汽车电子系统的可靠性 芯片行业的贡献

　　最近几十年来，汽车行业的诸多创新技术大部分得益于电子技术的进步。虽然现在大部分车辆上几乎没有什么功能不会受到电子器件的影响，但是电子器件的创新还是具有相当大的潜力，尤其是在驾乘舒适性和安全应用方面。据预测，电子器件对典型汽车的贡献值将会继续提高，由现在的20%左右增加至2030年的近40%。随着电子控制单元和应用数量的稳步增长，以及，最重要的是，这些单元和应用的网络化程度的不断提高，从而使得系统级和车辆级的复杂度将不断加大。

电子系统的日益复杂

　　随着汽车电子系统的日益普及和日渐复杂，由电子器件造成的故障风险将明显增加。根据德国汽车组织——德国汽车俱乐部 (ADAC) 2005年所做的一项调查，电气和电子系统问题仍然是汽车故障最常见的原因。虽然由微控制器、传感器、功率半导体以及其它半导体产品的缺陷引发的故障(其中由电池引起的故障最多)，从统计角度而言占车辆故障总数的比例几乎可以忽略不计，但是半导体行业，作为汽车产业链中的第一个环节，仍然对车辆质量和可靠性负有特定的责任。半导体行业已经设法大大降低了芯片的缺陷率，但仍然需要进一步的改进——其目标缺陷率必须低于百万分之一。每辆汽车中都有50个左右的电子控制单元，每个单元由大约300个电子元件组成，百万分之一的缺陷率仍然相当于每一百万部车辆上有15,000个潜在故障(虽然，实际上，一些电子元件导致的故障可以由系统制造商的冗余设计所避免)。

卓越汽车产品(Automotive Excellence)计划

　　归根结底，我们的目标是：必须从一开始就避免缺陷，而不仅仅是通过故障溯源方法来降低故障率。英飞凌的长期计划，如Automotive Excellence计划，对生产流程及其管理进行了系统化的改进，有助于将半导体产品的质量提高到必要的水平(图 1)。Automotive Excellence 计划明确了四个主要方面：产品、生产、人员和流程，并且制定了非常远大的目标。该计划的目标是要将每一百万颗芯片的故障率降低到零。本文将探讨如何从生产和人员两个层面入手，来实现这一目标。

图1  英飞凌的 Automotive Excellence 计划主要涵盖产品、生产、人员和流程，
支撑这一计划的包括管理制度、零缺陷文化，以及各种工具和基本的质量管理方法

　　生产和资质是流程链中的两个环节，流程链从面向客户的产品规范和开发开始，一直到最重要的最终测试和物流阶段。平均而言，生产一枚芯片涉及400个步骤(图 2)。较大的缺陷以及那些在整个系统组装完毕之后才出现的缺陷，只能在制成品的最终测试中才能被发现，这一缺陷必须追溯到流程链的开始阶段。芯片要用几个星期的时间检查整个生产过程，纠正问题并从中汲取教训，因此这是一个相当费力的过程。英飞凌已经引入了贯穿整个流程链的综合性测试和补救措施，以便能够尽早(甚至在规范制订和开发阶段)发现缺陷。


图 2  生产芯片的晶圆厂的无尘车间。平均而言，生产一枚芯片需要400个
步骤，从生产的第一步开始到最终的测试阶段大约历时三个月时间

　　原则上讲，产品的可靠性早在设计阶段就已注定，因此，需求管理作为英飞凌的一个统一措施，如今已成为Automotive Excellence 计划的组成部分。尽可能早在产品规范制订阶段就完整、系统地记录对产品的所有要求。这些要求在产品开发的每个阶段都要进行审核，从而确保全面满足这些要求。