汽車傳感器AEC-Q103認證測試要求解讀

汽車技術發展特征之一就是越來越多的部件采用電子控制。汽車智能化的飛速前進，迫使車用傳感器不斷迭代，不僅要滿足智能化的操作系統，還要求具備高強度的可靠性，智能化是汽車傳感器的發展趨勢。

汽車電子委員會（AEC）根據車載MEMS特性制定出最新標準AEC-Q103，由于之前MEMS微機電系統做車規認證一直是參照AEC-Q100，此次制定的標準無疑是為行業提供了更具針對性的要求，對于MEMS做車規級認證也更加合理。AECQ103的制定標準為車規傳感器行業提供了更具針對性的要求，完善并且提高了對于車載傳感器的測試標準。下圖是AECQ103驗證流程：

AEC-Q103 是針對汽車傳感器的應力測試標準。

產品范圍：MEMS壓力傳感器、MEMS麥克風、氧傳感器、溫度傳感器、空氣流量傳感器、爆震傳感器、速度傳感器、轉速傳感器、ABS傳感器、觸發碰撞傳感器、防護碰撞傳感器、轉矩傳感器、液壓傳感器等。

測試要求解讀

1、溫度等級

MEMS供貨商必須先了解終端客戶如何使用MEMS及其在車內的安裝位置，以實際應用的溫度范圍來制定合適的溫度等級，次溫度等級定義會應用在兩個部分。

第一部分為測試計劃展開時各可靠度實驗的條件選擇，如：TCT（Teperature Cycling,溫度循環實驗），不同等級的溫變范圍及溫差循環數會有差異。

第二部分為前述的可靠度實驗前后功能性測試溫度必須依照User所制定的溫度范圍來做功能應用的FT（Final Test）測試，制定溫度等級為Grade1（-40~125），則代表FT時使用低溫-40、常溫25及高溫125，且需要留意其測試溫度有先后順序的制定。如：HTOL（High Temperature Operating Life,高溫工作壽命試驗）實驗在FT測試定義順序為RoomaColdaHot。

2、實驗項目增減

（1）取消：GL（Gate Leakage：高溫閘極漏電測試）及ESD中的MM（Machine Mode）。

GL 的部分主要在仿真車用模塊應用時所可能遭遇高溫及高電場同時發生的環境，此環境會讓MEMS Package 內的等效電容及電阻產生 Gate Leakage 的失效， 此失效現象可經由高溫烘烤的方式恢復，取消的原因規范中未有說明，但以筆者在華碧實驗室多年所累積的驗證測試經驗來看，此失效模式常發生在 Burn-In 及 Reflow 的過程，雖規范已取消，在生產過程或實際應用客退若有相同失效發生，仍可使用此手法進行再現性實驗。

MM 的部分則與 JEDEC 的 JESD47 規范同步，一是 HBM(Human Body Mode)可以 等效 MM 的實驗結果，二是 CDM(Charged-DevMEMSe Model)的重要性更勝于MM， 因此應多著重在 CDM的測試。至于文獻中提到的 HBM 與 MM 的關聯性，以筆者在華碧實驗室檢測 ESD 實驗室的實務經驗，仍有部分產品的 ESD 防護電路在 HBM 及 MM 上是有所差異的，規范雖然取消此項目，但 MEMS 業者仍需要面對當 ESD 客退發生時的處理，ESD 定義為設計驗證，所以目前各家廠商仍將其列為標準測試項目。

(2)新增 : Lead(Pb) Free(無鉛)實驗

車電與醫療產業不同于 MEMST 資通產業，車電與醫療產業注重的科技是技術 成熟性、可靠性以及零失效，而非 MEMST 所追求最先進的技術，因此，車用電子 產品在無鉛制程的轉換時程是比消費性產品來的晚，此次正式列入測試項目也代表無鉛制程的轉換已相當成熟，但仍允許部分如引擎室內高溫應用等產品使用有鉛制程。無鉛的驗證項目則包含Solderability、Solder heat resistance 以及 Whisker。

3. 實驗條件

主要實驗條件改變的部分在于 HTOL(High Temperature Operating Life)及TCT(Temperature Cycling)兩項實驗，其余如 Wire bonding 的相關實驗則是取消 Ppk 的計算使用 Cpk 則可、Solderability 則說明可由烘烤替代蒸氣老化、Group G 部分的實驗樣品數則略為減少。

1. HTOL:有三個部分，一為實驗時間增長皆為 1,000Hrs，二為清楚定義溫度為Tj(Junction Temperature)，三為實驗高溫對齊 Grade 的定義。

2. TCT:最低標的低溫溫度由-50 調整為-55，Cycle 數的部分則有部分提升，仍可參考JESD22-A104 的規范進行等效實驗條件的替換。

4. 通用性數據

以下圖來說明通用性資料(GenerMEMS Data)的基本含意，兩個產品 A、B，若有使用相同制程或材料，則可初步定義為同一家族系列產品，若對 A 產品進行完整 AEC Q-103 QualifMEMSation，相同制程或材料的部分所產出的測試結果則稱之為 GenerMEMS Data，先不論驗證的數量與程序，只要 GenerMEMS Data 的定義符合 AEC-Q103 的說明，B 產品進行剩余項目的驗證后再加上 GenerMEMS Data，則可宣告 B 產品也通過 AEC-Q103。

5. 擬定測試計劃

本文中最重要、也是此次改版中，華碧實驗室認為變動最大的部分，呼應US 汽車工程師協會在規范 SAE-J1879/J1211 中強調的強韌性/穩健性驗證(Robustness Validation)，驗證計劃應思考的是，因應該產品在實際應用環境所面臨的使用條件而擬定的，而非以單一測試標準/條件來適用所有產品，也就是 Test for ApplMEMSation，而非 Test for Standard。

要如何擬定一個合適的驗證計劃呢?第一步為制定該組件被設計/生產的目的，我們稱之為Mission Profile，除了滿足功能性的任務外，要再加上可靠度的任務，下表為汽車的Mission Profile 參數范例。

表: Example of VehMEMSle Mission Profile （數據源: SAE-J1879）

MEMS 供貨商須考慮不同應用功能的組件將會對應不同的 Mission Profile，若 MEMS 工作行為是在 Non-Operating Time，如:警報器等的應用，則 Life time條件應滿足 116,400Hrs在常溫的情況。

若MEMS僅在Engine On時工作，那Mission Profile就必須要滿足12,000Hrs的壽命時間，及其工作位置的使用溫度，假定 Engine On 時該 MEMS 平均的工作溫度 Junction Temperature(Tj)=87，我們使用的 HTOL 測試溫度為 125，活化能設定為 0.7eV，接下來使用 Arrhenius Model 來計算實驗時的溫度加速率，如下公式計算:

即可算出溫度加速率 AFT=8.6232，以上述的設定目標壽命為 12,000Hrs，因此 HTOL 實驗時間應為 12,000Hrs/8.6232 = 1,392Hrs。除了溫度加速的范例，包含溫度循環/濕度的加速公式已列在新規范中，各位可在參考規范內文。上述范例旨在說明如何以終端產品實際應用的Mission Profile 來設計合適的測試計劃，相信很多從事 MEMS 設計的品管單位都相當熟悉，本文要表達的是規范將逐漸舍棄以單一標準來訂定，而是交由 End User(終端客戶)與ComponentManufacturer(零組件制造商)來共同制定合宜的驗證計劃。制定驗證計劃的流程可參閱下圖。

華碧實驗室車規電子檢測認證

華碧實驗室是國內領先的集檢測、鑒定和認證為一體的第三方檢測與分析的新型綜合實驗室，擁有資深的技術團隊與豐富的設備資源,目前已為數百家MEMS廠商提供了質量測試服務，協助客戶了解車規，制定相對應的AEC-Q103驗證步驟與手法，以期能讓MEMS業者在市場的竟爭中脫穎而出，順利進入車廠供應鏈。咨詢劉工：13625289200

審核編輯黃宇