跨過(guò)汽車IC可靠性的方法

2010年預(yù)計(jì)中國(guó)汽車電子產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)2000億元，而2011更是期望能達(dá)到3000億元。而隨著新能源汽車在中國(guó)的興起，車用IC產(chǎn)品在汽車中的成本比例將由普通汽車的13.2%上升到47%，巨大的商機(jī)擺在面前，歐美日韓等國(guó)的IC廠商早就將之作為未來(lái)十年最大的一個(gè)金礦，中國(guó)IC公司如果還不積極準(zhǔn)備，那將會(huì)成為中國(guó)近代工業(yè)史上又一出悲劇。

MCU和電源IC是汽車半導(dǎo)體中占比例最大的兩類產(chǎn)品，MCU占到成本比例的1/4，電源IC在其中的比例接近20%位居第二，而在新一代的電動(dòng)汽車中，比例更高，這兩個(gè)市場(chǎng)是中國(guó)IC廠商必須進(jìn)入的市場(chǎng)，也是他們最有可能進(jìn)入的兩大市場(chǎng)。然而，目前中國(guó)IC在其中的份額幾乎可以忽略不計(jì)，那么門檻在哪里？

汽車IC的門檻

在日前廈門舉辦的2009’海西國(guó)際集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司技術(shù)中心副主任陳曉冰博士指出新一代混合動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車將會(huì)催生許多新興的半導(dǎo)體應(yīng)用需求，包括多路電池管理芯片（通常需要上百路的電池單體檢測(cè)管理）、多路電池電壓均衡控制、高電壓監(jiān)控、大電池檢測(cè)、大型功率半導(dǎo)體器件以及眾多高性能的MCU與DSP，因?yàn)樾枰獊?lái)對(duì)復(fù)雜的電池進(jìn)行計(jì)量管理。這里的商機(jī)看似無(wú)限。

然而，汽車IC的進(jìn)入門檻卻相當(dāng)高，陳曉冰指出了汽車電子對(duì)芯片的幾個(gè)重要要求：第一個(gè)門檻就是溫度范圍；第二是高可靠性；第三是要有高處理能力；第四是MCU要有豐富的外圍接口和高集成度；第五是汽車電子需要性能強(qiáng)悍的專有芯片?！氨热绾芏喙就瞥隽烁咝阅艿能囉秒娫垂芾硇酒捎行Ы档推囯娖康呢?fù)載，提供超強(qiáng)的失效保護(hù)性能：包括過(guò)壓與欠壓、過(guò)流與短路保護(hù)、過(guò)高溫與過(guò)低溫保護(hù)等。對(duì)我們的幫助非常大，雖然價(jià)格貴一些，但是可以大大減輕我們的研發(fā)工作量，并縮短時(shí)間，我們喜歡采用?！标悤员硎?。

在五大門檻中，最重要和最難邁過(guò)去的即是可靠性。陳曉冰表示：“作為汽車廠商，我們都希望汽車IC能達(dá)到零缺陷。”

國(guó)際汽車協(xié)會(huì)針對(duì)車用電子組件產(chǎn)品的操作溫度，從Grade0的-40℃至+150℃到Grade4的0℃至+70℃，共有五種等級(jí)。這一產(chǎn)品驗(yàn)證規(guī)格針對(duì)車用IC功能及其所在位置的不同，提供了相當(dāng)完整的定義，而這些詳盡的產(chǎn)品驗(yàn)證規(guī)格對(duì)車用電子產(chǎn)品測(cè)試有很大的幫助。

“但是在可靠性方面，在IC工藝驗(yàn)證規(guī)格上，國(guó)際汽車電子協(xié)會(huì)僅著重于晶圓制造可靠性測(cè)試的項(xiàng)目定義，并未清楚規(guī)范壓力條件及任何具體的數(shù)據(jù)化標(biāo)準(zhǔn)，而且相關(guān)的數(shù)據(jù)、測(cè)試及驗(yàn)算方法也都不須主動(dòng)提供。這給設(shè)計(jì)與制造合格的車用IC帶來(lái)了巨大難度?！迸_(tái)積電車用電子專案處長(zhǎng)鄭國(guó)棟指出。

因此，可靠性成為橫亙?cè)谥袊?guó)IC廠商面前的一座大山。鄭國(guó)棟解釋：“一般來(lái)說(shuō)，在典型的晶圓生產(chǎn)與全部測(cè)試流程完成后，缺陷值為200-500ppm；而當(dāng)進(jìn)一步完成對(duì)邏輯IC的掃描和功能測(cè)試、對(duì)嵌入式RAM的嵌入式自測(cè)試，以及速度測(cè)試、超壓測(cè)試、超溫測(cè)試、動(dòng)態(tài)電壓強(qiáng)度測(cè)試、低壓測(cè)試等程序后，我們可以期望缺陷值下降到20-50ppm?！彼又硎?，“但是，這仍不能滿足汽車IC的零缺陷需求。如何能達(dá)到零缺陷呢？”鄭國(guó)棟問(wèn)道？

臺(tái)積電“車用電子套裝服務(wù)”助中國(guó)IC實(shí)現(xiàn)零缺陷

鄭國(guó)棟表示，TSMC所開(kāi)發(fā)的「車用電子套裝服務(wù)」，在前面測(cè)試的基礎(chǔ)上增加了零件平均測(cè)試（PAT）、統(tǒng)計(jì)良率界限（SYL）、統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié)果界限（SBL）測(cè)試，以及更嚴(yán)格的控制程序、KLA和WAT測(cè)試，可以將缺陷值降至接近“零”的水平。他舉例道：比如臺(tái)積電采用0.25um工藝生產(chǎn)的車用嵌入式閃存，出貨已達(dá)540K晶圓片，缺陷率僅為0.07ppm；而采用0.18um生產(chǎn)的車用嵌入式閃存，出貨已超過(guò)20K晶圓片，缺陷值僅為0.05ppm。嵌入式閃存是車用MCU中重要模塊?！霸撥囉秒娮犹籽b服務(wù)包含更嚴(yán)密的工藝管制、組件層級(jí)的篩選界限、芯片良率測(cè)試報(bào)廢準(zhǔn)則、更多的統(tǒng)計(jì)工藝控管以及特選的制造工具，將這些措施搭配客戶的測(cè)試覆蓋率及測(cè)試方法，更能減少實(shí)際行車的故障率?！彼忉?，“之前客戶是拿到芯片后才能進(jìn)行測(cè)試，而TSMC所提出的工藝驗(yàn)證規(guī)格則是從源頭就幫客戶把關(guān)，明確定義且數(shù)據(jù)化各項(xiàng)芯片的驗(yàn)證規(guī)格，更能確?？蛻舻碾娮咏M件壽命大幅超越車輛的使用年限。因而，這套服務(wù)也受到我們客戶的客戶的歡迎?！?

「車用電子套裝服務(wù)」是2008年臺(tái)積電在國(guó)際汽車電子協(xié)會(huì)的年會(huì)上提出全球第一套更具體的車用電子工藝驗(yàn)證規(guī)格，而且已被許多國(guó)際汽車電子半導(dǎo)體公司所廣泛接受與應(yīng)用。

面對(duì)中國(guó)巨大的汽車電子市場(chǎng)前景，電積電將會(huì)通過(guò)車用電子套裝服務(wù)來(lái)幫助中國(guó)廣大的IC廠商獲得進(jìn)入汽車電子市場(chǎng)的門票，他也希望籍這一巨大的市場(chǎng)提升臺(tái)積電上海松江工廠的產(chǎn)量?！癟SMC在上海的晶圓十廠及在全球所有的晶圓廠都已成功建置車用電子套裝服務(wù)，我們?cè)谏虾＞A十廠投注各種努力，正是我們承諾支持大陸汽車工業(yè)現(xiàn)在及未來(lái)成長(zhǎng)的確切行動(dòng)?！迸_(tái)積電中國(guó)有限公司總經(jīng)理陳家湘表示。據(jù)悉，臺(tái)積電松江廠目前的廠量為2.8萬(wàn)片/月，明年將會(huì)提升至4萬(wàn)片/月?！澳壳爸袊?guó)IC在我們產(chǎn)量的比例為20%多，明年很有可能提升到50%以上。”陳家湘透露。臺(tái)積電的深圳辦事處也將擴(kuò)大，為明年成功擴(kuò)廠和增加本地IC比例作好準(zhǔn)備。