车载用液晶驱动IC产品应力测试认证AEC-Q100方法解析
目前液晶显示器在汽车产业的应用越来越普遍,文章通过2009年法兰克福汽车展(第63届)中第一手资料,观察到新车中平均一台汽车使用3片液晶面板。由于汽车产业对供货商的品质要求相当严格,即使驱动IC也必须通过应力测试认证,文章详述此认证规范AEC-Q100。
关键词:AEC-Q100;车载液晶面板;车用电子;车载STN驱动IC 中图分类号:TN141.9 文献标识码:B
The Introduction of AEC-Q100, Stress Test Qualification Used in Automotive LCD Driver IC ZHENG Bo-ren, QIAN Jin-wei
(Sitronix Technology Co., Ltd., Taiwan, China)
Abstract: Currently the LCD display used in car is more and more popular. From the first hand observation in 2009(63th) IAA, we concluded there are 3 pieces of LCD displays in average to use in a new car. Due to there is high quality requirement from the customer in automotive industry, even a LCD driver is necessary to approve the stress test qualification which is called AEC-Q100. We introduce AEC-Q100 in this paper.
Keywords:AEC-Q100; automotive LCD display; automotive electronics; automotive STN driver IC
车用电子的品质标准一直以来都比一般消费型电子产品要严格。试想一下,一辆汽车要使用到一万多个零件,假如任何一个零件出现问题,对于消费者而言都有可能造成极大的困扰,甚至有可能危及到生命安全。AEC-Q100是由美国汽车电子协会(automotive electronics council,AEC)所制定的规范,主要是针对车载应用的集成电路产品所设计出的一套应力测试标准,此规范对于提升产品信赖性品质保证相当重要。本文首先概述车载LCD面板在汽车车前市场的主要应用趋势。矽创电子在四年前开始规划开发车载用黑白STN液晶驱动IC,从一开始规划即导入AEC-Q100认证流程,本文将介绍AEC-Q100的认证规范。
1 从2009年第63届法兰克福车展看车载LCD面板的趋势
德国法兰克福汽车展览在汽车业举足轻重,世界上公认比较著名的5个A级车展分别是法兰克福车展、巴黎国际汽车展、北美车展、日内瓦车展、日本东京车展。虽然其它四大车展一直与法兰克福车展齐名,然而,更看重规模与技术的法兰克福车展依然是了解全年汽车动态的最好平台。
在此次第63届车展中,可以了解到LCD面板俨然已经成为汽车设计者眼中的标准设计组件,笔者统计本次的参展汽车,平均一辆车会使用将近3片液晶面板。包括普遍使用的TN LCD面板(如图1、2所示),用于显示里程表、排文件档次、时间、音响信息、冷气状态等简单信息;可提供多元信息的Dot Matrix MSTN LCD面板(如图3所示),主要应用在汽车音响、汽车计算机所提供的汽车信息显示;以及日渐普遍的高分辨率显示TFT LCD面板(如图4所示)。
若以应用区域分类,可以分为正驾驶正前方的仪表盘信息显示,又称为
Cluster(如图2所示),以及CID(center information display)(如图3、4所示)。Cluster一般配备在驾驶的正前方,显示内容主要提供当前驾驶汽车时的使用状态,包括速度、引擎转速、温度、油量、档次、里程数、警告灯(车门状态、手刹车、燃油余量等)和指示灯(方向)。CID位于正驾驶与副驾驶的中间区域,显示内容主要为音响信息、影像娱乐、地图导航、倒车监视。由笔者统计的数据(如图5所示),我们可以观察到TN LCD在面板使用数量上位居第一名,相当普遍;MSTN LCD面板由于可以整合2片以上的TN LCD,因此不管是在CID还是Cluster,被使用的数量都在一定的标准之上;另外,也可以观察到TFT面板已经开始大量使用在CID应用方面,可以整合视频、音频功能于一身。
2 AEC-Q100规范
一辆汽车在使用过程中可能会面临严苛的使用环境,例如一辆汽车可能销售到沙漠气候的高温环境中使用,也可能卖给北欧冰天雪地的极地气候客户,严苛的高温、低温、高湿度环境将对汽车甚至汽车内部的集成电路组件造成冲击。因此,有必要定义出一系列应力测试流程来评估车用电子集成电路组件的寿命以及潜在的失误风险。
在AEC-Q100文件中,定义出以下几类不同任务的测试群组: Test Group A:Accelerated Environment Stress Tests; Test Group B:Accelerated Lifetime Simulation Tests; Test Group C:Package Assembly Integrity Tests; Test Group D:Die Fabrication Reliability Tests; Test Group E:Electrical Verification Tests;
Test Group F:Defect Screening Tests; Test Group G:Cavity Package Integrity。
每一个测试群组会再细化定义出几项测试项目,并说明这些测试项目的测试理论参考何项半导体业界所使用的认证规范(例如:JEDEC、MIL-STD883、SAE或者AEC-Q100本身所定义并且于附件里所定义的规则);每一个测试项目也同时会定义测试样品单一批次数量、测试批次量以及判断合格标准,若有额外的规范也会定义在每一项测试规范当中。所有流程看起来相当复杂,因此文件中辅以图表作流程解说,将所有测试群组串联起来,让工程师可以清楚地理解以及跟随,如图6所示。
这里列举两项测试项目做进一步说明。 范例一:测试群组A第四项(即项目A4)
项目名称:Temperature Cycling(温度循环测试),简称“TC” 测试理论参考自JEDEC JESD22 A104 and Appendix 3
取样标准:测试样品取自同一批次的量产货中,随机取样45颗样品 判断合格标准:0颗样品失效
额外需求说明:根据环境工作温度区间定义,总共定义5种等级,Grade 0～4(Grade 0:-40～+150℃;Grade 1:-40～+125℃;Grade 2:-40～+105℃;Grade 3:-40～+85℃;Grade 4:0～+70℃),例如要达到Grade 3的要求,应力测试流程至少要求做到两种测试条件之一:-50～+125℃做500次循环,或者-50～+105℃做1,000次循环。
范例二:测试群组C第一项(即项目C1)
项目名称:Wire Bond Shear(打线封装剪力),简称“WBS”
假如IC供货商出货形式为裸Die,例如COG STN LCD driver IC,则针对这项测试流程便不需要做测试。
现今集成电路的使用相当普遍,庞大的需求带动了半导体技术的日新月异,供应链的生产流程相当庞大,其复杂程度已使产品开发并非单一公司的技术与能力可以负担,因此,专业分工的现象便成为主流趋势。IC设计公司负责将产品工作规格设计定义好,以符合系统厂商的规范,并以数字电路、仿真电路将IC操作行为具体化设计,在外包给专业代工制造厂商之前,也会将电路转成图形化数据;专业制造代工厂商会根据接收到的电路图形数据转化成多张光罩,通过一连串的薄膜沉积、曝光、显影、蚀刻、电镀、离子植入等复杂流程,在矽晶元上完成一颗颗集成电路,最后再交由专业测试封装厂商,完成最后所看到的成品。假如集成电路生产流程有所变更(从一开始的电路设计到最后的封装制程),AEC-Q100也制定了制程变更指导方针,定义包括最前端的主动组件设计变更到最后端的封装工厂变更,分别罗列出需要重新检视的应力测试项目。
由此可知,这些AEC-Q100的应力测试必须投入可观的成本,而另一项障碍就是通过测试所需花费的时间。汽车产业已经变成竞争相当大的产业,将新产品推入市场的快慢已经成为汽车品牌竞争力的重要指标之一,换句话说,IC供货商除了忙于开发新产品、验证新产品的性能、将新产品推向广大的市场之外,现在还必须要花许多时间与成本让产品通过车用电子的应力测试实验。在量产之前,若有应力测试项目检验出致命性的缺陷,将可能使推出的时间延迟几个月。为了降低风险以及减少成本负荷,供货商只好想出一些为了在最短时间内通过测试所
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