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下一代汽车芯片已在路上,要做到零缺陷有多难?

导读: 用于辅助驾驶和自主驾驶系统的下一代汽车芯片这波浪潮正在推动关键性的异常检测新方法的开发进程。

通向零缺陷的道路上需要一些新的策略。

用于辅助驾驶和自主驾驶系统的下一代汽车芯片这波浪潮正在推动关键性的异常检测新方法的开发进程。

KLA-Tencor、Optimal+以及西门子子公司的Mentor正在进入或扩大在异常检测市场或相关领域的工作。异常检测技术在各种行业已经使用多年,是实现芯片生产质量零缺陷的主要技术之一,零缺陷对汽车领域至关重要。

通常,异常检测本身使用硬件和统计筛选算法来定位所谓的异常。简单来讲,芯片异常指的是芯片本身可能会通过各种标准测试,但是有时会表现出功能异常。这种芯片可能会影响系统性能或导致系统失效。

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图1PAT极限和极限值图形显示

异常芯片或带缺陷芯片的出现有若干原因,其中包括出现潜在性的可靠性缺陷。这一类缺陷在芯片出货时不会被发现,但它们会在应用现场以某种方式激活,最终可能会反应在实际运行的系统中。

为了帮助捕捉芯片中这样或那样的问题,业界通常使用各种异常检测方法,例如零件平均测试法(PAT)。在PAT中,首先对晶圆进行电气测试,然后,组合使用硬件方法和PAT算法,检测出违反特定测试规范的异常或故障芯片,然后把它丢掉。

但是,PAT方法很难满足汽车行业的苛刻要求。Optimal+公司首席技术官MichaelSchuldenfrei表示:“汽车和其他类型的任务关键型设备的半导体产品使用量正在呈指数级增长。这种趋势推升了对芯片质量和可靠性的要求。使用PAT或零件平均值测试方法的异常检测技术作为保证质量和可靠性的一个主要手段,已经存在了几十年。但在很多情况下,它们并不是非常有效,或者在防止漏检方面测试成本过高。”

漏检指的是芯片通过了测试离开了晶圆厂。为了避免这种情况的发生,多年来,异常检测专家们开发出了新的更先进的技术来防止芯片漏检和其它问题。比如,异常检测通常是在芯片封装测试阶段进行,但是在一个新的方案中,KLA-Tencor开发了一种用于在晶圆厂中测试的技术。

尽管如此,这个行业目前仍然面临一系列重大挑战,其中包括:

1、随着更多先进芯片被用于汽车中,迫切需要新的先进的异常检测算法;

2、异常检测技术必须紧跟辅助驾驶和自动驾驶技术的发展趋势;

3、英伟达和其它没有异常检测经验的IC制造商正在蜂拥进入汽车市场,这意味着他们需要提高学习曲线。

这个飞速增长的汽车半导体市场还面临许多其它挑战。除了汽车市场,异常检测也应用在医疗和其它领域中。根据西门子子公司Mentor的说法,总体而言,商业性的异常检测软件业务的规模在每年2500万美元到5000万美元之间。MentorQuantix事业部总经理BertrandRenaud表示:“这个数字可能仅代表实际软件的三分之一,因为许多大型IDM厂商已经构建了自己的专有工具,他们的软件没有统计在内。”目前,这个市场上的选手有KLA-Tencor、Mentor、Optimal+和yieldWerx等公司。

汽车芯片趋势

2018年,汽车市场增速可能会放缓。根据IHSMarkit的数据,2018年轻量级汽车的全球总销量预计将达到9590万辆,同比2017年增长1.5%。根据该公司的数据,2017年同比2016年增长了2.4%。

汽车销量的增长如何对应于汽车半导体市场增速目前尚不完全清楚。尽管目前汽车芯片业务仅占整个半导体市场规模的10%左右,但这并不能说明问题的全貌,因为根据IHSMarkit的数据,每辆汽车的电子器件的价值将从2013年的312美元增长到2022年的460美元,年复合增长率为7.1%。

“从十年前的几百个控制器和其他类型电子器件开始,现代的汽车中可能包含超过3,500个半导体产品,这些半导体器件的总体成本正在持续上升。”KLA-Tencor高级营销总监RobCappel在一篇博客中说道。

一辆高级汽车拥有超过7000颗芯片。芯片厂商正在向高端车型中引入14nm和10nm器件,同时也正在研发用在汽车上的7nm芯片。

但是,在汽车领域,有两个因素是亘古不变的-可靠性和质量。对于商用芯片而言,消费者对缺陷尚有一定的容忍度。但是,汽车芯片对缺陷和故障是不存在丝毫容忍度的。

这倒不是什么新鲜事儿。“比如ABS系统,”TEL的高级技术合伙人BenRathsack说。“由于事关安全,汽车的可靠性要求总是较高。”

因此,汽车芯片制造商和代工厂必须遵守各种质量标准,例如AEC-Q100,这项标准主要涉及芯片的失效机理压力测试。

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