面包芯语

车规芯片的AEC-Q100测试标准

汽车电子与软件 2023-07-02 18:19
构建AI未来，Arm计算平台无处不在 如何增强电动汽车的实时控制能力？

最近这小半年一直在弄跟芯片相关的一些工作，并且由于缺芯的原因，现在关于芯片的话题也确实很火，但是一般都集中在更为高层的设计，更为上游的制造，更为高大上的产业链布局。但是对于没有半点芯片知识的我等普通工程师来讲，搞点接地气的内容自学一下，还是更符合当前绝大多数人的一些状态。
在我刚入职的时候，就知道车规芯片是需要满足AECQ标准的，所以在进行芯片选型的时候，需要什么类型的芯片，就让对应的芯片公司的销售给出一些推荐，我再从中进行选择。但是却从来没去具体了解过AECQ标准具体是什么标准，这一晃就是十年过去了，欠下的债现在还。



一

●

汽车半导体器件的标准

AEC其实是Automotive Electronics Council汽车电子协会的简称，并且AECQ标准包括以下几个领域，对于不同领域的电子器件，适用于不同的标准。目前见到的比较多的是AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q200。

标准类别

适用领域

AEC-Q100

集成电路IC

AEC-Q101

分立器件

AEC-Q102

离散光电LED

AEC-Q103

传感器

AEC-Q104

多芯片组件

AEC-Q200

被动器件




二

●

AEC-Q100的子标准

类似于一般汽车零部件的DV测试，AECQ标准其实也就是一种对芯片本身的设计认可的测试标准，分为不同的测试序列，对芯片进行不同维度的测试。
由于最火热的芯片是目前全国甚至全世界的焦点，就先来看看关于芯片的测试标准。AEC-Q100一共分为13个子标准，分别是AEC-Q100主标准和从001到012的12个子标准。

标准编号

标准名

中文含义

AEC-Q100 Rev-H

Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Integrated  Circuits(base document

基于集成电路应力测试认证的失效机理

AEC-Q100-001

Wire Bond Shear Test

邦线切应力测试

AEC-Q100-002

Human Body Model (HBM) Electrostatic Discharge Test

人体模式静电放电测试

AEC-Q100-003

Machine Model (MM) Electrostatic Discharge Test

机械模式静电放电测试

AEC-Q100-004

IC Latch-Up Test

集成电路闩锁效应测试

AEC-Q100-005

Non-Volatile Memory Program/Erase Endurance, Data Retention, and  Operational Life Test

非易失性存储程序/擦除耐久性、数据保持及工作寿命的测试

AEC-Q100-006

Electro-Thermally Induced Parasitic Gate Leakage Test (GL)

热电效应引起的寄生门极漏电流测试

AEC-Q100-007

Fault Simulation and Test Grading

故障仿真和测试等级

AEC-Q100-008

Early Life Failure Rate (ELFR)

早期寿命失效率

AEC-Q100-009

Electrical Distribution Assessment

电分配的评估

AEC-Q100-010

Solder Ball Shear Test

锡球剪切测试

AEC-Q100-011

Charged Device Model (CDM) Electrostatic Discharge Test

带电器件模式的静电放电测试

AEC-Q100-012

Short Circuit Reliability Characterization of Smart Power Devices  for 12V Systems

12V 系统灵敏功率设备的短路可靠性描述



三

●

测试序列及测试内容

如同DV测试的序列和分类，芯片的测试认证一共包括7个序列，分别如下，而这七个序列的测试也是分别引用AEC-Q100中定义的那些测试方法。

测试序列A

环境压力加速测试，Accelerated Environment Stress

测试序列B

使用寿命模拟测试，Accelerated Lifetime Simulation

测试序列C

封装组装整合测试，Package Assembly Integrity

测试序列D

芯片晶圆可靠度测试，Die Fabrication Reliability

测试序列E

电气特性确认测试，Electrical Verification

测试序列F

瑕疵筛选监控测试，Defect Screening

测试序列G

封装凹陷整合测试，Cavity Package Integrity

芯片的测试也是有一定的测试顺序，这个顺序在AEC-Q100的标准中也是有所定义的。一共7个测试序列，按照两个层级一共加起来42个测试项目，这些测试项目并不是适用于所有IC，需要根据IC的种类进行适配性的测试，也需要根据芯片的温度等级来进行测试条件的修改。
而测试温度也就是通常所说的Grade等级。在汽车芯片里，分为4个温度等级，分别如下：
对于每个测试序列中的详细测试项目，也在AEC-Q100标准中有详细的描述，并且每种测试的测试时间也根据Grade等级给出了不同的要求。在AEC-Q100的测试中，对于序列A中，测试的样品数很多都是77个，并且要求0 Fails，这就极大得增加了芯片测试的置信度。


TEST GROUP A –  ACCELERATED ENVIRONMENT STRESS TESTS

#

STRESS

ABV

SAMPLE SIZE /  LOT

A1

Preconditioning

PC

77

A2

Temperature  Humidity-Bias or Biased HAST

THB or HAST

77

A3

Autoclave or  Unbiased HAST or Temperature Humidity (without Bias)

AC or UHST or TH

77

A4

Temperature  Cycling

TC

77

A5

Power  Temperature Cycling

PTC

45

A6

High  Temperature Storage Life

HTSL

45

TEST GROUP B –  ACCELERATED LIFET

#

STRESS

ABV

SAMPLE SIZE /  LOT

B1

High  Temperature Operating Life

HTOL

77

B2

Early Life  Failure Rate

ELFR

800

B3

NVM Endurance,  Data Retention, and Operational Life

EDR

77

TEST GROUP C –  PACKAGE ASSEMBLY INTEGRITY TESTS

#

STRESS

ABV

SAMPLE SIZE /  LOT

C1

Wire Bond  Shear

WBS

30 bonds from a minimum of 5 devices

C2

Wire Bond Pull

WBP


C3

Solderability

SD

15

C4

Physical  Dimensions

PD

10

C5

Solder Ball  Shear

SBS

5 balls from a min. of 10 devices

C6

Lead Integrity

LI

from each 10 leads
 of 5 parts

TEST GROUP D –  DIE FABRICATION RELIABILITY TESTS

#

STRESS

ABV

SAMPLE SIZE /  LOT

D1

Electromigration

EM

---

D2

Time Dependent  Dielectric Breakdown

TDDB

---

D3

Hot Carrier  Injection

HCI

---

D4

Negative Bias  Temperature Instability

NBTI

---

D5

Stress  Migration

SM

---

TEST GROUP E –  ELECTRICAL VERIFICATION TESTS

#

STRESS

ABV

SAMPLE SIZE /  LOT

E1

Pre- and  Post-Stress Function/Parameter

TEST

All

E2

Electrostatic Discharge  Human Body Model

HBM

See Test Method

E3

Electrostatic  Discharge Charged Device Model

CDM

See Test Method

TEST GROUP E –  ELECTRICAL VERIFICATION TESTS (CONTINUED)

#

STRESS

ABV

SAMPLE SIZE /  LOT

E4

Latch-Up

LU

6

E5

Electrical Distributions

ED

30

E6

Fault Grading

FG

---

E7

Characterization

CHAR

---

E9

Electromagnetic  Compatibility

EMC

1

E10

Short Circuit  Characterization

SC

10

E11

Soft Error  Rate

SER

3

E12

Lead (Pb) Free

LF

See Test Method

TEST GROUP F –  DEFECT SCREENING TESTS

#

STRESS

ABV

SAMPLE SIZE /  LOT

F1

Process  Average Testing

PAT

---

F2

Statistical  Bin/Yield Analysis

SBA

---

TEST GROUP G –  CAVITY PACKAGE INTEGRITY TESTS

#

STRESS

ABV

SAMPLE SIZE /  LOT

G1

Mechanical  Shock

MS

15

G2

Variable  Frequency Vibration

VFV

15

G3

Constant  Acceleration

CA

15

G4

Gross/Fine  Leak

GFL

15

G5

Package Drop

DROP

5

G6

Lid Torque

LT

5

G7

Die Shear

DS

5

G8

Internal Water  Vapor

IWV

5



●

总结

满足AEC-Q100仅仅只是车规芯片的第一步，其实要求真正的达到车规芯片的质量，还需要从设计开发流程体系，生产制造体系各个方面来把控，才能真正的满足汽车的质量要求。

活动推荐：RISC-V 架构芯片设计网络研讨会



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