數(shù)據(jù)顯示,2023年底智能新車已占上市新車的79%,L2及以上的輔助駕駛功能裝載率快速提高,2023年標(biāo)配L2的新能源汽車銷量占比超50%。隨著車輛的快速電氣化與智能化,疊加近年來芯片國產(chǎn)化的大潮,芯片的“車規(guī)級”及“功能安全”便成為了行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
從慕尼黑電子展看車規(guī)級
凡是今年去參加了上海慕尼黑電子展的小伙伴們都會有一個(gè)深刻的感受,那就是鋪天蓋地的國產(chǎn)車規(guī)級器件,我放幾張照片大家感受一下:
2024年慕尼黑電子展(圖片來源:左成鋼)
通過上面的四張照片我們能夠看到,國產(chǎn)器件涵蓋了分立半導(dǎo)體、被動器件、集成芯片等常見的三大類常用器件,器件供應(yīng)商也把器件通過了AEC-Q認(rèn)證的信息放在了顯著的位置,來表明器件已經(jīng)滿足了車載應(yīng)用的條件。整體來看,國產(chǎn)車規(guī)級器件正在以極快的速度覆蓋車載應(yīng)用的所有領(lǐng)域,這種勢頭非常好。
但與此同時(shí),行業(yè)內(nèi)也有一些負(fù)面的信息,有些OEM被曝出來采用非車規(guī)級的器件上車,有些Tier 2也在用一些模糊不清的說法將自家的非車規(guī)器件包裝成車規(guī)級。比如下面這種,在座艙上采用了工規(guī)甚至消費(fèi)級芯片。
座艙的非車規(guī)方案(圖片來源:網(wǎng)絡(luò))
下面這個(gè)通信模組稍好一些,至少主芯片采用的是車規(guī)級,然后就通過IATF 16949、PPAP、APQP這些專業(yè)名詞來混淆視聽了,這種車規(guī)級就是假車規(guī)級,因?yàn)檎孳囈?guī)級的模組,是要求通過AEC-Q104標(biāo)準(zhǔn)的。
某通信模組的特性介紹(來源:模組Datasheet)
那么實(shí)際上AEC標(biāo)準(zhǔn)對模組是怎么要求的呢?AEC-Q104是專門為Multichip Modules (MCM)多芯片模組制定的標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)適用于那些設(shè)計(jì)出來是可以直接焊接在PCB (Printed Circuit Board) 印刷電路板上的MCM,比如LED模組、通信模組等,但目前還不包括大家熟知的IGBT和Power MOSFET模組。
MCM模組舉例(圖片來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
標(biāo)準(zhǔn)中給出了建議——可以使用MCM中相應(yīng)器件的AEC-Q100、AEC-Q101、或AEC-Q200認(rèn)證原始數(shù)據(jù)去簡化AEC-Q104認(rèn)證。也就是說,不管你用到了哪些器件,在你把這些器件封裝起來之前,最好已經(jīng)通過了相應(yīng)的AEC-Q100、 AEC-Q101、或AEC-Q200認(rèn)證測試。但是如果你真的要說我就是任性,我就“偏不用”,行不行?答案是“也可以”。標(biāo)準(zhǔn)原文是這么寫的:考慮到成本及客戶可能同意你這么干,AEC不要求每個(gè)sub-component(子器件)必須通過認(rèn)證,但是鼓勵(lì)MCM制造商采用AEC標(biāo)準(zhǔn)去認(rèn)證子器件,從而使MCM達(dá)到最高的質(zhì)量水平(promote best MCM quality)。
AEC-Q104標(biāo)準(zhǔn)測試方法(來源:AEC-Q104標(biāo)準(zhǔn))
也就是說,你可以采用沒有AEC測試等級的器件,但是作為整個(gè)MCM來講,必須通過全部的AEC-Q104測試項(xiàng)目。所以對那些聲稱達(dá)到 “車規(guī)級”的LTE模組、5G模組、WiFi-BLE模組等,我們要區(qū)分一下看它們有沒有通過AEC-Q104測試。如果僅僅只是核心芯片有AEC-Q100,或聲稱溫度范圍達(dá)到了車載應(yīng)用的最低要求如85度,有個(gè)IATF16949或PPAP,然后就敢說自己是 “車規(guī)級”的,大家就要擦亮眼睛。
從特斯拉eMMC召回看車規(guī)級
從2019年5月份開始, Model S、Model X的中控屏所使用的NAND eMMC Flash在使用時(shí)出現(xiàn)失效,它的失效后果不僅將會導(dǎo)致車載顯示器異常,進(jìn)而導(dǎo)致車輛部分重要的控制功能如空調(diào)控制、自動駕駛以及照明控制等都會出現(xiàn)問題,這可能間接導(dǎo)致倒車影像故障、除霜/除霧控制故障和外部轉(zhuǎn)向燈無法點(diǎn)亮的故障,進(jìn)而帶來行車安全問題。
特斯拉eMMC召回(來源:網(wǎng)絡(luò))
這次召回的根本原因就是因?yàn)樘厮估捎玫?GB eMMC的設(shè)計(jì)擦寫壽命無法滿足設(shè)計(jì)要求,在達(dá)到累計(jì)損耗壽命極限時(shí)就可能會導(dǎo)致中央顯示屏軟件功能的故障,而特斯拉的解決方案就是將召回車輛上的eMMC多媒體存儲芯片免費(fèi)從8GB升級到64GB。按照特斯拉的解釋,所選的eMMC按照3000次計(jì)算,整個(gè)壽命為5~6年,但因?yàn)榉穷A(yù)期的過多擦寫(如頻繁的軟件OTA等),導(dǎo)致3000次壽命提前用完,進(jìn)而引發(fā)了故障。
這件事情其實(shí)已經(jīng)過去好多年了,但是如果我們換個(gè)角度來看,就能發(fā)現(xiàn)一些之前從未有人發(fā)現(xiàn)的問題點(diǎn)。在此之前我先普及一個(gè)關(guān)于存儲器的基本知識:
非易失性存儲器分類(來源:網(wǎng)絡(luò))
特斯拉使用的eMMC壽命是3000次,類似我們現(xiàn)在常用的固態(tài)硬盤,基本都是TLC,MLC都是極少的,因?yàn)楸阋?,同等條件下存儲量更大,但是壽命就要縮短很多。我們可以通過下面ISSI的一個(gè)eMMC的Datasheet看一下:
MCL與SLC的區(qū)別(來源:IS21EF08G Datasheet)
可見SLC模式比起MLC會有更高的耐用性。更低的錯(cuò)誤率、更高的溫度等級,但是容量只有MLC的一半,也就是說,同等條件下,價(jià)格要貴一倍。
我們再去看一下AEC標(biāo)準(zhǔn)對車規(guī)級非易失性存儲器的測試要求。AEC-Q100-005標(biāo)準(zhǔn):《非易失性存儲程序/擦除耐久性、數(shù)據(jù)保持及工作壽命的測試》詳細(xì)規(guī)定了對車規(guī)級存儲器的測試要求。其中HTDR(高溫?cái)?shù)據(jù)保持)測試對存儲器的操作壽命要求是12000小時(shí),溫度從90度到150度。了解高溫耐久測試的汽車行業(yè)小伙伴們都了解,高溫耐久測試是汽車行業(yè)常用的一種加速老化測試方式,是一種很好的可以在短時(shí)間內(nèi)測試出產(chǎn)品可靠性及耐久性的試驗(yàn)方法。
存儲器測試方法(來源:AEC-Q100-005標(biāo)準(zhǔn))
根據(jù)AEC-Q100-005標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算,高溫90度操作1小時(shí)等效于55度下操作42.6小時(shí),而標(biāo)準(zhǔn)要求是在高溫90度下操作6000個(gè)小時(shí),這就等效于25萬5600小時(shí),如果按照設(shè)計(jì)壽命15年計(jì)算,相當(dāng)于每天46.7小時(shí)。
壽命測試計(jì)算方法(來源:AEC-Q100-005標(biāo)準(zhǔn))
因?yàn)闆]有查到datasheet,我不知道特斯拉用的eMMC是不是車規(guī)級的,但通過AEC-Q100-005標(biāo)準(zhǔn),我認(rèn)為如果使用車規(guī)級的eMMC,壽命是肯定沒有問題的。
這里我們再順便看一下基于AEC-Q100 Grade 1 的一個(gè)車輛任務(wù)剖面(Mission Profile),可見車輛以15年壽命計(jì)算,每天平均使用時(shí)間約1.5小時(shí),所以車規(guī)級的eMMC理論上可以使用的時(shí)間是46.7*15/1.5,約等于467年。
簡化的車輛任務(wù)剖面(圖片來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
大車規(guī)與小車規(guī)
首先我認(rèn)為根本就不存在什么大車規(guī)與小車規(guī),即使溫度范圍達(dá)到了85度,即使有IATF 16949、PPAP、APQP,非車規(guī)就是非車規(guī),什么大小車規(guī)的,這就是一種混淆視聽,為使用工規(guī)或者消費(fèi)級器件找的理由,想省錢就是想省錢,不要忽悠不懂真相的消費(fèi)者,既當(dāng)又立。
MPS匯總了一張圖片,比較直觀。MPS從環(huán)境溫度、使用壽命、失效率、產(chǎn)品生命周期等四個(gè)維度對消費(fèi)電子和汽車電子進(jìn)行了對比,其實(shí)核心還是就兩點(diǎn):可靠性和長壽命。
汽車級與消費(fèi)級及工業(yè)級對比(來源:MPS)
汽車作為大宗消費(fèi)品,而且是大部分人一生中最貴的消費(fèi)品,沒有人希望買一輛車只開3年就要換了,或者壞了以后發(fā)現(xiàn)配件已經(jīng)停產(chǎn)了。汽車本身作為耐用消費(fèi)品,技術(shù)迭代遠(yuǎn)沒有消費(fèi)級那么快,一個(gè)零部件或一顆芯片,都需要持續(xù)生產(chǎn)供貨十年以上,一個(gè)車型的生命周期通常在5到8年以上,持續(xù)迭代時(shí)間可能長達(dá)十幾年甚至幾十年,比如大眾甲殼蟲車型,從1938年推出,一直生產(chǎn)到2019年才徹底停產(chǎn),中間歷經(jīng)了三代車型,持續(xù)生產(chǎn)時(shí)間超過了80年。
因?yàn)檐囕v的使用壽命極長,所以產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的零部件及元器件的持續(xù)供貨時(shí)間也就相應(yīng)的要比消費(fèi)級長的多。舉例來講,超過3年的一個(gè)手機(jī)如果損壞后可能是無法維修的,因?yàn)楹芸赡苄枰鼡Q的那個(gè)電子零件已經(jīng)停產(chǎn)了。消費(fèi)類電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代時(shí)間極快,通常3年時(shí)間就差了一代,相應(yīng)的一些電子元器件無論是新產(chǎn)品或是售后可能都已經(jīng)不用了,所以消費(fèi)級電子元器件的持續(xù)供貨時(shí)間通常也就在3年左右。
另外就是可靠性。兩者有著相差近萬倍的產(chǎn)品級故障率,同時(shí)這個(gè)差異也體現(xiàn)在電子元器件層面,消費(fèi)級和車規(guī)級器件的故障率也相差極大。比如消費(fèi)級器件通常在幾百個(gè)ppm,而車規(guī)級電子元器件要求達(dá)到0ppm,也就是通常講的零故障率(Zero Defect),這也體現(xiàn)在了AEC-Q004汽車零缺陷指導(dǎo)原則(Automotive Zero Defects Framework)里面。這里說的零故障率其實(shí)并不是到真正做到零,而是說故障率已經(jīng)可以降到一個(gè)很低水平,比如0.1ppm以下。
以下表某車規(guī)級CAN收發(fā)器芯片為例,器件的時(shí)基故障值(Failure In Time,F(xiàn)IT)均不大于10,參考乘用車15年總運(yùn)行時(shí)間約為1萬小時(shí),以常見的SOIC封裝為例,F(xiàn)IT值為10,那么這個(gè)器件的零時(shí)間故障率大概就是在0.1ppm以下,12個(gè)月故障率就是7.3ppm,整車生命周期15年的故障率約為109.5ppm。
CAN收發(fā)器芯片可靠性數(shù)據(jù)(來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
最后總結(jié)一下,根本就不存在所謂的小車規(guī),非車規(guī)就是非車規(guī),即使溫度范圍達(dá)到了125度,即使有IATF16949、PPAP、APQP,只要沒有AEC-Q,那就是非車規(guī)。
車規(guī)級與功能安全
我們先來看幾篇關(guān)于“車規(guī)級”及“功能安全”的文章標(biāo)題:
從上面這幾個(gè)文章標(biāo)題可以看出來,車規(guī)芯片與功能安全都是大家非常關(guān)注的話題,但同時(shí)也是一個(gè)很容易被混淆的點(diǎn),筆者希望通過此文講通車規(guī)級與功能安全之間的關(guān)系,讓大家深入了解什么是車規(guī)級,什么是功能安全,二者之間有何關(guān)聯(lián),又有何區(qū)別。
車規(guī)級認(rèn)證與功能安全認(rèn)證的區(qū)別
車規(guī)級認(rèn)證和功能安全認(rèn)證實(shí)際上是兩個(gè)不同的概念,互不干涉,兩者側(cè)重點(diǎn)完全不一樣。狹義的車規(guī)級通常是指通過AEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證測試的電子元器件,廣義的車規(guī)級也可以包括電子零部件。車規(guī)級認(rèn)證測試僅僅是一種自我宣稱的認(rèn)證,而非通過第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行的認(rèn)證。而功能安全認(rèn)證則是通過第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行的,是一種資格認(rèn)證。很多人搞不清楚兩者之間的關(guān)系與區(qū)別,經(jīng)常把兩者放到一起來講,說車規(guī)級就必須同時(shí)符合AEC-Q認(rèn)證與ISO 26262功能安全認(rèn)證,這是不正確的,這樣很容易產(chǎn)生混淆,其實(shí)車規(guī)級和功能安全根本就是兩碼事。
車規(guī)級與功能安全認(rèn)證的關(guān)系如下圖所示。
車規(guī)級與功能安全認(rèn)證(來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
如上圖所示,車規(guī)級元器件認(rèn)證依據(jù)的是AEC標(biāo)準(zhǔn),AEC標(biāo)準(zhǔn)及AEC-Q認(rèn)證在第6章有過詳細(xì)介紹。AEC認(rèn)證測試的對象必須是實(shí)物,且僅針對電子元器件(不包括零部件),如集成芯片、分立半導(dǎo)體、被動器件、MEMS器件、MCM模塊等,認(rèn)證由器件供應(yīng)商Tier 2來進(jìn)行認(rèn)證測試,測試通過后可以宣稱器件符合AEC-Q***認(rèn)證,這是一種非強(qiáng)制性的自我認(rèn)證,無需第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu),也沒有認(rèn)證證書。而功能安全認(rèn)證則是指依據(jù)ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)(對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 34590,標(biāo)準(zhǔn)分為1-12,即GB/T 34590.1-2022到GB/T 34590.12-2022,對應(yīng)的ISO標(biāo)準(zhǔn)為 ISO 26262-1:2018到 ISO 26262-12:2018)進(jìn)行的認(rèn)證,功能安全認(rèn)證的范圍很寬,對象可以是實(shí)物,比如元器件,也可以是零部件,或是虛擬的非實(shí)體,比如認(rèn)證一個(gè)公司流程(包括研發(fā)及生產(chǎn)),認(rèn)證一個(gè)軟件等。
AEC標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件
AEC標(biāo)準(zhǔn)一共有6個(gè),如下表所示。其中關(guān)于集成芯片的標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100是最早制定并發(fā)布的,另外兩個(gè)較早的標(biāo)準(zhǔn)分別是關(guān)于分立半導(dǎo)體的AEC-Q101和被動器件的AEC-Q200,其余的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都制定較晚,這個(gè)從其版本信息里也能看出來,AEC-Q101已經(jīng)升級到H版本了,而AEC-Q102是A版本,其余兩個(gè)才是初版。
AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)布時(shí)間(來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
除標(biāo)準(zhǔn)文件外,AEC還有6個(gè)指導(dǎo)性文件,如上表所示。指導(dǎo)性文件的編號從AEC-Q001到Q006,都是關(guān)于測試指導(dǎo)及認(rèn)證要求的,發(fā)布時(shí)間最早的是發(fā)布于2010年的《無鉛測試要求》,而最近發(fā)布的《汽車零缺陷指導(dǎo)原則》則是在2020年剛剛發(fā)布的,這也從側(cè)面說明了AEC標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)鮮活的、一直在持續(xù)更新與迭代的標(biāo)準(zhǔn)。
AEC認(rèn)證與證書
如果成功完成了根據(jù)AEC標(biāo)準(zhǔn)文件需要的測試,并對測試結(jié)果按要求進(jìn)行了存檔,那么將允許供應(yīng)商聲稱他們的元器件通過了AEC認(rèn)證(AEC-Q*** Qualified)。需要注意的是,AEC認(rèn)證是一個(gè)由元器件供應(yīng)商自我對外宣稱的認(rèn)證,AEC沒有運(yùn)行任何官方認(rèn)證機(jī)構(gòu)或授權(quán)任何第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)來進(jìn)行器件認(rèn)證測試。
另外,AEC認(rèn)證也沒有證書,也就是說不會有任何組織給元器件供應(yīng)商頒發(fā)“AEC-Q*** Qualified”證書;每個(gè)供應(yīng)商根據(jù)AEC標(biāo)準(zhǔn),自己去做認(rèn)證測試,認(rèn)證測試還需要考慮客戶的應(yīng)用需求;在認(rèn)證測試通過后,可以將測試數(shù)據(jù)提交給客戶,由客戶核實(shí)測試是否符合AEC標(biāo)準(zhǔn)??偟膩碚f,AEC認(rèn)證測試是一個(gè)自愿性的、非強(qiáng)制性的、自我宣稱式的測試,任何器件在通過測試后,都可以宣稱器件通過了認(rèn)證;在客戶需要的時(shí)候,元器件供應(yīng)商可以提供測試報(bào)告供客戶進(jìn)行核實(shí)。下圖是一個(gè)MCU的車規(guī)級認(rèn)證報(bào)告(AEC-Q100G Qualification Report)。
AEC-Q100測試報(bào)告(來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
ISO 26262基本概念
ISO 26262《道路車輛功能安全》國際標(biāo)準(zhǔn)適用于安裝在量產(chǎn)道路車輛上的包含一個(gè)或多個(gè)電子電氣系統(tǒng)的與安全相關(guān)系統(tǒng)(ISO 26262:2011升級到ISO 26262:2018后,將使用車型范圍由最大總質(zhì)量不超過3.5噸的量產(chǎn)乘用車擴(kuò)展到了卡車、公交車、掛車及半掛車、摩托車(不包含輕便摩托車))。標(biāo)準(zhǔn)是基于IEC 61508《安全相關(guān)電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)功能安全》制定的。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)提供了:
汽車生命周期(管理、研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)行、服務(wù)、報(bào)廢)和生命周期中必要的改裝活動。
決定風(fēng)險(xiǎn)等級的具體風(fēng)險(xiǎn)評估方法(汽車安全完整性等級(Automotive Safety Integrity Level,ASIL)
使用ASIL方法來確定獲得可接受的殘余風(fēng)險(xiǎn)的必要安全要求。
確保獲得足夠的和可接受的安全等級的有效性和確定性措施。
功能安全受開發(fā)過程(包括具體要求、設(shè)計(jì)、執(zhí)行、集成、驗(yàn)證、有效性和配置),生產(chǎn)過程和服務(wù)流程以及管理流程的影響。
標(biāo)準(zhǔn)針對由安全相關(guān)電子電氣系統(tǒng)的故障行為而引起的可能的危害(對人身健康的物理損害或破壞),包括這些系統(tǒng)相互作用而引起的可能的危害。標(biāo)準(zhǔn)不針對與觸電、火災(zāi)、煙霧、熱、輻射、毒性、易燃性、反應(yīng)性、腐蝕性、能量釋放等相關(guān)的危害和類似的危害,除非危害是直接由安全相關(guān)電子電氣系統(tǒng)的故障行為而引起的。另外,標(biāo)準(zhǔn)不針對電子電氣系統(tǒng)的標(biāo)稱性能,即使這些系統(tǒng)(例如主動和被動安全、制動系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng))有專用的功能性能標(biāo)準(zhǔn)。
針對標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍,有以下內(nèi)容需要重點(diǎn)關(guān)注一下:
僅適用于道路車輛,不包括特殊用途車輛,如非道路車輛及殘疾人用車。
適用于由電子、電氣(Electronic/Electrical,E/E)和軟件組件組成的系統(tǒng)。簡單來說就是不適用于純機(jī)械結(jié)構(gòu)件,比如車玻璃,雖然和安全相關(guān),開著車玻璃突然炸裂了可能就會發(fā)生安全事故,但也不算在功能安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),而是算在《中國乘用車強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)》的被動安全里。
與安全相關(guān)的系統(tǒng),比如娛樂系統(tǒng)就不算,開車過程中音樂播放功能失效,沒法聽歌了,這就不涉及功能安全。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對安全的定義,安全是相對于危害而言的,如下圖所示。
GB/T 34590標(biāo)準(zhǔn)范圍及術(shù)語定義(來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
由標(biāo)準(zhǔn)定義可知:
和安全相關(guān)是指,因E/E系統(tǒng)的故障行為而引起的可能的危害(hazards)。
危害(hazard)的定義是:由相關(guān)項(xiàng)的功能異常表現(xiàn)而導(dǎo)致的傷害(harm)的潛在來源。
傷害(harm)的定義是:對人身健康的物理損害(injury)或破壞(damage),也就是說只有能夠危害到人身健康,導(dǎo)致人員受傷的功能才可以適用于功能安全標(biāo)準(zhǔn)。
簡單來講就是:功能安全只管因E/E系統(tǒng)的故障可能導(dǎo)致人員傷亡的功能,并且,功能安全一定是基于一個(gè)具體的功能而言的。比如車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),基于一個(gè)具體的功能,比如車輛行駛過程中方向盤無法轉(zhuǎn)動導(dǎo)致轉(zhuǎn)向失效,這就很具體,因?yàn)檗D(zhuǎn)向失效還包含了方向盤在沒有操作的情況下自己轉(zhuǎn)動的情況,這就要分開來講了。再然后就是安全,比如車停在那里車門自動解鎖打開了,然后車內(nèi)的物品被偷了,這也是安全,但這是財(cái)產(chǎn)安全,是不算在功能安全里面,因?yàn)闆]有人員受傷。如果是行駛過程中門突然自己打開,人掉下去了,這就是功能安全了,這個(gè)需要基于功能再疊加場景進(jìn)行區(qū)分。
功能安全流程認(rèn)證與產(chǎn)品認(rèn)證
功能安全認(rèn)證由專門的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)證,認(rèn)證服務(wù)可以分為兩種:流程認(rèn)證和產(chǎn)品認(rèn)證,如下圖所示,通過認(rèn)證后即可獲得認(rèn)證證書,證書也分兩種:流程認(rèn)證證書和產(chǎn)品認(rèn)證證書。
功能安全認(rèn)證(來源:SGS)
流程認(rèn)證和產(chǎn)品認(rèn)證的定義及區(qū)別如下:
流程認(rèn)證:依照ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)中描述的流程來評估被認(rèn)證公司/企業(yè)的流程體系建設(shè)水平。由于不同ASIL等級產(chǎn)品所需要開展的活動不完全相同,所以ASIL等級代表了被認(rèn)證公司/企業(yè)構(gòu)建的流程體系對于功能安全產(chǎn)品開發(fā)的支撐程度。
產(chǎn)品認(rèn)證:依照標(biāo)準(zhǔn)中描述的各環(huán)節(jié)過程(包括輸入、流程、輸出)來評估被認(rèn)證公司/企業(yè)產(chǎn)品的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能的功能安全等級,重點(diǎn)是交付物的技術(shù)水平和工程化能力。產(chǎn)品認(rèn)證需要全面完善的開發(fā)過程證據(jù)(例如項(xiàng)目的需求輸入、設(shè)計(jì)分析過程、測試報(bào)告等),所以ASIL等級代表了這個(gè)產(chǎn)品的功能安全實(shí)踐水平。
流程認(rèn)證和產(chǎn)品認(rèn)證雖然沒有絕對意義上的前后關(guān)系,但是完整的產(chǎn)品認(rèn)證一般要建立在具備一定的流程水平的基礎(chǔ)上,所以對于沒有相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)的公司,認(rèn)證機(jī)構(gòu)一般都是建議先做流程認(rèn)證,通過流程認(rèn)證后,功能安全團(tuán)隊(duì)和流程能力也基本上培養(yǎng)起來了,下一步做產(chǎn)品認(rèn)證就相對容易些。
因?yàn)榱鞒陶J(rèn)證相較于產(chǎn)品認(rèn)證要求會低一些,工作量也小得多,認(rèn)證周期也要短得多;即使現(xiàn)有團(tuán)隊(duì)缺乏功能安全相關(guān)知識及流程經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過認(rèn)證機(jī)構(gòu)培訓(xùn)及輔導(dǎo),短則半年,多則一年,一般都能通過,取得功能安全流程認(rèn)證證書。流程認(rèn)證一般也是基于一個(gè)具體的真實(shí)項(xiàng)目來開展的(一般是基于一個(gè)簡單的產(chǎn)品,不推薦基于太復(fù)雜的產(chǎn)品來進(jìn)行,難度太大),而不是憑空只做流程文檔。當(dāng)然了,也可以這么做,但一般不會這么做(認(rèn)證機(jī)構(gòu)也不推薦)。通常來講,流程認(rèn)證一般是產(chǎn)品認(rèn)證的第一步,對于沒有經(jīng)驗(yàn)的公司,先過流程認(rèn)證,建立起相應(yīng)的團(tuán)隊(duì)能力及流程規(guī)范,然后再去做產(chǎn)品認(rèn)證,循序漸進(jìn)。
電子元器件的功能安全
對于電子元器件的功能安全認(rèn)證,一般都是復(fù)雜芯片類產(chǎn)品(被動器件和分立半導(dǎo)體器件因復(fù)雜度較低,不需要通過認(rèn)證的途徑來解決功能安全設(shè)計(jì)問題)。比如MCU,一般作為一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心;或PMIC及系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(System Basis Chip,SBC),作為系統(tǒng)的電源,功能安全設(shè)計(jì)就很重要。如下圖所示,以TI為例,功能安全芯片主要是MCU、傳感器、電源管理、放大器、電機(jī)驅(qū)動器等。
符合功能安全認(rèn)證的產(chǎn)品類別舉例(來源:TI)
器件的ASIL級別是獨(dú)立于具體的環(huán)境安全要素的。因?yàn)槠骷?yīng)商并不清楚器件的具體應(yīng)用及功能,所以器件的ASIL級別與具體的產(chǎn)品硬件、系統(tǒng)應(yīng)用無法直接進(jìn)行關(guān)聯(lián)。芯片供應(yīng)商并沒有辦法給出某個(gè)具體硬件設(shè)計(jì)或應(yīng)用具體能達(dá)到的ASIL級別,而是給了一個(gè)芯片能達(dá)到的最高級別,最終產(chǎn)品某個(gè)具體功能的ASIL級別就取決于Tier 1的設(shè)計(jì)。
TI對電子元器件的功能安全認(rèn)證進(jìn)行了詳細(xì)的分級,可以作為一個(gè)很好的參考。如下表所示:
TI的產(chǎn)品狀態(tài)分類(來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
車規(guī)級認(rèn)證與功能安全認(rèn)證
車規(guī)級認(rèn)證(及AEC-Q認(rèn)證,基于AEC標(biāo)準(zhǔn))與功能安全認(rèn)證(基于ISO 26262標(biāo)準(zhǔn))從多個(gè)維度均存在較大差異,如下表所示。表中從認(rèn)證范圍、認(rèn)證方式、認(rèn)證目的、側(cè)重點(diǎn)、交付物、是否強(qiáng)制、認(rèn)證機(jī)構(gòu)、認(rèn)證報(bào)告、證書有效期等共計(jì)9個(gè)維度對車規(guī)級認(rèn)證與功能安全認(rèn)證進(jìn)行了對比。
AEC-Q認(rèn)證與功能安全認(rèn)證的區(qū)別(來源:左成鋼《廣義車規(guī)級電子可靠性》)
針對上表的分析對比可以看出:
(1)認(rèn)證范圍:
AEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的范圍僅針對電子元器件,如集成芯片、分立半導(dǎo)體、被動器件、MEMS器件、MCM模塊等,認(rèn)證由器件供應(yīng)商Tier 2來進(jìn)行認(rèn)證測試。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證范圍則包括流程(對公司)及產(chǎn)品(實(shí)體或非實(shí)體)。
(2)認(rèn)證方式:
AEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證方式就是測試,測試通過后可在產(chǎn)品手冊上注明符合標(biāo)準(zhǔn)即可。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證涵蓋了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、測試、生產(chǎn)等全生命周期,重點(diǎn)在于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與測試,認(rèn)證的方式最終是體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)文檔上,而非僅僅局限于產(chǎn)品測試。
(3)認(rèn)證目的:
AEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的最初目的是為了器件資格通用化,現(xiàn)在基本上算是器件車載應(yīng)用的一個(gè)基本要求。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的目的就是證明公司的開發(fā)流程或產(chǎn)品本身的功能安全設(shè)計(jì)是符合標(biāo)準(zhǔn)的。
(4)側(cè)重點(diǎn)
AEC標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重點(diǎn)是器件的可靠性及長期供貨的一致性(主要體現(xiàn)在變更流程要求)。
ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重點(diǎn)是設(shè)計(jì)及開發(fā)流程的合規(guī)性(主要通過工具、流程、設(shè)計(jì)分析及測試文檔)。
(5)交付物
AEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證測試后,交付物就是測試報(bào)告。
ISO 26262認(rèn)證后,交付物就是流程文檔及認(rèn)證證書。
(6)是否強(qiáng)制
AEC標(biāo)準(zhǔn)和電子零部件測試標(biāo)準(zhǔn)一樣,都是非強(qiáng)制的,但是如果要做車載應(yīng)用,那么通過這個(gè)測試是一個(gè)基本要求。
ISO 26262同樣也是非強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),是否需要過認(rèn)證取決于客戶要求,同時(shí)樹立行業(yè)門檻。
(7)認(rèn)證機(jī)構(gòu)
AEC標(biāo)準(zhǔn)講的很清楚,沒有專門的認(rèn)證機(jī)構(gòu),元器件供應(yīng)商自己根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試即可。
ISO 26262是由專門的合規(guī)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的,認(rèn)證必須由機(jī)構(gòu)進(jìn)行。
(8)認(rèn)證報(bào)告
AEC-Q是沒有認(rèn)證報(bào)告的,只有測試報(bào)告。
ISO 26262認(rèn)證通過后,將由合規(guī)認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)認(rèn)證證書。
(9)證書有效期
AEC-Q測試報(bào)告基本是沒有有效期這個(gè)概念的,但是只要產(chǎn)品發(fā)生變化,就需要重新進(jìn)行認(rèn)證測試。
ISO 26262證書是有有效期的,一般是3~5年,到期后需要重新審核,且需要一定的審核費(fèi)用。
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