跨过汽车IC可靠性的方法

2010年预计中国汽车电子产品的市场规模将达2000亿元，而2011更是期望能达到3000亿元。而随着新能源汽车在中国的兴起，车用IC产品在汽车中的成本比例将由普通汽车的13.2%上升到47%，巨大的商机摆在面前，欧美日韩等国的IC厂商早就将之作为未来十年最大的一个金矿，中国IC公司如果还不积极准备，那将会成为中国近代工业史上又一出悲剧。

MCU和电源IC是汽车半导体中占比例最大的两类产品，MCU占到成本比例的1/4，电源IC在其中的比例接近20%位居第二，而在新一代的电动汽车中，比例更高，这两个市场是中国IC厂商必须进入的市场，也是他们最有可能进入的两大市场。然而，目前中国IC在其中的份额几乎可以忽略不计，那么门槛在哪里？

汽车IC的门槛

在日前厦门举办的2009’海西国际集成电路设计产业高峰论坛上，厦门金龙联合汽车工业有限公司技术中心副主任陈晓冰博士指出新一代混合动汽车和电动汽车将会催生许多新兴的半导体应用需求，包括多路电池管理芯片（通常需要上百路的电池单体检测管理）、多路电池电压均衡控制、高电压监控、大电池检测、大型功率半导体器件以及众多高性能的MCU与DSP，因为需要来对复杂的电池进行计量管理。这里的商机看似无限。

然而，汽车IC的进入门槛却相当高，陈晓冰指出了汽车电子对芯片的几个重要要求：第一个门槛就是温度范围；第二是高可靠性；第三是要有高处理能力；第四是MCU要有丰富的外围接口和高集成度；第五是汽车电子需要性能强悍的专有芯片。“比如很多公司推出了高性能的车用电源管理芯片，可有效降低汽车电瓶的负载，提供超强的失效保护性能：包括过压与欠压、过流与短路保护、过高温与过低温保护等。对我们的帮助非常大，虽然价格贵一些，但是可以大大减轻我们的研发工作量，并缩短时间，我们喜欢采用。”陈晓冰表示。

在五大门槛中，最重要和最难迈过去的即是可靠性。陈晓冰表示：“作为汽车厂商，我们都希望汽车IC能达到零缺陷。”

国际汽车协会针对车用电子组件产品的操作温度，从Grade0的-40℃至+150℃到Grade4的0℃至+70℃，共有五种等级。这一产品验证规格针对车用IC功能及其所在位置的不同，提供了相当完整的定义，而这些详尽的产品验证规格对车用电子产品测试有很大的帮助。

“但是在可靠性方面，在IC工艺验证规格上，国际汽车电子协会仅着重于晶圆制造可靠性测试的项目定义，并未清楚规范压力条件及任何具体的数据化标准，而且相关的数据、测试及验算方法也都不须主动提供。这给设计与制造合格的车用IC带来了巨大难度。”台积电车用电子专案处长郑国栋指出。

因此，可靠性成为横亘在中国IC厂商面前的一座大山。郑国栋解释：“一般来说，在典型的晶圆生产与全部测试流程完成后，缺陷值为200-500ppm；而当进一步完成对逻辑IC的扫描和功能测试、对嵌入式RAM的嵌入式自测试，以及速度测试、超压测试、超温测试、动态电压强度测试、低压测试等程序后，我们可以期望缺陷值下降到20-50ppm。”他接着表示，“但是，这仍不能满足汽车IC的零缺陷需求。如何能达到零缺陷呢？”郑国栋问道？

台积电“车用电子套装服务”助中国IC实现零缺陷

郑国栋表示，TSMC所开发的「车用电子套装服务」，在前面测试的基础上增加了零件平均测试（PAT）、统计良率界限（SYL）、统计测试结果界限（SBL）测试，以及更严格的控制程序、KLA和WAT测试，可以将缺陷值降至接近“零”的水平。他举例道：比如台积电采用0.25um工艺生产的车用嵌入式闪存，出货已达540K晶圆片，缺陷率仅为0.07ppm；而采用0.18um生产的车用嵌入式闪存，出货已超过20K晶圆片，缺陷值仅为0.05ppm。嵌入式闪存是车用MCU中重要模块。“该车用电子套装服务包含更严密的工艺管制、组件层级的筛选界限、芯片良率测试报废准则、更多的统计工艺控管以及特选的制造工具，将这些措施搭配客户的测试覆盖率及测试方法，更能减少实际行车的故障率。”他解释，“之前客户是拿到芯片后才能进行测试，而TSMC所提出的工艺验证规格则是从源头就帮客户把关，明确定义且数据化各项芯片的验证规格，更能确保客户的电子组件寿命大幅超越车辆的使用年限。因而，这套服务也受到我们客户的客户的欢迎。”

「车用电子套装服务」是2008年台积电在国际汽车电子协会的年会上提出全球第一套更具体的车用电子工艺验证规格，而且已被许多国际汽车电子半导体公司所广泛接受与应用。

面对中国巨大的汽车电子市场前景，电积电将会通过车用电子套装服务来帮助中国广大的IC厂商获得进入汽车电子市场的门票，他也希望籍这一巨大的市场提升台积电上海松江工厂的产量。“TSMC在上海的晶圆十厂及在全球所有的晶圆厂都已成功建置车用电子套装服务，我们在上海晶圆十厂投注各种努力，正是我们承诺支持大陆汽车工业现在及未来成长的确切行动。”台积电中国有限公司总经理陈家湘表示。据悉，台积电松江厂目前的厂量为2.8万片/月，明年将会提升至4万片/月。“目前中国IC在我们产量的比例为20%多，明年很有可能提升到50%以上。”陈家湘透露。台积电的深圳办事处也将扩大，为明年成功扩厂和增加本地IC比例作好准备。