车规级AEC-Q100、AEC-101、AEC-200标准解读

aec-q100标准q100是最早的一个标准,初版是1994 年 6 月提交给了所有的 ic 供应商,现在的rev h版本是2014.09.11发布的,至今没有再更新了。我们先来看一下标准的全称: failure mechanism based stress test qualification for integrated circuits,基于集成电路应力测试认证的失效机理,名字有点长,所以一般就叫“集成电路的应力测试标准”。集成电路应该算是用得最多的,大家也最关注的,所以我们就把q100讲得详细一点。q100除主标准(base document)外,还有12个分标准,从001到012,分别如下:
aec-q100 rev-h: failure mechanism based stress test qualification for integrated circuits(base document),主标准。aec-q100-001 rev-c: wire bond shear test,邦线切应力测试。aec-q100-002 rev-e: human body model (hbm) electrostatic discharge test人体模式静电放电测试。aec-q100-003 rev-e: machine model (mm) electrostatic discharge test,[decommissioned] 机械模式静电放电测试,已废止,因为jedec里面也给淘汰了。aec-q100-004 rev-d: ic latch-up test集成电路闩锁效应测试。aec-q100-005 rev-d1: non-volatile memory program/erase endurance, data retention, and operational life test 非易失性存储程序/擦除耐久性、数据保持及工作寿命的测试。aec-q100-006 rev-d: electro-thermally induced parasitic gate leakage test (gl) [decommissioned] 热电效应引起的寄生门极漏电流测试,已废止,因为认证测试不需要了(lack of need)。aec-q100-007 rev-b: fault simulation and test grading,故障仿真和测试等级。aec-q100-008 rev-a: early life failure rate (elfr) 早期寿命失效率。aec-q100-009 rev-b: electrical distribution assessment电分配的评估。aec-q100-010 rev-a: solder ball shear test锡球剪切测试。aec-q100-011 rev-d: charged device model (cdm) electrostatic discharge test带电器件模式的静电放电测试。aec - q100-012 - rev-: short circuit reliability characterization of smart power devices for 12v systems 12v 系统灵敏功率设备的短路可靠性描述。13个文档中,2个已经是废止状态,012适用于我们之前电气架构里面讲过的hsd和lsd等智能芯片。
举个例子,从下面这个英飞凌的hsd芯片手册里面我们就能看到,esd测试依据了aec-q100-002和011,短路测试用到了012。
温度范围做过汽车电子设计的小伙伴们应该都了解,温度在汽车电子设计中非常关键,所以选芯片时,温度范围这个参数就非常关键。
aec-q100从rev g升级到h版后,删掉了grade 4,也就是不能用于车载应用的0度~+70度温度范围。
器件认证测试aec-q100的测试项目非常多,一共分成了7个测试组群,我们大概了解一下就可以了。
测试群组a:环境压力加速测试,如室温、高温,湿度,温湿度循环等;测试群组b:使用寿命模拟测试,室温、高低温寿命测试;测试群组c:封装组装整合测试 ,主要是邦线相关的测试;测试群组d:芯片晶圆可靠度测试,如电迁移,热载流子等;测试群组e:电气特性确认测试;如esd,emc,短路闩锁等;测试群组f:瑕疵筛选监控测试,过程平均测试及良率分析;测试群组g:封装凹陷整合测试,包括机械冲击、震动、跌落等测试。我把标准里面的整个测试流程贴出来了,大家可以感受一下这个复杂度,体会一下这个认证的难度。整个认证的测试项目涵盖了温度、湿度、机械冲击、振动、emc,esd,电迁移、应力迁移、热载流子注入、闩锁效应、芯片剪切等方面的试验,涉及的芯片阶段从设计(变更、晶圆尺寸)、晶圆制造(光刻、离子注入、制造场所转移),到封装(引线材质、芯片清洁、塑封、制造场所转移)等。
再看下具体的要求,比如grade 0温度循环是在-55度~+150度进行2000个循环,所有等级(grade0~3)的高温工作要求都是1000个小时,也就是42天,大家感受一下,光温度箱的电费都不少钱。总结一下aec-q100测试:
测试分成了7个测试组群;循环类多数都是1000个循环;耐久类多数都是1000小时;共计45种各类试验项目;
aec-q101标准
q101标准是用于分立半导体器件的,标准全称:failure mechanism based stress test qualification for discrete semiconductors,基于分立半导体应力测试认证的失效机理,名字有点长,所以一般就叫“分立半导体的应力测试标准”。现在的rev e版本是2021.03.01刚发布的最新版。 q101除主标准外,还有6个标准,从001到006,分别如下:aec-q101-001 rev-a: hbm esd,人体模型静电测试。aec-q101-002 rev-a: mm esd,机械模式静电测试,和q100一样,已废止。aec-q101-003 rev-a: 邦线切应力测试。aec-q101-004 rev-:多种测试。aec-q101-005 rev-: 带电器件模式的静电测试。aec-q101-006 rev-: 12v系统灵敏功率设备的短路可靠性描述。6个文档中,1个已经是废止状态,006适用于我们之前电气架构里面讲过的一些不在q100范围内的hsd或lsd智能器件。
标准范围
集成电路大家听得比较多,也容易理解,但是分立半导体器件估计非业内人士都是第一次听到,我就大概解释下哪些算是分立半导体器件。先放张标准原图,大家感受一下:
aec-q101按wafer fab晶圆制造技术,分为以下几种,主要是mos、igbt、二极管、三极管、稳压管、tvs、可控硅等。
温度范围
关于温度范围这块儿,比起q100针对芯片区分了4档温度范围、最高才150度,q101标准简单粗暴,规定最低温度范围就是-40度~+125度,你可以高,但不能低。
aec-q200标准
q200标准是用于被动器件的,标准全称:stress test qualification for passive components,被动器件应力测试认证,这个名字比q100和101短多了。现在的rev d版本是2010年的,距今已经十几年了。 q200除主标准外,还有7个标准,从001到007,分别如下:
aec-q200-001 rev-b: 阻燃性能测试aec-q200-002 rev-b: hbm esd,人体模型静电测试aec-q200-003 rev-b: 断裂强度测试aec-q200-004 rev-a: 可恢复保险丝测试。aec-q200-005 rev-a: 板弯曲/端子邦线应力测试。aec-q200-006 rev-a: 端子应力(smd贴片元件)/切应力测试。aec-q200-007 rev-a: 浪涌电压测试。4.3.1 标准范围
非业内人士,估计第一次听到被动器件这个词,我就大概解释下,哪些算是被动器件。先放张标准原图,大家感受一下:
aec-q200涵盖的范围包括:电阻、电容、电感、变压器、压敏电阻、热敏电阻、聚合物可恢复保险丝、晶体等,这些基本上大家都很熟悉。
温度范围
关于温度范围这块儿,因为q200中包含了电容等对温度很敏感的器件,区分了5档温度范围,最高到150度。你过了哪一档,可以向下覆盖,比如你过了grade 1,你可以声称满足grade 2,但是不能向上。
不同温度等级的电容,材质和工艺都是不同的,价格当然也不一样,应用也不一样,所以按温度进行分级是必要的。这个从标准里也能看出来,grade 0是哪儿都能用,grade 1可以用于发动机舱多数应用,grade2和3用于乘客舱,而4级就不能用于车载应用了。
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