在電子設(shè)備中大海撈針

 

現(xiàn)在如果您的汽車有問題，引擎檢查燈會一直亮著，提醒你前往維修店；無視這些問題可能會對您的車或您自己造成傷害?；蛘?，您會收到明信片或電子郵件，通知您您的汽車需要更換零件。高田（Takata）安全氣囊問題的陰影已經(jīng)持續(xù)了七年，而且隨著ADAS L4級和L5級駕駛級別的問世，汽車制造商將需要更加積極主動地應(yīng)對召回和進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)。

 

召回通常源于涉及復(fù)雜系統(tǒng)中單個組件的可靠性問題。以高田安全氣囊為例，安全氣囊中使用的氣體的性質(zhì)會在產(chǎn)品使用壽命內(nèi)發(fā)生變化。對于現(xiàn)代汽車電子產(chǎn)品而言，召回可能涉及非常多細(xì)微的問題和零部件。

 

目前最大的問題與封裝故障和電路板焊錫凸塊有關(guān)。但是，鑒于IC制造工藝與汽車所承受的機械應(yīng)力和溫度應(yīng)力之間的復(fù)雜關(guān)系，故障的確切原因仍然不那么容易診斷。

 

考慮納米壓痕（機械應(yīng)力）對CMOS器件特性的影響。大眾汽車公司曾觀察到來自三個不同IC供應(yīng)商的板級質(zhì)量問題。在2018年國際可靠性和物理研討會上發(fā)表的一項研究中，研究人員展示了28nm CMOS SRAM單元在納米壓痕下晶體管性能的變化。當(dāng)應(yīng)力為0時，晶體管恢復(fù)正常。這將機械應(yīng)力的影響細(xì)化到了一個全新的水平。應(yīng)力一直存在，但是現(xiàn)在它們正在對當(dāng)前的技術(shù)產(chǎn)生影響。

 

隨著半導(dǎo)體技術(shù)越來越先進(jìn)，沒有人知道汽車電子供應(yīng)鏈會出現(xiàn)什么新的故障機制。

 

“隨著汽車計算需求進(jìn)入最新技術(shù)，硅片故障將比過去更高。”PDF Solutions（普迪飛半導(dǎo)體）高級解決方案副總裁Dennis Ciplickas說，“生命安全是一回事，但是產(chǎn)品質(zhì)量是另一回事。你可能會有隨時壞掉的東西，因此產(chǎn)品質(zhì)量可能是整合各生產(chǎn)步驟數(shù)據(jù)的重要短期驅(qū)動力。”

 

要滿足汽車領(lǐng)域?qū)|(zhì)量的嚴(yán)格要求，制造過程之后的測試結(jié)果反饋將至關(guān)重要，因為您不會對不了解的項目進(jìn)行測試。

 

此外，借助汽車的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，您可以查看半導(dǎo)體和電子產(chǎn)品供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)，更好地發(fā)現(xiàn)潛在問題的信號，并確定減輕風(fēng)險的措施，用各種方式去獲取汽車的數(shù)據(jù)并與其制造譜系聯(lián)系起來，了解為什么會出現(xiàn)故障，并辨別是否可能存在更嚴(yán)重的故障。所有這些都需要可追溯性。

 

追蹤硅器件的制造來源

 

對于向安全關(guān)鍵型應(yīng)用提供芯片或其他電子器件的公司來說，這一切都不會丟失。

 

“對我們所有客戶而言，最大的問題是可追溯性，”yieldHUB首席執(zhí)行官John O''Donnell說，“你需要能夠在數(shù)據(jù)庫中搜索芯片，并查看其在晶圓分類中的位置，在模塊中的位置，以及與其他芯片相比該芯片的性能如何。每個人都在追求這種能力，現(xiàn)在人們還并不確定自己應(yīng)該具體怎么做。但是他們確實知道自己必須這么做。我們的數(shù)據(jù)在模塊中、最終測試結(jié)果中和初始晶圓保持一致性。我們的客戶可以訪問模塊數(shù)據(jù)。我們向他們保證，他們可以在幾秒鐘內(nèi)追蹤到從模塊到晶片分類的所有數(shù)據(jù)。由于沒有足夠的測試數(shù)據(jù)，可能會出現(xiàn)以前不明顯的常見故障。但是現(xiàn)在，如果你知道這些模塊的最終位置，則可以在所有芯片之間建立關(guān)聯(lián)。這很快就會實現(xiàn)了。所以現(xiàn)在如果有一個芯片體現(xiàn)出某種性能，而其他所有芯片都是那樣的，你就能夠分辨它們分別進(jìn)入了哪個模塊。“

 

SEMI追溯標(biāo)準(zhǔn)委員會一直在制定一個跨供應(yīng)鏈的追溯框架。在SEMI T23標(biāo)準(zhǔn)（2019年批準(zhǔn)）中，從晶圓到多芯片設(shè)備都需要一個唯一的設(shè)備ID，可以通過供應(yīng)鏈進(jìn)行傳播。通過區(qū)塊鏈技術(shù)共享數(shù)據(jù)，可以增加安全性和防偽保護(hù)。這樣，就可以知道電子設(shè)備的供應(yīng)過程。

 

半導(dǎo)體IDM和代工廠長期以來一直使用芯片ID來跟蹤缺陷測量并為晶圓制造提供反饋機制。他們使用芯片ID將晶圓分類測試數(shù)據(jù)前饋至組裝步驟和封裝級測試。交付給客戶封裝級ID可以由客戶進(jìn)一步跟蹤。但是，不需要將封裝ID鏈接到芯片ID，因為不要求任何人都可以讀取這些ID。

 

如果符合SEMI T23標(biāo)準(zhǔn)，則制造商的設(shè)備ID可以在整個供應(yīng)鏈上共享。

 

對于具有高可靠性要求的芯片終端用戶（例如網(wǎng)絡(luò)主干、醫(yī)療植入物和汽車制造商）而言，這是很有價值的。如果每個供應(yīng)商都有設(shè)備ID，并且在后續(xù)制造步驟和最終使用系統(tǒng)中都可以讀取，就會極大地方便電子設(shè)備的分析。然后可以合并供應(yīng)商之間的數(shù)據(jù)，以更深入地研究數(shù)據(jù)。

 

SEMI T23標(biāo)準(zhǔn)通過規(guī)定最低要求來實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合。為了實現(xiàn)可追溯性，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)備供應(yīng)商必須為每個設(shè)備提供唯一的設(shè)備ID，并且該ID必須在外部可讀。另外，它要求來自設(shè)備供應(yīng)商的制造和測試數(shù)據(jù)能夠連接到設(shè)備ID。如果所有與電子設(shè)備有關(guān)的供應(yīng)商都滿足了該標(biāo)準(zhǔn)，則該標(biāo)準(zhǔn)可以識別測試范圍的空白，支持有針對性地召回可疑部分，并在整個供應(yīng)鏈中共享數(shù)據(jù)。

 

該標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)備ID的實現(xiàn)方式無關(guān)。SEMI有各種關(guān)于設(shè)備ID的具體標(biāo)準(zhǔn)（T7、T9、T19、E142標(biāo)準(zhǔn)），IEEE也有關(guān)于電子芯片ID的規(guī)定1149.1-2013。沒有標(biāo)準(zhǔn)要求必須提供包含設(shè)備ID的數(shù)據(jù)，這可以通過供應(yīng)商之間的保密協(xié)議或第三方解決。

 

那么，這一切對汽車制造商意味著什么呢？

 

以汽車制造系統(tǒng)中發(fā)生故障的某個零件為例，在退貨中心，制造商可以讀取所有的設(shè)備ID。例如運送到PCB制造商的MCM（Multi-Chip Module，多芯片模塊）包含以下設(shè)備ID：

 

 

圖2：MCM示例

 

此功能使汽車制造商可以對上一個制造步驟聲明“該零件有這些故障”，并指出“這是與每個故障相關(guān)的設(shè)備ID列表”。這樣一來，他們就可以繪制出每個設(shè)備故障的制造譜系。一旦確定了共同點，就可以將其前饋以識別供應(yīng)鏈制造過程中的設(shè)備，從而防止有缺陷的零部件進(jìn)入汽車，或者識別需要召回零部件的車輛。

 

多家數(shù)據(jù)分析公司說明了跨供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)整合的價值，這些數(shù)據(jù)有助于識別現(xiàn)場質(zhì)量和可靠性問題。

 

“1-2級電子產(chǎn)品和新的制造或封裝技術(shù)之間存在時間相關(guān)性。”PDF Solutions的Ciplickas表示，“隨著封裝變得越來越復(fù)雜，芯片數(shù)量增加，封裝技術(shù)出現(xiàn)問題的可能性也隨之增加。因此，可追溯性和連接晶圓信息、封裝測試數(shù)據(jù)的能力，批次級和裝配級缺陷歷史記錄，以及原材料批次等記錄變得很重要。終端商需要這些數(shù)據(jù)來厘清發(fā)生的問題、根本原因以及問題的普遍程度，以便進(jìn)行正確的召回。”

 

不過，這只是整個難題中的一小部分。多芯片模塊和多芯片封裝又增加了另一個層次的可追溯性要求，因為可能并非所有芯片都來自同一供應(yīng)商。

 

“特別是汽車業(yè)，如何使用電子技術(shù)方面還有很多需要考慮，因為它們的價值將不斷上升，并且汽車中的內(nèi)容將在未來幾年瘋狂增長，尤其是隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)和電氣化的發(fā)展，”ASE（日月光半導(dǎo)體）的業(yè)務(wù)發(fā)展高級副總裁Rich Rice說，“因此，生產(chǎn)商不得不開始考慮怎么做更好。我們開始看到，現(xiàn)在的決策通常不是要做一些僅僅將電路連接起來的低成本產(chǎn)品，而是更傾向于做更加可靠的產(chǎn)品，從而可以降低故障率和返廠率。”

 

在各種方法中增加可追溯性同樣越來越有價值。“使用中的數(shù)據(jù)使汽車制造商感到興奮，因為從根本上講，這意味著再也沒有召回了。”OptimalPlus半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門副總裁兼總經(jīng)理Doug Elder提到，“這都是關(guān)于預(yù)測模型的。如果某個相機在某天壞了，那么它壞了的原因是什么？生產(chǎn)工藝步驟是否有變化？此外，是焊錫機還是測試儀器出了問題？我們能夠做的就是把所有的誤差的公差加起來。而且，如果你可以讓汽車制造商使用一個貫穿整個供應(yīng)鏈的通用平臺，那么你就可以將所有這些東西聯(lián)系在一起。”

 

可追溯性強制執(zhí)行

 

作為一個嚴(yán)格管理其供應(yīng)鏈的行業(yè)，汽車制造商應(yīng)該歡迎可追溯性標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對商品及其相關(guān)數(shù)據(jù)的管理。盡管無人駕駛汽車的前景可能被視為長期因素，但目前僅僅管理零部件的質(zhì)量就足以推動可追溯性的發(fā)展。不僅ADAS電子模塊中會用到半導(dǎo)體設(shè)備，整個汽車都會用到，例如燃油噴射和制動系統(tǒng)，這些也都會影響安全性。

 

“合格的汽車產(chǎn)品需要滿足全面質(zhì)量管理的審核要求。”Synopsys汽車知識產(chǎn)權(quán)市場營銷部門總監(jiān)Ron DiGiuseppe說，“盡管在汽車16年的使用壽命中，只有億分之一的缺陷率，我們?nèi)匀恍枰邆浯_定故障根源的能力。”

 

面臨的其他問題

 

軟件的應(yīng)用又增加了另一層復(fù)雜性，特別是涉及到可追溯性。汽車中的軟件數(shù)量正在急劇增長。但是，并非所有軟件都是開放的，而且并非所有軟件都可以維修，幾乎不間斷地更新算法使得很難跟蹤更新導(dǎo)致的硬件功能問題。到目前為止，這已經(jīng)超出了許多硬件行業(yè)的范圍。

 

“如果您正在運行軟件并且算法中有錯誤，則可能與其他算法不匹配。”來自西門子Mentor業(yè)務(wù)部門的AI架構(gòu)師Rahul Singhal表示，“目前，唯一的解決方法是添加冗余和系統(tǒng)級方法。制造汽車系統(tǒng)的原始設(shè)備制造商必須為此提供適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。如果你的軟件出現(xiàn)了錯誤，則可能來自于個別的應(yīng)用程序。”

 

最重要的是，即使制定了標(biāo)準(zhǔn)，也并不意味著制造商會實施。要為L4級和L5級ADAS做準(zhǔn)備，汽車制造商就需要可追溯性來提高質(zhì)量。每一個沒有在生產(chǎn)線上及時發(fā)現(xiàn)的有缺陷的零件，都會使成本增加約10倍。憑借對供應(yīng)鏈嚴(yán)格控制的歷史以及更多的電子供應(yīng)商進(jìn)入該供應(yīng)鏈，汽車制造商可以要求其供應(yīng)鏈中的每家供應(yīng)商都符合SEMI T23標(biāo)準(zhǔn)。汽車制造商已經(jīng)開始加入SEMI，這可能預(yù)示著需求正在到來。

 

下一步是什么？

 

雖然從理論上講，所有來源的數(shù)據(jù)都可以用來對電子零件的性能進(jìn)行細(xì)致入微的洞察，但實現(xiàn)這種能力的關(guān)鍵在于實現(xiàn)可追溯性的成本以及供應(yīng)商之間共享數(shù)據(jù)的信任度。

 

至少，現(xiàn)在關(guān)于可追溯性的討論比過去多得多。“醫(yī)療設(shè)備長期以來一直有可追溯性的需求動機，在汽車方面，它與成本有關(guān)，當(dāng)然肯定也有聲譽的因素，但主要與成本有關(guān)。”Ciplickas說，“在什么情況下實施這些措施才最具有成本效益？”

 

其他人也有類似的觀點，O''Donnell說：“可靠性和可追溯性對于在云、區(qū)塊鏈、汽車、5G中運行的AI至關(guān)重要。要運行機器學(xué)習(xí)軟件，你需要非?？焖俚目勺匪菪院鸵子谔崛〉哪芰Γ⑶疫€要具備將任何可能存在的環(huán)境變量考慮在內(nèi)的能力。”

 

在這一點上，供應(yīng)鏈中供應(yīng)商之間的數(shù)據(jù)共享還不是常態(tài)。甚至SEMI T23標(biāo)準(zhǔn)都聲明包含設(shè)備ID的數(shù)據(jù)不是必需的，并承認(rèn)共享數(shù)據(jù)可能需要各個供應(yīng)商之間的保密協(xié)議。這就造成從晶圓廠到現(xiàn)場汽車共享數(shù)據(jù)時可能產(chǎn)生官僚主義，同時也限制了當(dāng)前的數(shù)據(jù)分析生態(tài)系統(tǒng)。

 

盡管如此，當(dāng)所有來源的數(shù)據(jù)匯總時，汽車供應(yīng)鏈中的每個環(huán)節(jié)都有學(xué)習(xí)、改進(jìn)、降低成本和生產(chǎn)更高質(zhì)量產(chǎn)品的潛在可能性。要實現(xiàn)這些，可追溯性是必要的，但僅僅有可追溯性還不夠。

 

PDF Solutions（普迪飛半導(dǎo)體技術(shù)有限公司）是一家為集成電路整個生命周期提供良率提升技術(shù)服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商，同時也是業(yè)內(nèi)頂級的半導(dǎo)體大數(shù)據(jù)解決方案專家。在公司成立近30年時間里，持續(xù)為全球客戶提供良率提升和數(shù)據(jù)分析方面的專業(yè)經(jīng)驗和技術(shù)服務(wù)。針對中國大陸的半導(dǎo)體市場，PDF Solutions公司推出了基于云端部署的Exensio-Hosted半導(dǎo)體數(shù)據(jù)分析平臺。Exensio–Hosted是一款不需要任何IT維護(hù)的企業(yè)級的云端數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，它可以讓我們隨時隨地去訪問數(shù)據(jù)，并且可以做一些定制化的數(shù)據(jù)分析，快速的查找問題的根源。該平臺目前提供免費賬號的注冊申請，方便芯片設(shè)計企業(yè)迅速掌握先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析手段。