什么是「車規(guī)級」器件？

時間：2021-01-11 11:38:13

關(guān)鍵字：車規(guī)級器件

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[導(dǎo)讀]汽車電子產(chǎn)品的價格普遍比較貴，其中的主要原因之一就是使用了車規(guī)級的電子元件，但什么樣的電子元件才是車規(guī)級的器件呢？?

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

環(huán)境要求

溫度：汽車電子對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，因為沒有哪個汽車產(chǎn)品要求可以這么低）。

舉例：

發(fā)動機周邊：-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電子產(chǎn)品要求。

振動，沖擊

汽車在運動的環(huán)境中工作，會相關(guān)很多產(chǎn)品來說，遭遇更多的振動和沖擊。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，我來換個其它方式來說明一下：

1. 設(shè)計壽命：一般的汽車設(shè)計壽命都在 15 年 20 萬公里左右，遠大于消費電子產(chǎn)品壽命要求。

2. 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，從動力總成到制動系統(tǒng)，都裝配了大量的電子裝置，每個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，那么要保證整車達到相當?shù)目煽啃?，對系統(tǒng)組成的每一個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)進入到了一個大規(guī)模生產(chǎn)的階段的，一款車 1 年可以生產(chǎn)數(shù)十萬輛，所以這對產(chǎn)品質(zhì)量的一致性要求就非常高了。這在早些年對于半導(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)商和國際知名供應(yīng)商的最大差異。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。

再來看幾點其它的需求：

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，但相對消費產(chǎn)品來說，在體積和功耗上還相對可以放松，一般使用的封裝較大，以保證有足夠的機械強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，但汽車還是一個耐用的大件商品，必須要保持相當長的時間的售后配件的供應(yīng)能力。同時開發(fā)一個汽車零件需要投入大量的驗證工作，更換元件帶來的驗證工作也是巨大的，所以整車制造企業(yè)和零部件供應(yīng)商也需要維持較長時間的穩(wěn)定供貨。

標準

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汽車零件的（對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，為解決這個問題就自然有一些規(guī)范標準出現(xiàn)，比較得到公認的就是 AEC 的標準：

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

當然我猜想很多人還會說，還有許多的整車廠的企業(yè)標準。但這點我也想來說一下我的理解。在我以前工作過的整車廠確實是有相關(guān)的一般可靠性要求的標準，但它考核的是一個完整的汽車組件(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。

車規(guī)的驗證

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

而我個人的看法是，這種方法并不太有效，因為這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，而不能確定其可以使用。

原因很簡單，樣本數(shù)量太少測試的項目并不充分。對于半導(dǎo)體這種大批量制造的元件，通過少量的樣本的測試來確定其可靠性，個人認為是非常的不靠譜的，這里我們也可以來看看 AEC Q100 進行的主要認證測試項目，也就可以看出差別。

哪個標準要求高？

車規(guī)和工規(guī)，誰的要求高。普遍的認為標準的高低順序是軍工 > 汽車 > 工業(yè) > 消費電子。但個人卻不能完全接受這個順序。工業(yè)是個很寬的范圍，也遇到的環(huán)境和可靠性需要也是差異巨大的。可以想象得到比如一個大型工業(yè)設(shè)備的可靠性要求絕對不會比汽車要求低。（比如一個大型電廠的關(guān)鍵設(shè)備），而同時環(huán)境的苛刻度也可能會遠超汽車的要求，并不能簡單的說工規(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)驗證花費大，產(chǎn)量低導(dǎo)致成本高出消費電子一大截。相對較高的門檻也使得存在較多的銷售溢價。

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?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，但有時為達到車規(guī)的要求，不得不放棄一些集成度高的方案。

還有一個比較明顯的壞處就是某些產(chǎn)品技術(shù)落后，大量的驗證工作影響到了新產(chǎn)品的上市速度，同時，芯片廠家一般的投放策略也是希望在消費電子市場上成熟后，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，當時在汽車市場已經(jīng)基本上是最好的產(chǎn)品了，但消費市場上 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

這個問題真是比較復(fù)雜，得從多個方面來判斷：
1. 僅僅是沒有得到相關(guān)的認證，但其實產(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)用驗證。如果屬于這種情況風(fēng)險相對較小。
2. 這點是很重要的一點，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的電子元件來構(gòu)成的，所以在同樣的設(shè)計下，使用非車規(guī)的元件產(chǎn)品肯定要差。但好的設(shè)計，可以降低元件的性能要求，一個保護措施設(shè)計完善并能做到元件失效對系統(tǒng)影響輕微設(shè)計，就有可能使用非車規(guī)元件做出更好的產(chǎn)品。
由于當前技術(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到所謂的車規(guī)要求。但為了實現(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）評級，要求達到 B 級。
而我們知道電池要做到 -40 度時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，在低溫時加熱它來保證性能，此時用單個元件的標準來看不合格，但作為零件總成，就可以滿足車廠的標準要求。這也可以看出整車廠的企業(yè)標準和元器件標準之間的關(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。在低溫時可能顯示的響應(yīng)和光學(xué)性能都會下降。但這種情況會被打部分工程人員接受下來。
3. 一些「膽大」心不細的人，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，在較短時間來進行驗證其性能和可靠性，這種情況我只能說以后的事情靠人品了，誰都不清楚會發(fā)生什么。

來源：本文內(nèi)容及圖片來源于公眾號AutoIO，謝謝。