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1引言当前汽车电子委员会(AEC)宣布的AECQ《基于生效机理的汽车用分立器件应力实验审定请求》已获得行业的精深认同和运用。经过汽车AECQ审定的分立器件，是当前牢靠性最高的民用分立器件，其运用已慢慢扩大到养息、航空、航天等高牢靠装置中。国内对车规级分立器件品质保证请求研商未几，现有研商也要紧注重审定审核项目。年3月AEC宣布了AECQE版，本文联合AECQE版相对D版的订正情状，从审定审核请求、审定扩大、关键磨练项目实验应力确凿定法则以及控制性和应对战术4个方面临车规级分立器件的品质保证请求停止研商。2审定审核请求汽车属于预期寿命较长的产物，汽车在办事经过中会接受高温、高湿、低温、温度飞快变动以及激烈的振荡等顽劣的果然处境，而汽车对关键组件(如平安气囊操纵系统、刹车系统等)的牢靠性请求极高，以上成分致使汽车厂商对车规级分立器件提议了极高的牢靠性请求，审定审核项目繁多且实验应力残酷。AECQD版将悉数的审定审核项目都列在一个磨练表中，缺少层次性。这次订正，AECQE版将磨练项目分为加快处境应力实验、加快寿命实验、封装完备性实验、芯片创造牢靠性实验和电功能考证实验5个群组，共包罗57项磨练。分立器件的封装大势分为气密封装和非气密封装(塑封)两种，当前民用产物的封装以非气密封装为主，AECQ规定的大部份磨练也是针对塑封封装器件拟订的。2.1加快处境应力实验加快处境应力实验要紧审核器件蒙受高温、高湿、温度变动等处境应力的才能，要紧包罗预管教、带偏置的强加快稳态湿热实验、不带偏置的强加快稳态湿热实验、温度轮回实验和功率轮回实验，详细项目和请求见表1。该分组每项实验的样本需从3个非不断临盆批中抽取，每批抽取77只器件，不答应呈现任何生效。AECQ规定的加快处境应力实验要紧审核器件耐处境应力的才能。(1)预管教仅针对表面装配分立器件。表面装配器件引出端间隔本质很近，焊接时会遭到较大的热应力效用，倘使器件的材料摄取潮气，也许致使呈现爆米花局面。预管教摹拟器件在装配时遭到的热应力，要紧环节包罗电测试、外部目检、温度轮回(5次)、烘焙、吸潮、摹拟回流焊(3次)和尽头电测试。停止3次回流焊是摹拟器件停止双面装配并停止一次返工的情状。(2)带偏置的强加快稳态湿热实验是经过施加残酷的温度、湿度和偏置前提加快潮气穿透外部守护材料(塑封料)。GB/T.4-《半导体器件机器和缓候实验法子第4部份：强加快稳态湿热实验(HAST)》规定“℃，96h的HAST实验形成的生效机理与相对湿度85%，85℃，h的高温高湿反偏(H3TRB)实验不异”。HAST实验操纵了超越寻常操纵前提的处境应力，加快系数较大，也许引发寻常前提下不会产生的生效。AECQ规定HAST实验的电压不超越42V，H3TRB实验的电压不超越V，要紧出处是实验时湿度较高，较高的电压轻易致使实验箱内形成电火花。跟着实验配置的提升以及碳化硅等高压器件对施加较高偏置电压的须要，以来器件承制方须要按照本质情状升高实验时施加的偏置电压。(3)温度轮回实验摹拟温度激烈变动对器件的影响，审核器件蒙受由于不同材料热膨胀系数的差别而形成的内部剪切应力的才能。AECQ规定实验最低温度为-55℃，最高温度为器件的最高结温，轮回次数为次，远远严于正常民用产物。比方，GB/T:《半导体器件分立器件分标准》规定的轮回次数为次轮回。AECQE规定实验后也许取舍：停止℃下一块电参数的测试以后停止开封并采取5只器件停止键合强度测试，也许停止超声扫描，倘使呈现分层，则采取分层最严峻的5只器件停止开封并停止键合强度实验，倘使经过键合强度实验，则器件经过该分组实验。(4)停止办事寿命实验是经过停止地对器件加电/断电实行器件温度的变动，审核器件结议和材料耐受由于温度变动带来的内部剪切应力的才能。与温度轮回比拟，停止办事寿命是经过器件本身发烧实行温度变动的，实验时器件内部存在温度梯度，对器件的审核更为残酷。停止办事寿命实验有两个关键的审核前提，一是加电/断电实行的结温或壳温的温度变动，另一个是加电/断电的轮回次数。关于保守的金属陶瓷封装，轻易判定壳温的变动，是以正常规定壳温的变动量。关于塑封分立器件，由于塑料是热的不良导体，是以不少封装大势很难监测壳温变动量。是以AECQ规定经过监测结温的变动操纵加电和断电，并给出了却温变动℃和℃两个前提。关于轮回次数，AECQD版和AECQE版规定须要停止的轮回次数，同时又供给了盘算轮回次数的公式。以结温温升℃前提下的轮回次数为例，轮回次数为10次，盘算公式为/(x+y)，x、y为实行结温变动所需最短加电和断电工夫。以加电2min，断电4min为例，轮回次数为/(2+4)=0次轮回。观察觉察，AECQC版是按照封装体积肯定轮回次数请求的：小体积器件(比方TO-封装)加电和断电工夫离别为2min，须要10次轮回；中等体积器件(比方TO-3、TO-封装)加电和断电工夫离别为3.5min，须要次轮回；大概积器件加电和断电工夫离别为5min，须要次轮回；无引线器件须要遵从/(x+y)停止盘算，至多不超越10次轮回。由于封装大势越来越多，不易分辨，是以AECQD版和AECQE版对以上法则停止了简化，这也致使部份体例不易了解。2.2加快寿命实验加快寿命实验是经过加电的方法加快器件的退步，评估器件的寿命是否餍足规定的请求详细项目和请求见表2。AECQE版规定的加快寿命实验包罗高温反偏和高温栅偏两个分组，每项实验的工夫都是h，闸流晶体管的高温反偏用相易阻断实验取代，齐纳二极管的高温反偏用稳态办事实验取代。高温栅偏仅合用于场效应晶体管。该分组每项实验的样本需从3个非不断临盆批中抽取，每批抽取77只器件，不答应呈现任何生效。2.3封装完备性实验AECQE版规定的封装完备性实验要紧审核器件的机器特点，包罗对键合工艺、芯片粘接工艺、耐受焊接时热量的才能、耐机器应力的审核，详细项目和请求见表3。个中，恒定加快率、扫频振荡、机器冲锋和密封实验仅合用于气密封装器件，且须要串序停止。该分组的样本从1个临盆批中抽取。2.4芯片创造牢靠性实验该分组实验合用于MOSFET和IGBT，详细体例是经过磨练栅极氧化层绝缘完备性评估芯片创造工艺对器件牢靠性的影响。芯片创造工艺产生变动前、后须要停止该实验。2.5电特点考证电特点考证的要紧方针是考证器件的电特功是否适合规定，详细项目和请求见表4。正常民用器件仅请求考证常温下的电参数目标，而AECQ规定须要考证器件在高温、常柔和低温下的悉数电参数目标。非嵌位感性负载开关实验审核MOS和IGBT在系统运用中蒙受极其电热应力的才能，经过这类测试，咱们也许获得MOS器件耐受能量的才能。2.6铜丝键合器件的审定跟着铜丝键合的临盆工艺陆续地提升，铜丝键合器件的商场据有率在陆续地延长，然而铜丝键合器件的牢靠性程度与金丝键合器件比拟，依然存在确定的差别。铜丝键合还存在下列2个方面的题目：一是铜丝轻易被氧化，进而影响键合的品质；二是铜丝的硬度和顺从强度比金丝的高，键合时须要更高的超声功率与键合压力，轻易损伤芯片。这次订正，AECQE版补充了对采取铜键合丝的器件的审核请求，磨练项目为温度轮回、HAST、停止办事寿命实验和高温反偏，升高了实验的应力，并补充了实验强度和实验前、后的磨练和剖析项目。2.7生效断定电子元器件在停止各项实验(格外是寿命实验)后，电参数正常会呈现确定的漂移。电参数变动率的几许响应了产物一致性的利害，也许从确定程度上响应产物永久牢靠性。汽车的最低安排寿命为15年，是以，对电子元器件牢靠性有较高的请求，不答应产物实验后电参数呈现较大变动。AECQ规定实验后电参数(泄电流除外)除应适合产物标准请求外，其变动量不得超越±20%。AECQE版新增下列规定：●关于导通电阻(RDS(on))小于即是2.5mΩ的器件，停止办事寿命、功率温度轮回和温度轮回实验后答应导通电阻变动量不超越0.5mΩ；●湿润干系实验后泄电流的丈量值不得超越初始值的10倍，其余实验后的丈量值不得超越初始值的5倍。2.8其余讲解事变分立器件厂商的产物要投入车辆范畴，打入甲第汽车电子大厂的供给链，务必适合两个前提，一是产物经过AEC-Q请求的审定审核，二是品质治理编制经过IATF《汽车品质治理编制准则》认证。AECQ规定，器件成功经过了该准则规定的各项实验，便可表明该产物经过AECQ审定。由于汽车电子委员会不供给产物的认证效劳，是以商场上不存在经过认证的车规级元器件。3审定扩大AECQ规定的审定审核项目多、应力高，是以实验花费高、周期长。对每种型号的器件都停止审定审核既耗时又费劲，会极地面补充最后产物的成本。为了消沉产物审定审核的成本，AECQ规定也许将组织宛如的产物参加统一族系，操纵族系中已审定及格产物的审定审核数据，将审定及格天性扩大到族系中其余器件。3.1审定扩大法则奉行审定扩大应适合下列法则：(1)关于没有宛如产物的实验数据的新器件，按磨练表的项目和抽样计划停止磨练；(2)关于族系中已有代表产物经过审定审核的其余器件，倘使器件的繁杂程度低于曾经过审定的产物，这类器件仅需停止静电放电敏锐度实验和电参数考证；(3)关于有部份实验数据的器件，按照详细情状肯定须要停止的磨练项目；(4)关于工艺经过停止变动的器件，按标准的请求补充响应的磨练。3.2参加统一族系的法则AECQ从晶圆创造和组装工艺两个方面给出了参加统一族系的准则。晶圆创造方面，参加统一族系的产物应是统一晶圆创造厂临盆的器件门类和晶圆创造工艺不异的器件。AECQ将器件分为功率场效应晶体管、小记号场效应晶体管、功率双极型晶体管、小记号双极型晶体管、IGBT、整流二极管等器件表率，统一族系的器件务必属于统一门类。AECQ将晶圆创造工艺细分为创造过程、芯片疆域安排规定、单位密度、掩膜的数目、光刻工艺、搀杂工艺、钝化/玻璃化材料和厚度、氧化工艺和氧化层厚度、芯片正面金属化和后背金属化材料、厚度和层数等10个方面，统一族系的器件其晶圆创造工艺务必不异。组装工艺方面，参加统一族系的产物应是统一组装厂临盆的封装大势相近，组装工艺宛如的器件。由于分立器件封装大势繁多，AECQ未能给出属于统一门类器件的详细封装大势。AECQ将组装工艺细分为引线框架材料、引线框架镀覆、芯片装配材料和装配方法、键合丝材料、直径和键合方法、塑封料等6个方面，统一族系的器件其组装工艺务必不异。4关键磨练项目实验应力确凿定法则AECQ规定的温度轮回实验、停止办事寿命实验、高温高湿反偏实验等关键磨练的实验应力是根据汽车电子的典范职责剖面肯定的。AECQD给出了汽车电子须要餍足的典范的职责剖面：●15年的操纵寿命；●鼓动机办事工夫h；●鼓动机待机工夫h；●不办事工夫h；●0km历程；●鼓动机启动次数次。AECQE版省略了以上详细消息，而是规定须要按照职责剖面(操纵寿命、鼓动机办事工夫、鼓动机待机工夫、不办事工夫和鼓动机启动次数)肯定详细的实验前提。这是由于新动力汽车的办事大势和燃油车有很大不同，是以须要按照详细情状肯定实验前提。然而，省略典范职责剖面消息会对了解AECQE版给出的关键审核应力的盘算经过带来猜疑。跟着主动驾驶、新动力汽车的进展，整机厂商对汽车电子的请求也在陆续升高。汽车电子运用的职责剖面也许提议更残酷的处境适应性请求、更长的从军工夫以及更低的生效率请求。新技艺和新材料(如铜丝键合技艺以及碳化硅材料)的采取也许致使器件的生效机理产生变动，用户须要按照详细的职责剖面肯定磨练项方针实验应力。是以，AECQE版在附录7中给出了按照器件运用的职责剖面肯定磨练项目实验应力的指南，并给出了高温栅偏或高温反偏实验、温度轮回实验、停止办事寿命实验等关键磨练项目实验应力确凿定经过，也许疏导器件的研发单位肯定新式器件的审核应力或疏导器件用户对现有已认证器件对运用的适应性停止评估。4.2关键磨练项目实验应力确凿定经过4.2.1高温栅偏或高温反偏实验按照汽车电子典范运用的职责剖面，15年内器件的办事工夫tu为h，假如器件在操纵处境中的平衡结温Tu为℃，高温栅偏或高温反偏实验时器件的结温Tj为℃。AECQ版采取阿伦尼乌斯模子对高温栅偏或高温反偏实验激发生效的机理停止建模，见公式1。AECQ采取0.7eV做为激活能的典范值，玻尔兹曼常数kB取8.×10-5eV/K。按照公式tt=tu/Af盘算出工夫工夫为h，AECQ取h做为标准中规定的高温栅偏或高温反偏实验工夫。研发单位或用户也许按照详细的操纵前提盘算出详细运用前提下所需的实验工夫。4.2.2温度轮回实验按照汽车电子典范运用的职责剖面，15年内器件要蒙受次开关轮回，假如器件在操纵处境中受外部成分影响而激发的温度的变动平衡值ΔTu为70℃，温度轮回实验时器件的温度变动ΔTt为℃(低温-55℃，高温℃)。AECQ采取Coffin-Manson模子对温度轮回激发的生效的机理停止建模，见公式2。AECQ取m=4盘算温度轮回实验的加快系数，并按照公式nt=nu/nt盘算出的须要停止的温度轮回的次数为次轮回，经过取整，AECQ规定鉴准时需停止次温度轮回实验。研发单位或用户也许按照详细的操纵前提盘算出详细运用前提下所需的温度轮回次数。4.2.3功率轮回按照汽车电子典范运用的职责剖面，15年内器件要蒙受次开关轮回，假如器件在操纵处境中的由于本身发烧而激发的温度的变动的平衡值ΔTu为55℃，功率轮回实验时器件的温度变动ΔTt为℃(常温25℃，加电后结温到达℃)。AECQ采取Coffin-Manson模子对功率轮回激发的生效的机理停止建模，见公式2。AECQ取m=2.5盘算功率轮回实验的加快系数，并按照公式nt=nu/nt盘算出的须要停止的功率轮回的次数为次轮回，经过取整，AECQ规定鉴准时需停止10次功率轮回实验。研发单位或用户也许按照详细的操纵前提盘算出详细运用前提下所需的功率轮回次数。5控制性及应对战术车规级分立器件属于民用产物，对航空、航天等运用范畴有确定的控制性，详细呈目前下列2个方面。(1)安排和材料时时变动，比方，将键合丝由金丝、铝丝调动为铜丝，不同批次产物牢靠性存在较大差别，用户置备的产物也许并非最后停止评估的产物。即使变动后器件的牢靠性仍能餍足标准请求，但其牢靠性确凿有变动，是否餍足详细运用须要须要从新确认。(2)车规级分立器件的审核是针对汽车寿命周期内的职责剖面拟订的，未琢磨航空、航天运用的职责须要，审核项目具备确定的控制性。针对车规级分立器件在高牢靠运用中的控制性，笔者提议响应的应对战术：(1)针对车规级分立器件安排和材料时时变动的情状，提倡用户批量置备统一批次的产物，防止不同批次产物安排和材料不一致带来的影响；(2)针对车规级分立器件审核项方针控制性，提倡用户针对详细职责剖面提议须要补充的审核项目，比方盐气实验、低气压实验、耐辐照实验等。6结语车规级分立器件的审定审核项目和应力针对汽车寿命周期的职责剖面拟订，具备审核项目周全、实验应力残酷等特点，已精深运用在航空、航天等高牢靠范畴。提倡用户在评估车规级分立器件的合用性时，按照运用的职责请求肯定评估实验的项目和实验应力。

来历：华夏电子技艺准则化研商院?做家：张秋?闫美存

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