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[零部件数据] AEC-Q103测试流程标准解读

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查看67 | 回复1 | 2019-10-17 11:17:17 | 显示全部楼层 |阅读模式

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近期汽车电子委员会(AEC)根据车载MEMS特性制定出最新标准AEC-Q103,由于之前MEMS微机电系统做车规认证一直是参照AEC-Q100,此次制定的标准无疑是为行业提供了更具有针对性的要求,对于MEMS做车规级认证也更加合理。
汽车零组件市场层级决定可靠度质量要求
汽车零组件市场可以大致区分为3部分:
1. OEM/ODM (正厂出厂零件)/OES (正厂维修零件)
2. DOP(Dealer Option经销商选配零件)
3. AM(After Marketing 副厂零件)
对客户的失效率预估及备品备置策略会因决定进入不同市场而有所变化,OEM/ ODM/ OES为原厂保固,因其保固期较长,各车厂需要在制造及售后服务的成本之间取得平衡,MEMS供货商要进入的门坎较高。DOP则为各经销商因在地市场的销售策略需求所做的选配项目,进入门坎与上述相近,售后市场(AM)与原厂保固无关,所以相对进入门坎及成本是较低的。另一面向为AM的产品类型较多属于影音周边与主被动安全无关,所要求的可靠度也低于原厂零件。
车用MEMS规范AEC-Q103的验证流程
该如何进入车用MEMS供应链呢?下图为AEC-Q103规范中的验证流程,此图是以MEMS压力传感器的测试流程,各群组的关联性需要参考图中的箭头符号。
图1.jpg
由图可知MEMS测试流程还是要引用到AEC-100测试流程。
图2.png
AEC-Q103版本的新要求读解
1. 温度等级
MEMS供货商必须先了解终端客户如何使用此MEMS及其在车内的安装位置,以实际应用的温度范围来订定合适的温度等级,此温度等级定义会应用在两个部分。
第一部分为测试计划展开时各可靠度实验的条件选择,如:TCT(Temperature Cycling,温度循环实验),不同等级的温变范围及温差循环数会有差异。
第二部分为前述的可靠度实验前后功能性测试温度必须依照User所订定的温度范围来做功能应用的FT(Final Test)测试,订定温度等级为Grade 1(-40~125),则代表FT时使用低温-40、常温25及高温125,且需要留意其测试温度有先后顺序的订定。如:HTOL(High Temperature Operating Life,高温工作寿命试验)实验在FT测试定义顺序为RoomàColdàHot。
新版的部分取消了Grade 4 0~70的温度等级,如下表,此温度等级若比对车用模块在ISO 16750/SAE J1211等规范内的描述是无法对应到合适的产品,因此被认为取消此温度等级是更贴近实际模块的要求。
图3.jpg
2. 实验项目-新版的增减项目如下:
(1)取消 : GL(Gate Leakage;高温闸极漏电测试)及ESD中的MM(Machine Mode)。
GL的部分主要在仿真车用模块应用时所可能遭遇高温及高电场同时发生的环境,此环境会让MEMS Package内的等效电容及电阻产生Gate Leakage的失效,此失效现象可经由高温烘烤的方式恢复,取消的原因规范中未有说明,但以笔者在华碧实验室多年所累积的验证测试经验来看,此失效模式常发生在Burn-In及Reflow的过程,虽规范已取消,在生产过程或实际应用客退若有相同失效发生,仍可使用此手法进行再现性实验。
MM的部分则与JEDEC的JESD47规范同步,一是HBM(Human Body Mode)可以等效MM的实验结果,二是CDM(Charged-DevMEMSe Model)的重要性更胜于MM,因此应多着重在CDM的测试。至于文献中提到的HBM与MM的关联性,以笔者在华碧实验室检测ESD实验室的实务经验,仍有部分产品的ESD防护电路在HBM及MM上是有所差异的,规范虽然取消此项目,但MEMS业者仍需要面对当ESD客退发生时的处理,ESD定义为设计验证,所以目前各家厂商仍将其列为标准测试项目。
(2)新增 : Lead(Pb) Free(无铅)实验
车电与医疗产业不同于MEMST资通产业,车电与医疗产业注重的科技是技术成熟性、可靠性以及零失效,而非MEMST所追求最先进的技术,因此,车用电子产品在无铅制程的转换时程是比消费性产品来的晚,此次正式列入测试项目也代表无铅制程的转换已相当成熟,但仍允许部分如引擎室内高温应用等产品使用有铅制程。无铅的验证项目则包含Solderability、Solder heat resistance以及Whisker。
3. 实验条件
主要实验条件改变的部分在于HTOL(High Temperature Operating Life)及TCT(Temperature Cycling)两项实验,其余如Wire bonding的相关实验则是取消Ppk的计算使用Cpk则可、Solderability则说明可由烘烤替代蒸气老化、Group G部分的实验样品数则略为减少。
(1)HTOL:有三个部分,一为实验时间增长皆为1,000Hrs,二为清楚定义温度为Tj(Junction Temperature),三为实验高温对齐Grade的定义。
(2)TCT:最低标的低温温度由-50调整为-55,Cycle数的部分则有部分提升,仍可参考JESD22-A104的规范进行等效实验条件的替换。/华碧实验室/李工:189.5111.2068 /
4. 通用性数据
以下图来说明通用性资料(GenerMEMS Data)的基本含意,两个产品A、B,若有使用相同制程或材料,则可初步定义为同一家族系列产品,若对A产品进行完整AEC Q-103 QualifMEMSation,相同制程或材料的部分所产出的测试结果则称之为GenerMEMS Data,先不论验证的数量与程序,只要GenerMEMS Data的定义符合AEC-Q103的说明,B产品进行剩余项目的验证后再加上GenerMEMS Data,则可宣告B产品也通过AEC-Q103。
图4.jpg
此次新的版本对于GenerMEMS Data及QualifMEMSation Family的定义及使用原则有较清晰的说明,并且简化了其认证程序,同时以情境模拟案例,来说明那些制程变更时应进行那些实验项目与Lot数量,都有较明确的定义,因内容过多,大家若有需要可以再参阅规范。
5. 拟定测试计划
本文中最重要、也是此次改版中,华碧实验室认为变动最大的部分,呼应美国汽车工程师协会在规范SAE-J1879/J1211中强调的强韧性/稳健性验证(Robustness Validation),验证计划应思考的是,因应该产品在实际应用环境所面临的使用条件而拟定的,而非以单一测试标准/条件来适用所有产品,也就是Test for ApplMEMSation,而非Test for Standard。
要如何拟定一个合适的验证计划呢?第一步为制定该组件被设计/生产的目的,我们称之为Mission Profile,除了满足功能性的任务外,要再加上可靠度的任务,下表为汽车的Mission Profile参数范例。
图5.jpg
: Example of VehMEMSle Mission Profile (数据源: SAE-J1879)
MEMS供货商须考虑不同应用功能的组件将会对应不同的Mission Profile,若MEMS工作行为是在Non-Operating Time,如:警报器等的应用,则Life time条件应满足116,400Hrs在常温的情况。
MEMS仅在Engine On时工作,那Mission Profile就必须要满足12,000Hrs的寿命时间,及其工作位置的使用温度,假定Engine On时该MEMS平均的工作温度Junction Temperature(Tj)=87,我们使用的HTOL测试温度为125,活化能设定为0.7eV,接下来使用Arrhenius Model来计算实验时的温度加速率,如下公式计算:
图6.png
即可算出温度加速率AFT=8.6232,以上述的设定目标寿命为12,000Hrs,因此HTOL实验时间应为12,000Hrs/8.6232 = 1,392Hrs。除了温度加速的范例,包含温度循环/湿度的加速公式已列在新规范中,各位可在参考规范内文。
上述范例旨在说明如何以终端产品实际应用的Mission Profile来设计合适的测试计划,相信很多从事MEMS设计的品管单位都相当熟悉,本文要表达的是规范将逐渐舍弃以单一标准来订定,而是交由End User(终端客户)与Component Manufacturer(零组件制造商)来共同制定合宜的验证计划。制定验证计划的流程可参阅下图。   图7.jpg
经过四十多年的发展,微机电系统(MEMS)已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术,应用前景广阔。MEMS让传感器小型化、智能化,MEMS传感器将在智慧工业时代大有可为。而如何寻找有经验的实验室,协助客户了解车规,制定相对应的AEC-Q103验证步骤与手法,顺利进入车厂供应链,是极为重要的事。华碧实验室具有多年MEMS设计业跨入车用电子的实战经验,期能让更多MEMS业者能在市场的竟争中脱颖而出。

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