车用芯片的机遇与零缺陷要求之挑战

分享嘉宾:

宜特中国工程处处长 葛金发

现场录音:

文字记录:

大家上午好,各位领导,各位专家,各位西安的朋友,你们好,我们今天的主题是所谓的零缺陷,前面讲了那么多问题,未来不管什么事情,我们发现有一点小的问题,对我们影响有多大,我等下会给大家做介绍。

大概是这样子,在整个的市场的部分,就是说这张图讲整个汽车的销售的市场,其实以整个全球来看,亚洲的市场是最大的,整个亚洲的市场我们在国内的市场也是最大的,而且是在这么多年,包含说在未来整个需求持续的会增长的,在这个数据在2017年的一个数据,在亚洲这边,整个这个车辆的一个销售大概是占35%这样的比例。

整个的汽车是这样子,在我们最早的时候,我们汽车可能是属于一个机械的行业,里面有的一个电路的部分或者一些控制单元的部分只是用于一些媒体、音频、娱乐,但是现在逐步的发现,包括前面专家讲的是说,我们会有一些辅助的,会有一些安全的,未来有一些这种自动驾驶涉及的部分,所有的这种电子的产品变得越来越多,从我们最早的时候,可能只有说占到10%以内,2030年整个占比到50%,代表我们汽车从一个机械转变成机电的产业。

在这个自动驾驶的这个部分,其实前面的资料也会提到,就是说我们理想的自动驾驶,是我们今天上车,告诉他说我们去哪里,就会给我们做一个规划,我们要走的路线,从停车场出来之后,要去知道说,我周围的一个道路的状态,我各个入口信号的状况,怎么规划这个路线,行驶过程中要知道说,一些障碍物,会不会有一些车辆的拥堵,前方有紧急状况,过程中都要做检测,现在一些大城市里面,高架的复杂的路况里面有一些定位,这个定位可能用到这个卫星的三角定位,知道在高架那一层,这一层的路况怎么样,道路的一个状况又是如何,所以这个部分是在说,我们整个的车辆包含说未来的自动驾驶里面,会考虑的地方会变得非常多。

然后当然这个部分我们现实可以看到的新闻,自动驾驶的新闻已经有了,已经有一些在测试,测试过程中,行驶过程中,为什么还会发生问题,可能跟人员的操作有关系,也有可能我们本身的这个设计里面有一些缺陷,这个缺陷怎么用技术的方法排除出来,怎么在前期的时候发现,包含说在人员的这种操作的失误,作为一个车辆来讲,要保护的是我们的安全,行人的安全,因为人的这个性命是最大的,整个使用的过程中,有一些主动的做一些防护,而不是等到前面有紧急状况发生这些问题,做后处理,这个都是比较晚的事情。

这个第一个这个图片就是说之前是有发生过类似这样的撞车,第二个在自动驾驶的时候,本来是一张动图,但是这里不好放,我做一个截屏,没有办法识别红灯,这是自动驾驶的左右,中国道路拥堵更复杂,信号灯的故障,变成一些交警指挥,怎么识别人的手势,有很多自动驾驶的问题我们要做一些思考。

这里是在讲说我们整个的这个车厂从我们目前的这个汽车里面,所占用的这个分量,跟我们目前在规划的一些电子产品或者说我们今天芯片的一个寿命来看,以目前来看,我们大部分的规划来讲设计说一个汽车一个寿命可能是在15年,我们怎么去计算它的15年,是以每天的使用是1.5个小时,计算这样设计的寿命就是八天,未来我们自动驾驶的时候车有一些待命,资源共享,车子使用时间更多,车一样是15年,真正电子产品使用的时间会变得更久,所以可能从之前的1.5个小时变成每天超过20个小时的使用,对于我们电子的产品,对我们芯片的寿命,我们的质量,我们选用的材料会有更高的要求。

自动驾驶的这个部分,其实对于说整个的这个电子产品来讲,最注重的就是品质跟我们的可靠性,这个是我们今天要去关心的,或者说我讲的这份文档特别重点的地方。

我们整个汽车的电子的行业,其实是主要在这个欧美日这样的市场有一个完整的供应链,芯片的开发,车子里面用的模组都是非常成熟的,包括有一些,我们国内用的很多汽车,这个里面的一些重要的元器件都是欧洲跟美国这样的一些芯片的设计公司,做出来的,未来我们现在在国内会有多少这样的公司可以取代前面的这些公司,或者说我们有多少的这种模组,新的公司会去取代现在的市场,毕竟中国的市场目前来讲是最大的。

整个汽车里面分成三个等级,第一个等级就是前端的生产制造,第二个就是我们这个芯片的设计公司,再往上就是模组的部分,整车有一些大的模组的使用。

整个汽车的供应链来讲。整个汽车使用的环境的过程中,最复杂的是说,会经历到不同的温度、湿度、振动,复杂性非常多,跟我们传统的消费类的可靠性比例完全不同,可以想象成用军工的可靠度考虑。我们汽车最基本的有芯片,光电器件、主动器件,被动器件,这是第一阶段,后面会有电子的单元等等,用到汽车里面去,整个的过程来讲,其实我们最严格的、条件最苛刻的是电子元器件的阶段,做的实验的阶段、项目,超出整车做的,从最小的地方考虑这一点。

这里讲如何做到零缺陷,整个汽车来讲,2016年的时候宝马统计过,现在一台车有150个模组,每个里面大概有30个芯片,这样大概总共有3000个芯片,如果一个芯片坏掉,车辆销售3000台可能有一台有问题,最终影响我们的使用和安全。这边有一个图,博世这边,对它各个模组有一个故障率的要求,你看我们在这个里面,对芯片的这个地方,写的是希望远远小于一个PPM,就是我们做的芯片的考虑,选择工艺、材料的时候,考量的面非常多。

这张图里面讲的是说整个的这个汽车的可靠度,今天讲的是元器件的部分,元器件主要来讲我们今天的芯片,从我们的AEC里面总共有这么多系列,第一个系列是AEC100,还有Q101、Q102、Q103、Q104、Q105、Q200。做这个AEC验证来讲,其实只是需要分成三个阶段,就是我们把整个的这个汽车里面的这种元器件的验证的部分,我们组合之后,分成三个阶段,第一个阶段是我们今天要定义,我们这个模组或者我们这个芯片,所使用在汽车的位置和区域,汽车不同的位置和区域温度不一样,温度决定这个汽车的寿命,做整个的可靠度的过程中,器械的寿命就是用温度做一个加速,我们以整个车子的状况来看,分成四个等级,黄色的部分在讨论中,没有发行,从低温负40,到高温,往上有更高温度,如果我们之前做过芯片的寿命测试,发现这个温度变得很苛刻,你要确保所有的实验、测试,在这个温度底下可以正常进行,其实AEC这个等级也是来源模组,定义模组使用的温度,匹配到AEC今天对应的等级是多少。我们前面选择好了模组用的温度之后,第二个部分,今天看这个产品的封装类型,我们芯片有各种封装,结构不同,验证的试验项目也有差异,所以我们知道说产品的这个封装类型之后,我们根据它的尺寸、管脚、间距等等,根据这些定义不同的试验项目。第三个部分就是我们看这个芯片内部的结构怎么样,是不是有嵌入式的存储器,存储器有数据丢失的风险,这个产片适用的温度是多少,然后就是说怎么样去设计测试的电路,跟测试的程序,确保说我们做这个可靠度的过程中,把所有的问题,所有我们希望看到的这种缺陷,都在前期发现出来,做一些修改。

通过这三步可以整理出整个的测试计划,实现这一颗产品的测试计划,第二个部分根据前面讨论的电路,这个测试的程序设计它的一个电路,就是测试的电路,第三个部分就是说做一些硬件的设计,做可靠度的过程中,硬件的设计或者硬件材料的选择比AEC等级更高一些,确保实验的过程中,不要因为硬件坏掉,造成烧片。第四部分做测试程序的验证,确保高温状态下条件正确,然后做一些可靠性的测试。总共41项的测试项目,7个大类,大家有兴趣可以联络我。这些做完以后后面对这个样品做一些破坏性的分析跟FA的分析,今天做这个实验只是知道预计可能十年,但是十年以后,故障率变得多高,这个时候通过破坏性的分析,去看,知道边缘多少,下一代产品是否做一些改进,修改。最后的部分就是整理整个的AEC的测试报告。

这里有一张图,整个的这个刚才看到的这个104的这种MCM的模组里面,很简单做一个分类,整个可靠性验证的过程中,先准备,等到客户通知我们去做,要去考虑。

这边讲一下,目前来讲我们在做的客户或者已经完成的产品有8到9件,目前进行中有8件,大概20多家客户目前在做一些洽谈,前期做一些准备,这个基本在今年的年底到明年陆续启动,这么多的客户,是我们目前做的,也是看到整个国内电子汽车市场发展的状况,比例是翻倍的成长。

后面简单介绍一下我们,我们整个宜特做的就是一个服务,这个服务是属于一个第三方实验室,从我们晶圆设备商,我们看设备是否符合要求,到晶圆厂,封测等都会提供相关的服务,前期工程样品的制备,做一些晶圆材料的分析等等,工艺线路的修改等等,可靠性就是前面AEC讲的,这里面有一些芯片的设计和封装的可靠性,会有这种低功耗、高功耗寿命的验证,板结的可靠性,模组上板焊接的问题,还有车载的可靠度的部分,还有时效分析,对这个今天可靠度过程中发现的异常的芯片做一些分析,对物理的时效分析,还有等等超声波的非破坏的分析。整个宜特全球有八个实验室,15个服务据点。我们整个的可靠度,过程是相当的复杂,也是相当的严谨,不管今天要跨入这个车电的领域还是跨入更严苛的可靠度的领域,前期要先做一些准备。

谢谢大家。

本文内容来自2018西安国际硬科技“芯”产业创新创业峰会会议资料,经嘉宾允许,作者将内容进行整理发布,原创版权所有,转载必须授权。

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