车规芯片：一颗***想要上车有多难？

当前半导体芯片国产化热度有增无减，尤其是在国产车销售增长的情况下，车规等级对芯片国产化呼声日益高涨，车规等级芯片断供这一消息不断进入人们视野，因此国产车规等级芯片被一次又一次地推上了热搜，理所当然地成为市场上的投资热点。
但进入今年，你就会看到关于国产车规芯片还未大规模使用的报道，不少人或许会怀疑是不是***不能满足车规要求，究竟国产车规芯片装车有多大的障碍要闯，笔者将另文解析。
此文先重点介绍，什么是车规等级芯片，以及一颗芯片到底要经历哪些验证才可以装车并称之为车规等级芯片。
我们首先要明白一点，芯片要想装上，确实很不容易，新开发出来的芯片要按完整验证周期进行，也许要3-5年才能批量装上。这也是对以上问题的第一解答，为何去年非常火的车规芯片国产化至今仍不见动静，原因是还要子弹飞好几年。国内大部分ic设计企业如果要求其投入大量资金研发一个芯片，3-5年之后才能能量产见效的话，这一过程就太漫长了，资金压力非常大，并且变数非常大，这就是为什么许多企业尽管热情高涨，但真正能够完成这一过程的企业，其实并不多，毕竟首先要活下去。
所以当前国产化车规芯片的最常见方式，还是在已经实现量产的消费级或者工业级芯片进行改善升级，以达到车规等级的要求，再实现装车。
企业怎样证明其芯片符合车规等级？答案当然是芯片能够通过车规等级规定的检测，许多芯片企业都向外界宣称其芯片通过了车规等级规定温度，也就是说能经受-40度~125度之间的高温范围，却不知温度测试只是芯片车规认证中的一小部分。而-40度到125度也不是车规的全部要求，根据安装位置和工作环境的不同，最严格的车规温度需要达到155度。
具体验证内容我们不做讨论，但是芯片车规等级的验证标准，就是大名鼎鼎的aec认证。
------------------------------------
汽车电子委员会(aec)最初由克莱斯勒、福特和通用汽车公司建立，目的是建立共同的零部件资格和质量体系标准。自成立以来，aec由两个委员会组成:质量体系委员会和元器件技术委员会。委员会由来自支持成员的代表组成(目前aptiv, bosch, bose corporation, continental corporation, cummins, denso international america, gentex corporation, harman, hella, john deere electronics solutions, kostal automotive, lear corporation, magna electronics, sirius xm, valeo, veoneer，伟世通公司(visteon corporation)和采埃孚(zf))以及其他技术、助理和客座会员。
aec元器件技术委员会是建立可靠、高质量电子元器件标准的标准化机构。符合这些规范的组件适用于在恶劣的汽车环境中使用，而无需额外的组件级合格测试。
------------------------------------------
文件中橙色的字体，其中aec元器件技术委员会提出的电子元器件标准就是aec-q系列文件，共包含如下内容：
aec-q系列认证家族分类：
q100：集成电路包含digital / analog / mixed signal / soc /
q101：分立半导体器件包含mosfet / diode / igbt
q102：光电半导体器件包含led / laser/photodiodes/phototransistors
q103：传感器包含pressure sensor /microphone
q104：多芯片组件包含mcm
q200：被动组件包含
capacitor/resistors/inductors/transformers/thermistors/resonators/varistors/ferrites/r/r-c networks
即若要获得车规等级验证，首先必须依据不同的产品来通过如上验证内容，本文以目前最火的车规等级mcu为例，mcu即集成电路属aec-q100类别。
aec-q100定义的认证项目来源aec-q100 h版本公开文件
如上图所示的验证流程，共包含a-g 7组验证内容，每一个小框对应的就是一种验证项目，总计42项，其中包含芯片制造和电性能参数两大部分。而上文提到的温度循环试验tc，仅仅是其中封装可靠性的一个项目而已，并且通过率并不低。
在当前***中，很少有公司能完整地完成这七套验证内容，其实按照芯片也是且要求完整地进行验证，但对芯片产品而言，电性能参数里28项中的至少20项内容，还是要完成的。很多企业经常过了其中2-3项验证，就对客户说我们通过了aec-q100的认证，这么说也没有毛病，但是这种局部认证，芯片肯定不能确保达到车规品质。
aec-q100的验证周期，因为部分项目有先后顺序，并且制作针对不同芯片的实验电路板，所以在验证一次性通过的情况下，最快的周期也就三个月左右，成本往往是30-50万元。以防中间有问题的试验反复进行，则周期较长。而且需要注意的是，原则上，一颗芯片料号就需要做一次aec-q100认证，哪怕你说这里面仅做了一点点的修改，但是只要料号变了，你就得重做，为什么这么严格，让我们看一下上面aec介绍的这句话。
aec由两个委员会组成:质量体系委员会和元器件技术委员会
芯片验证标准是由元器件技术委员会来制定的，那么质量体系委员会是干什么的呢？
车规等级的质量体系委员会，目前已经从aec独立出去，成为了大名鼎鼎的iso/ts/iatf16949，具体的内容在这里并不做解读，但是16949最重要五大工具大家要知道：
•msa 测量系统分析
•ppap 生产件批准程序
•spc统计过程控制分析
•apqp 产品质量先期策划
•fmea潜在失效模式分析
16949经营什么实际上是生产过程是否稳定例如一家芯片公司进行aec认证时所选择的样品芯片只有当新型号投入生产后才会进行认证，它是如何保证后来制造了很多年的芯片能够达到与最初样品相同的水平？企业不能年年搞aec认证。因此，16949所管理的是生产过程质量稳定，用五大工具来保证对生产过程变更进行管理，质量不断得到保障。：
那么这就是另外一个装车难题，***大多数还是代工模式，你需要找到具有16949体系认证的代工厂，而这种代工厂的产能都比较紧张，价格也比较昂贵。芯片公司经常会被夹在tier1和代工厂中间，左右为难，一个要你保证浮夸数字的供货，一个要你保证持续订单，看起来并不冲突。但tier1说割就是割，代工厂说降就是降，普通芯片企业话语权有限，根本不可能与此类大型企业进行平等对话，到了这个时候，小企业在双方的煎熬下精疲力竭，也许就得不到什么利益了。
那我们就接着说吧，前几个关卡顺利过关的话，后面就会有一个现实的问题了，是谁购买了你们的芯片呢？
如果和新车型一起研发设计，拿到了各种研发阶段的design win，然后tier1的dv、pv周期将近一年，您必须确保不会出现任何问题。看看aec原文那些满足这些标准的部件适合用于苛刻的汽车环境，并且不需要附加部件级的合格测试。
也就是芯片一旦通过了aec认证，那么tier1就默认你的芯片没有问题，他们再也不会对你的芯片进行芯片级的独立测试和验证工作了，tier1会用你的芯片直接上板子。板子上那么多元器件，在复杂的验证过程中挂了一项就重头再来，dv pv失败的不在少数，问题之外他们并不怀疑您的芯片质量出了问题，只是首先找到了自己设计、工艺上的问题，若是检查半天找到了原因是您的芯片出了问题之外，其后果可想而知。
然后，再通过了零部件级别的pv验证后，还得装车验证，一般最冷的地方和最热的地方，装车验证几个月跑几万公里，此时再没有问题，才是真正可以顺利装车的芯片，然后还要等车型量产，投放市场，消费者买单。然后车规芯片才会开始得到大批量的订单，而当前单一车型，除了几个爆款，基本年销量10万一大关，如果对于mcu等复杂芯片，单车就用一颗，10万才100k的年需求量，几年时间的努力最后就这么点销售，你说企业难不难？
这就是为什么车规等级芯片上火车周期如此之长、如此之难，但正因为如此，所以我们敢于买车、安心用车。
本文只是在总结个人经验的基础上整理而成，有些内容如有不当之处，欢迎指正和交流。