汽車傳感器AEC-Q103認證測試要求解讀

汽車技術(shù)發(fā)展特征之一就是越來越多的部件采用電子控制。汽車智能化的飛速前進，迫使車用傳感器不斷迭代，不僅要滿足智能化的操作系統(tǒng)，還要求具備高強度的可靠性，智能化是汽車傳感器的發(fā)展趨勢。

汽車電子委員會（AEC）根據(jù)車載MEMS特性制定出最新標(biāo)準AEC-Q103，由于之前MEMS微機電系統(tǒng)做車規(guī)認證一直是參照AEC-Q100，此次制定的標(biāo)準無疑是為行業(yè)提供了更具針對性的要求，對于MEMS做車規(guī)級認證也更加合理。AECQ103的制定標(biāo)準為車規(guī)傳感器行業(yè)提供了更具針對性的要求，完善并且提高了對于車載傳感器的測試標(biāo)準。下圖是AECQ103驗證流程：

AEC-Q103 是針對汽車傳感器的應(yīng)力測試標(biāo)準。

產(chǎn)品范圍：MEMS壓力傳感器、MEMS麥克風(fēng)、氧傳感器、溫度傳感器、空氣流量傳感器、爆震傳感器、速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、ABS傳感器、觸發(fā)碰撞傳感器、防護碰撞傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、液壓傳感器等。

測試要求解讀

1、溫度等級

MEMS供貨商必須先了解終端客戶如何使用MEMS及其在車內(nèi)的安裝位置，以實際應(yīng)用的溫度范圍來制定合適的溫度等級，次溫度等級定義會應(yīng)用在兩個部分。

第一部分為測試計劃展開時各可靠度實驗的條件選擇，如：TCT（Teperature Cycling,溫度循環(huán)實驗），不同等級的溫變范圍及溫差循環(huán)數(shù)會有差異。

第二部分為前述的可靠度實驗前后功能性測試溫度必須依照User所制定的溫度范圍來做功能應(yīng)用的FT（Final Test）測試，制定溫度等級為Grade1（-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后順序的制定。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RoomaColdaHot。

2、實驗項目增減

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

GL 的部分主要在仿真車用模塊應(yīng)用時所可能遭遇高溫及高電場同時發(fā)生的環(huán)境，此環(huán)境會讓MEMS Package 內(nèi)的等效電容及電阻產(chǎn)生 Gate Leakage 的失效， 此失效現(xiàn)象可經(jīng)由高溫烘烤的方式恢復(fù)，取消的原因規(guī)范中未有說明，但以筆者在華碧實驗室多年所累積的驗證測試經(jīng)驗來看，此失效模式常發(fā)生在 Burn-In 及 Reflow 的過程，雖規(guī)范已取消，在生產(chǎn)過程或?qū)嶋H應(yīng)用客退若有相同失效發(fā)生，仍可使用此手法進行再現(xiàn)性實驗。

MM 的部分則與 JEDEC 的 JESD47 規(guī)范同步，一是 HBM(Human Body Mode)可以 等效 MM 的實驗結(jié)果，二是 CDM(Charged-DevMEMSe Model)的重要性更勝于MM， 因此應(yīng)多著重在 CDM的測試。至于文獻中提到的 HBM 與 MM 的關(guān)聯(lián)性，以筆者在華碧實驗室檢測 ESD 實驗室的實務(wù)經(jīng)驗，仍有部分產(chǎn)品的 ESD 防護電路在 HBM 及 MM 上是有所差異的，規(guī)范雖然取消此項目，但 MEMS 業(yè)者仍需要面對當(dāng) ESD 客退發(fā)生時的處理，ESD 定義為設(shè)計驗證，所以目前各家廠商仍將其列為標(biāo)準測試項目。

(2)新增 : Lead(Pb) Free(無鉛)實驗

車電與醫(yī)療產(chǎn)業(yè)不同于 MEMST 資通產(chǎn)業(yè)，車電與醫(yī)療產(chǎn)業(yè)注重的科技是技術(shù) 成熟性、可靠性以及零失效，而非 MEMST 所追求最先進的技術(shù)，因此，車用電子 產(chǎn)品在無鉛制程的轉(zhuǎn)換時程是比消費性產(chǎn)品來的晚，此次正式列入測試項目也代表無鉛制程的轉(zhuǎn)換已相當(dāng)成熟，但仍允許部分如引擎室內(nèi)高溫應(yīng)用等產(chǎn)品使用有鉛制程。無鉛的驗證項目則包含Solderability、Solder heat resistance 以及 Whisker。

3. 實驗條件

主要實驗條件改變的部分在于 HTOL(High Temperature Operating Life)及TCT(Temperature Cycling)兩項實驗，其余如 Wire bonding 的相關(guān)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(shù)則略為減少。

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(biāo)的低溫溫度由-50 調(diào)整為-55，Cycle 數(shù)的部分則有部分提升，仍可參考JESD22-A104 的規(guī)范進行等效實驗條件的替換。

4. 通用性數(shù)據(jù)

以下圖來說明通用性資料(GenerMEMS Data)的基本含意，兩個產(chǎn)品 A、B，若有使用相同制程或材料，則可初步定義為同一家族系列產(chǎn)品，若對 A 產(chǎn)品進行完整 AEC Q-103 QualifMEMSation，相同制程或材料的部分所產(chǎn)出的測試結(jié)果則稱之為 GenerMEMS Data，先不論驗證的數(shù)量與程序，只要 GenerMEMS Data 的定義符合 AEC-Q103 的說明，B 產(chǎn)品進行剩余項目的驗證后再加上 GenerMEMS Data，則可宣告 B 產(chǎn)品也通過 AEC-Q103。

5. 擬定測試計劃

本文中最重要、也是此次改版中，華碧實驗室認為變動最大的部分，呼應(yīng)US 汽車工程師協(xié)會在規(guī)范 SAE-J1879/J1211 中強調(diào)的強韌性/穩(wěn)健性驗證(Robustness Validation)，驗證計劃應(yīng)思考的是，因應(yīng)該產(chǎn)品在實際應(yīng)用環(huán)境所面臨的使用條件而擬定的，而非以單一測試標(biāo)準/條件來適用所有產(chǎn)品，也就是 Test for ApplMEMSation，而非 Test for Standard。

要如何擬定一個合適的驗證計劃呢?第一步為制定該組件被設(shè)計/生產(chǎn)的目的，我們稱之為Mission Profile，除了滿足功能性的任務(wù)外，要再加上可靠度的任務(wù)，下表為汽車的Mission Profile 參數(shù)范例。

表: Example of VehMEMSle Mission Profile （數(shù)據(jù)源: SAE-J1879）

MEMS 供貨商須考慮不同應(yīng)用功能的組件將會對應(yīng)不同的 Mission Profile，若 MEMS 工作行為是在 Non-Operating Time，如:警報器等的應(yīng)用，則 Life time條件應(yīng)滿足 116,400Hrs在常溫的情況。

若MEMS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 MEMS 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(shè)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(shè)定目標(biāo)壽命為 12,000Hrs，因此 HTOL 實驗時間應(yīng)為 12,000Hrs/8.6232 = 1,392Hrs。除了溫度加速的范例，包含溫度循環(huán)/濕度的加速公式已列在新規(guī)范中，各位可在參考規(guī)范內(nèi)文。上述范例旨在說明如何以終端產(chǎn)品實際應(yīng)用的Mission Profile 來設(shè)計合適的測試計劃，相信很多從事 MEMS 設(shè)計的品管單位都相當(dāng)熟悉，本文要表達的是規(guī)范將逐漸舍棄以單一標(biāo)準來訂定，而是交由 End User(終端客戶)與ComponentManufacturer(零組件制造商)來共同制定合宜的驗證計劃。制定驗證計劃的流程可參閱下圖。

華碧實驗室車規(guī)電子檢測認證

華碧實驗室是國內(nèi)領(lǐng)先的集檢測、鑒定和認證為一體的第三方檢測與分析的新型綜合實驗室，擁有資深的技術(shù)團隊與豐富的設(shè)備資源,目前已為數(shù)百家MEMS廠商提供了質(zhì)量測試服務(wù)，協(xié)助客戶了解車規(guī)，制定相對應(yīng)的AEC-Q103驗證步驟與手法，以期能讓MEMS業(yè)者在市場的竟?fàn)幹忻摲f而出，順利進入車廠供應(yīng)鏈。咨詢劉工：13625289200

審核編輯黃宇