消費性 IC 業如何切入車電領域？解讀新版車用 IC 驗證

紅色區域為可靠度實驗前後的功能測試，此部分需IC設計公司與測試廠討論執行方式，與一般IC驗證主要差異在功能測試的溫度設定，此部分稍後會進行說明。

Group D的綠色區域為晶圓廠在Wafer Level的可靠度驗證，Fabless的IC業者須與委
託製造的晶圓廠取得相關資料。

藍色區域為可靠性視產品包裝/特性需要執行的項目，AEC將其分為:

1. 1. • Group A : 加速環境應力實驗
      • Group B : 加速工作壽命模擬
      • Group C : 封裝完整性測試
      • Group E : 電性驗證測試
      • Group G : 空腔/密封型封裝完整性測試

部分Group E的咖啡色區域為設計階段的失效模式與影響分析評估，成品階段的特
性驗證以及故障涵蓋率計算。

Group F的區域生產階段的品質控管，包含良率/Bin使用統計手法進行控管及制定標準
處理流程。

IC供應商必須先了解終端客戶如何使用此IC及其在車內的安裝位置，以實際應用的溫度範圍來訂定合適的溫度等級，此溫度等級定義會應用在兩個部分。

第一部分為測試計畫展開時各可靠度實驗的條件選擇，如:TCT(Temperature Cycling，溫度循環實驗)，不同等級的溫變範圍及溫差循環數會有差異。

第二部分為前述的可靠度實驗前後功能性測試溫度必須依照User所訂定的溫度範圍來做功能應用的FT(Final Test)測試，訂定溫度等級為Grade 1(-40℃~125℃)，則代表FT時使用低溫-40℃、常溫25℃及高溫125℃，且需要留意其測試溫度有先後順序的訂定。如:HTOL(High Temperature Operating Life，高溫工作壽命試驗)實驗在FT測試定義順序為RoomColdHot。

新版的部分取消了Grade 4 0℃~70℃的溫度等級，如表1，此溫度等級若比對車用模組在ISO 16750/SAE J1211…等規範內的描述是無法對應到合適的產品，因此筆者認為取消此溫度等級是更貼近實際模組的要求。

在新版的增減項目如下:

(1)取消 : GL(Gate Leakage；高溫閘極漏電測試)及ESD中的MM(Machine Mode)。

GL的部分主要在模擬車用模組應用時所可能遭遇高溫及高電場同時發生的環境，此環境會讓IC Package內的等效電容及電阻產生Gate Leakage的失效，此失效現象可經由高溫烘烤的方式恢復，取消的原因規範中未有說明，但以筆者在宜特科技實驗室多年所累積的驗證測試經驗來看，此失效模式常發生在Burn-In及Reflow的過程，雖規範已取消，在生產過程或實際應用客退若有相同失效發生，仍可使用此手法進行再現性實驗。

MM的部分則與JEDEC的JESD47規範同步，一是HBM(Human Body Mode)可以等效MM的實驗結果，二是CDM(Charged-Device Model)的重要性更勝於MM，因此應多著重在CDM的測試。至於文獻中提到的HBM與MM的關聯性，以筆者在宜特科技ESD實驗室的實務經驗，仍有部分產品的ESD防護電路在HBM及MM上是有所差異的，規範雖然取消此項目，但IC業者仍需要面對當ESD客退發生時的處理，ESD定義為設計驗證，所以目前各家廠商仍將其列為標準測試項目。

(2)新增 : Lead(Pb) Free(無鉛)實驗

車電與醫療產業不同於ICT資通產業，車電與醫療產業注重的科技是技術成熟性、可靠性以及零失效，而非ICT所追求最先進的技術，因此，車用電子產品在無鉛製程的轉換時程是比消費性產品來的晚，此次正式列入測試項目也代表無鉛製程的轉換已相當成熟，但仍允許部分如引擎室內高溫應用等產品使用有鉛製程。無鉛的驗證項目則包含Solderability、Solder heat resistance以及Whisker。

主要實驗條件改變的部分在於HTOL(High Temperature Operating Life)及TCT(Temperature Cycling)兩項實驗，其餘如Wire bonding的相關實驗則是取消Ppk的計算使用Cpk則可、Solderability則說明可由烘烤替代蒸氣老化、Group G部分的實驗樣品數則略為減少，測試項目所參考規範調整的部分則請讀者自行參閱，在此不細述。

(1)HTOL :
有三個部分，一為實驗時間增長皆為1,000Hrs，二為清楚定義溫度為Tj(Junction Temperature)，三為實驗高溫對齊Grade的定義。

(2)TCT :
最低標的低溫溫度由-50℃調整為-55℃，Cycle數的部分則有部分提升，仍可參考JESD22-A104的規範進行等效實驗條件的替換。

實驗條件的部分可再參考稍後第五部份的說明，將可更理解此次規範變更所要表達含意。

先以下圖4來說明通用性資料(Generic Data)的基本含意，兩個產品A、B，若有使用相同製程或材料，則可初步定義為同一家族系列產品，若對A產品進行完整AEC Q-100 Qualification，相同製程或材料的部分所產出的測試結果則稱之為Generic Data，先不論驗證的數量與程序，只要Generic Data的定義符合AEC-Q100的說明，B產品進行剩餘項目的驗證後再加上Generic Data，則可宣告B產品也通過AEC-Q100。

此次新的版本對於Generic Data及Qualification Family的定義及使用原則有較清晰的說明，並且簡化了其認證程序，同時以情境模擬案例，來說明那些製程變更時應進行那些實驗項目與Lot數量，都有較明確的定義，因內容過多，讀者若有需要可以再參閱規範。

本文中最重要、也是此次改版中，筆者認為變動最大的部分，呼應美國汽車工程師協會在規範SAE-J1879/J1211中強調的強韌性/穩健性驗證(Robustness Validation)，驗證計畫應思考的是，因應該產品在實際應用環境所面臨的使用條件而擬定的，而非以單一測試標準/條件來適用所有產品，也就是Test for Application，而非Test for Standard。

要如何擬定一個合適的驗證計劃呢?第一步為制定該元件被設計/生產的目的，我們稱之為Mission Profile，除了滿足功能性的任務外，要再加上可靠度的任務，表2為汽車的Mission Profile參數範例。

IC供應商須考量不同應用功能的元件將會對應不同的Mission Profile，若IC工作行為是在Non-Operating Time，如:警報器等的應用，則Life time條件應滿足116,400Hrs在常溫的情況。

若IC僅在Engine On時工作，那Mission Profile就必須要滿足12,000Hrs的壽命時間，及其工作位置的使用溫度，假定Engine On時該IC平均的工作溫度Junction Temperature(Tj)=87℃，我們使用的HTOL測試溫度為125℃，活化能設定為0.7eV，接下來使用Arrhenius Model來計算實驗時的溫度加速率，如下公式計算:

即可算出溫度加速率AFT=8.6232，以上述的設定目標壽命為12,000Hrs，因此HTOL實驗時間應為12,000Hrs/8.6232 = 1,392Hrs。除了溫度加速的範例，包含溫度循環/濕度的加速公式已列在新規範中，各位可在參考規範內文。

上述範例旨在說明如何以終端產品實際應用的Mission Profile來設計合適的測試計畫，相信很多從事IC設計的品管單位都相當熟悉，本文要表達的是規範將逐漸捨棄以單一標準來訂定，而是交由End User(終端客戶)與Component Manufacturer(零組件製造商)來共同制定合宜的驗證計畫。制定驗證計畫的流程可參閱下圖5。