汽車電子系統(tǒng)的可靠性 芯片行業(yè)的貢獻

　　最近幾十年來，汽車行業(yè)的諸多創(chuàng)新技術(shù)大部分得益于電子技術(shù)的進步。雖然現(xiàn)在大部分車輛上幾乎沒有什么功能不會受到電子器件的影響，但是電子器件的創(chuàng)新還是具有相當(dāng)大的潛力，尤其是在駕乘舒適性和安全應(yīng)用方面。據(jù)預(yù)測，電子器件對典型汽車的貢獻值將會繼續(xù)提高，由現(xiàn)在的20%左右增加至2030年的近40%。隨著電子控制單元和應(yīng)用數(shù)量的穩(wěn)步增長，以及，最重要的是，這些單元和應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化程度的不斷提高，從而使得系統(tǒng)級和車輛級的復(fù)雜度將不斷加大。

電子系統(tǒng)的日益復(fù)雜

　　隨著汽車電子系統(tǒng)的日益普及和日漸復(fù)雜，由電子器件造成的故障風(fēng)險將明顯增加。根據(jù)德國汽車組織——德國汽車俱樂部 (ADAC) 2005年所做的一項調(diào)查，電氣和電子系統(tǒng)問題仍然是汽車故障最常見的原因。雖然由微控制器、傳感器、功率半導(dǎo)體以及其它半導(dǎo)體產(chǎn)品的缺陷引發(fā)的故障(其中由電池引起的故障最多)，從統(tǒng)計角度而言占車輛故障總數(shù)的比例幾乎可以忽略不計，但是半導(dǎo)體行業(yè)，作為汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的第一個環(huán)節(jié)，仍然對車輛質(zhì)量和可靠性負有特定的責(zé)任。半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)設(shè)法大大降低了芯片的缺陷率，但仍然需要進一步的改進——其目標(biāo)缺陷率必須低于百萬分之一。每輛汽車中都有50個左右的電子控制單元，每個單元由大約300個電子元件組成，百萬分之一的缺陷率仍然相當(dāng)于每一百萬部車輛上有15,000個潛在故障(雖然，實際上，一些電子元件導(dǎo)致的故障可以由系統(tǒng)制造商的冗余設(shè)計所避免)。

卓越汽車產(chǎn)品(Automotive Excellence)計劃

　　歸根結(jié)底，我們的目標(biāo)是：必須從一開始就避免缺陷，而不僅僅是通過故障溯源方法來降低故障率。英飛凌的長期計劃，如Automotive Excellence計劃，對生產(chǎn)流程及其管理進行了系統(tǒng)化的改進，有助于將半導(dǎo)體產(chǎn)品的質(zhì)量提高到必要的水平(圖 1)。Automotive Excellence 計劃明確了四個主要方面：產(chǎn)品、生產(chǎn)、人員和流程，并且制定了非常遠大的目標(biāo)。該計劃的目標(biāo)是要將每一百萬顆芯片的故障率降低到零。本文將探討如何從生產(chǎn)和人員兩個層面入手，來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

圖1  英飛凌的 Automotive Excellence 計劃主要涵蓋產(chǎn)品、生產(chǎn)、人員和流程，
支撐這一計劃的包括管理制度、零缺陷文化，以及各種工具和基本的質(zhì)量管理方法

　　生產(chǎn)和資質(zhì)是流程鏈中的兩個環(huán)節(jié)，流程鏈從面向客戶的產(chǎn)品規(guī)范和開發(fā)開始，一直到最重要的最終測試和物流階段。平均而言，生產(chǎn)一枚芯片涉及400個步驟(圖 2)。較大的缺陷以及那些在整個系統(tǒng)組裝完畢之后才出現(xiàn)的缺陷，只能在制成品的最終測試中才能被發(fā)現(xiàn)，這一缺陷必須追溯到流程鏈的開始階段。芯片要用幾個星期的時間檢查整個生產(chǎn)過程，糾正問題并從中汲取教訓(xùn)，因此這是一個相當(dāng)費力的過程。英飛凌已經(jīng)引入了貫穿整個流程鏈的綜合性測試和補救措施，以便能夠盡早(甚至在規(guī)范制訂和開發(fā)階段)發(fā)現(xiàn)缺陷。


圖 2  生產(chǎn)芯片的晶圓廠的無塵車間。平均而言，生產(chǎn)一枚芯片需要400個
步驟，從生產(chǎn)的第一步開始到最終的測試階段大約歷時三個月時間

　　原則上講，產(chǎn)品的可靠性早在設(shè)計階段就已注定，因此，需求管理作為英飛凌的一個統(tǒng)一措施，如今已成為Automotive Excellence 計劃的組成部分。盡可能早在產(chǎn)品規(guī)范制訂階段就完整、系統(tǒng)地記錄對產(chǎn)品的所有要求。這些要求在產(chǎn)品開發(fā)的每個階段都要進行審核，從而確保全面滿足這些要求。