我國汽車芯片檢測認證現狀及發展展望

劉磊，唐夢瑤，張燁，王斌，崔高鴿

（工業和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

汽車芯片供應不足在2020年初即出現苗頭，11月后更加凸顯，并在2021年1月集中爆發，多家國內外車企出現了因車規半導體器件斷供而引發停產的問題，包括南北大眾（上汽和一汽）汽車等。在汽車芯片短缺的影響下，全球多家汽車企業都面臨著產能中斷的風險，其中我國的汽車產能中斷的風險最大，僅2021年第一季度，我國受波及的汽車產能就達到了25萬輛。汽車芯片斷供使我們不得不對整個汽車芯片產業鏈的可持續發展進行全方位思考，謹慎地審視并提前布局和應對。在汽車芯片產業鏈中，產品的可靠性考核評價起著關鍵的橋梁作用，決定了汽車整車及零部件供應商是否可以采購到符合車規級可靠性要求的芯片產品。長期以來，我國汽車芯片產業生態的發展落后于軍用及消費電子市場等領域，尤其是在標準體系建設、第三方檢測認證機構建設等方面的發展仍有待提升。

本文在對國內外汽車芯片檢測認證標準和相關第三方檢測認證機構調研的基礎上，詳細地闡述了汽車芯片檢測認證的相關標準概況、檢測認證特點和我國汽車芯片檢測認證現狀，以及發展面臨的問題和下一步發展建議。

1 汽車芯片檢測認證及相關標準概述

汽車芯片是汽車電子控制裝置的基本組成單元和核心部件，主要包括微控制器、功率芯片、傳感器、存儲器和計算芯片等，一般依托零部件供應商間接地提供給整車企業使用。不同于消費級產品，汽車需要承受高溫、高寒和潮濕等苛刻的環境要求，設計壽命一般為15年或200 000 km，更新換代周期遠高于消費電子的2～3年，對抗振動、抗沖擊、可靠性和一致性要求非常高[1-4]。為了滿足高安全和性能可靠性要求，汽車需要使用車規級的芯片產品，并形成了一系列的車規級檢測認證標準，覆蓋全產業鏈和產品全壽命周期。當前面向汽車芯片檢測認證的標準有4個，均為國際標準，分別是《國際汽車電子協會車規驗證標準》（AEC-Q）、《汽車生產件及相關服務件組織的質量管理體系要求》（IATF 16949）[5]、 《過程審核》（VDA6.3）[6]和《道路車輛功能安全》（IS0 26262）[7]。特別是AECQ產品檢測證書和IATF 16949企業認證證書是芯片企業進入汽車市場的基本要求。

AEC-Q標準面向汽車芯片產品可靠性等性能測試，主要方式為汽車芯片企業對照檢測項進行檢測，并自我聲明檢測結果供車企參考。由于國內汽車芯片的市場認可度較低，現主要以第三方機構檢測結果作為車企參考依據。IATF 16949是面向汽車芯片全產業鏈企業質量管理體系的認證標準，主要通過第三方機構審核來認證。VDA 6.3是針對汽車芯片全產業鏈企業內部過程管理體系的認證標準，主要通過企業內部或第三方審核來認證。其中，VDA 6.3主要是歐盟相關企業參考執行；IATF 16949主要是歐美及日本相關企業參考執行；國內不同的企業對兩份標準的執行各有側重。IS0 26262是針對與功能安全有關的汽車芯片產品及相應企業的認證標準，主要通過第三方審核來認證。與IATF 16949和VDA 6.3不同，IS0 26262標準對企業的審核僅針對與功能安全有關的管理體系部分。汽車芯片檢測認證標準綜述如表1所示。

表1 汽車芯片檢測認證標準綜述

2 汽車芯片檢測認證的特點

汽車行業極其嚴苛的性能可靠性、安全穩定性和產品長效性的要求，提高了汽車芯片檢測認證的標準要求和技術門檻，具體表現為以下3個方面。

2.1 檢測覆蓋范圍廣、試驗項目多、技術門檻高

汽車芯片必須按照AEC-Q標準流程開展檢測才能聲稱符合該標準要求。檢測是根據具體專業門類產品的失效機理而設計的一系列加速試驗項目，涵蓋設計模型、工藝制造、封裝/組裝過程等。試驗類型包括物性分析、材料分析、環境試驗、機械試驗和電學測試等方面。以集成電路為例，產品必須完成AEC-Q100[8]標準中A-G共7個分組試驗，檢測覆蓋范圍廣，試驗項目多，對人員、設備和技術的要求很高。

2.2 檢測樣品數量多、試驗周期長、綜合成本高

受樣品數量、試驗項目和檢測夾具的綜合影響，汽車芯片檢測成本較高。AEC-Q檢測一般先對所有的樣品進行測試，并對樣品的早期失效率進行試驗和統計分析，然后分組進行各種可靠性試驗。以塑封集成電路為例，AEC-Q100要求檢測超過2 000只樣品，一次完整試驗約需70天。根據實際情況統計，汽車芯片從開始檢測到完成多在9～12個月之間。主要原因是：一方面多數試驗項目需要夾具（如早期壽命失效ELFR試驗），夾具成本與產品復雜度成比例（可從幾百元到上萬元），每批次可試樣品的數量較少，導致周期延遲需時較長（如ELFR試驗共完成3批次2 400只樣品試驗，按200只每批次計算，需進行12次計算是否有誤批次，每批次試驗周期約10天，共計需120天）；另一方面大部分試驗需要先期完成測試環境搭建和夾具開發，此類工作的周期一般在3～6個月不等。

2.3 認證流程管理嚴、技術要求高、審核周期長

認證機構在向客戶出具IATF 16949證書前，需與國際汽車推動小組（IATF）簽訂合同并獲得認可。IATF 16949標準的目標是在汽車供應鏈中開發能夠提供持續改進、強調缺陷預防、減少交差和浪費的質量管理體系，不僅需要結合汽車行業的技術規范，還增加了電子行業的專業技術要求，對審核人員的綜合技術要求較高，認證審核過程包括標準導入、認證申請、預審核、現場審核、技術評審和證書發放，總周期需要1～2年。

3 我國汽車芯片檢測認證現狀及發展面臨的問題

3.1 國內檢測認證自有標準體系尚未建立

當前，無論是汽車質量管理體系、過程審核要求還是產品檢測考核標準，均是以國外成熟標準體系為參考，并且相關標準組織主要以國外整機用戶和供應鏈廠商為主，具有地域局限，國內企業參與度和話語權均較低，如無一家國內公司參與AEC三級組織架構。同時多種標準存在交叉，不同的企業推行不同的管理體系，行業存在管理亂象，如管理體系中IATF 16949與VDA 6.3均包含了能力認定的要求部分，其部分內容可以兼容參考，由于VDA 6.3標準由VDA建立且被德國企業推行，因此國內德系合資企業大部分參考該標準執行，而IATF 16949由IATF制定發布，國內大部分美系合資和自主企業主要參考該標準執行。

3.2 國內檢測認證機構的市場競爭力不足

國內檢測認證市場的需求增長快速，但國內檢測認證機構較少，行業認可度不高，市場競爭力較低。中國賽寶實驗室等內資檢測機構合計市占率不足10%，北京九鼎國聯認證有限公司作為唯一的IATF 16949認證機構其市占率也不足5%，而VDA 6.3和IS0 26262的認證基本被國外認證機構壟斷，包括TUV萊茵、TUV南德、TUV北德、SGS和UL等。同時，汽車芯片企業在尋求檢測認證時面臨檢測認證內容和檢測認證機構不確定的情況，目前主要由芯片企業與潛在供貨的整機廠商協商確認，主要采用一事一議的方式開展，不利于行業內統籌發展和布局。

3.3 國內檢測認證試驗通量不足

汽車芯片檢測認證需要強大的檢測能力支撐，需要建立完善的軟硬件平臺，包括評估軟件、測試儀器和技術人員，如半導體集成電路的大型ATE測試設備、各類模擬/數字、存儲測試專用設備、環境試驗設備、機械及物理試驗設備等，且需要具備大通量執行的能力。目前，各類汽車芯片企業的能力主要以產品研發測試評估為主，而國內包括中國賽寶實驗室等第三方機構的可靠性試驗能力處于國內第一梯隊，但在產品試驗通量能力方面仍存在不足，無法支撐大范圍、大批量產品的的檢測評價工作。

表2 國內主要汽車芯片檢測機構清單

4 下一步發展展望

4.1 加快我國汽車芯片檢測認證標準體系建設

在后貿易爭端時代及我國汽車產業內循環機制下，需要凝聚國內行業力量。一方面，在認證標準體系領域，國內相關機構需要增加在IATF的參與度，在標準更新維護和新標準制修訂工作時提高話語權；另一方面，在汽車芯片檢測評價領域，急需建立自有標準體系，研究并發布如微機械器件（MEMS）、多芯片組件（MCM）相關通用產品考核評價要求和配套測試、試驗、分析評價標準，建立我國自有的汽車芯片檢測評價標準體系。此外，針對新材料、新工藝、新產品和新技術，在車載人工智能芯片、復雜集成電路和新型封裝結構等國際行業標準尚未完全覆蓋的領域，國內相關機構需共同努力，搶先制定技術標準，占據行業高地。

4.2 組建統一監管的檢測認證機構

需要由行業協會等牽頭組織，統籌規劃，依托現有的第三方檢測認證機構、汽車制造基地和研究中心，組建一批統一監管的汽車芯片可靠性檢測認證機構，建設若干汽車芯片檢測認證公共服務機構和平臺，提高國內檢測認證機構的行業認可度，提高整體市場競爭力。

4.3 提升國內第三方機構檢測認證能力

一是基于國內汽車芯片檢測認證現狀，以市場需求為牽引，國內檢測認證機構需加大評估軟件和測試儀器的投入，增加試驗通量，實現規模發展。二是結合汽車芯片應用特點，需要建立研用一體的檢測認證技術體系。研制側推動芯片供應鏈安全評估和檢驗檢測，提升產品質量，確保芯片能用；需求側推動建立以“生產線審核認證+應用驗證”為核心的準入機制，通過開展典型應用領域芯片級、板卡級、整機級多層級應用驗證工作，提升芯片與整車的適配性，提振整車用戶對國內芯片的信心，確保整車用戶敢用產品。三是在市場需求的激勵下，檢測認證機構需要與高校、科研院所開展多模式合作，通過聯合辦學及產學結合方式，加快技術型、實用型人才的培養。

5 結束語

本文通過對汽車芯片檢測認證相關標準進行分析、對國內檢測認證機構進行調研，提出了國內目前汽車芯片檢測認證行業面臨的問題，包括自有標準體系尚未建立、市場競爭力不足和試驗通量不足等。針對目前行業痛點，提出了我國汽車芯片檢測認證行業下一步發展的思考和展望。