漫談“車規(guī)級”

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

環(huán)境要求

溫度 汽車電子對元件的工作溫度要求比較寬磷蛹,根據(jù)不同的安裝位置等有不同的需求吮旅,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 濕度味咳,發(fā)霉庇勃,粉塵檬嘀,水,EMC以及有害氣體侵蝕等等往往都高于消費(fèi)電子產(chǎn)品要求责嚷。

振動鸳兽,沖擊等

汽車在運(yùn)動的環(huán)境中工作,會相關(guān)很多產(chǎn)品來說罕拂,遭遇更多的振動和沖擊揍异。這種要求可能會比擺放在家里使用的產(chǎn)品要高很多。

可靠性

為了說明汽車對可靠性的要求爆班,我來換個(gè)其它方式來說明一下:

1衷掷、 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)品壽命要求蛋济。

2棍鳖、在相同的可靠性要求下,系統(tǒng)組成的部件和環(huán)節(jié)多越多碗旅,對組成的部件的可靠性要求就越高渡处。目前車上的電子化程度已經(jīng)非常高了,從動力總成到制動系統(tǒng)祟辟,都裝配了大量的電子裝置医瘫,每個(gè)裝置里面又由很多的電子元件組成。如果就簡單的把它們看成串聯(lián)關(guān)系旧困,那么要保證整車達(dá)到相當(dāng)?shù)目煽啃源挤荩瑢ο到y(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 來描述的(百萬分之一)

一致性要求(零部件的互換性)

現(xiàn)在的汽車已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)的階段的吼具,一款車1年可以生產(chǎn)數(shù)十萬輛僚纷,所以這對產(chǎn)品的質(zhì)量的一致性要求就非常高了。這在早些年這對于半導(dǎo)體材料來說拗盒,是挺有挑戰(zhàn)的怖竭。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)品性能易離散陡蝇,早期只能依靠老化和篩選來完成痊臭,現(xiàn)在隨著工藝的不斷提高,一致性得到極大提高登夫。質(zhì)量的一致性也是很多本地供應(yīng)商和國際知名供應(yīng)商的最大差異广匙。對于組成復(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恼策。

再來看幾點(diǎn)其它的需求

制造工藝

汽車產(chǎn)品制造工藝的要求鸦致,雖然汽車的零件也在不斷的向小型化和輕量化發(fā)展,但相對消費(fèi)產(chǎn)品來說,在體積和功耗上還相對可以放松蹋凝,一般使用的封裝較大鲁纠,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

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

標(biāo)準(zhǔn)

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

AEC Q100 針對有源(Active Device)元件的要求

AEC Q200 針對無源(Possive Device)元件的要求

當(dāng)然我猜想很多人還會說,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上忍。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)谎脯,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))丁寄,而非是直接針對組成這些組件的電子元件的要求(電阻喻圃,電容,三極管猎荠,芯片等)坚弱,雖然它的要求是可以用來參考對下級元件的選型,但作為電子元件測試等來說還是非常的不合適的关摇。當(dāng)然我個(gè)人對其它的整車廠的可靠性標(biāo)準(zhǔn)了解也有限荒叶,不知道是否有車廠有直接的基本電子元件的標(biāo)準(zhǔn),歡迎知道的朋友進(jìn)行補(bǔ)充输虱。

車規(guī)的驗(yàn)證

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

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

原因很簡單,樣本數(shù)量太少測試的項(xiàng)目并不充分。對于半導(dǎo)體這種大批量制造的元件胸蛛,通過少量的樣本的測試來確定其可靠性污茵,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)證測試項(xiàng)目葬项,也就可以看出差別泞当。

哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求高?

車規(guī)和工規(guī)民珍,誰的要求高襟士。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)順序嚷量。工業(yè)是個(gè)很寬的范圍陋桂,也遇到的環(huán)境和可靠性需要也是差異巨大的〉埽可以想象得到比如一個(gè)大型工業(yè)設(shè)備的可靠性要求絕對不會比汽車要求低嗜历。(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遠(yuǎn)超汽車的要求抖所,并不能簡單的說工規(guī)要求就比汽車低梨州。

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部蛇?

首先就是貴摊唇,體系要求高,開發(fā)驗(yàn)證花費(fèi)大涯鲁,產(chǎn)量低導(dǎo)致成本高出消費(fèi)電子一大截巷查。相對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抹腿,玩電子的人都知道發(fā)展到今天岛请,電子元件相當(dāng)?shù)呢S富,做相同功能的產(chǎn)品可以有多種方案警绩,復(fù)雜度可能差異巨大崇败,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肩祥。

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

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

1刮吧、僅僅是沒有得到相關(guān)的認(rèn)證湖饱,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)證杀捻。如果屬于這種情況風(fēng)險(xiǎn)相對較小井厌。

2、這點(diǎn)是很重要的一點(diǎn)水醋,就是元件和系統(tǒng)的關(guān)系旗笔。系統(tǒng)的性能和可靠性是由下一級的電子元件來構(gòu)成的,所以在同樣的設(shè)計(jì)下拄踪,使用非車規(guī)的元件產(chǎn)品肯定要差蝇恶。但好的設(shè)計(jì),可以降低元件的性能要求惶桐,一個(gè)保護(hù)措施設(shè)計(jì)完善并能做到元件失效對系統(tǒng)影響輕微設(shè)計(jì)撮弧,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)工藝限制的影響姚糊,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)要求贿衍。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救恨。這種情況可以分為兩類

a 該功能的安全要求高贸辈,不能接受偏差。例子: 緊急呼叫的E-CALL 功能肠槽,為保證該功能擎淤,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秸仙,按照某些公司的ASILI(ISO26262)評級嘴拢,要求達(dá)到B級。而我們知道電池要做到-40度時(shí)保持高性能是很困難的寂纪。所以有公司的解決方案就是在電池上包上加熱電阻絲席吴,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)來看不合格捞蛋,但作為零件總成孝冒,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)系拟杉。

b 該功能一般不涉及安全迈倍,可以考慮接受偏差。如娛樂系統(tǒng)的液晶屏捣域。在低溫時(shí)可能顯示的響應(yīng)和光學(xué)性能都會下降啼染。但這種情況會被打部分工程人員接受下來。

3焕梅、 一些“膽大”心不細(xì)的人迹鹅,出于某些想法,如降低成本贞言,或者可以獲得更好的性能斜棚,并僅想通過小數(shù)量的樣本,在較短時(shí)間來進(jìn)行驗(yàn)證其性能和可靠性该窗,這種情況我只能說以后的事情靠人品了弟蚀,誰都不清楚會發(fā)生什么。

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