加强质量体系建设 打造安全可靠的汽车半导体

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2016年麦肯锡发布报告「汽车革命——展望 2030」,提出了未来汽车发展的4个趋势,即汽车电气化、联网化、自动化以及共享移动。这些新的趋势在汽车产业的多元化发展中起着重要作用,同时也推动汽车半导体产品中长期的加速增长。
据麦肯锡的统计,从1995年到2015年,对汽车厂商的半导体销售从大约70亿美元增加到300亿美元,目前汽车半导体占整个行业销售总额近9%。最新的预测显示,汽车半导体的销量将继续上升,2015年至2020年之间的年增长率约为 6%,高于半导体行业整体发展预计的3%至4%的增幅。汽车半导体的年销售额将达到390亿—420亿美元之间。
汽车半导体的飞速增长带来了机遇,也引来了更多希冀进入的玩家。然而,不同于消费电子,汽车半导体市场的进入有着严苛的高门槛,包括相关标准多、可靠性要求高、开发与供货周期长、产品的安全性等,这些因素构成了汽车级元器件市场的护城河。

严标准  高门槛

消费性产品的功能设计开发,一般IC设计业者早已驾轻就熟。就消费性电子产品而言,产品寿命设计约1-3年为替换周期,但车用电子则以10年起跳,上看15年寿命期。同时由于与安全性直接相关,汽车电子对芯片的要求苛刻。汽车电子要求在承受高温、高压、震动和水浸等环境条件下仍能保证高精度和稳定性,技术门槛高。行业内严格的汽车召回制度也逼迫厂商提高汽车芯片质量。而这些门槛的守门人就是各类标准。只有通过国际相关质量管理体系认证的零部件企业才能进入整车配套体系,具备供应商基本资格。这已成为汽车零部件厂商默认的共识。

一家从未涉足过汽车电子的元器件厂商,如果想进入前装市场,需要取得哪些资质认证,认证时间又有多长呢?通常来说,汽车电子新玩家要进入前装市场,至少要花两年左右时间通过相关认证。这些认证有针对公司的ISO/TS 16949、VDA6.3标准,针对具体元器件的AEC-Q标准,针对汽车电子模块功能安全的有ISO26262标准,非传统厂商进入这个领域,取得资质只是第一步。

标准是门槛,是一些硬性指标。除此以外,还有一些“隐性”的指标更是对于汽车芯片产品的重要标准。以大唐恩智浦汽车芯片项目开发的流程上来看,在质量可靠性通过后,需要再经过一个安全发布阶段,然后再逐步慢慢进入量产阶段,包括设计IP、晶圆制程、封装制程,以及相互影响等方方面面。对于汽车芯片的设计,往往功能更全面,性能要求更高。如其后的封装制程需要汽车电子可靠性通过后,再通过三温测试等。同时,汽车行业也对量产后的汽车芯片提出了零缺陷(zero defect strategy)的目标,从减少缺陷产生,筛选缺陷,持续改善等方面提出了更具体细致的要求。

第二步是需要做到长期稳定供货。如果说消费级应用产品需要3年的工作寿命,那么汽车级产品,通常会要求15年工作寿命(即整车生命周期均能正常工作),而供货周期则可能长达30年。

安全

近年来,车辆安全相关的控制系统安全功能失效是导致召回级别故障的主要原因,其中车辆电子电气系统的失效最为突出。2011年,国际标准化组织联合全球三十多家汽车大厂商联合制定了ISO26262(道路车辆-功能安全)标准。如今的汽车行业中,越来越多尚在开发中的安全系统已经遵循这一标准,尤其是在新能源汽车的安全控制领域。2015年10月,大唐恩智浦与TÜV南德意志大中华集团 (以下简称:TÜV SÜD)正式签署ISO 26262功能安全开发流程认证的合作协议,成为中国汽车半导体行业首个启动ISO26262功能安全开发流程认证项目的企业。通过启动该项目,一方面为后续与国际一流车厂的合作做好准备;另一方面,进一步完善质量管控体系和开发流程,为后续实施全面的科学管理,打造国际领先的汽车半导体公司而奠定基础。

可靠性与严苛环境

汽车级元器件可靠性考虑因素众多。高速行驶的汽车,对元器件的可靠性要求异常严格。零公里故障率是汽车厂商最重视的指标之一,如果车辆发生故障,汽车厂商会立即将情况反馈给元器件供应商,并希望得到元器件供应商的及时响应。

可靠性是车规产品最关键的指标,为提高可靠性而增加的质量管理投入也是车规产品成本高的原因之一。一般汽车行业的百万产品失效率(DPPM)为个位数,需要非常有效的各级质量管理工具和方法才能实现,这些都是极其隐形但不可省略的投入和成本。

虽然汽车级元器件有上述诸多门槛,但并非意味着是个封闭的市场。对于中国汽车半导体企业而言,或许可以注意两个方面,一是耐得住寂寞,与手机等消费类市场不同,汽车设计研发流程很长,产品进入设计到量产要经历很长时间,决不能急功近利。其次要注重质量,汽车行业犯错的机会不多,一定要练好内功,从产品立项研发开始就要把严苛的质量和标准理念引入,从而踏踏实实做出世界一流的元器件,在市场上站稳。