEC-Q004并不是強制性的規(guī)范，而是提出用來降低缺陷的工具和方法。不同的應用模式會需要不同的工具或生產方法，因此在此指導原則中提出了建議的作法。AEC-Q004目前仍處于在草案階段，即將推出正式的版本。
QS 9000/TS 16949規(guī)范
QS 9000和TS 16949的質量管理系統(tǒng)認證體系是汽車電子供應商除AEC之外需要重視的另一套規(guī)范。
QS9000曾是汽車供貨商生產零件、材料和提供服務的基本質量管理系統(tǒng)，主要基于ISO 9001：1994體系，由克萊斯勒、福特和通用汽車公司于1994年共同開發(fā)。其于2006年12月15日被國際汽車專業(yè)組織（Internation Automotive Task Force, IATF）所制定與推行的ISO/TS 16949汽車產業(yè)驗證標準所取代。
圖四 汽車產業(yè)檢驗標準的演進
TS16949標準是以ISO 9001: 2000為基礎開發(fā)的針對汽車行業(yè)質 量系統(tǒng)管理標準。目前包括通用（GM）、福特（Ford）、克萊斯勒（Daimler Chrysler）、標致（Peugeot）、雷諾（Renault）、BMW、尼桑（Nissan）、菲亞特（Fiat）、大眾（Volkswagen）等世界級的車廠，都強制規(guī)定其供貨商之質量管理系統(tǒng)需符合TS 16949的要求，并要求擴展至2-3級供貨商。
TS16949突出了客戶導向的主軸并制定各項績效指標。其系統(tǒng)運作架構能強力推動組織持續(xù)改進，以保持領先同業(yè)的競爭力，讓管理者能有效找到異常點并進行相應改善。
PPAP
PPAP全稱為生產零件批準程序（Production Parts Approval Process），是QS 9000與TS 16949規(guī)范當中較受重視的作法。PPAP要求用于汽車供應鏈中的所有零件皆需擁有詳細完整的數據和文件，并在PPAP的文件中列出了芯片制造商所需要采取的生產和質量保證程序。這些文件能夠支持客戶的生產批準程序以及相關的危險評估。
PPAP用來確定供貨商在零件實際量產的過程已經正確理解了客戶的工程設計記錄和規(guī)格中的所有要求，并保證買方的質量風險，評估其是否具有能持續(xù)滿足這些要求的潛在能力。
ST的汽車等級認證
車載產品的質量和可靠性遠高于其它普通消費類產品，為了實現(xiàn)該市場的獨特需求，芯片供貨商都在積極致力于提升量產控管的技術與管理系統(tǒng)，發(fā)展出更可靠的量產技術，此外還力求此套技術也能用來提高消費性等其它應用領域的產品質量。
AEC（尤其是AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q001/Q002/Q003等）和PPAP的各項要求是車載產品需要遵循的設計規(guī)范，因此也就產生了車載產品與其它產品的明顯區(qū)別：其必須嚴格遵守定義的產品特性、設計和制造程序等，并為用戶提供完整的文件和產品包裝。
ST提出了嚴格的汽車等級認證（Automotive Grade Qualification）規(guī)范。其除了滿足上述的AEC及質量管理系統(tǒng)規(guī)范外，ST還發(fā)展出如在制程中采用特殊的篩選（Screening）和測試方法，以及專屬的高可靠性認證流程（High Reliability Certified Flow, HRCF）測試程序等一套嚴格的管控方法。
1. 產品篩選法
改良式的應力測試（Stress Testing）和篩選方法（Screening）是ST汽車等級認證規(guī)范的重要部分。其篩選的結果將被作為產品改善的方向，目標即是零缺陷的汽車電子元件。
由于車載系統(tǒng)的特殊性，一般在標準制程測試中被認為是良好的產品，在汽車應用的某些特定狀況下卻可能存在潛在的故障危險。通過產品篩選的方法，能夠用來做更進一步的嚴格篩選。嚴格的產品測試往往需要花費更多的時間和成本才能上市。為了能在最短的時間內通過這些測試，必須采用一些有效的方法，例如產品家族數據（Product-Family Data）最大化和技術依存性（Technology Dependent）的作法。
AEC-Q100所定義的合格標準以產品家族（Product Family）為認定的對象。所謂的產品家族最大化原則即在使用相同制程和材料的所有產品當中，只要其中一個成員通過測試，則其它產品家族成員即可通過；技術依存性則是以制程標準為審核對象，只要是采用已經合格的制程標準所生產的新產品，代表其合格的概率就非常高。
2. HRCF測試程序
汽車元件的溫度范圍一般為-40℃~125℃，因此EEPROM和閃存等產品往往需要滿足極嚴格的生產良品率以及可靠性要求。
ST針對汽車電子應用的EEPROM和閃存開發(fā)了名為高可靠性認證流程（HRCF）的測試程序。HRCF屬于專屬性生產流程，其在生產、測試及質量保證接受性流程中導入了額外的模塊，以保證產品可操作在汽車應用的溫度范圍內。在生產模塊中，EEPROM的裸晶必須要能在供應電壓上升的環(huán)境中做到3000次的循環(huán)擦寫。在裸晶測試時，還要通過24小時在250°C下的高溫烘烤，而且在接下來的一秒鐘的電性測試中仍需保證完全通過。最后測試的模塊包括在130°C及室溫下的溫度循環(huán)和電性測試。
HRCF測試流程結合了統(tǒng)計箱限制（SBL）與零件平均測試（PAT）等統(tǒng)計工具，能夠篩選出晶圓和裸晶上的早期故障和離群點，達到汽車零缺陷率的可靠性目標。
結論
目前的汽車電子市場發(fā)展迅速，產品類型也越來越多樣化，因此為了保證車載零件和電子產品的通用性和質量，需要嚴格的質量管控規(guī)范及管理系統(tǒng)來保證。質量規(guī)范可以是AEC及TS 16949等一套公認的規(guī)范，也可以是與ST的汽車等級認證類似的由供貨商提出的定制化管理體系。
合理的管理規(guī)范除了能保證產品質量，也能加速整個汽車產業(yè)鏈的供應狀況。其有助于改 善管線的可視度，客戶追蹤，以及汽車制造商和組件供貨商之間的訂單狀況跟蹤也能變得更容易。此外，為獲得更低的制造成本和汽車電子產品供應商更靈活的設計能力，除了開拓小型公司的供貨渠道外，對產能做出的最有效的支持和快速掌握車廠在應用上所需要的技術狀況十分重要，而這些工作也可以通過完善的供應鏈管理系統(tǒng)得到實現(xiàn)。
（意法半導體）
