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车规级AEC-Q100、AEC-101、AEC-200标准解读

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车规级AEC-Q100、AEC-101、AEC-200标准解读

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【摘要】:
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”

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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