實(shí)現汽車(chē)器件0ppm目標的舉措

汽車(chē)可靠性和AEC資格認證

汽車(chē)可能是我們每個(gè)人擁有的最可靠的設備之一。這可能聽(tīng)起來(lái)有失偏頗，并且如果您的車(chē)最近剛剛出現了故障，您也許還會(huì )很難認同這種說(shuō)法。如今，說(shuō)現代汽車(chē)從不發(fā)生故障不太合理，但是若考慮到汽車(chē)運行的環(huán)境和器件的使用壽命，那么說(shuō)它是一件非?？煽康脑O備卻很公平。

比較一下先進(jìn)的平板電視和現代汽車(chē)。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(chē)主而言，汽車(chē)是一筆可觀(guān)的支出——它可能是除房屋以外最貴的單次購買(mǎi)支出。汽車(chē)可以停泊在風(fēng)吹雨打的街道上，也可能會(huì )經(jīng)歷-40℃至+50℃的環(huán)境溫度；事實(shí)上在某些情況下這些溫度還會(huì )迅速變化。另外，還有濕度和腐蝕性元素以及振動(dòng)影響。我們希望汽車(chē)在各種條件下都能夠正常行駛。

通過(guò)比較，電視的價(jià)值比汽車(chē)要低得多。電視將很可能一直處于恒定室溫的干燥環(huán)境內；暴露在振動(dòng)和潮濕環(huán)境下的機會(huì )非常有限——事實(shí)上情況如果真的發(fā)生則很可能會(huì )使保修無(wú)效。汽車(chē)的工作條件范圍遠遠超過(guò)了電視，而且設備維修的方法也不相同；實(shí)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(wú)法正常工作，機主將很有可能去買(mǎi)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(huán)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(chē)出現故障，車(chē)主在很大程度上將會(huì )選擇修理汽車(chē)，并且通常汽車(chē)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(shí)際上有兩個(gè)原因：首先，汽車(chē)的成本要高得多；其次，汽車(chē)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(chē)出現故障，最好的情況是給您的出行帶來(lái)不便。但是，如果汽車(chē)在某些情況下出現故障，后果則可能會(huì )非常嚴重。汽車(chē)剎車(chē)系統失靈、汽車(chē)在高速公路上高速行駛時(shí)電動(dòng)助力轉向系統使汽車(chē)對準了錯誤的方向、甚至剎車(chē)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(chē)系統和器件制造商比起很多其他“消費品”制造商會(huì )更努力地保證產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。

那么，我們要怎么做才能提高質(zhì)量和可靠性，并最終保證汽車(chē)安全可靠呢？首先從器件級入手——可以利用兩套資格認證來(lái)管理半導體器件，即適用于集成電路產(chǎn)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(guò)這些資格認證，才方可作為“汽車(chē)級”產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)布。測試過(guò)程中會(huì )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(chē)環(huán)境下運行多年以后也仍然能夠正常工作。

滿(mǎn)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(lái)說(shuō)，如果MOSFET或IGBT之類(lèi)的分立器件要通過(guò)AEC-Q101測試，那么測試結束時(shí)必須符合如下條件：電氣參數不得超過(guò)數據手冊中規定的限值，并且參數必須保持在各個(gè)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(guò)初始值的10倍和5倍)的初始讀數的±20%以?xún)取?/P>

為了滿(mǎn)足這些資格認證標準，經(jīng)常需要通過(guò)物料清單、設計或測試，甚至是專(zhuān)用產(chǎn)品線(xiàn)來(lái)進(jìn)行改進(jìn)。國際整流器(IR)公司有一條包括300多款汽車(chē)級器件的專(zhuān)用產(chǎn)品線(xiàn)，其可以通過(guò)器件編號開(kāi)頭的字母“AU”來(lái)識別。圖1介紹了IR為AU器件新增的幾個(gè)主要特性，以使其滿(mǎn)足汽車(chē)應用的要求。

圖1：汽車(chē)器件的主要特性。

AU級器件的這類(lèi)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(jìn)行1000次溫度循環(huán)。該測試還會(huì )在芯片粘接劑上施壓，然后在1000次循環(huán)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(guò)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(huán)測試之后“AU”或汽車(chē)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(huán)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(huán)之后，本例所示器件的最大漂移僅為4.3%。事實(shí)上，在3000次循環(huán)(3倍于A(yíng)EC-Q101標準)之后，其最大漂移僅為16.4%！這實(shí)際上證明，即使在嚴苛的汽車(chē)環(huán)境下和經(jīng)歷了功率循環(huán)的熱效應之后，器件仍然能夠保持完好無(wú)損。

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