什么樣的電子元件才是車規(guī)級(jí)的器件呢？車規(guī)級(jí)芯片到底有哪些要求？

汽車電子產(chǎn)品的價(jià)格普遍比較貴，其中的主要原因之一就是使用了車規(guī)級(jí)的電子元件，但什么樣的電子元件才是車規(guī)級(jí)的器件呢？我們先來看看電子元件在汽車上的應(yīng)用和一般的消費(fèi)電子在應(yīng)用有什么差異。

環(huán)境要求

溫度：汽車電子對(duì)元件的工作溫度要求比較寬，根據(jù)不同的安裝位置等有不同的需求，但一般都要高于民用產(chǎn)品的要求（據(jù)說 AEC Q100 在 H 版中刪除了 0℃-70℃ 這檔溫度的要求，因?yàn)闆]有哪個(gè)汽車產(chǎn)品要求可以這么低）。

舉例：

發(fā)動(dòng)機(jī)周邊：-40℃-150℃；

乘客艙：-40℃-85℃；

民用產(chǎn)品：0℃-70℃。

其它環(huán)境要求 濕度，發(fā)霉，粉塵，水，EMC 以及有害氣體侵蝕等等往往都高于消費(fèi)電子產(chǎn)品要求。

振動(dòng)，沖擊

汽車在運(yùn)動(dòng)的環(huán)境中工作，會(huì)相關(guān)很多產(chǎn)品來說，遭遇更多的振動(dòng)和沖擊。這種要求可能會(huì)比擺放在家里使用的產(chǎn)品要高很多。

可靠性

為了說明汽車對(duì)可靠性的要求，我來換個(gè)其它方式來說明一下：

設(shè)計(jì)壽命：一般的汽車設(shè)計(jì)壽命都在 15 年 20 萬公里左右，遠(yuǎn)大于消費(fèi)電子產(chǎn)品壽命要求。

在相同的可靠性要求下，系統(tǒng)組成的部件和環(huán)節(jié)越多，對(duì)組成的部件的可靠性要求就越高。目前車上的電子化程度已經(jīng)非常高了，從動(dòng)力總成到制動(dòng)系統(tǒng)，都裝配了大量的電子裝置，每個(gè)裝置里面又由很多的電子元件組成。如果就簡(jiǎn)單的把它們看成串聯(lián)關(guān)系，那么要保證整車達(dá)到相當(dāng)?shù)目煽啃?，?duì)系統(tǒng)組成的每一個(gè)部分要求是非常高的，這也是為什么汽車零部件的要求經(jīng)常是用 PPM（百萬分之一）來描述。

一致性要求

現(xiàn)在的汽車已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)的階段的，一款車 1 年可以生產(chǎn)數(shù)十萬輛，所以這對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的一致性要求就非常高了。這在早些年對(duì)于半導(dǎo)體材料來說，是挺有挑戰(zhàn)的。

畢竟生產(chǎn)半導(dǎo)體中的擴(kuò)散等工藝的一致性是很難控制的，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品性能易離散，早期只能依靠老化和篩選來完成，現(xiàn)在隨著工藝的不斷提高，一致性得到極大提高。質(zhì)量的一致性也是很多本地供應(yīng)商和國(guó)際知名供應(yīng)商的最大差異。對(duì)于組成復(fù)雜的汽車產(chǎn)品來說，一致性差的元件導(dǎo)致整車出現(xiàn)安全隱患是肯定不能接受的。

再來看幾點(diǎn)其它的需求：

制造工藝

汽車產(chǎn)品制造工藝的要求，雖然汽車的零件也在不斷的向小型化和輕量化發(fā)展，但相對(duì)消費(fèi)產(chǎn)品來說，在體積和功耗上還相對(duì)可以放松，一般使用的封裝較大，以保證有足夠的機(jī)械強(qiáng)度并符合主要的汽車供應(yīng)商的制造工藝。

產(chǎn)品生命周期

雖然近些年，汽車產(chǎn)品不斷的降價(jià)，但汽車還是一個(gè)耐用的大件商品，必須要保持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間的售后配件的供應(yīng)能力。同時(shí)開發(fā)一個(gè)汽車零件需要投入大量的驗(yàn)證工作，更換元件帶來的驗(yàn)證工作也是巨大的，所以整車制造企業(yè)和零部件供應(yīng)商也需要維持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定供貨。

標(biāo)準(zhǔn)

這樣看來，滿足汽車產(chǎn)品要求的確復(fù)雜，而且以上的要求是針對(duì)汽車零件的（對(duì)于電子元件來說就是系統(tǒng)了），如何去轉(zhuǎn)換成電子元件的要求就變得很困難，為解決這個(gè)問題就自然有一些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，比較得到公認(rèn)的就是 AEC 的標(biāo)準(zhǔn)：

AEC Q100 針對(duì)有源（Active Device）元件的要求

AEC Q200 針對(duì)無源（Passive Device）元件的要求

當(dāng)然我猜想很多人還會(huì)說，還有許多的整車廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但這點(diǎn)我也想來說一下我的理解。在我以前工作過的整車廠確實(shí)是有相關(guān)的一般可靠性要求的標(biāo)準(zhǔn)，但它考核的是一個(gè)完整的汽車組件(由電子元件構(gòu)成的系統(tǒng))，而非直接針對(duì)組成這些組件的電子元件的要求（電阻，電容，三極管，芯片等），雖然它的要求是可以用來參考對(duì)下級(jí)元件的選型，但作為電子元件測(cè)試等來說還是非常的不合適的。

車規(guī)的驗(yàn)證

在我以前的工作中，難免會(huì)使用到一些沒有 AEC Q100/200 認(rèn)證的電子元件，很多車廠的人員都會(huì)希望進(jìn)行一些可靠性驗(yàn)證，來驗(yàn)證它是否滿足車規(guī)要求。

而我個(gè)人的看法是，這種方法并不太有效，因?yàn)檫@些測(cè)試都只能是必要不充分測(cè)試。只能用于否定該器件的可用性，而不能確定其可以使用。

原因很簡(jiǎn)單，樣本數(shù)量太少測(cè)試的項(xiàng)目并不充分。對(duì)于半導(dǎo)體這種大批量制造的元件，通過少量的樣本的測(cè)試來確定其可靠性，個(gè)人認(rèn)為是非常的不靠譜的，這里我們也可以來看看 AEC Q100 進(jìn)行的主要認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目，也就可以看出差別。

哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求高？

車規(guī)和工規(guī)，誰的要求高。普遍的認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的高低順序是軍工 > 汽車 > 工業(yè) > 消費(fèi)電子。但個(gè)人卻不能完全接受這個(gè)順序。工業(yè)是個(gè)很寬的范圍，也遇到的環(huán)境和可靠性需要也是差異巨大的?？梢韵胂蟮玫奖热缫粋€(gè)大型工業(yè)設(shè)備的可靠性要求絕對(duì)不會(huì)比汽車要求低。（比如一個(gè)大型電廠的關(guān)鍵設(shè)備），而同時(shí)環(huán)境的苛刻度也可能會(huì)遠(yuǎn)超汽車的要求，并不能簡(jiǎn)單的說工規(guī)要求就比汽車低。

使用車規(guī)零件的壞處

任何選擇都不可能只有好處沒有壞處，使用車規(guī)電子元件有什么壞處呢？

首先就是貴，體系要求高，開發(fā)驗(yàn)證花費(fèi)大，產(chǎn)量低導(dǎo)致成本高出消費(fèi)電子一大截。相對(duì)較高的門檻也使得存在較多的銷售溢價(jià)。

其次的壞處就是選型困難。玩電子的人都知道發(fā)展到今天，電子元件相當(dāng)?shù)呢S富，做相同功能的產(chǎn)品可以有多種方案，復(fù)雜度可能差異巨大，但有時(shí)為達(dá)到車規(guī)的要求，不得不放棄一些集成度高的方案。

還有一個(gè)比較明顯的壞處就是某些產(chǎn)品技術(shù)落后，大量的驗(yàn)證工作影響到了新產(chǎn)品的上市速度，同時(shí)，芯片廠家一般的投放策略也是希望在消費(fèi)電子市場(chǎng)上成熟后，才將該產(chǎn)品應(yīng)用在到汽車市場(chǎng)上。比如在 2013 年小編在開發(fā)的一款產(chǎn)品使用的 ARM Cortex A9 的處理器，當(dāng)時(shí)在汽車市場(chǎng)已經(jīng)基本上是最好的產(chǎn)品了，但消費(fèi)市場(chǎng)上 ARM Cortex A57 的處理器并不稀奇。

使用非車規(guī)的電子元件在車上到底有多大的風(fēng)險(xiǎn)

這個(gè)問題真是比較復(fù)雜，得從多個(gè)方面來判斷：

僅僅是沒有得到相關(guān)的認(rèn)證，但其實(shí)產(chǎn)品的性能和可靠性是滿足要求的，并且也得到過大量的應(yīng)用驗(yàn)證。如果屬于這種情況風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

這點(diǎn)是很重要的一點(diǎn)，就是元件和系統(tǒng)的關(guān)系。系統(tǒng)的性能和可靠性是由下一級(jí)的電子元件來構(gòu)成的，所以在同樣的設(shè)計(jì)下，使用非車規(guī)的元件產(chǎn)品肯定要差。但好的設(shè)計(jì)，可以降低元件的性能要求，一個(gè)保護(hù)措施設(shè)計(jì)完善并能做到元件失效對(duì)系統(tǒng)影響輕微設(shè)計(jì)，就有可能使用非車規(guī)元件做出更好的產(chǎn)品。

由于當(dāng)前技術(shù)工藝限制的影響，不是每種需要用在汽車上的電子元件都可以達(dá)到所謂的車規(guī)要求。但為了實(shí)現(xiàn)汽車上的某些功能，就必須要用到這些元件。這種情況可以分為兩類：

a. 該功能的安全要求高，不能接受偏差

例子：緊急呼叫的 E-CALL 功能，為保證該功能，需要給設(shè)備安裝上后備電池。而該功能是涉及到生命安全的，按照某些公司的 ASILI（ISO26262）評(píng)級(jí)，要求達(dá)到 B 級(jí)。

而我們知道電池要做到 -40 度時(shí)保持高性能是很困難的。所以有公司的解決方案就是在電池上包上加熱電阻絲，在低溫時(shí)加熱它來保證性能，此時(shí)用單個(gè)元件的標(biāo)準(zhǔn)來看不合格，但作為零件總成，就可以滿足車廠的標(biāo)準(zhǔn)要求。這也可以看出整車廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和元器件標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系。

b. 該功能一般不涉及安全，可以考慮接受偏差

如娛樂系統(tǒng)的液晶屏。在低溫時(shí)可能顯示的響應(yīng)和光學(xué)性能都會(huì)下降。但這種情況會(huì)被打部分工程人員接受下來。

一些「膽大」心不細(xì)的人，出于某些想法，如降低成本，或者可以獲得更好的性能，并僅想通過小數(shù)量的樣本，在較短時(shí)間來進(jìn)行驗(yàn)證其性能和可靠性，這種情況我只能說以后的事情靠人品了，誰都不清楚會(huì)發(fā)生什么。







審核編輯：劉清