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深度解析汽车电子零部件质量管理系统与规范

日期:2020-01-23 16:32

  随着新能源汽车的日益普及,汽车行业内对汽车电子的安全性要求提出了更高的要求。在这个产业链中,在汽车生产系统通常都是质量第一,功能第二。其中整车零部件与汽车操控系统的安全性息息相关。每个零部件都需要达到最高的质量与可靠性,甚至实现零缺陷(Zero Defect)的理想状态。

  汽车零部件及相关产品的最大推动力往往不是先进的技术,而更多的是质量的水平;而质量的提升需要严格管控程序来实现。目前汽车产业的重要质量管理系统与相关规范包括由汽车电子设备委员会(Automotive Electronics Council, AEC)所提出的各项规范以及QS-9000和TS 16949等。另外零件提供商也会提出自己的规范,如ST的汽车等级认证(Automotive Grade Qualification)等。

  克莱斯勒、福特和通用汽车/Delco Electronics为建立一套通用的零件资质及质量系统标准而设立了汽车电子委员会(AEC)。AEC建立了质量控制的标准,同时,由于符合AEC规范的零部件均可被上述三家车厂同时采用,促进了零部件制造商交换其产品特性数据的意愿,并推动了汽车零件通用性的实施,为汽车零件市场的快速成长打下基础。

  专门用于芯片应力测试(Stress Test)的认证规范AEC-Q100是AEC的第一个标准。AEC-Q100于1994年6月首次发表,经过十多年的发展,AEC-Q100已经成为汽车电子系统的通用标准。在此文件的开发过程中,重要的芯片供应商都有机会提出他们的意见。

  该规范能使汽车元件更快速地满足汽车市场的采购需求。汽车电子元件只要被认定为符合此规范要求即被认为具有高质量与可靠性,并可适合于汽车应用的复杂恶劣的环境中,而不再需要进行反复的循环认证测试。

  AEC-Q100标准主要在于预防产品各种可能发生的状况或潜在的失误机会,引导供货商在开发的过程中就能生产出符合此规范的芯片。AEC-Q100对每一个申请的个案进行严格的质量与可靠度确认,即确认制造商所提出的产品数据表、使用目的、功能说明等是否符合当初所宣称的功能,以及在多次使用后是否能始终如一。

  此标准的最大目标是提高产品的良品率,这对芯片供货商来说,不论是在产品的尺寸、合格率及成本控制上都是很大的挑战。AEC-Q100详细规范了对于IC芯片的各项要求,其另一方面也代表了汽车制造商以及供货商对于产品安全的要求。

  此外,为了达到汽车电子产品对工作温度、耐久性与可靠度的高标准要求,组件供货商必须采用更先进的技术和更苛刻的测试程序来达成最佳化的设计方法。因此,AEC-Q100又分为不同的产品等级,其中第一级标准的工作温度范围在-40℃至125℃之间;最严格的第0级标准工作温度范围可达到-40℃至150℃ 。

  零缺陷是所有产业都在不断追求的目标,在对于安全性有更高要求的汽车电子产业,对质量的要求更加严格。

  半导体组件的缺陷率用DPM(Defect Per Million)表示。在一些关键性的应用组件中,供货商甚至将缺陷率由一般常用的百万分之一(Parts Per Million, PPM)单位,提升到十亿分之一(Parts Per Billion, PPB),即每生产十亿个组件才可能出现有问题的产品。因此通过有效控制DPM可减少因为电子器件失常造成的汽车驾驶安全问题。

  AEC-Q001规范中提出了所谓的参数零件平均测试(Parametric Part Average Testing, PPAT)方法。PPAT 是用来检测外缘(Outliers)半导体组件异常特性的统计方法,用以将异常组件从所有产品中剔除。

  PPAT可分为静态PAT(Static PAT)、动态PAT(Dynamic PAT)和地域性PAT(Geographic PAT),所谓的地域性PAT,即是为所有在晶圆上的裸晶加入邻近性权重(Proximity Weighting ),因此一些被不良裸晶包围或邻近的良好裸晶,也可能会被移除。

  一般AEC-Q001只要求通过静态PAT测试。不过,为了达到更高的质量,ST的汽车等级认证要求同时做到静态、动态及地域性PAT标准。此外,ST的地域性PAT还采用可重复性类型侦测(Repeatable pattern detection)和混合式分析(Composite Analysis)来提升管控质量。通过PPAT,在测试限制外的裸晶会被删除,即使这些裸晶能符合特性要求。这样既避免潜在风险,又能在供货商的阶段即可改善组件的质量和可靠性。

  AEC-Q002基于统计原理,属于统计式良品率分析的指导原则。AEC-Q002的统计性良品率分析(Statistical Yield Analysis, SYA)分为统计性良品率限制(Statistical Yield Limit, SYL)和统计箱限制(Statistical Bin Limit, SBL)两种。以SBL来说,它在电性晶圆测试(Eletrical Wafer Sort, EWS)的阶段放置特殊的监控功能于BIN上,各个区域会被取样和分析。这些方法通过对关键性测试参数/ BIN的量测来建立一套分析和控制生产变量的系统,可用来检测出异常的材料区域,保证最终产品的质量和可靠性。

  所有新组件或技术在制造程序前后的不同阶段都可进行统计分析,同时也能在晶圆测试(Wafer Probe)及封装最后测试的阶段被用来进行电子参数测试。AEC-Q002为组件制造商提供使用统计技巧来检测和移除异常芯片组件的方法,让制造商能在晶圆及裸晶的阶段就能及早发现错误并将之剔除。

  产品及制程的特性表现对于开发新的芯片或对现有的芯片进行调整相当重要。无论是位于制程边缘所产生的特性化零件,或特别选出的极端参数值,都可以被应用来确定敏感性的制程范围。

  供货商可以改变或严格处理这部分的制程,或在测试阶段将这部分的产品移除。当新的组件中涉及新的设计技术及制程时,就会在晶圆测试或最后测试阶段进行特性化的操作。同过确定电性及制程参数和表现的限制,可以建立此产品的功能与参数表现特性,供货商也就能够明确能被妥善控制的制程区域(Sweet Spot)。

  AEC-Q003是针对芯片产品的电性表现所提出的特性化(Characterization)指导原则,其用来生成产品、制程或封装的规格与数据表,目的在于收集组件、制程的数据并进行分析,以了解此组件与制程的属性、表现和限制,和检查这些组件或设备的温度、电压、频率等参数特性表现。

  AEC-Q004提出一系列的流程步骤,包括组件设计、制造、测试和使用,以及在这流程的各个阶段中采用何种程零缺陷的工具或方法。这些方法涵盖上述AEC的各种文件标准,以及JEDEC或AIAG等等来自业界的质量控制技术或管理系统的广泛应用。当零件或制程已实现最佳化,且成熟性在经过一段时间后被证实,此时只需用较少的工具就能改善或维持质量和可靠性。

  AEC-Q004实质上是一套零缺陷指导原则,其定义出芯片供货商或用户如何在产品生命周期中使用一些工具和制程来达成零缺陷的目标。AEC-Q004并不是强制性的规范,而是提出用来降低缺陷的工具和方法。不同的应用模式会需要不同的工具或生产方法,因此在此指导原则中提出了建议的作法。AEC-Q004目前仍处于在草案阶段,即将推出正式的版本。

  QS 9000和TS 16949的质量管理系统认证体系是汽车电子供应商除AEC之外需要重视的另一套规范。

  QS9000曾是汽车供货商生产零件、材料和提供服务的基本质量管理系统,主要基于ISO 9001:1994体系,由克莱斯勒、福特和通用汽车公司于1994年共同开发。其于2006年12月15日被国际汽车专业组织(Internation Automotive Task Force, IATF)所制定与推行的ISO/TS 16949汽车产业验证标准所取代。

  TS16949标准是以ISO 9001: 2000为基础开发的针对汽车行业质量系统管理标准。目前包括通用(GM)、福特(Ford)、克莱斯勒(Daimler Chrysler)、标致(Peugeot)、雷诺(Renault)、BMW、尼桑(Nissan)、菲亚特(Fiat)、大众(Volkswagen)等世界级的车厂,都强制规定其供货商之质量管理系统需符合TS 16949的要求,并要求扩展至2-3级供货商。

  TS16949突出了客户导向的主轴并制定各项绩效指标。其系统运作架构能强力推动组织持续改进,以保持领先同业的竞争力,让管理者能有效找到异常点并进行相应改善。

  PPAP全称为生产零件批准程序(Production Parts Approval Process),是QS 9000与TS 16949规范当中较受重视的作法。PPAP要求用于汽车供应链中的所有零件皆需拥有详细完整的数据和文件,并在PPAP的文件中列出了芯片制造商所需要采取的生产和质量保证程序。这些文件能够支持客户的生产批准程序以及相关的危险评估。

  PPAP用来确定供货商在零件实际量产的过程已经正确理解了客户的工程设计记录和规格中的所有要求,并保证买方的质量风险,评估其是否具有能持续满足这些要求的潜在能力。

  车载产品的质量和可靠性远高于其它普通消费类产品,为了实现该市场的独特需求,芯片供货商都在积极致力于提升量产控管的技术与管理系统,发展出更可靠的量产技术,此外还力求此套技术也能用来提高消费性等其它应用领域的产品质量。

  AEC(尤其是AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q001/Q002/Q003等)和PPAP的各项要求是车载产品需要遵循的设计规范,因此也就产生了车载产品与其它产品的明显区别:其必须严格遵守定义的产品特性、设计和制造程序等,并为用户提供完整的文件和产品包装。

  ST提出了严格的汽车等级认证(Automotive Grade Qualification)规范。其除了满足上述的AEC及质量管理系统规范外,ST还发展出如在制程中采用特殊的筛选(Screening)和测试方法,以及专属的高可靠性认证流程(High Reliability Certified Flow, HRCF)测试程序等一套严格的管控方法。

  改良式的应力测试(Stress Testing)和筛选方法(Screening)是ST汽车等级认证规范的重要部分。其筛选的结果将被作为产品改善的方向,目标即是零缺陷的汽车电子元件。

  由于车载系统的特殊性,一般在标准制程测试中被认为是良好的产品,在汽车应用的某些特定状况下却可能存在潜在的故障危险。通过产品筛选的方法,能够用来做更进一步的严格筛选。严格的产品测试往往需要花费更多的时间和成本才能上市。为了能在最短的时间内通过这些测试,必须采用一些有效的方法,例如产品家族数据(Product-Family Data)最大化和技术依存性(Technology Dependent)的作法。

  AEC-Q100所定义的合格标准以产品家族(Product Family)为认定的对象。所谓的产品家族最大化原则即在使用相同制程和材料的所有产品当中,只要其中一个成员通过测试,则其它产品家族成员即可通过;技术依存性则是以制程标准为审核对象,只要是采用已经合格的制程标准所生产的新产品,代表其合格的概率就非常高。

  汽车元件的温度范围一般为-40℃~125℃,因此EEPROM和闪存等产品往往需要满足极严格的生产良品率以及可靠性要求。 ST针对汽车电子应用的EEPROM和闪存开发了名为高可靠性认证流程(HRCF)的测试程序。HRCF属于专属性生产流程,其在生产、测试及质量保证接受性流程中导入了额外的模块,以保证产品可操作在汽车应用的温度范围内。在生产模块中,EEPROM的裸晶必须要能在供应电压上升的环境中做到3000次的循环擦写。在裸晶测试时,还要通过24小时在250°C下的高温烘烤,而且在接下来的一秒钟的电性测试中仍需保证完全通过。最后测试的模块包括在130°C及室温下的温度循环和电性测试。

  HRCF测试流程结合了统计箱限制(SBL)与零件平均测试(PAT)等统计工具,能够筛选出晶圆和裸晶上的早期故障和离群点,达到汽车零缺陷率的可靠性目标。

  目前的汽车电子市场发展迅速,产品类型也越来越多样化,因此为了保证车载零件和电子产品的通用性和质量,需要严格的质量管控规范及管理系统来保证。质量规范可以是AEC及TS 16949等一套公认的规范,也可以是与ST的汽车等级认证类似的由供货商提出的定制化管理体系。

  合理的管理规范除了能保证产品质量,也能加速整个汽车产业链的供应状况。其有助于改善管线的可视度,客户追踪,以及汽车制造商和组件供货商之间的订单状况跟踪也能变得更容易。此外,为获得更低的制造成本和汽车电子产品供应商更灵活的设计能力,除了开拓小型公司的供货渠道外,对产能做出的最有效的支持和快速掌握车厂在应用上所需要的技术状况十分重要,而这些工作也可以通过完善的供应链管理系统得到实现。

  为加快河南省新能源汽车产业发展,记者从河南省发改委获悉,郑州宇通集团有限公司年产6万辆纯电动商用车建设项目已经获批。

  据悉,该项目总投资21亿元。其中,固定资产投资17.7亿元,铺底流动资金3.5亿元。新增投资全部由宇通公司自筹。

  项目建设内容为改造利用宇通集团现有生产车间、研发中心、配套辅助设施,新建电泳、交检等工艺车间及其他生产设施。

  报来年产6万辆纯电动商用车建设项目申请报告及有关材料收悉。经研究,现就该项目核准事项批复如下:

  一、为加快我省新能源汽车产业发展,支撑郑州国家中心城市建设和京津冀大气污染通道城市转型,依据《行政许可法》《企业投资项目核准和备案管理条例》,同意建设郑州宇通集团有限公司纯电动商用车项目。

  二、项目建设地点为郑州市经济技术开发区宇工路88号,租用郑州宇通重工有限公司现有厂区进行建设,总占地面积697661.9平方米。

  三、项目建设内容为:改造利用现有生产车间、研发中心、配套辅助设施,新建电泳、交检等工艺车间及其他生产设施,总建筑面积20.96万平方米,利用原有生产设备543台(套),新购置生产及试验检测设备938台(套),形成纯电动轻卡50000辆、纯电动中重卡10000辆生产能力。

  四、项目总投资213276万元。其中,固定资产投资177898万元(利用原有固定资产106507万元),铺底流动资金35378万元。新增投资全部由你公司自筹。

  五、项目须严格落实生态环境保护措施,确保各项环保措施设计符合规范要求和“三废”达标排放。

  七、按照相关法律、行政法规的规定,核准项目应附前置相关文件有郑州宇通重工有限公司土地证(牟国用(2012)第128号和牟国用(2012)第129号)和租赁协议。

  八、请你公司在项目开工建设前,依据相关法律、行政法规规定办理规划许可、资源利用、安全生产、环评等相关报建手续。

  九、如需对本项目核准文件所规定的建设地点、建设规模、主要建设内容等进行调整,请按照《企业投资项目核准和备案管理办法》的有关规定,及时提出变更申请,我委将根据项目具体情况,作出是否同意变更的书面决定。

  十、项目予以核准决定或者同意变更决定之日起2年未开工建设,需要延期开工建设的,请你公司在2年期限届满的30个工作日前,向我委申请延期开工建设。开工建设只能延期一次,期限最长不得超过1年。国家对项目延期开工建设另有规定的,依据其规定。

  十一、请郑州市发展改革委及有关部门按照有关规定切实加强项目建设的事中事后监管。

  随着人们生活水平的提高,汽车的销售量也比之前增加了很多,但是多品牌多种类的汽车厂商也相继研发出不同种类的汽车,彼此之间存在比较激烈的竞争,这就推动了汽车制造工艺不断发展,如今汽车工业发展的一个主要的方向就是轻量化,所谓轻量化就是指在汽车制造过程中通过选择不同的材料和不同的加工方式来减轻车身的重量,使得车身尽量轻盈。那么,轻量化用的什么材料呢?

  汽车轻量化材料分为金属和非金属两大种类,金属材料主要包括高强钢与铝合金,镁合金等,非金属材料,包括工程塑料和复合材料。这些新材料,在实际应用时会遇到多种多样的问题,比如替换材料和汽车的安全性、舒适性、动力性、操控性等。其中,铝合金材料优点很多,它的密度是钢的1/3,它的延伸性好、耐腐蚀、易回收。而且其铸造性良好,可加工成不同形状,是目前最为热门的轻量化材料之一,目前很多车型,都采用了全铝车身。

  国外有试验表明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%—8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3—0.6升;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。而在驾驶方面,汽车轻量化后其加速性能也将得到提高,而在碰撞时由于惯性小,制动距离也将减少。此外,车辆每减轻100公斤,二氧化碳排放可减少约5克/公里。这些数据显示出轻量化设计具备这样三个优点:节油、减排、提升驾驶乐趣。

  以铝合金车身为例的话,成本偏高,但是会随着将来规模化与技术成熟之后,成本会降低。主要问题出在碰撞之后的维修。钢车身,小的碰撞变形,敲敲打打可以直接恢复原形,但是铝合金车身不可,因为铝合金常温下成型性(形变能力)极差,敲打只会打坏部件,加温的话又无法保证降温后的强度,所以基本上说,碰撞变形后,铝合金部件需要整件替换,十分麻烦,且费用昂贵。

  首先,从理论上讲,汽车质量越轻,汽车的惯性就越小,当汽车以相同初速度刹车时,制动器要消耗的能量就越小,制动减速度就越快,制动距离越短,汽车主动安全性会变好。在汽车发生碰撞时,冲击能量与汽车的质量成正比,所以在同等条件下汽车越轻,碰撞时冲击能量越小,车身结构的变形、侵入量和乘员受到的冲击加速度就越小,汽车对乘员的保护性能越好、越安全。

  其次,汽车的轻量化,可以使得汽车在保持原有的行驶安全性、耐撞性、抗震性以及舒适性等功能不降低,且汽车本身造价不被提高的前提下减轻汽车自身的重量。轻量化并不意味着降低汽车的安全性能和使用性能。设计上的优化和制造工艺的提高反而有助安全性的提升,而且所采用的轻质材料在刚性和强度上更优秀,因此,在碰撞时,汽车的变形量越小,对车内成员的保护效果也就越好。

  事实证明,在各种新的设计理念、新技术、新材料和新工艺的集成应用下,完全可以实现安全性、轻量化水平的共同提升。而在采用轻量化技术的同时,许多安全技术也被用在汽车制造中,两者相辅相成,欧博娱乐,使得现在汽车安全性和轻量化技术快速进步。

  总的来说,对于轻量化车身来说,是汽车终极目标。此前所有的一切进步,都是必然必须的。消费者不要因为网上的负能量的传播而产生过度的恐惧心理。轻量化车身不代表不安全,科学的轻量化不仅节能减排,在安全性上也有提升。

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