汽車可靠性和AEC資格認(rèn)證

汽車可能是我們每個(gè)人擁有的最可靠的設(shè)備之一。這可能聽(tīng)起來(lái)有失偏頗，并且如果您的車最近剛剛出現(xiàn)了故障，您也許還會(huì)很難認(rèn)同這種說(shuō)法。如今，說(shuō)現(xiàn)代汽車從不發(fā)生故障不太合理，但是若考慮到汽車運(yùn)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(shè)備卻很公平。

比較一下先進(jìn)的平板電視和現(xiàn)代汽車。二者都包含大量的電子元器件，然而系統(tǒng)的要求卻很不相同。對(duì)于車主而言，汽車是一筆可觀的支出——它可能是除房屋以外最貴的單次購(gòu)買支出。汽車可以停泊在風(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(nèi)；暴露在振動(dòng)和潮濕環(huán)境下的機(jī)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。汽車的工作條件范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電視，而且設(shè)備維修的方法也不相同；實(shí)際上故障對(duì)這兩種設(shè)備的影響很不一樣。如果在兩年后電視無(wú)法正常工作，機(jī)主將很有可能去買一部新電視，而不是去修電視。盡管這樣做是對(duì)是錯(cuò)、是否對(duì)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，如果汽車出現(xiàn)故障，車主在很大程度上將會(huì)選擇修理汽車，并且通常汽車越舊，修理費(fèi)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，汽車的成本要高得多；其次，汽車故障的影響更大。如果電視不能正常工作，頂多也就是讓人心煩；如果汽車出現(xiàn)故障，最好的情況是給您的出行帶來(lái)不便。但是，如果汽車在某些情況下出現(xiàn)故障，后果則可能會(huì)非常嚴(yán)重。汽車剎車系統(tǒng)失靈、汽車在高速公路上高速行駛時(shí)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使汽車對(duì)準(zhǔn)了錯(cuò)誤的方向、甚至剎車燈不亮這些故障，都可能導(dǎo)致乘客和周邊道路上的人們喪命。因此，汽車系統(tǒng)和器件制造商比起很多其他“消費(fèi)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，并最終保證汽車安全可靠呢？首先從器件級(jí)入手——可以利用兩套資格認(rèn)證來(lái)管理半導(dǎo)體器件，即適用于集成電路產(chǎn)品的AEC-Q100測(cè)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(rèn)證，才方可作為“汽車級(jí)”產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)布。測(cè)試過(guò)程中會(huì)在很多不同的操作模式和條件下對(duì)器件施壓，以便確定半導(dǎo)體及其封裝即使在汽車環(huán)境下運(yùn)行多年以后也仍然能夠正常工作。

滿足資格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的AU器件管理

由于篇幅所限，本文不在此詳述AEC資格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。但是舉例來(lái)說(shuō)，如果MOSFET或IGBT之類的分立器件要通過(guò)AEC-Q101測(cè)試，那么測(cè)試結(jié)束時(shí)必須符合如下條件：電氣參數(shù)不得超過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的限值，并且參數(shù)必須保持在各個(gè)測(cè)試(泄漏限值除外，對(duì)于濕度測(cè)試和其他所有測(cè)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(shù)的±20%以內(nèi)。

為了滿足這些資格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)常需要通過(guò)物料清單、設(shè)計(jì)或測(cè)試，甚至是專用產(chǎn)品線來(lái)進(jìn)行改進(jìn)。國(guó)際整流器(IR)公司有一條包括300多款汽車級(jí)器件的專用產(chǎn)品線，其可以通過(guò)器件編號(hào)開(kāi)頭的字母“AU”來(lái)識(shí)別。圖1介紹了IR為AU器件新增的幾個(gè)主要特性，以使其滿足汽車應(yīng)用的要求。

圖1：汽車器件的主要特性。

AU級(jí)器件的這類增強(qiáng)功能之一就是選擇穩(wěn)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(dǎo)體器件粘接到封裝上的材料，通常是一種焊料。AEC-Q101測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試之后“AU”或汽車級(jí)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(shù)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AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn))之后，其最大漂移僅為16.4%！這實(shí)際上證明，即使在嚴(yán)苛的汽車環(huán)境下和經(jīng)歷了功率循環(huán)的熱效應(yīng)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(shù)后D2Pak功率MOSFET的Rds(on)漂移。