实现汽车器件0ppm目标的举措

汽车可靠性和AEC资格认证

汽车可能是我们每个人拥有的最可靠的设备之一。这可能听起来有失偏颇，并且如果您的车最近刚刚出现了故障，您也许还会很难认同这种说法。如今，说现代汽车从不发生故障不太合理，但是若考虑到汽车运行的环境和器件的使用寿命，那么说它是一件非常可靠的设备却很公平。

比较一下先进的平板电视和现代汽车。二者都包含大量的电子元器件，然而系统的要求却很不相同。对于车主而言，汽车是一笔可观的支出——它可能是除房屋以外最贵的单次购买支出。汽车可以停泊在风吹雨打的街道上，也可能会经历-40℃至+50℃的环境温度；事实上在某些情况下这些温度还会迅速变化。另外，还有湿度和腐蚀性元素以及振动影响。我们希望汽车在各种条件下都能够正常行驶。

通过比较，电视的价值比汽车要低得多。电视将很可能一直处于恒定室温的干燥环境内；暴露在振动和潮湿环境下的机会非常有限——事实上情况如果真的发生则很可能会使保修无效。汽车的工作条件范围远远超过了电视，而且设备维修的方法也不相同；实际上故障对这两种设备的影响很不一样。如果在两年后电视无法正常工作，机主将很有可能去买一部新电视，而不是去修电视。尽管这样做是对是错、是否对环境有益值得商榷，但是这种情况却仍然在不断增加。相比之下，如果汽车出现故障，车主在很大程度上将会选择修理汽车，并且通常汽车越旧，修理费用所占的比例也越高。

情况跟电视不同，为什么？实际上有两个原因：首先，汽车的成本要高得多；其次，汽车故障的影响更大。如果电视不能正常工作，顶多也就是让人心烦；如果汽车出现故障，最好的情况是给您的出行带来不便。但是，如果汽车在某些情况下出现故障，后果则可能会非常严重。汽车刹车系统失灵、汽车在高速公路上高速行驶时电动助力转向系统使汽车对准了错误的方向、甚至刹车灯不亮这些故障，都可能导致乘客和周边道路上的人们丧命。因此，汽车系统和器件制造商比起很多其他“消费品”制造商会更努力地保证产品的质量与可靠性。

那么，我们要怎么做才能提高质量和可靠性，并最终保证汽车安全可靠呢？首先从器件级入手——可以利用两套资格认证来管理半导体器件，即适用于集成电路产品的AEC-Q100测试和适用于分立器件的AEC-Q101。在这两种情况下，器件都必须通过这些资格认证，才方可作为“汽车级”产品进行发布。测试过程中会在很多不同的操作模式和条件下对器件施压，以便确定半导体及其封装即使在汽车环境下运行多年以后也仍然能够正常工作。

满足资格认证标准的AU器件管理

由于篇幅所限，本文不在此详述AEC资格认证标准。但是举例来说，如果MOSFET或IGBT之类的分立器件要通过AEC-Q101测试，那么测试结束时必须符合如下条件：电气参数不得超过数据手册中规定的限值，并且参数必须保持在各个测试(泄漏限值除外，对于湿度测试和其他所有测试而言，其分别不得超过初始值的10倍和5倍)的初始读数的±20%以内。

为了满足这些资格认证标准，经常需要通过物料清单、设计或测试，甚至是专用产品线来进行改进。国际整流器(IR)公司有一条包括300多款汽车级器件的专用产品线，其可以通过器件编号开头的字母“AU”来识别。图1介绍了IR为AU器件新增的几个主要特性，以使其满足汽车应用的要求。

图1：汽车器件的主要特性。

AU级器件的这类增强功能之一就是选择稳定的物料清单，特别是芯片粘接剂。芯片粘接剂是指用于将半导体器件粘接到封装上的材料，通常是一种焊料。AEC-Q101测试要求器件暴露在-55~+150℃的温度下进行1000次温度循环。该测试还会在芯片粘接剂上施压，然后在1000次循环以后检查其完整性。由于功率MOSFET的漏极连接在器件背面，并且是通过芯片粘接剂在外界完成的，所以测量Rds(on)是检查芯片粘接材料是否退化的一种好方法。

温度循环测试之后“AU”或汽车级D2Pak功率MOSFET的Rds(on)漂移如表1所示。按照AEC-Q101的要求，1000次循环之后，合格品的参数的最大漂移必须低于20%。从表1可以看出，1000次循环之后，本例所示器件的最大漂移仅为4.3%。事实上，在3000次循环(3倍于AEC-Q101标准)之后，其最大漂移仅为16.4%！这实际上证明，即使在严苛的汽车环境下和经历了功率循环的热效应之后，器件仍然能够保持完好无损。

表1：给定AEC-Q101温度循环次数后D2Pak功率MOSFET的Rds(on)漂移。

实现0ppm的有力措施DPAT

现在回到原来汽车和电视的例子上来。我们可以将AEC资格认证中采取的步骤归结于被测器件承受工作所需物理环境和电气条件考验的能力。然而，对于汽车器件