跨過(guò)汽車(chē)IC可靠性的方法

2010年預(yù)計(jì)中國(guó)汽車(chē)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(chē)在中國(guó)的興起，車(chē)用IC產(chǎn)品在汽車(chē)中的成本比例將由普通汽車(chē)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(chē)半導(dǎo)體中占比例最大的兩類(lèi)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(chē)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(mén)檻在哪里？

汽車(chē)IC的門(mén)檻

在日前廈門(mén)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(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)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(chē)和電動(dòng)汽車(chē)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(chē)IC的進(jìn)入門(mén)檻卻相當(dāng)高，陳曉冰指出了汽車(chē)電子對(duì)芯片的幾個(gè)重要要求：第一個(gè)門(mén)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(chē)電子需要性能強(qiáng)悍的專(zhuān)有芯片?！氨热绾芏喙就瞥隽烁咝阅艿能?chē)用電源管理芯片，可有效降低汽車(chē)電瓶的負(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。”陳曉冰表示。

在五大門(mén)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(chē)廠商，我們都希望汽車(chē)IC能達(dá)到零缺陷。”

國(guó)際汽車(chē)協(xié)會(huì)針對(duì)車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)用IC帶來(lái)了巨大難度。”臺(tái)積電車(chē)用電子專(zhuān)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?zhuān)骸耙话銇?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硎荆暗?，這仍不能滿(mǎn)足汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)用MCU中重要模塊?！霸撥?chē)用電子套裝服務(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(hù)的測(cè)試覆蓋率及測(cè)試方法，更能減少實(shí)際行車(chē)的故障率?！彼忉?zhuān)爸翱蛻?hù)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(hù)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?hù)的電子組件壽命大幅超越車(chē)輛的使用年限。因而，這套服務(wù)也受到我們客戶(hù)的客戶(hù)的歡迎?！?

「車(chē)用電子套裝服務(wù)」是2008年臺(tái)積電在國(guó)際汽車(chē)電子協(xié)會(huì)的年會(huì)上提出全球第一套更具體的車(chē)用電子工藝驗(yàn)證規(guī)格，而且已被許多國(guó)際汽車(chē)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(chē)電子市場(chǎng)前景，電積電將會(huì)通過(guò)車(chē)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(chē)電子市場(chǎng)的門(mén)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。“TSMC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(chē)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(chē)工業(yè)現(xiàn)在及未來(lái)成長(zhǎng)的確切行動(dòng)。”臺(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?！标惣蚁嫱嘎丁Ｅ_(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。