汽车电子元器件可靠性标准研究

汽车电子元器件可靠性标准研究

曹培龙

黑龙江省塔河林业局放火办森林消防大队 黑龙江大兴安岭 165200

摘要：近年来，智能网联汽车已经成为汽车行业关注的焦点，发展智能网联汽车是我国汽车产业发展的方向和战略制高点，也是全球汽车产业大国的共识，因此智能网联汽车成为我国汽车产业转型升级的重要突破点。相较于传统汽车，智能网联汽车的电子电气部件(系统)的数量及复杂程度会大幅增加，因此对于汽车电子元器件的可靠性提出更高的要求。

关键词：汽车；电子元器件；可靠性

1 汽车电子元器件可靠性影响因素

1.1 气候条件和地理条件

汽车几乎在全世界所有陆路区域都有使用和运行，因此汽车电子元器件的可靠性需要综合考虑温度、湿度、降水、大气条件、空气质量以及海拔高度等多种复杂多样的因素。

1.2 车辆类型

不同的车辆类型，其动力系统、车辆尺寸、电压范围以及电气架构等都不相同，对汽车电子元器件的可靠性设计均有影响。

1.3 车辆的使用条件和工作模式

车辆的使用条件如道路条件、地形条件、交通复杂程度以及驾驶习惯等;车辆的工作模式如怠速、起步和加减速等。

1.4 车辆的使用寿命

车辆的使用寿命一般在十年以上，为保证在车辆整个生命周期内的运行可靠性，汽车电子元器件的设计寿命一般在二十年左右，相较于用于其他民用消费品的电子元器件，使用寿命要求较高。

1.5 车辆内的安装位置

汽车电子系统(组件)安装在车辆的不同位置，其环境耐受性要求不同。比如，安装在发动机舱、乘客舱和行李舱的电子系统/组件的温度范围各不相同。

2 汽车电子协会(AEC)介绍

美国汽车电子协会(AEC)最初是由克莱斯勒、福特和通用汽车等联合成立的组织，目的是建立通用的汽车元器件可靠性和质量体系标准。从成立之初，AEC由质量体系委员会和组件技术委员会两个委员会组成。其中，质量体系委员会已经解散。

组件技术委员会的目标是制定可靠的、高质量的电子组件标准，满足这些标准的电子组件在复杂恶劣的汽车环境中使用，也能保持一定的可靠性水平。

组件技术委员会的工作重点是研究和制定集成电路、分立半导体和无源电子元件等汽车电子元器件可靠性标准。其中，集成电路包括定制、半定制和标准集成电路，多芯片模块和混合集成电路;分立半导体包括但不限于晶体管、半导体二极管、晶闸管和光电器件;无源电子元件包括但不限于电容器、电阻器、晶体和谐振器。

3 AEC组件可靠性标准体系

AEC组件委员会制定的标准可分为两类，一类是基于故障机制的集成电路、分离半导体及无源电子元器件的应力测试规范;一类是z指导性技术文件。

基于故障机制的应力测试规范如下:

——AEC＿Q100:基于故障机制的集成电路应力测试规范;

——AEC＿Q101:基于故障机制的分立半导体应力测试规范;

——AEC＿Q102:基于故障机制的汽车应用分立光电半导体应力测试规范;

——AEC＿Q103:基于故障机制的汽车应用传感器的应力测试规范;

——AEC＿Q104:基于故障机制的汽车应用多芯片模块(MCM)应力测试规范;

——AEC＿Q200:被动元件的应力测试规范。

指导性技术文件如下:

——AEC＿Q001组件平均测试指南:该指南提出了一种基于统计的方法，用于从按AEC-Q100和AEC-Q101提供的半导体中去除具有异常特性(异常值)的组件;

——AEC＿Q002统计成品良率指南:该指南提出了一种利用基于统计产量极限和统计箱极限统计计算的统计技术的方法识别出异常低良率或异常高故障率的晶圆，晶圆批或装配批;

——AEC＿Q003表征集成电路产品电性能的指南:该指南重点强调了在制定表征程序的过程中应评估的重要因素;

——AEC＿Q004零缺陷指南:该指南提出了一组工具和流程，集成电路的供应商和用户可以使用这些工具和流程来达到或实现产品生命周期内零缺陷的目标;

——AEC＿Q005无铅元器件测试要求:该文档提出一组测试方法，并定义了用于任何汽车电子组件的无铅冶金学鉴定的最低要求;

——AEC＿Q006使用导线互连的组件的合格要求:该文档包含一组测试，并定义了用于任何汽车电子应用中的组件的铜(Cu)线互连鉴定的最低要求。

4 AEC＿Q100重点技术内容

4.1 集成电路工作范围等级

汽车电子部件根据安装位置的不同，对于工作温度范围的要求也不相同，例如，安装在发动机舱的电子部件与安装在乘客舱、行李舱的电子部件相比，工作温度要求更高。

4.2 AEC＿Q100测试组及测试项目

4.2.1 加速环境应力测试

测试组A为加速环境应力测试，测试内容包含预处理、高温存储寿命测试、功率与温度循环测试、温湿偏置/高加速温湿度测试、温度循环/高低温循环测试、高压蒸煮测试/非偏置高加速应力测试等。

预处理模拟集成电路在一定湿度、温度条件下存储的耐久力，也就是集成电路从生产到使用之间存储的可靠性。

高温存储寿命测试评估产品在实际使用之前在高温之下保持几年不工作条件下的生命周期。

功率与温度循环测试评估IC产品在极端高低温情况下，工作偏置间歇性运行的性能，模拟在典型应用中遇到的最坏情况。

温湿偏置/高加速温湿度应力测试评估IC产品在高温、高湿，偏压条件下对湿气的抵抗能力，加速其失效进程。

温度循环/高低温循环测试评估IC产品中具有不同热膨胀系统的金属之间的界面的接触良率。

高压/非偏置高加速应力测试:评估IC产品在高温、高湿、高气压条件下对湿度的抵抗能力，加速其失效过程，用于评估新的封装。

4.2.2 加速生命周期模拟测试

测试组B为加速生命周期模拟测试，主要测试内容包括高温工作寿命测试、早期失效率测试和非易失性存储器耐久性、数据保持性与工作寿命测试。

高温工作寿命测试评估在过温和过电压条件下的耐久性。

早期失效率测试评估工艺的稳定性，加速缺陷失效率，去除由于天生原因失效的产品。

非易失性存储器耐久性、数据保持性与工作寿命测试评估非易失性存储器或存储器模块存储阵列的能力，包括支持重复数据变化无故障的耐力，保持数据的时间与承受恒定的温度与电偏压的工作寿命。

4.2.3 封装组装完整性测试

测试组C为封装组装完整性测试，主要测试内容包括绑线剪切测试、绑线拉力测试、锡球剪切测试、机械尺寸测试、引脚完整性测试和可焊性测试。

绑线剪切测试用于评估金球与封装粘结处的强度或者缝合尾部与封装焊接处的强度;绑线拉力测试用于评估绑线的粘结程度是否符合应用要求;锡球剪切测试用于评估金属阻挡层与焊球界面剪切强度;机械尺寸测试用于评估物理尺寸是否符合要求;引脚完整性测试用于评估引脚的耐力性能;可焊性测试用于评估IC引线在粘锡过程中的可靠性。

4.2.4 模具制造可靠性测试

测试组D为模具制造可靠性测试，主要测试内容包括电迁移测试、经时绝缘击穿测试、热载流子注入测试、负偏压温度不稳定性测试和应力迁移测试。

4.2.5 电性能可靠性测试

测试组E为电性能可靠性测试(晶圆)，主要测试内容包括故障分级、电磁兼容性测试、短路特性测试、电分配测试、软错误率测试、人体模式ESD测试测试和闩锁效应测试。

4.2.6 缺陷筛选测试

测试组F为缺陷筛选测试(针对芯片产品)，主要测试内容包括制程平均测试和统计BIN/良率分析，为组件供应商提供使用统计技术来检测和剔除异常芯片组件的方法，让制造商能在晶圆及裸晶阶段就能及早发现错误并剔除异常组件。

5 结语

汽车电子元器件的可靠性对于保证汽车运行安全有着重要的作用，本文通过研究美国汽车电子协会制定的汽车电子可靠性标准体系及重点内容，对于汽车电子元器件开发工程人员有一定的帮忙。

参考文献

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