AEC-Q100-基於積體電路應力測試認證的失效機理
作者:江志宏
🔎TL;DR
TL： AEC-Q100 是汽車電子協會 (AEC) 制定的車規 IC 可靠度測試標準，涵蓋溫濕度、電氣與壽命加速等多重驗證。
DR：
測試項目包含 HTOL、THB、HAST、TC、PTC、HTSL 等，總計 7 大群組 41 項，對應 JEDEC 與 MIL-STD 方法，確保車規 IC 在 −40℃ ~ 150℃ 極端環境下維持穩定。
📌 實務案例
某台灣 IC 設計廠商為打入國際車用供應鏈，針對其電源管理 IC 執行 AEC-Q100 測試計畫。樣本在 150℃ 高溫下通電 1000 小時（HTOL），並搭配 HAST（130℃/85%RH/96h）與溫度循環（−50℃↔150℃/1000 次）。結果顯示部分封裝於 HAST 條件下發生閂鎖效應 (Latch-up)。透過設計修正與材料改善，最終順利取得 AEC-Q100 認證，成功打入國際 Tier 1 車廠。
說明： 隨著汽車電子技術的進步，今天的汽車裏都有很多繁複的數據管理控制系統，並透過許多各自獨立的電路，來傳遞每個模組間所需要的訊號，汽車內部的系統就好比電腦網路的「主從架構」，在主體控制單元與每個周邊模組中，車用電子零件分為三大類別，包含IC、離散半導體、被動元件三大類別，為了確保這些汽車電子零組件符合汽車安全的最高標準，美國汽車電子協會(AEC，Automotive Electronics Council )係以主動零件[微控制器與積體電路..等]為標的所設計出的一套標準 [AEC-Q100]、針對被動元件設計為[[AEC-Q200]，其規範了被動零件所必須達成的產品品質與可靠度，AEC-Q100為AEC組織所制訂的車用可靠性測試標準，為3C&IC廠商打進國際車用大廠模組的重要入場卷，也是提高台灣IC可靠性品質的重要技術，此外，目前國際大廠已經通過車用安全性標準(ISO-26262)，而AEC-Q100則為通過該標準的基本要求。
AEC規範免費下載網頁：http://www.aecouncil.com/AECDocuments.html
零件工作溫度等級定義：
說明：待測品如不通電環境下，待測品本身不會發熱，其熱源只是吸收試驗爐內的空氣熱，而待測品如果有通電發熱時，其試驗爐內有風循環的話，會將待測品本身熱量帶走，風速每增加1米，其熱量就會減少10%左右。假設要模擬室內無空調環境下電子產品的溫度特性(www.kson.com.tw)，若使用烤箱或恆溫恆濕機模擬35℃，雖然試驗區透過電熱與冷凍可以控制環境在35℃內，但烤箱與恆溫恆濕機的風循環會將待測品的熱量帶走，使待測品實際上的溫度低於真正無風狀態下的溫度。所以必須使用無風速的自然對流試驗機才能有效的模擬實際無風環境(如：室內、無啟動時的汽車駕駛艙、儀器機箱、戶外防水盒..等環境)。
要求：
該規範的目的是建立一個標準，用以描述基於一套最低認證要求的積體電路工作溫度等級，為了達到零缺陷的目標，需要完成零缺陷項目的基本內容都可以在AEC-Q004查到
0等級：環境工作溫度範圍-40℃～150℃
1等級：環境工作溫度範圍-40℃～125℃
2等級：環境工作溫度範圍-40℃～105℃
3等級：環境工作溫度範圍-40℃～85℃
4等級：環境工作溫度範圍0℃～70℃
要求通過AECQ-100的車用電子零配件哉要列表：
車用一次性記憶體、電源降壓穩壓器、車用光電耦合器、三軸加速規感測器、視訊解碼器、整流器、環境光感測器、非易失性鐵電存儲器、電源管理IC、嵌入式快閃記憶體、DC/DC穩壓器、車規網路通訊設備、液晶驅動IC、單電源差動放大器、電容接近式開關、高亮度LED驅動器、非同步切換器、600V IC、GPS IC、ADAS高級駕駛員輔助系統晶片、GNSS接收器、GNSS前端放大器..等。
專有名詞整理：
| 簡稱 |
中文 |
英文 |
說明 |
| AEC |
美國汽車電子協會 |
Automotive Electronic Council |
由車廠[克萊斯勒(Chrysler)、福特(Ford)、通用汽車(GM)]發起並創立於1994年，目前會員遍及全球各大汽車廠、汽車電子與半導體廠商。 |
| AEC-Q001 |
零件平均測試指導原則 |
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| AEC-Q002 |
統計式良品率分析的指導原則 |
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| AEC-Q003 |
晶片產品的電性表現特性化的指導原則 |
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| AEC-Q100 |
基於積體電路應力測試認證的失效機理 |
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規範了零件供應商所必須達成的產品品質與可靠度，試驗條件多仍以JEDEC或MIL-STD為主，外加上其他獨立建置的測試手法。 |
| AEC-Q100-001 |
邦線切應力測試 |
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| AEC-Q100-002 |
人體模式靜電放電測試 |
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| AEC-Q100-003 |
機械模式靜電放電測試 |
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| AEC-Q100-004 |
積體電路閂鎖效應測試 |
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| AEC-Q100-005 |
可寫可擦除的永久性記憶的耐久性、資料保持及工作壽命的測試 |
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| AEC-Q100-006 |
熱電效應引起的寄生閘極漏電流測試 |
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| AEC-Q100-007 |
故障仿真和測試等級 |
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| AEC-Q100-008 |
早期壽命失效率（ELFR） |
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| AEC-Q100-009 |
電分配評估 |
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| AEC-Q100-010 |
錫球剪切測試 |
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| AEC-Q100-011 |
帶電器件模式的靜電放電測試 |
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| AEC-Q100-012 |
12V系統靈敏功率設備的短路可靠性描述 |
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| AEC-Q101 |
汽車級半導體分立器件應力測試認證 |
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| AEC-Q200 |
無源器件應力測試標準 |
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| AEC-Q200-001 |
阻燃測試 |
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| AEC-Q200-002 |
人體模式靜電放電測試 |
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| AEC-Q200-003 |
橫樑負載、斷裂強度 |
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| AEC-Q200-004 |
自恢復保險絲測量程式 |
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| AEC-Q200-005 |
板彎曲度測試 |
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| AEC-Q200-006 |
表面貼裝後的剪切強度測試 |
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| AEC-Q200-007 |
電湧測試 |
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| DPM |
百萬缺陷數 |
defect per million |
半導體元件的缺陷率 |
| HRCF |
高可靠性認證流程 |
High Reliability Certified Flow |
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| ISO-26262 |
車輛機能安全 |
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| PPAP |
生產零件批准程序 |
Production Parts Approval Process |
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| SAE J1752 |
積成電路輻射測量程序 |
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| MIL-STD-883 |
微電子測試方式和程序 |
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| JEDEC JESD-22 |
裝氣件可靠性測試方法 |
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| EIA/JESD78 |
積成電路閉鎖效應測試 |
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| ST |
應力測試 |
stress testing |
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| UL 94 |
器件和器具塑料材質零件的易燃性測試 |
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| Zero Defect |
零缺陷 |
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AEC-Q100車用IC產品驗證流程圖：
AEC-Q100類別與測試：
說明：AEC-Q100規範7大類別共41項的測試
群組A-加速環境應力測試(ACCELERATED ENVIRONMENT STRESS TESTS)共6項測試，包含：PC、THB、HAST、AC、UHST、TH、TC、PTC、HTSL
群組B-加速生命週期模擬測試(ACCELERATED LIFETIME SIMULATION TESTS)共3項測試，包含：HTOL、ELFR、EDR
群組C-封裝組裝完整性測試(PACKAGE ASSEMBLY INTEGRITY TESTS)共6項測試，包含：WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI
群組D-晶片製造可靠性測試(DIE FABRICATION RELIABILITY TESTS)共5項測試，包含：EM、TDDB、HCI、NBTI、SM
群組E-電性驗證測試(ELECTRICAL VERIFICATION TESTS)共11項測試，包含：TEST、FG、HBM/MM、CDM、LU、ED、CHAR、GL、EMC、SC、SER
群組F-缺陷篩選測試(DEFECT SCREENING TESTS)共11項測試，包含：PAT、SBA
群組G-腔封裝完整性測試(CAVITY PACKAGE INTEGRITY TESTS)共8項測試，包含：MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV
測試項目簡稱說明：
AC：壓力鍋
CA：恆加速
CDM：靜電放電帶電器件模式
CHAR：特性描述
DROP：包裝跌落
DS：晶片剪切試驗
ED：電分配
EDR：非易失效儲存耐久性、數據保持性、工作壽命
ELFR：早期壽命失效率
EM：電遷移
EMC：電磁兼容
FG：故障等級
GFL：粗/細氣漏測試
GL：熱電效應引起閘極漏電
HBM：靜電放電人體模式
HTSL：高溫儲存壽命
HTOL：高溫工作壽命
HCL：熱載流子注入效應
IWV：內部吸濕測試
LI：引腳完整性
LT：蓋板扭力測試
LU：閂鎖效應
MM：靜電放電機械模式
MS：機械衝擊
NBTI：富偏壓溫度不穩定性
PAT：過程平均測試
PC：預處理
PD：物理尺寸
PTC：功率溫度循環
SBA：統計式良率分析
SBS：錫球剪切
SC：短路特性描述
SD：可焊性
SER：軟誤差率
SM：應力遷移
TC：溫度循環
TDDB：時經介質擊穿
TEST：應力測試前後功能參數
TH：無偏壓濕熱
THB、HAST：有施加偏壓的溫濕度或高加速應力試驗
UHST：無偏壓的高加速應力試驗
VFV：隨機振動
WBS：焊線剪切
WBP：焊線拉力
溫濕度試驗條件整理：
THB(有施加偏壓的溫濕度，依據JESD22 A101)：85℃/85%R.H./1000h/bias
HAST(高加速應力試驗，依據JESD22 A110)：130℃/85%R.H./96h/bias、110℃/85%R.H./264h/bias
AC壓力鍋，依據JEDS22-A102：121℃/100%R.H./96h
UHST無偏壓的高加速應力試驗，依據JEDS22-A118，設備：HAST-S)：110℃/85%R.H./264h
TH無偏壓濕熱，依據JEDS22-A101，設備：THS)：85℃/85%R.H./1000h
TC(溫度循環，依據JEDS22-A104，設備：TSK、TC)：
等級0：-50℃←→150℃/2000cycles
等級1：-50℃←→150℃/1000cycles
等級2：-50℃←→150℃/500cycles
等級3：-50℃←→125℃/500cycles
等級4：-10℃←→105℃/500cycles
PTC(功率溫度循環，依據JEDS22-A105，設備：TSK)：
等級0：-40℃←→150℃/1000cycles
等級1：-65℃←→125℃/1000cycles
等級2～4：-65℃←→105℃/500cycles
HTSL(高溫儲存壽命，JEDS22-A103，設備：OVEN)：
塑料封裝零件：
等級0：150℃/2000h
等級1：150℃/1000h
等級2～4：125℃/1000h or 150℃/5000h
陶瓷封裝零件：200℃/72h
HTOL(高溫工作壽命，JEDS22-A108，設備：OVEN)：
等級0：150℃/1000h
等級1：150℃/408h or 125℃/1000h
等級2：125℃/408h or 105℃/1000h
等級3：105℃/408h or 85℃/1000h
等級4：90℃/408h or 70℃/1000h
ELFR(早期壽命失效率，AEC-Q100-008)：通過這項應力測試的器件可以用在其他應力測試上，通用數據可以使用，ELFR前後的測試在是溫和高溫條件下進行。
常見問與答（FAQ）
AEC-Q100 是針對積體電路 (IC) 的車用可靠度應力測試標準，由 AEC 制定，涵蓋 7 大類共 41 項測試。
它是車規 IC 打入國際大廠的基本門檻，並與 ISO-26262 功能安全標準高度相關。
AEC-Q100 涵蓋 7 大群組：加速環境應力測試、加速壽命模擬、封裝完整性、晶片製程可靠度、電性驗證、缺陷篩選與腔體封裝完整性。
每個群組針對不同失效機制，確保從晶片到封裝的整體可靠性。
AEC-Q100 多數試驗依據 JEDEC JESD-22 與 MIL-STD-883 規範，如 HTOL、HAST、溫度循環等。
AEC 在此基礎上針對車規需求加嚴條件，例如更高溫度範圍與更長時數。
AEC-Q100 依溫度等級區分 0~4 級，例如等級 0（−40℃~150℃）、等級 1（−40℃~125℃）。
測試條件依據等級調整時數與溫度範圍，對應車用 IC 的不同應用情境。
車用環境比 3C 電子嚴苛得多，AEC-Q100 測試確保 IC 能在高溫、高濕、振動與長時間使用下保持穩定。
通過此標準是供應鏈要求，亦是取得 ISO-26262 功能安全認證的前提。
