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要成为国际知名品牌,国产MCU须向汽车级进军

2021-09-24 赵明灿 阅读:
日前,灵动微电子在深圳举办2021 MM32协作大会,主题为“雄关漫道 十年灵动从头越”。在该公司成立十周年之际,本次会议特别强调了该公司汽车级MCU的发展战略,并邀请到中国电子技术标准化研究院副总工程师、研究员陈大为,分享了有关“国产车规MCU芯片准入标准与测试评价”的技术演讲。
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国产车规MCU芯片准入标准与测试评价

同时,大会也请到了中国电子技术标准化研究院副总工程师、研究员陈大为,为大家分享有关“国产车规MCU芯片准入标准与测试评价”的主题演讲。内容包括4个方面:1.车规MCU概述;2.车规集成电路标准要求;3.车规MCU芯片测试与认证;4.思考与建议。PTsednc

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他指出,MCU在汽车应用非常广泛,是汽车中最重要的芯片之一,从高端的预控制器,到最简单的门窗控制,全部用到MCU。PTsednc

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车规MCU跟消费类、工业品和军品的MCU相比,实际上它有这几个方面的特点:PTsednc

1.高可靠性。EMC要求非常的严苛,这也是车规芯片的特点之一。PTsednc

2.高安全性。复杂电路功能安全(自动辅助驾驶)。PTsednc

3.零缺陷率。通过设计、管理、工艺等方面来追求这样的目标。PTsednc

4.批一致性。工艺、材料稳定性要求高。PTsednc

5.长期供货。10-15年供货期。PTsednc

围绕这几个方面,有这么几个标准:PTsednc

1.在设计阶段,要遵循26262的标准,这也是国际上对于电子电器产品的安全可靠的标准。这在2008年之后,特别是针对了IC芯片提出的要求。PTsednc

2.在流片阶段,要遵循AEC-Q001-004以及16949的标准。PTsednc

3.成品分发之后,有AEC100的标准。PTsednc

4.应用验证阶段,还要有真实的各种车内工况。PTsednc

现在,灵动的MM32产品线包括通用型、低功耗、电机和无线几大类。因为汽车作为智能化的计算平台,将会越来越多地应用在汽车里面得以实现,所以灵动的各个产品线的产品都有可能进到汽车平台当中。这样,灵动产品现在的规划就需要按照汽车芯片的要求来打造自己的设计、生产、检测、供货。在这几个方面符合车规要求,就是今后10年新的起点。PTsednc

说到汽车电子,就要说到AEC-Q100。这是1993年,美国三大公司为了发展起来的电子元器件的重复验证所做的通用标准。AEC Q100基于集成电路;Q101基于失效机理;Q102是基于失效机理,这是质量可靠性的要求。特别是AEC-Q100,其真正意义是基于集成电路失效机理的考核认证的要求。PTsednc

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AEC机构成员分为技术成员和永久成员。灵动是属于技术成员,是芯片制造商;永久成员则是做车机的公司。PTsednc

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新版的AEC-Q100最高标准是-40至150℃,最低是-40至85℃。各个阶段的汽车芯片车规级要求:设计阶段要遵循26262的功能安全,包括国内GB/T的标准;生产制造阶段,按照TS16949,测试阶段也要遵循16949的要求。按照AEC-Q还要满足001-004的零缺陷、平均测试、统计指南和电气特性等的要求。在可靠性认证阶段,芯片要符合AEC-Q100等其他的标准。PTsednc

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AEC-Q100标准文本还是跟其他的文本一样,有一点是通用数据的指南。“灵动的MM32系列产品有一颗经过了全部AEC-Q100的认证。其他产品在同系列上,它的材料、工艺差不多,可是有一些地方做了扩展。这种情况下,就可以利用结构相似性的原理,把扩展的内容重新做一部分的测试,而其他的内容可以沿用原来的数据。”陈大为指出。PTsednc

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现在随着环境保护的要求,电子零部件要无铅化,这就会带来可靠性降低的问题。PTsednc

下图是AEC-Q100可靠性的项目,包括加速环境、生命周期、组装、芯片制造可靠性、电性能测试、缺陷分析和腔封实验要求。“红色的是根据不同器件特点,可以做不同的删减。删到最后,最起码有28项实验是必须要做的。” PTsednc

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下图是具体的分组。A-C组的样品组别、样品数要3个连续批次,每个批次要求具有77颗料。所有的项目加起来,样品数很多,差不多要2500颗左右。PTsednc

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车规MCU芯片测试与认证有下面几个方面的考虑:PTsednc

1.测试策略,它是全方位、无死角、多维度的对MCU进行彻底地严格细致的分析考虑。包括:基本电参数测试、基本功能验证、可靠性实验验证、实际应用工况验证和供货保障。PTsednc

“供货保障是因为汽车要求15年的供货期。基础电参数设计,包括静、动态参数指数三温ATE测试,要参考AEC-Q001,这主要是晶圆阶段的PPAT的内容。AEC-Q002是产品统计分析指南。AEC-Q003是IC电气性能特性化,这一点国内的厂家过去做得还比较好,但国外的进口产品当中,除了参数表之外,还有很多是曲线,可以看到在什么温度下,这个参数怎么变化,或者是随电压的变化、随温度的变化、随频率的变化。AEC-Q004是零缺陷指导原则,告诉你生产过程当中怎么做才能零缺陷。PTsednc

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下图就是PPAT的内容,车里面有一些临近的原则、特性分布的原则。PTsednc

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2.基本功能验证。MCU是复杂电路,也即其中有微程序来控制一起工作。而对于复杂电路来说,实际上用ATE做静/动态参数的测试,这当中也包括功能的向量。基础测试合格也不认为复杂电路是OK的,因为功能向量要求太多了。而一般ATE做不到这一点,ATE的存储深度不能支撑复杂电路,任何时期的ATE都不能支撑复杂电路的发展要求,简单ATE的测试也就不能判断复杂电路的完整性。对于复杂电路一定要进行功能验证,比如复杂电路有很多高速接口,协议的完整性跟电气物理参数不能靠ATE测试,也就必须要做EVB(板极)测试。可以用ATE+台式仪器,或者不要ATE,只用EVB来做功能演算。PTsednc

3.可靠性。AEC-Q100和AEC-Q104,这当中包含7大类,现在都是做低成本和轻量化。PTsednc

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实际工况环境包括PCB的测试,在不同的频率、不同的电压、不同的温度,以及高覆盖率测试向量,以及EMC的测试。在汽车当中,要包括电压、温度、EMC。最后是整车路测,这是车规实际应用工况的验证。PTsednc

4.供货的保障是15年,要求制程,也即设计、工艺、材料和过程都不变。批周期性检查,也要确保一致性。PTsednc

电磁兼容是个重点,因为这个概念大部分都是对于整车、整机或者是部件的电子兼容考虑得比较多。在AEC-Q100汽车芯片当中,提出了对芯片电子电路的要求。到目前为止,IEC标准体系包括:电磁发射、电磁抗扰度、脉冲抗扰度等。国内可以提供的MCU典型测试标准有以下几种。PTsednc

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下图是MCU的TEM小室法辐射发射的测试。PTsednc

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下图是辐射发射的另外一种方法——表面扫描。PTsednc

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下图是1Ω/150Ω的直接耦合法。PTsednc

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下图是辐射抗扰度。PTsednc

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下图是直接功率注入法。PTsednc

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小结一下,MCU EMC的测试方法可以按照国际、国内的标准进行。重要的一点,它是没有判据标准,也就是说,今天为止,国际上对于芯片没有判据标准。这跟整车、医疗、信息处理标准是不同的,某个频段超过多少电磁兼容值是合格的,但是芯片没有,因为芯片应用范围太广,而且芯片是一个中间过程,不是直接面向用户的,所以它是不断迭代的过程。上一代某一个方法对于电磁信号评估得到结果A,下一代要进行改进。改进之后得到了结果B,结果B一定是要好于结果A。这说明芯片改进成功了。芯片电磁兼容是非常漫长,也是非常费时间、花钱的事情,因为它的代价是不断的迭代,迭代的背后就是不断的流片,这个费用就很高。重要的是来自于用户极限值,汽车芯片能不能满足汽车用,这是要进行汽车现场的工况环境的采集。这也是电磁兼容当中非常重要也是非常关键的基础性工作,现在各个公司也都在不断地追求。PTsednc

最后是关于思考和建议。芯片可靠性设计要遵循26262的方法学研究,从源头上设计出高可靠的MCU。封测要满足TS16949的要求。最后是关于标准的问题。汽车芯片的标准到今天为止全国还没有,接下来就会推动这方面的工作。有一个标准工作委员会,包括集成电路、供应模块、传感器等等的汽车标准工作组。PTsednc

下图是一个简单的车规MCU测试的现场环境。PTsednc

下图是关于AEC-Q100标准的总结。PTsednc

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本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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