2022-8-15 10:58| 发布者: 闪电| 查看: 15| 评论: 0
因COVID-19疫情各國封城下，2020上半年車用半導體市場大幅衰退， 不過到了2020下半年，汽車的需求與生產情況好轉、現階段汽車庫存 水位低、以及各國對於自駕車法規的逐步制定，將驅使2021年車用電子 市場大幅成長。 宜特觀察，台灣半導體市場也沒有閒著，近期國際汽車供應鏈來台敲門， 除了來搶晶圓代工產能，也順道了解台灣在地汽車零組件供應鏈，特別是 未來電動車、ADAS、自駕車等普及，對於半導體的需求將會快速拉升，然 而汽車電子產品的設計製造思維，不若是一般消費性產品「Time to Market」 ，必須以「Design for Reliability」品質為優先。 當越來越複雜的電子系統應用於汽車中，任一功能失效時，都有機會對駕駛、 乘客、附近車輛以及行人引發難以預料的威脅。汽車電子的缺陷，不但對人身 安全帶來潛藏危機，緊隨其後的召回事件也將使企業擔負昂貴的認賠責任。因 此，減少及預防電子元件缺陷變得至關重要。 汽車製造商(Vehicle Maker)和一級系統供應商(Tier 1)為提高電子產品的品質和 可靠性，要求電子元件故障率的等級降至十億分之一(Parts Per Billion；ppb)， 因此，在電子產品供應鏈中推行「零缺陷 (Zero Defect)」的概念。 零缺陷(Zero Defect)如何做到？為了讓相關汽車電子供應鏈有所依循，美國汽 車電子委員會(Automotive Electronics Council，簡稱AEC)推出一系列的汽車 電子規範 (進一步閱讀: 六大重點，秒懂車用多晶片模組AEC-Q104規範)，其 中在2020年針對零缺陷(Zero Defect)推出新版 AEC-Q004 指導性方針(Guideline)， 此方針類似工具書的概念，主要針對AEC-Q100(IC晶片)、AEC-Q101(離散元件) 、AEC-Q102(離散光電元件)、AEC-Q103(MEMS)、AEC-Q104(多晶片模組)以 及AEC-Q200(被動元件)規範中未盡之處做補充。 本次宜特小學堂，將針對 AEC-Q004 基本觀念、與Zero Defect的六大類工具做 一詳盡說明。 壹、基本觀念AEC-Q004針對零缺陷(Zero Defect)提供一個策略架構(參見圖一)，主要目標 是將業界最佳的製程、方法和工具，或是元件供應商內部專屬的缺陷篩檢手 法，運用在製程設計、產品設計、生產、以及產品/製造改善等階段，以達 減少缺陷。 適用對象則包括，符合AEC-Q100 (IC晶片)、AEC-Q101 (離散元件)、AEC-Q102 (離散光電元件)、AEC-Q103 (MEMS)、AEC-Q104 (多晶片模組) 以及AEC-Q200 (被動元件) 規範的半導體產品。  圖一：Automotive Zero Defects Framework (圖片來源： AEC-Q004 ) 貳、Zero Defect 架構之應用此架構提供了一套工具，半導體供應商可以利用這些工具來檢測、減少和消 除缺陷。供應商可以與半導體元件使用者進行協議，考慮到有效性、易用性 、可用性和成本等等，選擇架構中的工具加以組合，進而達成客戶對產品的 期望與要求。 為達零缺陷的目標，此架構將工具分為六大支柱(參見圖二)，包括
 圖二：零缺陷架構的六大支柱 分別使用於電子元件開發設計、製造、測試、產品應用、改善手法及問題 解決等階段。以下內文針對各工具進行簡易說明。 一、 產品設計(Product Design) 1. 設計階段的失效模式與影響分析(Design Failure Mode and Effect Analysis， 簡稱DFMEA) DFMEA用於識別設計階段潛在的故障模式及其對系統與應用中產品的影響， 評估風險指數「嚴重度(Severity)、發生度(Occurrence)、偵測度(Detection)」， 確定可能的真因並採取控制措施，FMEA亦為IATF16949五大核心工具之一 (參見圖三)。 (進一步閱讀: 了解三大面向，順利取得IATF 16949汽車品質管理系統證書)  圖三：IATF16949五大核心工具 2. 備援(冗餘)機制 (Redundancy) 指具有相同功能之單元或組件的備用系統。基於失效安全的考量，用於無縫 替換故障的單元或組件，延長系統順利運作到出現失效的時間。 3.內建自我測試 (Built-in Self-Test，簡稱BIST) 內建自我測試功能(BIST)是在積體電路中加入自我檢測的技術，一般使用於 高複雜性的元件。在開發階段和批量生產中，利用該檢測電路測試元件之功 能、參數或兩者，降低對外部自動測試設備(Automatic Test Equipment，簡 稱ATE)的依賴以及測試成本，並縮短上市時間(Time to Market，簡稱TTM)。 4.可測試設計(Design for Test) 使用於高複雜性的元件，在合理的時間內測試盡可能多的節點(nodes)，從 而在測試過程中提供最大的故障覆蓋率。簡單來說，就是在量產前，利用測 試程式(Test Program)去測試無法察覺或潛在的故障，如果測試能夠發現所 有潛在的故障，其覆蓋率越高，IC產出的錯誤(Bug)就越少。 5. 分析設計(Design for Analysis) 為避免高複雜性的元件無法找到缺陷，從電路設計階段著手，允許直接觀察 和控制嵌入式及底層電路，以便找出故障的電路及執行物性故障分析(Physical 6. 可製造性設計(Design for Manufacturability) 在電路設計上通過更大的設計餘裕度(design margins)，使零件的製造更具可 重複性和複製性，以減少製程缺陷對產品的影響，進而提高產品產量和質量。 7.可靠度設計(Design for Reliability) 可靠度設計可以提供預估元件可靠度壽命的能力。在不犧牲性能的前提下，透 過電路、佈局或結構面來防止可靠度問題。 8. 仿真模擬及模型建立(Simulation and Modeling) 仿真模擬是一種對最終產品或其一部分的功能和可靠性表現進行模擬的方法。 該方法使用製程元素模型、封裝物理/材料模型及設計準則，驗證產品在整個生 命週期中的功能性及表現。與僅在實際產品上進行驗證相比，仿真模擬可以提 供更多樣的參數變化。 9. 特性分析(Characterization) 藉由觀察元件的溫度、電壓、頻率、安全機制等參數特性，了解元件的製程屬性、 表現、限制，用以建立該產品的製程規格限制及規格書。此部分亦符合ISO26262 對於產品功能安全設計的要求。 二、 製造(Manufacturing) 1. 製程階段的失效模式與影響分析(Process Failure Mode and Effect Analysis， 簡稱PFMEA) PFMEA用於識別生產階段潛在的故障模式及其對系統與應用中產品的影響，評估 風險指數「嚴重度(Severity)、發生度(Occurrence)、偵測度(Detection)」，確定 可能的真因並採取控制措施，FMEA亦為IATF16949五大核心工具之一。 2. 變異統計分析(Statistical Analysis of Variance) 運用統計手法將製程中的變數（如：製程參數）進行分析，此變數會與產品的特 定電性或其他參數有關。由數據中發現的變異性分可為系統性因素和隨機性因素。 藉此方法調配製程參數或產品特性，以實現最佳的良率、功能或可靠性。 3. 控制計劃(Control Plan) 控制計劃概述產品/製程的特性以及相關的製程變量，確保產品能力達到目標或標 準值，且隨時間推移可保持其穩定性。例如Cpk是控制計劃中用於測量穩定性的 一種方法。控制計劃包含遇到偏移時所需採取的措施，如：品質異常矯正執行計 劃(Out of Control Action Plan，簡稱OCAP)。 4. 統計製程管制(Statistical Process Control) 統計製程管制(SPC)主要利用管制圖(Control Chart)與製程能力分析(Ca, Cp, Cpk)… 等統計方法，即時監控產品的生產流程、蒐集資料，發掘製程中之異常，找出 變異的原因、提出對策且立即改善製程，進而保持品質和參數穩定性。 5. 批次驗收(Lot Acceptance Gates) 針對批次成品進行取樣測試，以確定該批產品是否適合進一步製造或出貨給客戶。 6. 稽核-管理系統、製造過程和產品(Audits-Management System, Manufacturing Process and Product) 稽查或審核是否按照IATF16949等車用行業標準，確保品質管理系統、製程與產品 檢驗相關規範的維持、發展及改進。 三、 測試(Test) 1. 零件平均測試(Part Average Testing) 一個用於設計、分析、控制製造和測試參數(電性或物理)的系統，以監控產品品質。 利用緊縮規格以更嚴謹的品質提升可靠性，意即把分佈中的異常元件(outlier)從所 有產品中剔除的統計方法(參見圖四)。統、製程與產品檢驗相關規範的維持、發展及改進。  圖四：Guidelines for Part Average Testing (圖片來源：AEC-Q001) 2. 統計良率分析(Statistical Bin Yield Analysis) 利用統計方法，在晶圓測試(wafer sort)階段統計、分析特定關鍵測試參數(Bin)， 設定某一個失效參數(fail bin)的數量及良率的條件，用以做品質卡關的動作，確 保產品的品質和可靠度。 3. 數據收集、存儲和檢索(Data Collection, Storage and Retrieval) 數據資料的測量、存儲、歸檔及檢索。可用於解決可靠性與產品製造相關的問 題。快速的數據取用性將加快問題的控制及改善，並允許快速的風險評估，成 為品質改進的基準。 4. 篩選(Screens) 測試篩選是用來確保產品表現及穩健性(Robustness)的工具，防止由缺陷所引起的故障機制。 四、 應用及能力(Application and Capability) 1. 行業標準(Industry Standards) 提供一標準測試方法適用於供應商及用戶，並針對設備、製程和材料提出行業基準。 2. 環境應力測試(Environmental Stress Testing) 利用測試驗證找出產品在設計、製程或封裝中的弱點，確保產品滿足供應商和用 戶之間對於品質和可靠度的要求。測試驗證透過物理、機械、電氣和環境應力等 加速手法，使潛在磨耗和缺陷問題提早浮現。 3. 應力強度分析(Stress-Strength Analysis) 應力強度分析是一種使用「測試至失效 (Test to fail)」的原理，並分析所得到的故 障分佈數據，進而決定對於特定應用之設計及製程餘裕度(margin)。 4. 系統工程(Systems Engineering) 此為系統設計與使用者應用面保持一致的方法。系統工程的實踐涉及將用戶需求 轉換為系統要求，然後可以通過建構和設計來實現。要實現零缺陷目標，需要考 慮系統級結構，以納入可靠度設計(Design for Reliability，簡稱DfR)、可製造性 設計(Design for Manufacturability，簡稱DfM)和測試設計(Design for Test，簡稱DfT)。 在開發的早期，產品規格和驗證計劃必須確保滿足系統要求。此外，具有功能安全 (Functional Safety)要求的產品已定義了包含系統工程的標準，如：ISO26262 V model (參見圖五)，以達到各車輛安全完整性等級(Automotive Safety Integrity Level， 簡稱ASIL)相應的功能安全設計之故障指標(Fault Metric)，及診斷覆蓋率 (Diagnostic Coverage)允收標準。
圖五：V model (圖片來源：ISO 26262: 2018)
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