日益走近的“绿色”汽车IC

随着实施"绿色"无铅电子封装最终期限的临近，汽车系统工程师必须考虑在他们的设计之中如何适应如此新标准的约束和规范。这在汽车电子设计中尤其重要，因为在那些地方实施的"绿色"无铅封装将对传感器或其它电子系统的条件状况产生直接影响。

在向无铅封装转移的过程中，存在下列主要的设计约束：

有害物质(RoHS)符合性封装的限制； 重新审定IC的资格，使之达到汽车电子委员会的标准AEC-Q100； 维持可接受的系统电气和EMC性能。

例如，持续变化的辐射发射级别可能对系统设计工程师造成破坏，并可能导致重大的意外设计及确认测试成本。

向RoHS转变将引入的其它重大成本：

过多不符合RoHS的元件库存量； 对新元件、PCB和产品进行发布、质量认证和检查的成本； 含铅零件未被无铅元件取代，造成重新设计的成本； 数据库更新换代并获得关联IT支持的成本。

对于大多电子供应商来说，一定要符合RoHS的要求。因此，许多公司及其工程团队将这次转变视为一次作出积极变革的机会。

产品设计工程师可以从该转变获得的好处包括：

加强产品和组装部件； 从BOM和元件数据库中剔除错误及过时的数据； 去掉不必要或没有用的零件、组装部件和产品； 从产品设计中剔出零件和供应商； 达到绿色要求和AEC-Q100标准。

在汽车电子市场中，集成电路的质量认证标准是AEC-Q100，它最初由通用汽车、福特汽车和DaimlerChrysler汽车公司开发出来。AEC-Q100定义了正式批准的级别，其中第0级的测试最严格。

采用先进的塑模成型材料可以帮助向"绿色"无铅封装的转移。对于IC可能有利条件很多，例如，从第1级(工作温度范围-40-125℃)向第0级(-40-150℃)升级，实际上利用"绿色"和无铅封装就可以提高IC的级别。这种改善的原因之一是这些新型的成型材料经过更为严格的测试并经较好的设计，能够满足它们期望的应用的全部工作范围，谢天谢地，汽车也包含在内。

申请正式批准AEC-Q100第0级的主要测试障碍是：

2,000次热循环测试； 在150C的1,000小时高温度工作寿命测试； 在150C的2,000小时高温储存测试。

当变为新塑模成型材料的时候，AEC-Q100推荐对表面安装IC重复进行下列测试：

温度湿度偏移或高加速压力测试(HAST); 高压锅或无偏HAST； 温度周期变化； 高温储存； 高温工作寿命； 早期寿命故障率； 可焊性； 物理尺寸； 电热感应门泄漏。

AEC-Q100规范容许采用"资格相似性"或"一般"数据来证明一个元件类似于一个过去经过质量认证的器件。

下面描述的基本原理针对这些关键测试的若干应用：

高温工作寿命(HTOL)测试被用于确定偏移条件及温度随时间变化对固体器件的影响。它以加速的方式模拟器件的工作条件并被主要用于器件的质量认证和可靠性监视。

该测试应该运行至少三个不连续批次以确保统计真实性，并要提出有代表性的关键工艺"角"的样品。

对于过去在不同塑料封装中的已测试器件，其质量认证数据可能是令人鼓舞的，但是，并不最后证明一种新的"绿色"无铅封装??如24引脚引线框，与新塑模成型材料完全兼容。通过将HTOL加入到重新进行质量认证的计划之中，工程师将能够确定"绿色"设计仍然可以满足长期可靠性目标，如MTBF(故障间平均时间)。因为HTOL是任何可靠性计划的基础，考虑其无铅封装的质量认证是明智的。

早期寿命故障率(ELFR)测试基本上是半导体器件的加电老化测试。该测试的完成能确保发现和彻底掌握在器件的生命早期中出现的所有故障模式。运行ELFR有助于建立对已交易器件的无潜在故障模式的可信度。

可焊性测试是极为重要的，该测试评价在器件上的引脚对焊料变湿的易感性。一种金属表面的可湿性取决于防腐蚀涂层的完整性、无公害表面、焊料温度、有关材料的特定热度以及互连设计。特别是对于RoHS转变，因为设计工程师可能改变焊料类型、被覆金属、材料成分和回流焊的温度曲线，所以足够的焊料变湿的验证是必要的。

对于可焊性测试，汽车行业依赖于测试方法EIA/JESD22-B102-C。该技术的一个优点是它包含："蒸汽老化"的要求，借助于它可以加速将储存了一定时间的典型器件淘汰掉，如在分销商仓库中的老器件。

进行门泄漏测试可以确定器件对陷阱电荷(trapped charge)机制的易感性。这样的泄漏主要是被塑模成型材料和后模加工处理热曲线的变化挤压引起的。该现象出现在高温，当呈现强电场的时候。

门泄漏故障模式会造成在高温处理过程中的成品率损失，特别是那些采用加热气流的处理，如在烤箱加热和IR回流焊操作中。该条件可被检测为电源电流、输入泄漏或参数漂移的增加。无论何时发生塑模成型材料的变化，都需要考虑门泄漏测试。