汽车传感器 AEC-Q103 认证测试要求解读

汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。汽车智能化的飞速前进，迫使车用传感器不断迭代，不仅要满足智能化的操作系统，还要求具备高强度的可靠性，智能化是汽车传感器的发展趋势。

汽车电子委员会（ AEC ）根据车载 MEMS 特性制定出最新标准 AEC-Q103 ，由于之前 MEMS 微机电系统做车规认证一直是参照 AEC-Q100 ，此次制定的标准无疑是为行业提供了更具针对性的要求，对于 MEMS 做车规级认证也更加合理。 AECQ103 的制定标准为车规传感器行业提供了更具针对性的要求，完善并且提高了对于车载传感器的测试标准。下图是 AECQ103 验证流程：

AEC-Q103  是针对汽车传感器的应力测试标准。

产品范围： MEMS 压力传感器、 MEMS 麦克风、氧传感器、温度传感器、空气流量传感器、爆震传感器、速度传感器、转速传感器、 ABS 传感器、触发碰撞传感器、防护碰撞传感器、转矩传感器、液压传感器等。

测试要求解读

1 、温度等级

MEMS 供货商必须先了解终端客户如何使用 MEMS 及其在车内的安装位置，以实际应用的温度范围来制定合适的温度等级，次温度等级定义会应用在两个部分。

第一部分为测试计划展开时各可靠度实验的条件选择，如： TCT （ Teperature Cycling, 温度循环实验），不同等级的温变范围及温差循环数会有差异。

第二部分为前述的可靠度实验前后功能性测试温度必须依照 User 所制定的温度范围来做功能应用的 FT （ Final Test ）测试，制定温度等级为 Grade1 （ -40~125 ），则代表 FT 时使用低温 -40 、常温 25 及高温 125 ，且需要留意其测试温度有先后顺序的制定。如： HTOL （ High Temperature Operating Life, 高温工作寿命试验）实验在 FT 测试定义顺序为 RoomaColdaHot 。

2 、实验项目增减

（ 1 ）取消： GL （ Gate Leakage ：高温闸极漏电测试）及 ESD 中的 MM （ Machine Mode ）。

GL  的部分主要在仿真车用模块应用时所可能遭遇高温及高电场同时发生的环境，此环境会让 MEMS Package  内的等效电容及电阻产生  Gate Leakage  的失效，  此失效现象可经由高温烘烤的方式恢复，取消的原因规范中未有说明，但以笔者在华碧实验室多年所累积的验证测试经验来看，此失效模式常发生在  Burn-In  及  Reflow  的过程，虽规范已取消，在生产过程或实际应用客退若有相同失效发生，仍可使用此手法进行再现性实验。

MM  的部分则与  JEDEC  的  JESD47  规范同步，一是  HBM(Human Body Mode) 可以  等效  MM  的实验结果，二是  CDM(Charged-DevMEMSe Model) 的重要性更胜于 MM ，  因此应多着重在  CDM 的测试。至于文献中提到的  HBM  与  MM  的关联性，以笔者在华碧实验室检测  ESD  实验室的实务经验，仍有部分产品的  ESD  防护电路在  HBM  及  MM  上是有所差异的，规范虽然取消此项目，但  MEMS  业者仍需要面对当  ESD  客退发生时的处理， ESD  定义为设计验证，所以目前各家厂商仍将其列为标准测试项目。

(2) 新增  : Lead(Pb) Free( 无铅 ) 实验

车电与医疗产业不同于  MEMST  资通产业，车电与医疗产业注重的科技是技术  成熟性、可靠性以及零失效，而非  MEMST  所追求最先进的技术，因此，车用电子  产品在无铅制程的转换时程是比消费性产品来的晚，此次正式列入测试项目也代表无铅制程的转换已相当成熟，但仍允许部分如引擎室内高温应用等产品使用有铅制程。无铅的验证项目则包含 Solderability 、 Solder heat resistance  以及  Whisker 。

3.  实验条件

主要实验条件改变的部分在于  HTOL(High Temperature Operating Life) 及

TCT(Temperature Cycling) 两项实验，其余如  Wire bonding  的相关实验则是取消  Ppk  的计算使用  Cpk  则可、 Solderability  则说明可由烘烤替代蒸气老化、 Group G  部分的实验样品数则略为减少。

1.      HTOL: 有三个部分，一为实验时间增长皆为  1,000Hrs ，二为清楚定义温度为 Tj(Junction Temperature) ，三为实验高温对齐  Grade  的定义。

2.      TCT: 最低标的低温温度由 -50  调整为 -55 ， Cycle  数的部分则有部分提升，仍可参考 JESD22-A104  的规范进行等效实验条件的替换。

4.  通用性数据

以下图来说明通用性资料 (GenerMEMS Data) 的基本含意，两个产品  A 、 B ，若有使用相同制程或材料，则可初步定义为同一家族系列产品，若对  A  产品进行完整  AEC Q-103 QualifMEMSation ，相同制程或材料的部分所产出的测试结果则称之为  GenerMEMS Data ，先不论验证的数量与程序，只要  GenerMEMS Data  的定义符合  AEC-Q103  的说明， B  产品进行剩余项目的验证后再加上  GenerMEMS Data ，则可宣告  B  产品也通过  AEC-Q103 。

5.  拟定测试计划

本文中最重要、也是此次改版中，华碧实验室认为变动最大的部分，呼应 US  汽车工程师协会在规范  SAE-J1879/J1211  中强调的强韧性 / 稳健性验证 (Robustness Validation) ，验证计划应思考的是，因应该产品在实际应用环境所面临的使用条件而拟定的，而非以单一测试标准 / 条件来适用所有产品，也就是  Test for ApplMEMSation ，而非  Test for Standard 。

要如何拟定一个合适的验证计划呢 ? 第一步为制定该组件被设计 / 生产的目的，我们称之为 Mission Profile ，除了满足功能性的任务外，要再加上可靠度的任务，下表为汽车的 Mission Profile  参数范例。

表 : Example of VehMEMSle Mission Profile  （数据源 : SAE-J1879 ）

MEMS  供货商须考虑不同应用功能的组件将会对应不同的  Mission Profile ，若  MEMS  工作行为是在  Non-Operating Time ，如 : 警报器等的应用，则  Life time 条件应满足  116,400Hrs 在常温的情况。

若 MEMS 仅在 Engine On 时工作，那 Mission Profile 就必须要满足 12,000Hrs 的寿命时间，及其工作位置的使用温度，假定  Engine On  时该  MEMS  平均的工作温度  Junction Temperature(Tj)=87 ，我们使用的  HTOL  测试温度为  125 ，活化能设定为  0.7eV ，接下来使用  Arrhenius Model  来计算实验时的温度加速率，如下公式计算 :

即可算出温度加速率  AFT=8.6232 ，以上述的设定目标寿命为  12,000Hrs ，因此  HTOL  实验时间应为  12,000Hrs/8.6232 = 1,392Hrs 。除了温度加速的范例，包含温度循环 / 湿度的加速公式已列在新规范中，各位可在参考规范内文。上述范例旨在说明如何以终端产品实际应用的 Mission Profile  来设计合适的测试计划，相信很多从事  MEMS  设计的品管单位都相当熟悉，本文要表达的是规范将逐渐舍弃以单一标准来订定，而是交由  End User( 终端客户 ) 与 ComponentManufacturer( 零组件制造商 ) 来共同制定合宜的验证计划。制定验证计划的流程可参阅下图。

华碧实验室车规电子检测认证

 

华碧实验室是国内领先的集检测、鉴定和认证为一体的第三方检测与分析的新型综合实验室，拥有资深的技术团队与丰富的设备资源 , 目前已为数百家 MEMS 厂商提供了质量测试服务，协助客户了解车规，制定相对应的 AEC-Q103 验证步骤与手法，以期能让 MEMS 业者在市场的竟争中脱颖而出，顺利进入车厂供应链。咨询刘工： 13625289200