《汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》技術(shù)解讀與功率芯片測(cè)量概覽

伴隨著工信部印發(fā)的《汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》（簡(jiǎn)稱《指南》），汽車芯片體系化建設(shè)被提上日程，本期我們將對(duì)《指南》涉及到的一些重點(diǎn)芯片與測(cè)試領(lǐng)域，做技術(shù)層面解讀，以及對(duì)汽車和芯片的重要細(xì)分領(lǐng)域，功率芯片的測(cè)試做更詳細(xì)的介紹，本文主要包含以下內(nèi)容：

?《汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》概覽

?汽車芯片類型與功能概述

?汽車芯片測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)

?汽車芯片細(xì)分領(lǐng)域測(cè)試概覽. 功率芯片建模提參，靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)試

《汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》概覽

《指南》根據(jù)汽車芯片技術(shù)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需要及未來發(fā)展趨勢(shì)，提出到2025年，制定30項(xiàng)以上汽車芯片重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，明確環(huán)境及可靠性、電磁兼容、功能安全及信息安全等基礎(chǔ)性要求，制定控制、計(jì)算、存儲(chǔ)、功率及通信芯片等重點(diǎn)產(chǎn)品與應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，形成整車及關(guān)鍵系統(tǒng)匹配試驗(yàn)方法，滿足汽車芯片產(chǎn)品安全、可靠應(yīng)用和試點(diǎn)示范的基本需要；到2030年，制定70項(xiàng)以上汽車芯片相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善基礎(chǔ)通用、產(chǎn)品與技術(shù)應(yīng)用及匹配試驗(yàn)的通用性要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)于前瞻性、融合性汽車芯片技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)的有效支撐，基本完成對(duì)汽車芯片典型應(yīng)用場(chǎng)景及其試驗(yàn)方法的全覆蓋，滿足構(gòu)建安全、開放和可持續(xù)汽車芯片產(chǎn)業(yè)生態(tài)的需要。下圖是汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系框圖，其中包括了各個(gè)工作組職能。

圖：汽車芯片標(biāo)準(zhǔn)體系框圖，摘錄自《指南》

汽車芯片類型與功能概述

產(chǎn)品與技術(shù)應(yīng)用類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在汽車上應(yīng)用的各類芯片所應(yīng)符合的技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。此類標(biāo)準(zhǔn)涵蓋控制芯片、計(jì)算芯片、傳感芯片、通信芯片、存儲(chǔ)芯片、安全芯片、功率芯片、驅(qū)動(dòng)芯片、電源管理芯片和其他類芯片 10 個(gè)類別，如下示意圖：

圖：智能汽車架構(gòu)與所用芯片示意

? 控制芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范汽車上各類控制器、動(dòng)力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)等控制芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向包括通用要求和動(dòng)力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)控制芯片等。

? 計(jì)算芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范汽車用于人機(jī)交互、智能座艙、視覺融合處理、智能規(guī)劃、決策控制等領(lǐng)域執(zhí)行復(fù)雜邏輯運(yùn)算和 大量數(shù)據(jù)處理任務(wù)的芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向包括智能座艙和智能駕駛計(jì)算芯片等。

? 傳感芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范汽車用于感知和探測(cè)外界信號(hào)、化學(xué)組成、溫濕度等物理?xiàng)l件的芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向包括環(huán)境感知傳感芯片和電動(dòng)車用傳感芯片等。其中，將優(yōu)先制定圖像傳感與處理、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、電動(dòng)車用電壓/位置/磁場(chǎng)檢測(cè)等芯片標(biāo)準(zhǔn)。

? 通信芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范汽車用于內(nèi)部設(shè)備之間及汽車與外界其他設(shè)備進(jìn)行信息交互和處理的芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向包括車載無線通信和車內(nèi)通信芯片等。其中，將優(yōu)先制定蜂窩通信、直連通信、衛(wèi)星定位、藍(lán)牙、專用無線短距傳輸、WLAN、UWB、NFC、ETC等車載

? 無線通信芯片，以及 LIN、CAN、以太網(wǎng)PHY、以太網(wǎng)交換機(jī)、中央網(wǎng)關(guān)、串行器和解串器、音視頻總線等車內(nèi)通信芯片相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

? 存儲(chǔ)芯片標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)范汽車用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向包括易失性和非易失性存儲(chǔ)器芯片。其中，將優(yōu)先推進(jìn) DRAM、SRAM、NOR FLASH、NAND FLASH、EEPROM 等芯片標(biāo)準(zhǔn)制定。

? 安全芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范汽車用于提供信息安全服務(wù)的芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向?yàn)槠嚢踩酒a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等。

? 功率芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范汽車用于處理高電壓、大電流工況的芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向包括電動(dòng)汽車用 IGBT模塊、功率模塊、功率分立器件等。

? 驅(qū)動(dòng)芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范汽車用于驅(qū)動(dòng)各系統(tǒng)主芯片、電路或部件進(jìn)行工作的芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向包括驅(qū)動(dòng)芯片、功率驅(qū)動(dòng)芯片、顯示驅(qū)動(dòng)芯片等。

??電源管理芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范汽車用于內(nèi)部電路電能轉(zhuǎn)換、配電、檢測(cè)、電源信號(hào)（電流、電壓）整形及處理的芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)建設(shè)方向包括電源管理芯片、模 擬前端芯片、數(shù)字隔離器芯片等。

? 其他類芯片標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范不屬于上述各類的汽車芯片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法。一般為暫無明確分類的新技術(shù)、新產(chǎn)品。

汽車芯片測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)

標(biāo)準(zhǔn)的建立，有助于幫助OEM，Tier 1 及測(cè)試機(jī)構(gòu)有統(tǒng)一的方案來驗(yàn)證整車及零部件的性能及可靠性測(cè)試。在實(shí)際測(cè)試過程中，汽車芯片測(cè)試面臨許多挑戰(zhàn)，特別是在當(dāng)前全球芯片短缺的背景下，包括：

復(fù)雜性：現(xiàn)代汽車芯片集成了許多功能，如處理器、傳感器、通信模塊等。測(cè)試這些復(fù)雜的集成電路需要高度專業(yè)的知識(shí)和技能。

可靠性：汽車芯片必須在極端條件下運(yùn)行，如高溫、低溫、濕度和振動(dòng)。因此，測(cè)試必須確保芯片在各種環(huán)境下都能可靠地工作。

安全性：汽車芯片的安全性至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兛刂浦S多關(guān)鍵系統(tǒng)，如制動(dòng)、駕駛輔助和通信。測(cè)試必須檢測(cè)潛在的安全漏洞和風(fēng)險(xiǎn)。

時(shí)間壓力：汽車制造商通常需要大量芯片，以滿足市場(chǎng)需求。測(cè)試必須在緊迫的時(shí)間表下完成，以確保芯片的及時(shí)交付。

成本：測(cè)試設(shè)備和人力資源的成本可能很高。汽車制造商需要在保持質(zhì)量的同時(shí)控制測(cè)試成本。

總之，汽車芯片測(cè)試需要高度專業(yè)的技術(shù)、嚴(yán)格的質(zhì)量控制和靈活的方法，以應(yīng)對(duì)不斷變化的需求和挑戰(zhàn)。

功率芯片測(cè)試概覽

功率芯片是專門設(shè)計(jì)用來管理和調(diào)節(jié)高電壓和大電流的半導(dǎo)體設(shè)備，它們能夠在電力轉(zhuǎn)換、能源管理和動(dòng)力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高效率和高性能的要求。在新能源汽車中，功率芯片用于電池管理系統(tǒng)（BMS）、逆變器、充電設(shè)備和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器等關(guān)鍵部件，確保電能有效轉(zhuǎn)換和傳輸，提升車輛的行駛里程和性能；而汽車智能化對(duì)功率芯片的需求則主要體現(xiàn)在其高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車載信息娛樂系統(tǒng)、車載網(wǎng)絡(luò)以及自動(dòng)駕駛技術(shù)中，這些系統(tǒng)需要功率芯片提供穩(wěn)定、可靠的電力支持，以保證數(shù)據(jù)處理和通信的高效率。

功率芯片正在向更高的功率密度、更低的能耗、更高的可靠性和更長(zhǎng)的壽命方向發(fā)展。采用先進(jìn)材料（如碳化硅SiC和氮化鎵GaN）的功率芯片，因其在高溫、高壓和高頻條件下的卓越性能，正成為新能源和智能汽車領(lǐng)域的首選。而隨著SiC/GaN技術(shù)的普及，怎么選擇更適合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功率器件，如何分析功率器件的不良原因等都是新能源行業(yè)從業(yè)者最為關(guān)心的問題，對(duì)功率芯片的測(cè)試，主要涉及包括功率器件建模，功率器件電路仿真，功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試，功率器件動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試等，下面分別做一個(gè)介紹：

01、功率器件建模

現(xiàn)在大多數(shù)功率器件都是基于Level 3 MOS管的模型，加上許多非線性方程式結(jié)合而成。這需要對(duì)功率器件及建模有充分的認(rèn)識(shí)才能實(shí)現(xiàn)。實(shí)際建模的過程，可以基于PD1000A測(cè)量到的靜動(dòng)態(tài)參數(shù)，S參數(shù)直接進(jìn)行建模，自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的模型。

02、功率器件電路仿真

功率器件的電路仿真可以基于ADS仿真平臺(tái)，在這平臺(tái)上直接進(jìn)行前仿真(pre-layout simulation)及后仿真(post-layout simulation)。在前仿的部分可直接使用PEMG抽取的模型參數(shù)，搭配內(nèi)建的行為級(jí)模型，例如PWM產(chǎn)生器、運(yùn)算放大器(OPAMP)、非線性磁性元件，建立關(guān)鍵電路原理圖。接著在同一平臺(tái)上，可以直接進(jìn)行版圖的設(shè)計(jì)，并抽取版圖的寄生電路，直接導(dǎo)回原理圖仿真，完成后仿真。在這整合的設(shè)計(jì)環(huán)境下，使用者可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化仿真，使用仿真精確的預(yù)估電路的特性，一次完成最終設(shè)計(jì)，就能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。另外，ADS仿真平臺(tái)還提供一鍵生成EMI測(cè)試電路，使用者可以在ADS上完成EMI的仿真，優(yōu)化EMI的設(shè)計(jì)，以符合EMC的指標(biāo)。

03、功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試

靜態(tài)參數(shù)主要是指本身固有的，與其工作條件無關(guān)的相關(guān)參數(shù)，主要包括：門極開啟電壓、門極擊穿電壓，集電極發(fā)射極間耐壓、集電極發(fā)射極間漏電流、寄生電容（輸入電容、轉(zhuǎn)移電容、輸出電容），以及以上參數(shù)的相關(guān)特性曲線的測(cè)試。

碳化硅?(SiC)和氮化鎵?(GaN)等全新寬帶隙材料能夠支持大電壓和高切換速度。在高電壓直流偏置條件下?(高達(dá) 3 kV)，高擊穿電壓?(達(dá) 10 kV)、大電流?(數(shù)千安培)、柵極電荷以及連接電容表征和器件溫度特征和 GaN器件電流崩潰效應(yīng)測(cè)量功能十分必要，是推動(dòng)新器件盡快上市的重要保證，靜態(tài)參數(shù)測(cè)試的器件類型和項(xiàng)目主要包括：

以上靜態(tài)參數(shù)測(cè)試，可以用B1505A和B1506A兩套方案來完成。其中B1506A支持寬泛的電流和電壓工作范圍（1500 A，3 kV），并且支持全自動(dòng)測(cè)試，可以完成功率器件IV、CV和Qg全參數(shù)測(cè)試，最終輸出產(chǎn)品Datasheet報(bào)告。

圖：B1506A功率器件分析儀/曲線追蹤儀

一個(gè)典型的Datasheet測(cè)試報(bào)告如下所示，包括IV參數(shù)（擊穿電壓、漏電、開啟特性），CV參數(shù)（Rg、輸入、輸出和反向傳輸電容）和柵極電荷Qg。

圖：功率器件自動(dòng)化Datasheet測(cè)試結(jié)果

04、功率器件動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試

隨著開關(guān)頻率的不斷增加，功率器件/芯片的開關(guān)損耗超過靜態(tài)損耗成為主要功耗來源，動(dòng)態(tài)參數(shù)也成為評(píng)估器件性能的重要參數(shù)。相對(duì)于器件的靜態(tài)參數(shù)，動(dòng)態(tài)參數(shù)主要表征的是器件在開啟或關(guān)斷瞬間的電學(xué)特性參數(shù)，其主要是寄生電阻和寄生電容在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中，會(huì)引起充、放電過程，給電路實(shí)際工作帶來一些限制同時(shí)也決定的器件的開關(guān)性能。

JEDEC委員會(huì)致力于WBG（寬禁帶）器件特性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化，DPT（雙脈沖測(cè)試）技術(shù)已經(jīng)成為確定功率半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，主要測(cè)試參數(shù)包括：

▼測(cè)試項(xiàng)目

▼參數(shù) &?測(cè)試描述 &?測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

開啟特性

參數(shù)：

td(on), tr, ton, e(on),

dv/dt, di/dt

測(cè)試描述：表征器件的開啟速度，最大的dv/dt和 di/dt，已經(jīng)對(duì)應(yīng)的損耗，這些參數(shù)用來表征器件的開啟損耗

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

FET – IEC 60747-9
IGBT - 60747-8

關(guān)斷特性

參數(shù)：

td(off), tf, toff, e(off),

dv/dt, di/dt

測(cè)試描述：表征器件的關(guān)斷速度，最大的dv/dt和 di/dt，以及對(duì)應(yīng)的損耗，這些參數(shù)用來表征器件的關(guān)斷損耗

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

FET – IEC 60747-9
IGBT - 60747-8

開關(guān)特性

參數(shù)：

Id vs t, Vds, vs t,
Vgs vs t, Ig vs t ,
e vs t, Id vs Vds

測(cè)試描述：時(shí)間相關(guān)的參數(shù)（Id，Vds，Vgs，Ig，鉗位Vds，e）為示波器直接測(cè)試出的波形；Id vs Vds 通過示波器波形分析出

反向恢復(fù)

參數(shù)：

trr, Qrr, Err, Irr,
Id vs. t

測(cè)試描述：表征器件本體二極管的反向恢復(fù)特性，同時(shí)提供額外的時(shí)間信息來表征器件開和關(guān)的切換時(shí)間有多快

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 60747-8

柵極驅(qū)動(dòng)

參數(shù)：

Vg vs. Qg,
(Qgs(th), Qgs(pl), Qgd)

測(cè)試描述：

通過雙脈沖測(cè)試測(cè)量驅(qū)動(dòng)電壓和電流，在不同的驅(qū)動(dòng)電壓下測(cè)量驅(qū)動(dòng)電荷，這些參數(shù)用來表征器件的驅(qū)動(dòng)損耗

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

IEC 60747-8
IEC 60474-9

輸出特性

參數(shù)：Id vs. Vg, Id vs. Vd

測(cè)試描述：提供功率器件的基本轉(zhuǎn)換特性曲線

對(duì)功率器件/芯片的DPT測(cè)試，主要采用PD1500A；而對(duì)于需要更高功率的模組，則可以采用PD1550A，如下圖：

圖：PD1500A動(dòng)態(tài)功率器件分析儀/雙脈沖測(cè)試儀，用于功率芯片測(cè)試

圖：PD1550A動(dòng)態(tài)功率器件分析儀/雙脈沖測(cè)試儀，用于功率芯片與模組測(cè)試