0

1
0

文字

分享

0
1
0

如何因應 AEC-Q006 新規?車用銅線可靠度驗證變更全解析

宜特科技_96
・2025/10/25 ・4926字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文轉載自宜特小學堂〈工程師該補強這 4 招,AEC-Q006 銅線封裝驗證流程大升級〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

車用 IC 銅線封裝驗證流程大升級,長達 18 頁的AEC-Q006 改版條文太燒腦?別擔心,本篇懶人包讓你畫重點。無論你是設計、材料、製程、封裝、測試工程師、可靠度主管,還是驗證負責人,快速掌握新版 AEC-Q006 四大關鍵變更

在半導體封裝流程中,「打線鍵合」(Wire Bonding)是晶片和導線架(Lead Frame)進行電氣連接的主要技術,而打線材料的主角,以金與銅為大宗。隨著金價節節高升,低成本又具備高導電性的「銅線」逐漸崛起,適用於高密度與高功率的優勢,讓銅線技術廣泛應用於車用IC與車用功率模組中。

然而,銅線本身易於氧化,故在製程中須特別控制鍵合環境與表面潔淨度,以確保鍵合品質穩定。 此外,鍵合處在高溫、高濕度與熱機械應力條件下的長期可靠性亦為關鍵,銅線鍵合界面易產生劣化、微結構變異與疲勞失效,進而影響模組的電氣穩定性,所以需要透過加速壽命測試與材料選擇,確保其符合車規應用之耐久性與安全性要求。

因此,AEC 在 2025 年六月底推出了 AEC-Q006 重大改版(Rev. B 版),不僅強化了對銅線材料與製程變更的驗證要求,也全面更新實驗與分析項目,提升可靠度評估的嚴謹度。根據宜特觀察,市場已開始行動,多家車用晶片已著手進行銅線製程的升級驗證。這場驗證升級戰,你準備好了嗎?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

AEC-Q系列有六大家族成員,分別是 AEC-Q100(IC 晶片)、AEC-Q101(離散元件)、AEC-Q102(離散光電元件)、AEC-Q103(微機電系統)、AEC-Q104(MCM 多晶片模組)以及 AEC-Q200(被動元件)。這次要關注的雖非上述六大家族成員,卻是車用IC導入銅線技術的關鍵驗證標準 AEC-Q006。

AEC 是什麼?

AEC是於1990年由克萊思勒、福特汽車、通用汽車組成的組織,目的是要建立通用的汽車零件可靠度測試方法與品質系統標準。此協會全球僅93家為合格會員,皆是全球在汽車各領域翹楚,包括全球前10大的 Tier1 供應商 APTIV、BOSCH、CONTINENTAL、DENSO、MAGNA、ZF等,以及前10大的車用晶片 Tier 2 供應商 INFINEON、INTEL、NVIDIA、NXP、QUALCOMM、STM、TI等,而 Tier 3 供應商(也就是協助 Tier 2 的服務公司)則包含 TSMC、UMC、GF、Amkor 皆為其成員。

宜特於2022年底正式成為AEC會員。自 2015 年發表以來,AEC-Q006 陪伴產業走過十年歷程,成功讓銅線從早期的風險材料,轉變為汽車先進互連的可靠選項。隨著數百次驗證及低故障率數據支持,AEC-Q006 大幅強化了車用 IC 對銅線技術的信心。2025 年 6 月底上路的 AEC-Q006 Rev. B 版本,從過去十年大量驗證經驗的積累,進一步優化銅線驗證流程,讓元件在「更操、更嚴苛」的環境下也能確保穩健性裕度,同時驗證條文更清楚易懂,幫助工程師順利上手。

本期的宜特小學堂要來聊聊最新上路的 AEC-Q006 Rev. B 改版重點!別小看這次更新,它不只是條文微調,而是針對銅線封裝的可靠度驗證大升級 —— 從驗證流程、測試門檻到祖父條款的界定,全面強化可靠度評估的深度與一致性。想知道工程師們未來會多出哪些工作?改版又會對整體設計驗證流程帶來什麼衝擊?本文幫你整理 AEC-Q006 Rev. B 的四大變更重點,掌握新版規範背後的真正意圖。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

ACE-Q006 Rev.B 更新重點

一、重新定義「祖父條款」適用條件

在車用IC可靠度驗證標準持續演進的背景下,祖父條款(Grandfather Clause)扮演著平衡技術創新與既有產品穩定性的關鍵角色。AEC-Q006 Rev. B版本對祖父條款重新表述,明確界定其適用邊界,避免濫用或誤解。允許某些既有產品在符合特定條件下,可豁免重新驗證,但不得適用於不同技術家族的新產品。例如:若供應商在AEC-Q006發布前已完成銅線技術系列的車用驗證,並具備穩健性與可靠度證據,且生產過程無相關問題,即可免除重新驗證程序。

二、明確界定「需重新驗證」的變更類型

根據AEC-Q006標準,當元件設計、製程或材料發生變更,且可能影響銅線互連可靠度時,就必須重新評估是否需執行相關測試項目。以下列出常見需關注的變更類型但不限於:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 改變鍍層材料或焊盤結構:此類改變可能影響鍵合界面反應與附著力
  2. 更換銅線規格(直徑、材質):不同線徑或合金成分會改變鍵合行為與熱機械性能
  3. 改變封裝架構或模塑料(Mold Compound):影響熱膨脹係數與應力分佈
  4. 改變鍵合方式(Ball / Wedge Bond):不同鍵合技術對焊盤與線材的要求不同
  5. 轉移封裝廠或製程條件異動:如溫度、壓力、清潔度等的變動,皆可能影響到鍵合品質

這些變更若未經評估,可能導致鍵合不良、壽命縮短或故障模式改變。因此在設計變更或製程轉移階段,應主動啟動變更評估流程,並依據 AEC-Q006 測試項目進行驗證。

三、技術系列驗證更完整,提升一致性、減少不必要重工

為提升「不同廠、不同製程條件的銅線封裝產品」的可靠度一致性,與技術家族資格認定驗證效率,這次改版著重鍵合點(Stitch)驗證、導入批次驗證機制,提升製程穩定性、差異驗證流程適度簡化,以兼顧效率與風險控管。

  1. 不同導線架?要多驗一次!
    如果在相同系列產品中換了不同的導線架(Lead Frame),應執行「鍵合點(Stitch)」可靠度驗證,確保結構不同也不會影響鍵合品質。
  1. 導入「四批次驗證」機制,確保製程穩定性
    若封裝廠使用的是「完全複製(Copied Exactly)」的生產線,就需要做四個批次(4 lots)的驗證,才能確認沒有潛在風險、製程一致且穩定。
  1. 晶粒小很多?驗證可以簡化!
    當新元件的晶粒對角線尺寸小於既有參考元件的 115%(參考元件指已通過 AEC Q 驗證),差異驗證項目可簡化為只執行一批次樣品的溫度循環測試(Temperature Cycling Test,簡稱 TCT),確保在熱應力條件下的可靠度穩定性,測試範圍限於 AEC-Q006 表 3 的第 1 到第 10 項測試(請參照本文表一)。

四、資格驗證流程大翻修!測得更準、也更有效率

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這次 AEC-Q006 Rev. B 針對整體銅線封裝的驗證測試流程做了一次大升級。調整測試計畫,擴充物理分析項目並明確界定封裝材料與熱機械失效風險,強化測試嚴謹度。抓出「高應力環境下鍵合處可能出現的異常」,同時讓工程師執行起來更具彈性並提升驗證效率。

  1. 取消功率溫度循環測試(Power Temperature Cycling Test,簡稱 PTC)
    PTC(Power Temperature Cycling)測試,主要失效機制是源自於晶片內部的溫度梯度,然而,對於採用銅線架構的元件而言,其所承受的應力相較於傳統溫度循環測試(Temperature Cycling Test,簡稱TCT)所產生的熱應力顯著較低。並且在考量產品設計成熟度與歷史數據支持的情況下,因此取消這個測試項目。
  2. 提供兩種驗證方案
    AEC-Q006 Rev. A包含大量的分析性測試,是作為銅線劣化狀況之觀測與判定依據,但 Rev. B 已可利用下述兩種驗證方案預測合理且具可比性的裕度。
    • 一倍應力(1x stress)方案:確保元件在預期使用年限內具備穩定性與可靠度。
    • 兩倍應力(2x stress)方案:視為風險緩解措施(risk mitigation)。此措施如同「超前部署」,透過更嚴格的測試,預防日後可能出現的異常,把風險降至最低。
    • 但不管你選哪一種方案,通過 ATE (Automatic Test Equipment)驗證都是必要條件,不能省略。

測試驗證流程由 17 項應力試驗與物理分析項目(表一)所構成,依序執行以全面評估。可透過以下流程圖(圖一),快速掌握各項測試順序與對應分析手法。

圖一:驗證方案流程圖。圖片來源/宜特科技
表一:AEC-Q006 文件中的應力測試表(原文件表 3)。圖片來源/宜特科技

根據表一,如果元件已經順利通過第 13 項的 ATE 測試,則第 14 到第 17 項的分析性測試可選擇性執行,不是硬性規定。不過AEC協會還是建議供應商應視實際狀況評估,必要時仍需要進一步分析,確認產品的可靠度和製程穩定性。

這些分析性測試(像是物理分析、結構分析、失效模式評估等),主要是協助識別影響可靠性性能的潛在邊際性風險。至於是否要執行、怎麼執行,應該由供應商根據每個案件自行判斷,並訂出相應的技術標準與決策依據。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

至於要準備多少測試樣品?就要看你選哪一種驗證方案來決定。第 8 至第 11 項的測試樣本數,可以作為第 14 至第 17 項的參考依據。

圖二:AEC-Q006 應力試驗與物理分析項目改版前後。圖片來源/宜特科技
  • 若想看 AEC-Q006 完整文件,請點此

ACE-Q006 Rev.B 常見問題(FAQ)

Q1:AEC-Q006 是什麼?和 AEC-Q100 有什麼不同?
A:AEC-Q006 是針對車用 IC 使用銅線封裝技術的專屬驗證規範,補充在 AEC-Q100 之外。它特別強調銅線的可靠度與風險評估,確保即使在車用環境下(高溫、高濕、震動)仍具備長期穩定性。

Q2:這次 AEC-Q006 Rev. B 改版的主要目的與重點是什麼?
A:本次改版是在大量實務驗證經驗上調整流程,提升驗證效率、強化穩定性與可理解度,主要四大變更包括:祖父條款定義更清楚,避免濫用;變更條件更明確,哪些材料/製程變更必須重新驗證;技術系列驗證強化,新增批次與鍵合點驗證;測試計畫更新,取消部分冗測並導入新驗證邏輯。

Q3:如果我公司產品之前就完成過銅線車用驗證,還要重新做嗎?
A:不一定。如果你的產品在 AEC-Q006 正式發表前就通過銅線封裝驗證,且生產過程無異常,可適用祖父條款免除重驗。但若有變更(如材料、線徑、封裝架構),仍需重新評估是否要驗證。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

Q4:哪些變更會觸發重新驗證?
A:常見需要重新驗證的變更包含但不限於:鍍層材料或焊盤結構改變、銅線規格(如線徑或合金)不同、封裝廠變更或製程異動、使用不同導線架或 Mold 模塑料、鍵合方式改變(Ball/Wedge Bond)。

Q5:新版本增加哪些測試?又取消了哪些?
A:取消了 Power Temperature Cycling(PTC)測試,因其對銅線架構元件的應力有限。新增了以「1 倍應力 vs 2 倍應力」分流的彈性驗證方案,提升效率;物理分析項目也更完整,幫助發現潛在問題。

Q6:「一倍應力」和「兩倍應力」驗證是什麼意思?
A:簡單來說,「一倍應力」模擬實際產品壽命需求;「兩倍應力」則是為了提高安全係數的加嚴測試。工程團隊可依需求選擇,但都需通過ATE測試確認功能可靠。

Q7:現在技術系列驗證是否變更?是不是更麻煩?
A:驗證要求變得更完整但也更有彈性,如晶粒尺寸在合理範圍內可簡化測試批次(TCT 做 1 lot 即可),若導入 Copied Exactly 線,也有明確四批次驗證機制。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

Q8:這次修訂對工程師有什麼影響?
A:必須更清楚了解製程/材料變動的驗證條件、測試項目與樣品準備須更細緻、對物理分析與失效模式評估要求提高,需更多跨部門配合(如FA團隊)。

Q9:宜特在這次 AEC-Q006 改版中扮演什麼角色?
A:宜特(iST)是亞洲首間 AEC 協會會員實驗室,不只是使用規範,更參與規範的討論與制定,能第一時間掌握改版重點並協助客戶規劃最佳驗證策略。


這次 AEC-Q006 的修訂,不只呼應銅線逐漸取代金線的趨勢,也針對車用電子在極端環境下的可靠度驗證機制再升級。從宜特這幾年觀察到的驗證需求來看,現在有越來越多車用 IC 開始導入或完成銅線封裝的可靠度測試,代表市場接受度正在提升。不過銅線本身的風險依然存在,還是得嚴格把關,才能確保長期穩定、安全無虞。

宜特科技作為 AEC 協會亞洲首家認可的實驗室會員,不只使用規範,亦參與 AEC 規範的制定,我們將持續關注車電驗證趨勢與國際規範演進,協助業界更快掌握實務重點,降低導入風險、提升驗證效率。若您喜歡這類產業解讀內容,歡迎追蹤宜特科技臉書,掌握第一手科技新知!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

宜特科技_96
26 篇文章 ・ 6 位粉絲
我們了解你想要的不只是服務,而是一個更好的自己:) iST宜特自1994年起,以專業獨家技術,為電子產業的上中下游客戶, 提供故障分析、可靠度實驗、材料分析和訊號測試之第三方公正實驗室

0

0
0

文字

分享

0
0
0
AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
車用晶片要求超嚴格!沒有工廠的IC設計公司,該怎麼讓一線車廠點頭買單?
宜特科技_96
・2026/06/26 ・3664字 ・閱讀時間約 7 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

想打入熱門的車用半導體供應鏈,對沒有自家晶圓廠的 IC 設計公司來說,最大的挑戰就是:如何向一線車廠證明自家的晶片具備零缺陷(Zero Defect)的頂級品質?答案就藏在 AEC-Q004 車用零缺陷框架裡!只要掌握這套品質管理核心,沒晶圓廠也能脫穎而出,順利拿到進軍車用供應鏈的黃金門票。

本文轉載自宜特小學堂〈 IC設計如何進入車廠供應鏈?一次搞懂 AEC-Q004 車用零缺陷框架〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

點此觀看宜特影片

近年來,車用半導體市場熱度持續發燒,許多 IC 設計業者(Fabless)都想搶攻這塊大餅。然而,在傳統消費型電子中,設計歸設計、製造歸製造。但在車用晶片(Automotive IC)領域,一點點微小的瑕疵(Defect)都可能導致嚴重的安全事故,跨入車規市場的門檻可說極高。

自 2018 年起,以 BMW、Volkswagen、Audi 為首的歐系車廠開始積極推動「零缺陷(Zero Defect)」理念,要求半導體供應鏈從設計、製造到測試皆須以風險思維貫穿。Tier 1 供應商與車廠OEM(Original Equipment Manufacturer,原始設備製造商)對產品可靠度與異常回覆速度的要求亦不斷提升,車用晶片不僅要能滿足長達 15 年(或約 1 萬小時以上)的壽命要求與 -40°C 至 +125°C 的極端溫度考驗,還需應對嚴格的外包供應鏈追蹤與客戶稽核。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

具備設計與製造一條龍能力的 IDM(Integrated Device Manufacturer,整合半導體元件製造商),因擁有自家晶圓廠,通常已取得IATF 16949 這張認證,也就是進入汽車供應鏈的「門票」;但對於沒有晶圓廠的 IC 設計業者(Fabless)來說,在缺乏自有製程的情況下,該如何向車廠證明自己的產品具備車規級的零缺陷品質呢?

這時候,AEC-Q004《Automotive Zero Defect Framework》(車用零缺陷框架)就是幫助大家順利通關的終極武器!它可解決「設計和製造溝通斷層」的問題,讓供應鏈上下游能用同一套邏輯說話。本文將帶大家搞懂,如何透過 AEC-Q004 的框架,在產品交付給客戶前,把所有潛在的失效因子通通攔截下來。讓 IC 設計公司能從「被動應付測試」轉向「主動品質管理」,正式從消費級晶片商升格為車規級供應商。

自 2018 年起,歐系大車廠(如 BMW、Volkswagen、Audi)開始強力推動零缺陷(Zero Defect)的品質文化。為了具體落實這個目標,AEC 在 2020 年發布了 AEC-Q004。
AEC-Q004 並非用來取代既有標準,而是作為 AEC-Q100 等車用元件可靠度驗證標準的延伸品質指南,用以補強車用半導體在量產階段(Production Phase)的 Zero Defect 管理機制。

在實務上, AEC-Q004 常與下列體系共同運作:AEC-Q100 / Q101 / Q102(元件可靠度驗證)、IATF 16949(汽車供應鏈品質管理系統)、ISO 26262(功能安全要求)(衍生閱讀:了解三大面向,順利取得IATF 16949汽車品質管理系統證書最新車規AEC-Q100改版速讀 揭示車用晶片可靠度驗證關鍵

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
AEC-Q004 Zero Defect 六大管理面向。圖/宜特科技


AEC-Q004將車廠極度要求的「零缺陷」文化,具體化為好懂的「六大管理面向(industry interpretation)」,包含:設計防錯、外包製程監督、測試與良率分析、應用程度評估、持續改善,以及問題解決。這六大管理面向能對應到 IATF 16949 的核心工具(如 FMEA、SPC、PPAP 等),成功消除了「設計端」與「製造端」之間的斷層。(衍生閱讀:車規最新 探索AEC-Q004零缺陷的世界

彙整 AEC-Q004 六大管理面向與 IATF16949 核心工具之對應關係。圖/宜特科技

宜特科技指出,AEC-Q004 的「統計防錯」基礎也跨度整合了 AEC-Q001 (Part Average Testing, PAT) 與 AEC-Q002 (Statistical Yield Analysis) 兩項核心規範,用來過濾異常樣本(Outlier)與管控異常良率批次(SYL、SBL),確保隱性不良品不會流入車廠。

有了這套標準,再加上 ASP 外包治理機制,即使是沒有自有工廠的 IC 設計業者(Fabless),也能無縫對接代工廠(Foundry)與封測廠(OSAT)。宜特
專家團隊認為,這不僅能確實滿足車規嚴苛的壽命與可靠度要求,更能帶領企業穩健邁向系統化的零缺陷管理。

AEC-Q004 零缺陷實施架構。圖表的左半邊(產品設計階段)做得愈紮實,右半邊(預防失效)的成效就愈顯著。圖/AEC-Q004

(一) 三層防錯架構:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

根據我們的實務驗證經驗,AEC-Q004 為了將零缺陷管理從設計端一路延伸至量產與改善階段,特別將六大管理面向(industry interpretation)橫向展開,並縱向打造了「三層防錯架構」,形成一個從實體特徵、電性行為到統計監控的全流程風險防控循環:

  1. 實體層(Physical):
    關注物理與結構上的控制,包含製程能力、SPC(統計製程管制)、OCAP(異常行動計畫)。
  2. 電性層(Electrical):
    確保電性行為符合預期,包含 EDS (Electrical Die Sort,晶圓針測) 與 Test Coverage(測試覆蓋率)。
  3. 統計層(Statistical):
    運用強大的數據分析抓出隱形瑕疵,包含 PAT、SBL、SYL 以及異常樣本管控(Outlier Control)。

為了讓大家更好理解這套立體的防護網,AEC 建立了一個清晰的交叉矩陣,確保六大管理面向(industry interpretation)在每個層次都能被徹底落實。

AEC-Q004 三層防線 × 六大管理面向(industry interpretation)交叉矩陣 (符號說明:● 主要關聯 / △ 次要關聯 / ○ 輔助關聯) 。圖/宜特科技

(二) 跨標準的「統計攔截失效機制」:

在這三層防線中,最核心且最具威力的就是「統計層」。簡單來說,就是透過統計數據來抓出潛在的不良品。AEC-Q004 為了有效防堵失效,特別跨度整合了 AEC-Q001 與 AEC-Q002 兩項核心規範,建立起強大的「統計防錯機制」,精準過濾異常批次與產品:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. PAT(Part Average Test)抓出異常樣本(Outlier):
    在同一批晶片中,即使某顆晶粒的測試數據「符合規格」,但若其電性參數 明顯偏離該批次的統計分佈(statistical distribution),仍可能被判定為 Outlier 並予以篩除。透過這種 Outlier Screening(PAT),可提前攔截可能導致早期失效(Early Failure) 的潛在不良晶粒流入車廠。
  2. SYL(Statistical Yield Limit)剔除低良率批次:
    當某批次整體的測試 bin 分佈或良率表現明顯偏離長期統計趨勢(例如低於統計下限) 時,即可能觸發 SYL (Statistical Yield Limit) 機制。這代表該批產品可能存在製程、材料或設備異常,因此必須啟動調查並可能暫停出貨,以避免潛在缺陷流入車廠。
  3. SBL(Statistical Bin Limit)調查假性高良率:
    當某個測試 bin 的比例異常增加(高於統計上限)時,可能代表測試條件設定異常、測試覆蓋率不足,或潛在缺陷未被正確篩出。此時需啟動 SBL(Statistical Bin Limit)調查,以確認是否存在測試逃逸(Test Escape)或測試條件偏移的風險。透過這套結合了實體、電性與統計攔截的「防錯機制」,半導體業者就能有效拉起防線,將不良品阻絕於車廠之外。

宜特長期觀察發現,在實務上,許多車廠會要求 Fabless IC 公司建立 Automotive Service Package(ASP),以確保代工廠(Foundry)與封測廠(OSAT)的製程與品質管理符合車用品質要求。

身為 IC 設計公司,產品需要交由代工廠(Foundry)與封測廠(OSAT)生產。為了確保代工製程符合車規的穩健性,建議業者必須依循 AEC-Q004 要求,建立完善的 ASP (Automotive Service Package) 制度。

透過設計–製造–測試的「三層防線(實體層、電性層、統計層)」,IC 設計業者可以嚴格監督外包夥伴。例如:要求代工廠的製程能力指標 Cpk 必須大於等於 1.67、強制實施 OCAP(異常行動計畫)與 PAT 統計攔截,並且簽訂車用品質協議(Automotive Quality Agreement)以釐清品質責任。

車用ASP 與商用製程差異對照表。圖/宜特科技

隨著 Tier 1 與車廠對可靠度的要求越來越高,AEC-Q004 已經成為 IC 設計業者跨入車規市場、與車廠對話的關鍵橋樑。它不僅僅是一份文件,更是一個強大的協同機制。只要掌握了這套零缺陷的通用語言,沒有晶圓廠的 IC 設計公司也能以「設計防錯、製程監督、統計防錯」三位一體的方式,成功打入車用半導體供應鏈。
我們建議往零缺陷方向努力的供應商,通過 AEC-Q100 只是起點,能通過車廠對「零缺陷」的嚴苛稽核才是真正的考驗。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文出自 www.istgroup.com

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

宜特科技_96
26 篇文章 ・ 6 位粉絲
我們了解你想要的不只是服務,而是一個更好的自己:) iST宜特自1994年起,以專業獨家技術,為電子產業的上中下游客戶, 提供故障分析、可靠度實驗、材料分析和訊號測試之第三方公正實驗室

0

2
0

文字

分享

0
2
0
進軍太空產業!SpaceX 啟航,台灣太空中心佈局低軌衛星供應鏈——當商用電子產品從地面上太空,必經哪些環境測試?
宜特科技_96
・2024/12/02 ・4779字 ・閱讀時間約 9 分鐘

低軌衛星引爆全球商機,全球太空經濟在 2040 年預計突破 1 兆美元,許多國家跟科技大廠都加速投入太空市場,台灣也成立太空國家隊。但面對火箭與太空環境嚴苛的考驗,如何在地面模擬測試,使產品能在軌道順利運行?

本文轉載自宜特小學堂〈從地面到太空 商用衛星電子零組件必經的測試〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

點擊圖片收看影片版

自從 1957 年第一顆人造衛星發射後,現今已有近萬顆衛星在太空飛行,並且數量持續增加中。衛星已經跟我們的日常生活密不可分,例如地圖導航、實況轉播等,另外.俄烏戰爭中使用「星鏈」衛星通訊連網,台灣也在今年四月的花蓮地震首次使用低軌衛星技術,協助災區通訊。因此,發展衛星科技除了民生用途,也深具國家安全考量。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

台灣從 2019 年到 2029 年,於第 3 期「國家太空科技發展長程計畫」投入超過新台幣 400 億元,進行低軌通訊衛星的研製、規劃國家發射場與人才培育。工研院估算,至 2030 年全球每年將發射 1,700 顆衛星升空,屆時將創造至少 4,000 億美元的產值。根據美國衛星產業協(Satellite Industry Association)預計,全球太空經濟在 2040 年更有望突破 1 兆美元,其中衛星產業占比上看 88%,達 9,252 億美元。

衛星按軌道高度可分成低軌(LEO<2,000 Km)、中軌(MEO<10,000 Km)以及地球同步軌道衛星(GEO~35,800 Km),重量從幾公斤到數百公斤不等,其中 SpaceX Starlink 低軌通訊衛星近年轉商業化,開啟了新太空經濟模式。另外立方衛星(CubeSat)造價門檻相對低,成為切入衛星技術研究的熱門標的。衛星產業鏈日趨成熟,以及衛星發射和製造成本的降低,帶來龐大的太空商機,相應的電子零組件需求亦隨之增加,讓不少廠商對邁向太空市場摩拳擦掌。

衛星依據軌道高度的分類。圖/宜特科技

衛星是由幾個次系統整合而成,包含姿態控制、電力、熱控、通訊、推進和酬載(Payload)…等。例如遙測衛星(Remote Sensing Satellite),它的功能是繞地球軌道拍攝照片,其中姿態控制次系統使鏡頭能維持對著地球方向;影像感測器則是攝取影像的酬載,電力次系統負責電力儲存與電源管理,最後將照片透過通訊次系統傳回地面。

衛星內部有我們熟知的各種電子零組件,正統太空規的電子零組件要價不斐,且某些零件因各國管制政策不易取得,而商用現貨(Commercial Off-the-Shelf,簡稱 COTS),例如電腦、手機和汽車採用的電子零組件,價格親民、性能良好,供貨也較充沛,近年採用 COTS 執行太空任務是相當熱門的趨勢。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
衛星的次系統。圖/宜特科技

那麼,COTS 電子零組件要上太空,必須經過哪些驗證測試?本文將從火箭發射環境、太空環境,逐一說明 COTS 欲跨入太空應用將面臨的挑戰和驗證測試方式。

3.2.1 發射!火箭發射對電子零組件的影響

1. 振動測試

衛星在地面製造組裝,需考量溫度、濕度、粉塵汙染等影響;組裝好的衛星搭乘火箭從地面發射,首先會承受火箭的劇烈振動,振動測試機可以在地面模擬火箭發射,以垂直與水平方向進行振動測試。不同的火箭有不同的振動大小,例如美國 SpaceX 獵鷹重型火箭的振動測試參數,以每秒鐘 10~2,000 次的振動頻率,重力加速度到幾十倍,振動測試可用來確認衛星或電子零組件在經歷發射過程仍能正常運作。

美國 SpaceX 獵鷹重型火箭發射。圖/p.7, SPACE X FALCON USER’s GUIDE, August 2021

立方衛星振動測試。圖/Sat Search

2. 音震測試

火箭發射過程會產生音震(Acoustic Noise),尤其是面積大且薄的零件,特別容易受音震影響,例如太陽能電池板,天線面板等。音震可能會使這些零件破裂、機構損壞、功能異常。音震艙就是用來模擬火箭所產生的音震,測試時將液態氮汽化,此時液態氮體積會瞬間膨脹數百倍產生巨大壓力,再經由喇叭將氣流動能轉為聲波導入音震艙,測試音震艙內的衛星或零件。

音震艙測試。圖/European Space Agency

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

3. 衝擊測試

當火箭離開地面抵達一定的高度時,各節火箭引擎開始陸續分離,接著整流罩展開釋放衛星入軌,這些過程都會產生衝擊(Shock),對衛星內部零件的焊接點、晶片,或其他脆性材料都是嚴苛的考驗。因此需要在地面先進行衝擊測試,了解衛星與其電子零組件對巨大衝擊的耐受程度。

火箭整流罩打開釋放衛星。圖/German Aerospace Center 

衝擊測試。圖/金頓

4. 電磁相容性測試

此外,因為各種電子零組件集中在火箭狹小空間內,衛星跟火箭之間的電磁干擾可能會影響任務,因此衛星在發射前也需經過電磁相容性測試(EMC),確保衛星所使用的電子零組件不會與火箭之間互相干擾。

電磁相容性測試。圖/ European Space Agency

  1. 熱真空循環測試

低軌衛星以每秒七公里的時速飛行,大約九十分鐘繞行地球一圈,衛星繞軌飛行處於真空環境,同時也會面臨溫差挑戰,當衛星被太陽正面照射時,其溫度高達攝氏 120 度,遠離太陽時,溫度可能低到零下 120 度。另外,真空環境可能使電子零組件因散熱不良燒毀,真空低壓也會造成零組件材料分解、腔體洩漏(Leak),或是零組件釋氣(Outgassing)產生汙染。

熱真空循環測試(Thermal Vacuum Cycling Test)可模擬太空環境真空狀態與溫度變化,測試時會將衛星或電子零組件架設於極低壓力的真空艙內,再經設備以輻射、傳導方式對衛星或電子零組件升降溫以模擬太陽照射,此時衛星或電子零組件處於通電運作狀態,須即時監控觀察其功能是否正常。熱真空循環通常測試為期一週甚至更長,也是衛星或電子零組件常見的失效項目。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

熱真空艙測試。圖/TriasRnD

  1. 輻射測試

少了大氣層的保護,電子零組件在太空環境會直接面對輻射的衝擊。以地球軌道而言,輻射環境包含輻射帶(Van Allen Belts)、銀河宇宙射線(Galactic Cosmic Rays,簡稱GCR)以及太陽高能粒子(Solar Energetic Particles,簡稱SEP),這些輻射環境充斥大量的電子、質子,以及少數的重離子(Heavy Ion)等,若擊中衛星的電子零組件可能造成資料錯亂(Upset)、當機,甚至永久性故障。衛星在軌道運行壽命短則幾個月,長則數十年,衛星在軌道運行時間越長,受輻射衝擊影響就越大。

地球軌道輻射環境。圖/宜特科技

輻射對電子零組件的影響有以下三大類:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

太空輻射對電子零組件的三大效應。圖/ESA

  1. 總電離劑量效應(Total Ionizing Dose Effect,簡稱TID)

電子零組件在太空環境長期累積大量質子與電子輻射是 TID 效應的主因, TID 會造成 MOS 電晶體 Threshold Voltage 緩慢飄移,零件漏電因此逐漸增加,漏電嚴重時則會導致零件燒毀。衛星可視為大型的無線行動裝置,依賴太陽能蓄電,電力相當珍貴,若衛星內諸多的電子零件都在漏電,將造成衛星電力不足而失聯或失控。

  1. 位移損傷效應(Displacement Damage,簡稱DD)

質子對電子零組件會產生另一種非輻射效應,稱為位移損傷效應(DD),屬長期累積大量質子的物理性損傷,質子會將半導體零件內的矽原子打出晶格外,形成半導體的缺陷,零件漏電也會逐漸增加,其中光電零件對 DD 效應較敏感,例如影像感測元件,DD 會造成影像品質降低,另外也會使衛星使用的太陽能電池(Solar Cell)轉換效率下降。

  1. 單一事件效應(Single Event Effect,簡稱SEE) 

TID 與 DD 可以看成慢性病,是電子零組件長期在軌累積大量質子與電子作用所造成的漏電效應,SEE 就是屬於急性症狀,隨機發生又難以預測。質子與重離子都會造成電子零組件的 SEE 效應,而重離子比質子更容易引發 SEE,太空環境的重離子數量雖然相對少,但殺傷力強,一顆重離子就可能使電子零組件當機或損壞。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

SEE 造成的故障可分成 Soft ERROR 與 Hard Error 兩大類。 Soft Error 的徵狀為資料錯亂、當機、功能異常等,重啟電路可恢復其運作,但若電子零組件對輻射很敏感,當機頻率過高則會影響任務執行,因此需以輻射測試評估其事件率(Event Rate)。Hard Error 則是永久性故障,例如重離子容易引發半導體零件栓鎖(Latch-Up)現象,若沒有對應機制,零件可能因大電流燒毀,因此 SEL (Single Event Latch-Up)是太空電子零件輻射耐受度最重要的指標之一。

單一事件效應的各種現象。圖/宜特科技

太空環境有各種能量的粒子,包含:質子、電子、重離子…,能量越高的粒子可穿透越厚的物質或外殼。低能量的粒子可被衛星外殼(鋁)阻擋,但衛星發射成本主要以重量計價,外殼厚度相當有限(通常為幾毫米厚的鋁材);而高能量的粒子則會穿透衛星外殼,影響電子零組件運作,因故使用於太空環境的電子零組件必定會被輻射影響,在上太空前必須經過輻射測試評估其特性。COTS 電子零組件,都有一定的抗輻射能力,但是必須經測試了解輻射耐受度是否適用於太空任務需求。

美國 NASA 的太空輻射實驗室。圖/NASA

COTS 電子零組件上太空前必須經過「發射環境測試」,包括模擬火箭發射時所產生的振動、音震、衝擊、電磁相容性測試,以及太空環境熱真空循環和輻射測試等,更多的測試項目就不一一細數,通過這些測試後,更重要的是取得「飛行履歷」(Flight Heritage),將產品發射上太空,若能成功執行各種任務,取得越多飛行履歷,產品的身價就越高,太空產業非常重視飛行履歷,飛行履歷也是產品的最佳保證書!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

宜特是亞洲最完整的太空環境測試第三方實驗室, 2019 年與國研院太空中心合作推動台灣太空產業發展。自 2021 年加入台灣太空輻射環境驗測聯盟以來,我們已完成多種電子零組件的輻射測試,涵蓋了類比、數位、記憶體、射頻等。我們將持續建構更完整的太空環境驗證測試能量,提供一站式服務。協助廠商可專注於產品的設計與製造。

本文出自 www.istgroup.com

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

宜特科技_96
26 篇文章 ・ 6 位粉絲
我們了解你想要的不只是服務,而是一個更好的自己:) iST宜特自1994年起,以專業獨家技術,為電子產業的上中下游客戶, 提供故障分析、可靠度實驗、材料分析和訊號測試之第三方公正實驗室