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【芯智驾】国产厂商“被挡门外”?芯片“前装上车”门槛多

来源:爱集微

#芯智驾#

#车用芯片#

10-24 17:03

智驾──集萃产学研企名家观点,全面剖析AI芯片、第三代半导体等在汽车“大变形”时代的机会与挑战

集微网消息,此次穿越周期的汽车“缺芯”引得全产业链反思,中国汽车芯片应用的“国产替代”、实现产业链自主可控迫在眉睫。但国产汽车半导体供应能力十分羸弱,汽车芯片自给率不足5%。

发展尚需时日,而且面临重重困难。横亘在前行路上的第一道坎就是——芯片的“车规级”认证。可以说,车规级芯片的严苛要求将众多国产半导体厂商挡在了门外。那么,过车规这道坎到底有多难?究竟要经过哪些相应的认证和测试?具体的指标和维度有哪些?长期来看,国内缺乏认证平台是否制约芯片发展?

针对以上等问题,集微网近日采访到SGS东北区半导体业务拓展经理朱炬。SGS是国际公认的检验、鉴定、测试和认证机构,在全球拥有配置齐全的物理与化学分析实验室,能为整个IC制造产业链的质量控制提供可靠与稳健的测试分析解决方案。

车规级的严苛将国产芯片厂商挡在门外

多年来,国内很多厂商因车规级芯片研发周期长、设计门槛高、资金投入大等望而却步,仅有少数厂商在汽车领域潜心耕耘。当前,国产替代和资本助推之下,这些国内芯片供应商,以及诸多从消费领域跨入的“新进入者”迎来发展机遇。

以应用较大的车用MCU来看,目前国内MCU厂商已接近百家。但是,真正能在汽车电子领域实现有效国产替代的企业还很有限,应用在汽车动力总成、自动驾驶等核心领域的车用MCU供应商更是寥寥无几。

汽车级芯片技术壁垒远高于工业和消费级,国内芯片供应商进入汽车供应体系需要“过五关、斩六将”

制图:集微网

朱炬对集微网表示,相对于普通消费类芯片,车规级芯片因涉及驾乘安全,其具有五大特点:一是高可靠性,对在汽车内外使用环境的要求非常严苛;二是高安全性,尤其在在自动辅助驾驶的今天,复杂的电路功能安全尤为重要;三是零失效率,需要通过对设计、管理、工艺等方面着重管控才能达到该目的;四是产品一致性,对工艺、材料稳定性要求极高;五是长期供货,一旦成为供应链,替换的评估周期和成本都较高。这些在认证环节都需要关注,缺一不可。

这些认证环节复杂,而且流程漫长,往往需要18-24个月。那么,到底要经过哪些相应的认证?具体的指标和维度有哪些?对此,朱炬分享到:“芯片的车规级认证是从体系、芯片可靠性、功能安全三个主要方面管控。其中,IAFT16949是体系门槛,是汽车质量管理体系的标准规范;AEC-Q100以及AEC Q系列主要是针对车规电子元器件可靠性评估的规范;ISO 26262是针对电子电气系统功能安全的评估规范。”

目前,国内芯片供应链前装“上车”大多卡在AEC-Q100测试和ISO 26262认证

AEC-Q100是芯片前装上车的“基本门槛”

AEC是由美国三大汽车公司(原Chrysler/福特/通用)联合发起,并于1994年创立。其中,AEC-Q100是基于失效机理的集成电路应力测试鉴定,适用于车用IC芯片的综合可靠性测试认证标准,是芯片产品应用于汽车前装领域的基本门槛

我们不妨看看AEC-Q100的测试,对车规级芯片的要求就十分严苛,包括环境、运行稳定、可靠性、一致性、产品生命周期、良率要求等。同时,第三方很难独立完成AEC-Q100的验证,还需要晶圆厂、封测厂的配合。朱炬表示:“针对AEC Q100中,A组-加速环境应力测试,B组-加速寿命测试,C组-封装组装完整性测试,E组-电性验证试验(部分试验),G组-腔封装完整性测试,这五组测试一般在第三方实验室完成,SGS的半导体及可靠性实验室都可以跟进,其中D组-芯片晶圆的可靠性测试一般在晶圆厂完成。F组是生产阶段的质量管控,包含良率/Bin的使用统计手法进行管控并制定标准处理流程。”

尤为值得一提的是,AEC-Q100是一个公司自行宣告的验证标准,没有授权认证公司,但是并不意味着没有约束。一般而言,芯片公司经过上述完整测试通过后,可自行宣告符合AEC-Q100要求。但鉴于可能存在不实信息带来的风险和麻烦,目前国内大多数车厂会以第三方实验室出具报告进行管控。另一方面,芯片公司需要巨资建立运营一个实验室,这对于初创企业来说有一定压力,因此选择第三方仍是未来主流趋势。

ISO 26262已成汽车供应链“准入门票”

可以说,大部分国内芯片厂商目前只关注到AEC-Q100,但跨过AEC-Q100可靠性测试仅是一个开始,安全等级要求门槛更高。

随着汽车的属性由机械产品转变为电气化、智能化产品,电子电气组件和软件规模呈指数级增长,汽车的失效已从传统的机械损坏演变成了电子电气的失效和软件漏洞,而这些又可能会导致汽车控制发生致命性的错误,从而危及驾驶员和乘客的生命安全。为了解决这一问题,更严苛的汽车功能安全标准ISO 26262应运而生。

ISO 26262是汽车的电子电气相关的“功能安全”标准,该标准于2011年11月正式发布,2018年推出了第二版,追加了半导体指南,对产品所使用的半导体元器件的具体安全机制增加了新的规定。

相对而言,ISO 26262是一套更为复杂的认证体系,主要有两方面,一是生产流程认证;二是产品功能认证,要求安全机制符合ASIL各等级认证,从低到高,ASIL可分为4个等级:A、B、C、D,主要根据对人身安全的重要性划分。ASIL等级决定了对系统安全性的要求,ASIL等级越高,对系统的安全性要求越高,为实现安全付出的代价越高,意味着硬件的诊断覆盖率越高,开发流程越严格,相应的开发成本增加、开发周期延长,技术要求更严格。

ISO 26262标准最初是由欧洲整车厂推动成立,目前美国、日本、韩国、中国都在陆续跟进这一标准。当前国际主流车厂如宝马、奔驰、通用、大众等,国内主流车厂如长城、上汽、吉利、比亚迪等都已对重要控制系统落实功能安全开发要求,并将供应商的功能安全开发能力和产品功能安全能力作为供应链准入的准则之一。

虽然ISO 26262不是全球强制性标准,但它已获得汽车界的广泛认可,成为汽车供应链厂商的准入门票。没有通过ISO 26262认证的产品或厂商,整车厂、Tier1将不得不将其拒之门外。

国内缺乏认证平台制约芯片发展?

放眼国内车规级芯片的认证之路,完成AEC-Q100的寥寥无几,更遑论ISO 26262当然进入高附加值的芯片增量市场就十分困难。持续的汽车“缺芯”引发了国内对自主汽车芯片行业的思考。

业界认为,制约我国芯片产业发展除了大部分的晶圆制造产能位于日本、韩国和我国台湾,国内产能缺乏之外,国内缺乏认证和测试平台,国家标准体系目前也不够健全也已成为制约我国汽车芯片发展的关键问题。

当问及国内标准体系的缺失是否跟产业供应链不完善紧密相关,朱炬表示:“目前汽车行业芯片短缺不仅仅出现在中国,受疫情的影响,晶圆制造产能短缺是主因。随着国家大基金的加持和国产化替代的发展,相信在不久的将来会得到一定的缓解。汽车芯片检测市场的需求与供给关系不平衡,这是新兴行业发展的普遍规律。总体说来,不管是国家标准体系还是各机构的检测认证能力都在完善中。”

以SGS来说,目前针对车用半导体器件,在功能安全、体系认证、器件可靠性验证等方面推出了全方位服务。就可靠性验证来说,SGS中国从2014年起已经涉足汽车电子检测领域,为满足车规芯片的验证需求,逐步建立了车用LED光源的AEC-Q102服务能力,帮助车用LED光源厂商获得相关认证;针对有源器件、功率器件,集成IC、多晶圆模组也补足了AEC-Q101、AEC-Q100和AEC-Q104相关能力,可提供常规车用芯片和模组的可靠性实验验证能力。

不过,业内人士也指出,由于这些认证流程漫长,一些国内的初创公司要花费数年,斥千万巨资才能拿到认证,但部分企业处于发展初期,往往由于现金流有限,难以为继。因此,业内人士呼吁建立汽车芯片国内测试和认证平台,国内测试平台建成,将有助于加快进程,让更多有能力的国内芯片生产商进入供应链。这些呼吁有其合理性,长远来看,我国构建自主可控的供应链,建立汽车芯片国内测试和认证平台也十分有必要,但当下来看,国内供应商要打入国内甚至国际车厂的供应链,通过这些认证仍然是必选项。

那么,国外成熟的汽车芯片认证体系能给到国内行业哪些建议和借鉴?朱炬表示,谈到国外成熟的汽车芯片认证体系,要提到ITAF16949体系、ISO 26262功能安全、AEC Q系列芯片可靠性验证等,这些是他们品质管控的主要依据,因为ITAF 16949明确了汽车行业质量管理体系的要求,包括过程方法及其汽车行业核心工具,为汽车产业的质量体系一致性提供规范依据;功能安全ISO26262,从人员、流程和产品等维度提出了明确的认证要求;AEC-Q系列标准对用于汽车的主要使用电子元器件,如被动器件、集成芯片、分立半导体器件、分立光电器件、传感器和多晶模组都明确了其可靠性验证的要求。

另外,汽车新技术对汽车芯片认证标准也有新影响。“目前智能驾驶和新能源汽车技术的新起,前者对功能安全、信息安全和网络安全都提出较高的要求,后者对高功率器件的可靠性验证提出新的要求。随着新能源汽车和和自动驾驶新技术的兴起和应用,越来越多的超级电容和不同功能的传感器等得以开发使用,这些产品的测试验证方法和能力还不够完善,需要进一步探索与提升。”朱炬补充道。

写在最后

其实,一款芯片最终进入供应体系,通过AEC-Q100、ISO 26262等验证测试也仅仅意味着有机会拿到“上车的门票”。

制图:集微网

如获得机会,主机厂漫长的供应商磨合周期和对产品的高可靠性要求,加之车型导入及测试验证一般还需要24-36个月,包括项目竞标、整车集成和功能开发以及测试验证。因此,国产芯片如要加入车企供应链,必定需要跨越漫漫征程。

(校对/holly)


责编: Carrie

Sharon

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