我国汽车芯片检测认证现状及发展展望

2022-02-09刘磊唐梦瑶张烨王斌崔高鸽

电子产品可靠性与环境试验 2022年6期

刘磊，唐梦瑶，张烨，王斌，崔高鸽

（工业和信息化部电子第五研究所，广东广州 511370）

0 引言

汽车芯片供应不足在2020年初即出现苗头，11月后更加凸显，并在2021年1月集中爆发，多家国内外车企出现了因车规半导体器件断供而引发停产的问题，包括南北大众（上汽和一汽）汽车等。在汽车芯片短缺的影响下，全球多家汽车企业都面临着产能中断的风险，其中我国的汽车产能中断的风险最大，仅2021年第一季度，我国受波及的汽车产能就达到了25万辆。汽车芯片断供使我们不得不对整个汽车芯片产业链的可持续发展进行全方位思考，谨慎地审视并提前布局和应对。在汽车芯片产业链中，产品的可靠性考核评价起着关键的桥梁作用，决定了汽车整车及零部件供应商是否可以采购到符合车规级可靠性要求的芯片产品。长期以来，我国汽车芯片产业生态的发展落后于军用及消费电子市场等领域，尤其是在标准体系建设、第三方检测认证机构建设等方面的发展仍有待提升。

本文在对国内外汽车芯片检测认证标准和相关第三方检测认证机构调研的基础上，详细地阐述了汽车芯片检测认证的相关标准概况、检测认证特点和我国汽车芯片检测认证现状，以及发展面临的问题和下一步发展建议。

1 汽车芯片检测认证及相关标准概述

汽车芯片是汽车电子控制装置的基本组成单元和核心部件，主要包括微控制器、功率芯片、传感器、存储器和计算芯片等，一般依托零部件供应商间接地提供给整车企业使用。不同于消费级产品，汽车需要承受高温、高寒和潮湿等苛刻的环境要求，设计寿命一般为15年或200 000 km，更新换代周期远高于消费电子的2～3年，对抗振动、抗冲击、可靠性和一致性要求非常高[1-4]。为了满足高安全和性能可靠性要求，汽车需要使用车规级的芯片产品，并形成了一系列的车规级检测认证标准，覆盖全产业链和产品全寿命周期。当前面向汽车芯片检测认证的标准有4个，均为国际标准，分别是《国际汽车电子协会车规验证标准》（AEC-Q）、《汽车生产件及相关服务件组织的质量管理体系要求》（IATF 16949）[5]、《过程审核》（VDA6.3）[6]和《道路车辆功能安全》（IS0 26262）[7]。特别是AECQ产品检测证书和IATF 16949企业认证证书是芯片企业进入汽车市场的基本要求。

AEC-Q标准面向汽车芯片产品可靠性等性能测试，主要方式为汽车芯片企业对照检测项进行检测，并自我声明检测结果供车企参考。由于国内汽车芯片的市场认可度较低，现主要以第三方机构检测结果作为车企参考依据。IATF 16949是面向汽车芯片全产业链企业质量管理体系的认证标准，主要通过第三方机构审核来认证。VDA 6.3是针对汽车芯片全产业链企业内部过程管理体系的认证标准，主要通过企业内部或第三方审核来认证。其中，VDA 6.3主要是欧盟相关企业参考执行；IATF 16949主要是欧美及日本相关企业参考执行；国内不同的企业对两份标准的执行各有侧重。IS0 26262是针对与功能安全有关的汽车芯片产品及相应企业的认证标准，主要通过第三方审核来认证。与IATF 16949和VDA 6.3不同，IS0 26262标准对企业的审核仅针对与功能安全有关的管理体系部分。汽车芯片检测认证标准综述如表1所示。

表1 汽车芯片检测认证标准综述

2 汽车芯片检测认证的特点

汽车行业极其严苛的性能可靠性、安全稳定性和产品长效性的要求，提高了汽车芯片检测认证的标准要求和技术门槛，具体表现为以下3个方面。

2.1 检测覆盖范围广、试验项目多、技术门槛高

汽车芯片必须按照AEC-Q标准流程开展检测才能声称符合该标准要求。检测是根据具体专业门类产品的失效机理而设计的一系列加速试验项目，涵盖设计模型、工艺制造、封装/组装过程等。试验类型包括物性分析、材料分析、环境试验、机械试验和电学测试等方面。以集成电路为例，产品必须完成AEC-Q100[8]标准中A-G共7个分组试验，检测覆盖范围广，试验项目多，对人员、设备和技术的要求很高。

2.2 检测样品数量多、试验周期长、综合成本高

受样品数量、试验项目和检测夹具的综合影响，汽车芯片检测成本较高。AEC-Q检测一般先对所有的样品进行测试，并对样品的早期失效率进行试验和统计分析，然后分组进行各种可靠性试验。以塑封集成电路为例，AEC-Q100要求检测超过2 000只样品，一次完整试验约需70天。根据实际情况统计，汽车芯片从开始检测到完成多在9～12个月之间。主要原因是：一方面多数试验项目需要夹具（如早期寿命失效ELFR试验），夹具成本与产品复杂度成比例（可从几百元到上万元），每批次可试样品的数量较少，导致周期延迟需时较长（如ELFR试验共完成3批次2 400只样品试验，按200只每批次计算，需进行12次计算是否有误批次，每批次试验周期约10天，共计需120天）；另一方面大部分试验需要先期完成测试环境搭建和夹具开发，此类工作的周期一般在3～6个月不等。

2.3 认证流程管理严、技术要求高、审核周期长

认证机构在向客户出具IATF 16949证书前，需与国际汽车推动小组（IATF）签订合同并获得认可。IATF 16949标准的目标是在汽车供应链中开发能够提供持续改进、强调缺陷预防、减少交差和浪费的质量管理体系，不仅需要结合汽车行业的技术规范，还增加了电子行业的专业技术要求，对审核人员的综合技术要求较高，认证审核过程包括标准导入、认证申请、预审核、现场审核、技术评审和证书发放，总周期需要1～2年。

3 我国汽车芯片检测认证现状及发展面临的问题

3.1 国内检测认证自有标准体系尚未建立

当前，无论是汽车质量管理体系、过程审核要求还是产品检测考核标准，均是以国外成熟标准体系为参考，并且相关标准组织主要以国外整机用户和供应链厂商为主，具有地域局限，国内企业参与度和话语权均较低，如无一家国内公司参与AEC三级组织架构。同时多种标准存在交叉，不同的企业推行不同的管理体系，行业存在管理乱象，如管理体系中IATF 16949与VDA 6.3均包含了能力认定的要求部分，其部分内容可以兼容参考，由于VDA 6.3标准由VDA建立且被德国企业推行，因此国内德系合资企业大部分参考该标准执行，而IATF 16949由IATF制定发布，国内大部分美系合资和自主企业主要参考该标准执行。

3.2 国内检测认证机构的市场竞争力不足

国内检测认证市场的需求增长快速，但国内检测认证机构较少，行业认可度不高，市场竞争力较低。中国赛宝实验室等内资检测机构合计市占率不足10%，北京九鼎国联认证有限公司作为唯一的IATF 16949认证机构其市占率也不足5%，而VDA 6.3和IS0 26262的认证基本被国外认证机构垄断，包括TUV莱茵、TUV南德、TUV北德、SGS和UL等。同时，汽车芯片企业在寻求检测认证时面临检测认证内容和检测认证机构不确定的情况，目前主要由芯片企业与潜在供货的整机厂商协商确认，主要采用一事一议的方式开展，不利于行业内统筹发展和布局。

3.3 国内检测认证试验通量不足

汽车芯片检测认证需要强大的检测能力支撑，需要建立完善的软硬件平台，包括评估软件、测试仪器和技术人员，如半导体集成电路的大型ATE测试设备、各类模拟/数字、存储测试专用设备、环境试验设备、机械及物理试验设备等，且需要具备大通量执行的能力。目前，各类汽车芯片企业的能力主要以产品研发测试评估为主，而国内包括中国赛宝实验室等第三方机构的可靠性试验能力处于国内第一梯队，但在产品试验通量能力方面仍存在不足，无法支撑大范围、大批量产品的的检测评价工作。

表2 国内主要汽车芯片检测机构清单

4 下一步发展展望

4.1 加快我国汽车芯片检测认证标准体系建设

在后贸易争端时代及我国汽车产业内循环机制下，需要凝聚国内行业力量。一方面，在认证标准体系领域，国内相关机构需要增加在IATF的参与度，在标准更新维护和新标准制修订工作时提高话语权；另一方面，在汽车芯片检测评价领域，急需建立自有标准体系，研究并发布如微机械器件（MEMS）、多芯片组件（MCM）相关通用产品考核评价要求和配套测试、试验、分析评价标准，建立我国自有的汽车芯片检测评价标准体系。此外，针对新材料、新工艺、新产品和新技术，在车载人工智能芯片、复杂集成电路和新型封装结构等国际行业标准尚未完全覆盖的领域，国内相关机构需共同努力，抢先制定技术标准，占据行业高地。

4.2 组建统一监管的检测认证机构

需要由行业协会等牵头组织，统筹规划，依托现有的第三方检测认证机构、汽车制造基地和研究中心，组建一批统一监管的汽车芯片可靠性检测认证机构，建设若干汽车芯片检测认证公共服务机构和平台，提高国内检测认证机构的行业认可度，提高整体市场竞争力。

4.3 提升国内第三方机构检测认证能力

一是基于国内汽车芯片检测认证现状，以市场需求为牵引，国内检测认证机构需加大评估软件和测试仪器的投入，增加试验通量，实现规模发展。二是结合汽车芯片应用特点，需要建立研用一体的检测认证技术体系。研制侧推动芯片供应链安全评估和检验检测，提升产品质量，确保芯片能用；需求侧推动建立以“生产线审核认证+应用验证”为核心的准入机制，通过开展典型应用领域芯片级、板卡级、整机级多层级应用验证工作，提升芯片与整车的适配性，提振整车用户对国内芯片的信心，确保整车用户敢用产品。三是在市场需求的激励下，检测认证机构需要与高校、科研院所开展多模式合作，通过联合办学及产学结合方式，加快技术型、实用型人才的培养。