3.1 汽车元器件的规范要求

最初，克莱斯勒、福特和通用汽车为建立一套通行的零部件企业资质及质量体系标准而设立了汽车电子协会（Automotive Electronics Council，AEC）。现在，AEC主要是汽车制造商与美国的主要零部件制造商汇聚在一起成立的，以车载电子部件的可靠性以及认定标准的规范化为目的，AEC建立了质量控制的标准。同时，由于符合AEC规范的零部件均可被上述3家车企同时采用，这促进了零部件制造商交换其产品特性数据的意愿，并推动了汽车零部件通用性的实施，为汽车零部件市场的快速成长打下了基础。

针对不同的元器件，AEC提出了3项不同的标准：AECQ100、AECQ101和AECQ200，主要用于预防产品可能发生的各种失效或潜在的故障状态，引导零部件供货商在开发过程中采用符合该规范的元器件。这些标准要求元器件供应商对每一个元器件进行严格的质量与可靠性确认，确认产品数据表、使用目的、功能说明等是否符合最初需求的功能，以及在连续使用后功能与性能是否具备持续稳定的特性。

在AECQ文件中，对环境温度进行了基本的定义，见表3-3，确认了元器件需要适应的温度等级。由表3-3可知，各种不同的元器件有着不同的适用温度区间。

在AECQ的体系中，还有非强制性的指导规范和对元器件的测试要求，这些规范规定了汽车电子半导体供应商在生产过程中的一些注意事项。

1）AECQ001零部件平均测试指导原则：提出了参数零部件平均测试（PPAT）方法，用来检测外缘半导体组件异常特性的统计方法，用以将异常组件从所有产品中剔除。PPAT可分为静态PAT、动态PAT和地域性PAT。地域性PAT即在所有晶圆的裸晶上加入邻近性权重，因此一些被不良裸晶包围或邻近的良好裸晶也可能会被剔除。

2）AECQ002统计式良品率分析的指导原则：分为统计性良品率限制（SYL）和统计限制（SBL）两种。通过控制关键性测试参数建立一套分析和控制生产变量的系统，可用来检测出异常的材料区域，保证最终产品的质量和可靠性。所有新组件或技术在制造程序前后的不同阶段都可进行统计分析，同时也能在晶圆测试及封装最后测试的阶段被用来进行电子参数测试。AECQ002为组件制造商提供了使用统计技巧来检测和剔除异常芯片组件的方法，让制造商在晶圆的阶段就能及早发现错误并将其剔除。

3）AECQ003芯片产品的“电性表现”特性化的指导原则：产品的特性表现对于开发新的芯片或对现有的芯片进行调整相当重要。此标准是针对芯片的电性表现所提出的特性化指导原则，用来生成产品、制程或封装的规格及数据表，目的在于收集组件、制程的数据并进行分析，以了解此组件与制程的属性、表现和限制，检查这些组件或设备的温度、电压、频率等参数特性。

4）AECQ004零缺陷指导原则：并不是强制性的规范，而是提出在产品生命周期中使用一些工具和制程来达成零缺陷的目标。这包括一系列的步骤，如组件设计、制造、测试和使用，以及在该流程各个阶段中采用零缺陷的工具或方法。

AECQ的认证流程确认了汽车电子的质量基础，也为芯片业提供了一个客观的门槛，使得工程师们可以根据此项要求作为筛选可靠供应商的初选条件。因此，在电子模块的元器件检查中，确认芯片是否具备AECQ认证是流程工作之一。

3.1.1 什么是ROHS

汽车电子中很强调环保的特性，最为基本的特性就是体现在选用的元器件的环保性。在电子行业中，普遍接受的环保条例是ROHS（Restriction of Hazardous Substances）条例。2003年1月欧盟议会和欧盟理事会通过了2002/95/EC指令，即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令，简称ROHS指令。该指令已于2006年7月1日开始正式实施，主要用于规范电子电气产品的材料及工艺标准，使之更加有利于人体健康及环境保护。该标准的目的在于消除电子电气产品中的铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、六价铬（Cr ⁶⁺ ）、多溴联苯（PBBs）和多溴二苯醚（PBDEs）6项有害物质，并重点规定了镉的含量不能超过0.01%，其他5项物质含量不能超过0.1%。该指令于2015年又新增了4项邻苯二甲酸酯物质，新增的有害物质含量也要求不能超过0.1%。因此，被限制的有害物质增至十项，也称为ROHS2.0。

除此之外，需要注意的是ROHS2.0指令已纳入CE认证范围，所以现在做ROHS2.0需按照CE符合性评估程序进行相关评估，出具CE-ROHS证书或自我申明，在产品本身或外包装上加贴CE认证标志。

对于汽车来说，需要遵循的是报废车辆第2000/53/EC决议，并且在汽车整车企业内部有对于电子材料环境保护的要求，例如：FORD公司有RMS——材料限制标准；FIAT公司有汽车零部件材料要求——9.001102；GM公司有自己的GP材料规范。

由于整个指令面对的是整个产品，对于一个模块来说，从元器件本身至加工工程整个都需要符合材料的限制标准。使用的电子零件都可能存在这些有害物质，典型的包括电子元器件、印制电路板材料、覆铜板、印制电路板生产工艺中使用的材料、产品的外壳等，具体如下：

镉：广泛应用于开关、弹簧、连接器、外壳、印制电路板、油墨、触头和电池中；

汞：应用于温控器、传感器、开关、继电器和灯泡中；

铅：应用于焊料、玻璃、PVC稳定剂；

铬：应用于金属防腐蚀涂层；

多溴联苯和多溴二苯醚：应用于阻燃剂、PCB、连接器、塑料外壳。

面对这样的情况，设计工程师需要在选料前期就必须搞清楚BOM表中使用的元器件的情况。在前期也需要引入元器件物料的管理。让人感到困惑的事情是：目前没有统一的符合ROHS产品的标识标准或方法，供应商在产品上标识“ROHS Complaint”“PbFree”等，每个公司都根据自己的实际情况制定自己的编号标识方法。不过无铅产品的标识可参考IPC1066标准，但不表明这样标识的产品符合ROHS要求。因此，面对不同地区的项目需要考虑的标准也不同，设计者必须对所有的元器件和模块的制作过程有一个先期的规划和控制。

在印制电路板加工过程中，采用无铅工艺意味着更高的温度，对于某些敏感器件而言，这种焊接过程带来了更多的误差，特别对于湿度敏感器件可能产生破坏性的影响；对整个印制电路板贴装加工的影响也非常大，如图3-2所示。

3.1.2 器件氧化和湿敏元件

湿度敏感器件主要指非气密性贴片器件，包括塑料封装和其他透水性聚合物封装（环氧树脂、有机硅树脂等）。一般IC（Integrated Circuit，集成电路或集成芯片）、芯片、电解电容、LED等都属于非气密性SMD器件。湿度敏感器件暴露在大气中，大气中的水分会通过扩散渗透到湿度敏感器件的封装材料内部。当器件被贴装到PCB上以后，要经过回流焊炉进行回流焊接。在回流区，整个器件要在183℃以上保持30～90s，最高温度可能为225℃±10℃；无铅焊接的峰值温度会更高，大约为240℃±10℃。

在回流区的高温作用下，器件内部的水分在从液态转换为气态的过程中，体积快速膨胀，如图3-3所示。器件含有不同的材料，在这个过程中材料之间的热膨胀与水蒸气产生的应力会失去调节，材料之间的结合部位则会产生不良变化，往往会造成器件剥离分层或爆裂，导致器件的电气性能受到影响或破坏。从外部来看，器件外观可能产生变形、裂缝等，内部晶圆也有可能损坏失效，器件中水分的作用可直观地称为“爆米花”现象。这样的破坏是内部的，与ESD（Electro-Static Discharge，静电释放）破坏类似，大多数情况下，凭借肉眼是看不出来这些变化的。而且在测试过程中，由湿度敏感性引起的问题也不会表现为完全失效。

对于湿度敏感性可采用湿度敏感等级来描述，见表3-4。硬件工程师通常负责样品申请和样品管理，需要注意并极力避免湿度方面的影响。在手工焊接中，由于温度不均匀，有时出现的问题更为古怪。为了保证管理的合理性，在接收到样品以后，需要进行烘烤处理才能保证样品在手工或者自动生产线上的使用，不同芯片的处理要求见表3-5。