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2023年汽车半导体产业发展分析报告19:晶圆代工产线车规认证篇(下)

2024年3月13日
  • 编辑:Ana Hu
  • 中国出海半导体网

 

接上文,在分析完中国晶圆代工市场的情况后,将详细解析晶圆代工产线在汽车电子领域的应用和认证要求。随着市场对车规芯片需求的增长,晶圆制造各产线积极布局汽车电子业务。我们将深入了解车规芯片认证标准,如AEC-Q系列可靠性认证、ISO26262功能安全标准和IATF16949质量管理体系认证,并分析它们对晶圆代工产线的影响。同时,我们还将审视晶圆代工产线车规认证情况,探讨产线面临的挑战以及认证对产线质量管理的重要性。接下来,我们一起看原文内容:

 

第七部分晶圆代工产线车规认证篇

 

二、汽车电子认证情况

(一)车规芯片认证标准

市场对车规芯片需求的增长影响晶圆制造各产线积极布局汽车电子业务,综合考虑整车开发及芯片设计,一款车规芯片从设计到量产上车一般需要3-5年,上车后需还要满足汽车产品5到10年生命周期内的 OTA 升级迭代需求,这种长周期的特性给车规芯片的导入带来了不小的挑战与难度。

生产车规芯片的首要步骤就是让产线通过车规认证,通常我们了解到的车规芯片的相关认证包括可靠性标准 AEC - Q 系列、质量管理标准 IATF 16949、功能安全标准ISO26262等认证标准。

图2:车规级芯片全产业链各阶段的标准要求

图2:车规级芯片全产业链各阶段的标准要求

 

1、可靠性认证标准: AEC - Q 系列

 AEC 是" AutomotiveElectronicsCouncil :汽车电子协会"的简称,是美国三大公司克莱斯勒、福特和通用发起建立的可靠、高质量电子元器件标准的标准化机构,旨在建立可靠、高质量电子元器件的通用标准。满足这些标准的元器件能适用于汽车环境的最低要求,无需进行额外的元器件级鉴定测试。

 AEC - Q 系列认证是芯片车规认证可靠性标准。主要包括 AEC -Q100(集成电路 IC )、 AEC -Q101(半导体分立器件)、 AEC -Q102(光电器件)、 AEC -Q103( MEMS 压力器件)、 AEC -Q104(多芯片模组 MCM )、 AEC -Q200(无源器件)。 AEC - Q 系列认证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规元器件的通用测试标准。

表2:AEC-Q-可靠性认证标准分类

表2:AEC - Q 可靠性认证标准分类

 

2、功能安全标准:ISO26262

通过 AEC - Q 认证是元器件进入 Tirel 供应链的第一步,对于涉及安全的应用场景,如自动驾驶等,还需要满足功能安全标准ISO26262,ISO26262专门针对汽车领域的功能安全,也是芯片企业从 IC 设计之初就应该遵循的标准。该认证包括产品功能认证和生产流程认证,要求安全机制符合 ASIL 各等级认证,从低到高分成 A 、 B 、 C 、 D 四个等级, ASILA 代表最低程度的汽车危害, ASIL D 则代表最高程度的汽车危险。 ASIL 等级越高,则认证流程更严苛、周期更长、技术要求和成本都更高,虽然该标准并非全球强制性标准,但没有通过 ISO 26262认证的产品或厂商,基本很难获得 OEM 、 Tierl 的认可。

表3:AEC-Q100与ISO26262认证等级情况

3:AEC -Q100与ISO26262认证等级情况

 目前ISO26262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 .

 AEC - Q 系列与ISO26262功能安全认证都是车规芯片不可或缺的认证标准,但他们本质上有明显的区别, AEC - Q 是对电子元器件产品进行产品性能测试,ISO26262则是对开发流程或产品本身的安全性进行认证。

表4:AEC-与ISO26262认证标准比较

4:AEC 与ISO26262认证标准比较

 3、质量管理体系认证:IATF16949

上文所提到的 AEC - Q 系列以及ISO26262安全认证标准在车规芯片制造流程中更多是针对芯片设计开发厂商,而对于晶圆制造及封测产线的车规认证则是IATF16949质量管理体系车规认证。

IATF16949是国际汽车特别工作组( IATF )为实现汽车行业统一的全球质量体系标准和认证,与国际标准化组织( ISO / TC 176)合作,以各国汽车工业标准为基础,并于1999年制定并推出质量要求IATF16949( ISO /TS16949)技术规范.IATF16949是为规范车规芯片生产制造过程的质量管理体系,适用于汽车制造中直接相关的制造厂以及零部件制造厂商,所以芯片制造产线在芯片制造过程中需要严格遵守IATF16949质量管理体系。

IATF16949的制定基于ISO9001,它不像 AEC - Q 系列认证对产品有严格和具体化的数据性表征,也没有对生产过程有严格和标准化的把控,作为一个质量管理体系,它没有绝对的、统一的判断标准,依据不同的企业情况而定,体系详细阐述了企业在生产运营中的管理思路、管理逻辑以及管理方法论等。

针对IATF16949管理体系有五大工具,分别是产品质量先期策划和控制计划( APQP )、潜在失效模式和后果分析参考手册( FMEA )、测量系统分析参考手册( MSA )、统计过程控制参考手册( SPC )、生产件批准程序( PPAP )。芯片制造产线需要通过这五大工具,从生产制造计划安排到生产流程控制,从产品测试方法到针对失效结果分析,在整个生产过程中对芯片质量进行把控,保证每个生产步骤质量可控,记录可查。

(二)晶圆代工产线车规认证情况

中国车规芯片制造虽起步较晚,但地缘政治的影响为车规级芯片国产替代提供了绝佳的窗口,特别在功率半导体及一些成熟制程的模拟芯片本土制造产线,车规验证已经有所成效。

近年来汽车芯片市场的上涨引来众多晶圆制造产线积极布局,经统计,在已建成并量产的43条12/8英寸产线中,有35条产线已拿到IATF16949车规认证,这其中包括中国大陆本土晶圆制造产线27条。

表5:中国大陆晶圆制造产线车规认证情况

5:中国大陆晶圆制造产线车规认证情况 

对于晶圆制造产线来说,车规认证最直观的改变就是 inline 的量测 layer 增加,对量测结果的 SPEC 卡紧,量测超出 SPEC 的产品大概率直接报废(报废率远超消费及工控芯片),最终厂内 WAT 测试以及出厂后 CP 测试样品量增加等,这些变化从量检测辐射影响到工艺制程中的各个步骤,为确保最终产品的质量及可靠性,产线需要新增大量人力物力去管控生产中的每个环节,再加上验证周期的增加以及产品供货周期的要求,使得产线车规验证越发困难。

品圆制造产线的车规验证不同于设计厂商的产品验证,它的本质是对于产线质量管理体系的认证,获得认证的产线不代表技术的高度,而是拥有给客户输出高质量、零缺陷的车规产品的能力,同时这样的质量理念并不只是暂时的符合标准,而是要做到引导资源,预防缺陷,降低成本,持续不断改进,持续对生产流程中的每一步进行科学管理,提供符合标准的产品,在车规芯片的供应链中,晶圆制造产线的车规认证更像是一个地基,基础足够扎实,才能让设计厂商由足够的信心去和制造产线紧密合作,形成产业链的良性循环。

 

下期预告:

2023年汽车半导体产业发展分析报告:车规级芯片测试

*1.中国汽车技术研究中心有限公司、《中国汽车报》联合爱集微咨询(厦门)有限公司对几十家半导体企业进行了调研分析,并发布了《中国汽车半导体产业发展白皮书2023》。本文来自中国出海半导体网对于该报告的全面解读。