汽車可靠性和AEC資格認證

汽車可能是我們每個人擁有的最可靠的設備之一。這可能聽起來有失偏頗，并且如果您的車最近剛剛出現了故障，您也許還會很難認同這種說法。如今，說現代汽車從不發生故障不太合理，但是若考慮到汽車運行的環境和器件的使用壽命，那么說它是一件非常可靠的設備卻很公平。

比較一下先進的平板電視和現代汽車。二者都包含大量的電子元器件，然而系統的要求卻很不相同。對于車主而言，汽車是一筆可觀的支出——它可能是除房屋以外最貴的單次購買支出。汽車可以停泊在風吹雨打的街道上，也可能會經歷-40℃至+50℃的環境溫度；事實上在某些情況下這些溫度還會迅速變化。另外，還有濕度和腐蝕性元素以及振動影響。我們希望汽車在各種條件下都能夠正常行駛。

通過比較，電視的價值比汽車要低得多。電視將很可能一直處于恒定室溫的干燥環境內；暴露在振動和潮濕環境下的機會非常有限——事實上情況如果真的發生則很可能會使保修無效。汽車的工作條件范圍遠遠超過了電視，而且設備維修的方法也不相同；實際上故障對這兩種設備的影響很不一樣。如果在兩年后電視無法正常工作，機主將很有可能去買一部新電視，而不是去修電視。盡管這樣做是對是錯、是否對環境有益值得商榷，但是這種情況卻仍然在不斷增加。相比之下，如果汽車出現故障，車主在很大程度上將會選擇修理汽車，并且通常汽車越舊，修理費用所占的比例也越高。

情況跟電視不同，為什么？實際上有兩個原因：首先，汽車的成本要高得多；其次，汽車故障的影響更大。如果電視不能正常工作，頂多也就是讓人心煩；如果汽車出現故障，最好的情況是給您的出行帶來不便。但是，如果汽車在某些情況下出現故障，后果則可能會非常嚴重。汽車剎車系統失靈、汽車在高速公路上高速行駛時電動助力轉向系統使汽車對準了錯誤的方向、甚至剎車燈不亮這些故障，都可能導致乘客和周邊道路上的人們喪命。因此，汽車系統和器件制造商比起很多其他“消費品”制造商會更努力地保證產品的質量與可靠性。

那么，我們要怎么做才能提高質量和可靠性，并最終保證汽車安全可靠呢？首先從器件級入手——可以利用兩套資格認證來管理半導體器件，即適用于集成電路產品的AEC-Q100測試和適用于分立器件的AEC-Q101。在這兩種情況下，器件都必須通過這些資格認證，才方可作為“汽車級”產品進行發布。測試過程中會在很多不同的操作模式和條件下對器件施壓，以便確定半導體及其封裝即使在汽車環境下運行多年以后也仍然能夠正常工作。

滿足資格認證標準的AU器件管理

由于篇幅所限，本文不在此詳述AEC資格認證標準。但是舉例來說，如果MOSFET或IGBT之類的分立器件要通過AEC-Q101測試，那么測試結束時必須符合如下條件：電氣參數不得超過數據手冊中規定的限值，并且參數必須保持在各個測試(泄漏限值除外，對于濕度測試和其他所有測試而言，其分別不得超過初始值的10倍和5倍)的初始讀數的±20%以內。

為了滿足這些資格認證標準，經常需要通過物料清單、設計或測試，甚至是專用產品線來進行改進。國際整流器(IR)公司有一條包括300多款汽車級器件的專用產品線，其可以通過器件編號開頭的字母“AU”來識別。圖1介紹了IR為AU器件新增的幾個主要特性，以使其滿足汽車應用的要求。

圖1：汽車器件的主要特性。

AU級器件的這類增強功能之一就是選擇穩定的物料清單，特別是芯片粘接劑。芯片粘接劑是指用于將半導體器件粘接到封裝上的材料，通常是一種焊料。AEC-Q101測試要求器件暴露在-55~+150℃的溫度下進行1000次溫度循環。該測試還會在芯片粘接劑上施壓，然后在1000次循環以后檢查其完整性。由于功率MOSFET的漏極連接在器件背面，并且是通過芯片粘接劑在外界完成的，所以測量Rds(on)是檢查芯片粘接材料是否退化的一種好方法。

溫度循環測試之后“AU”或汽車級D2Pak功率MOSFET的Rds(on)漂移如表1所示。按照AEC-Q101的要求，1000次循環之后，合格品的參數的最大漂移必須低于20%。從表1可以看出，1000次循環之后，本例所示器件的最大漂移僅為4.3%。事實上，在3000次循環(3倍于AEC-Q101標準)之后，其最大漂移僅為16.4%！這實際上證明，即使在嚴苛的汽車環境下和經歷了功率循環的熱效應之后，器件仍然能夠保持完好無損。

表1：給定AEC-Q101溫度循環次數后D2Pak功率MOSFET的Rds(on)漂移。