在電子設備中大海撈針

 

現在如果您的汽車(chē)有問(wèn)題，引擎檢查燈會(huì )一直亮著(zhù)，提醒你前往維修店；無(wú)視這些問(wèn)題可能會(huì )對您的車(chē)或您自己造成傷害?；蛘?，您會(huì )收到明信片或電子郵件，通知您您的汽車(chē)需要更換零件。高田（Takata）安全氣囊問(wèn)題的陰影已經(jīng)持續了七年，而且隨著(zhù)ADAS L4級和L5級駕駛級別的問(wèn)世，汽車(chē)制造商將需要更加積極主動(dòng)地應對召回和進(jìn)行預測性維護。

 

召回通常源于涉及復雜系統中單個(gè)組件的可靠性問(wèn)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(huì )在產(chǎn)品使用壽命內發(fā)生變化。對于現代汽車(chē)電子產(chǎn)品而言，召回可能涉及非常多細微的問(wèn)題和零部件。

 

目前最大的問(wèn)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(chē)所承受的機械應力和溫度應力之間的復雜關(guān)系，故障的確切原因仍然不那么容易診斷。

 

考慮納米壓痕（機械應力）對CMOS器件特性的影響。大眾汽車(chē)公司曾觀(guān)察到來(lái)自三個(gè)不同IC供應商的板級質(zhì)量問(wèn)題。在2018年國際可靠性和物理研討會(huì )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。當應力為0時(shí)，晶體管恢復正常。這將機械應力的影響細化到了一個(gè)全新的水平。應力一直存在，但是現在它們正在對當前的技術(shù)產(chǎn)生影響。

 

隨著(zhù)半導體技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，沒(méi)有人知道汽車(chē)電子供應鏈會(huì )出現什么新的故障機制。

 

“隨著(zhù)汽車(chē)計算需求進(jìn)入最新技術(shù)，硅片故障將比過(guò)去更高。”PDF Solutions（普迪飛半導體）高級解決方案副總裁Dennis Ciplickas說(shuō)，“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(huì )有隨時(shí)壞掉的東西，因此產(chǎn)品質(zhì)量可能是整合各生產(chǎn)步驟數據的重要短期驅動(dòng)力。”

 

要滿(mǎn)足汽車(chē)領(lǐng)域對質(zhì)量的嚴格要求，制造過(guò)程之后的測試結果反饋將至關(guān)重要，因為您不會(huì )對不了解的項目進(jìn)行測試。

 

此外，借助汽車(chē)的現場(chǎng)數據，您可以查看半導體和電子產(chǎn)品供應鏈數據，更好地發(fā)現潛在問(wèn)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(chē)的數據并與其制造譜系聯(lián)系起來(lái)，了解為什么會(huì )出現故障，并辨別是否可能存在更嚴重的故障。所有這些都需要可追溯性。

 

追蹤硅器件的制造來(lái)源

 

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

 

“對我們所有客戶(hù)而言，最大的問(wèn)題是可追溯性，”yieldHUB首席執行官John O''Donnell說(shuō)，“你需要能夠在數據庫中搜索芯片，并查看其在晶圓分類(lèi)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(gè)人都在追求這種能力，現在人們還并不確定自己應該具體怎么做。但是他們確實(shí)知道自己必須這么做。我們的數據在模塊中、最終測試結果中和初始晶圓保持一致性。我們的客戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)模塊數據。我們向他們保證，他們可以在幾秒鐘內追蹤到從模塊到晶片分類(lèi)的所有數據。由于沒(méi)有足夠的測試數據，可能會(huì )出現以前不明顯的常見(jiàn)故障。但是現在，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(huì )實(shí)現了。所以現在如果有一個(gè)芯片體現出某種性能，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(gè)模塊。“

 

SEMI追溯標準委員會(huì )一直在制定一個(gè)跨供應鏈的追溯框架。在SEMI T23標準（2019年批準）中，從晶圓到多芯片設備都需要一個(gè)唯一的設備ID，可以通過(guò)供應鏈進(jìn)行傳播。通過(guò)區塊鏈技術(shù)共享數據，可以增加安全性和防偽保護。這樣，就可以知道電子設備的供應過(guò)程。

 

半導體IDM和代工廠(chǎng)長(cháng)期以來(lái)一直使用芯片ID來(lái)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(lèi)測試數據前饋至組裝步驟和封裝級測試。交付給客戶(hù)封裝級ID可以由客戶(hù)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標準，則制造商的設備ID可以在整個(gè)供應鏈上共享。

 

對于具有高可靠性要求的芯片終端用戶(hù)（例如網(wǎng)絡(luò )主干、醫療植入物和汽車(chē)制造商）而言，這是很有價(jià)值的。如果每個(gè)供應商都有設備ID，并且在后續制造步驟和最終使用系統中都可以讀取，就會(huì )極大地方便電子設備的分析。然后可以合并供應商之間的數據，以更深入地研究數據。

 

SEMI T23標準通過(guò)規定最低要求來(lái)實(shí)現數據融合。為了實(shí)現可追溯性，該標準規定設備供應商必須為每個(gè)設備提供唯一的設備ID，并且該ID必須在外部可讀。另外，它要求來(lái)自設備供應商的制造和測試數據能夠連接到設備ID。如果所有與電子設備有關(guān)的供應商都滿(mǎn)足了該標準，則該標準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(gè)供應鏈中共享數據。

 

該標準與設備ID的實(shí)現方式無(wú)關(guān)。SEMI有各種關(guān)于設備ID的具體標準（T7、T9、T19、E142標準），IEEE也有關(guān)于電子芯片ID的規定1149.1-2013。沒(méi)有標準要求必須提供包含設備ID的數據，這可以通過(guò)供應商之間的保密協(xié)議或第三方解決。

 

那么，這一切對汽車(chē)制造商意味著(zhù)什么呢？

 

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

 

 

圖2：MCM示例

 

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

 

多家數據分析公司說(shuō)明了跨供應鏈數據整合的價(jià)值，這些數據有助于識別現場(chǎng)質(zhì)量和可靠性問(wèn)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(shí)間相關(guān)性。”PDF Solutions的Ciplickas表示，“隨著(zhù)封裝變得越來(lái)越復雜，芯片數量增加，封裝技術(shù)出現問(wèn)題的可能性也隨之增加。因此，可追溯性和連接晶圓信息、封裝測試數據的能力，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。終端商需要這些數據來(lái)厘清發(fā)生的問(wèn)題、根本原因以及問(wèn)題的普遍程度，以便進(jìn)行正確的召回。”

 

不過(guò)，這只是整個(gè)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(gè)層次的可追溯性要求，因為可能并非所有芯片都來(lái)自同一供應商。

 

“特別是汽車(chē)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(jià)值將不斷上升，并且汽車(chē)中的內容將在未來(lái)幾年瘋狂增長(cháng)，尤其是隨著(zhù)高級駕駛輔助系統和電氣化的發(fā)展，”ASE（日月光半導體）的業(yè)務(wù)發(fā)展高級副總裁Rich Rice說(shuō)，“因此，生產(chǎn)商不得不開(kāi)始考慮怎么做更好。我們開(kāi)始看到，現在的決策通常不是要做一些僅僅將電路連接起來(lái)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(chǎng)率。”

 

在各種方法中增加可追溯性同樣越來(lái)越有價(jià)值。“使用中的數據使汽車(chē)制造商感到興奮，因為從根本上講，這意味著(zhù)再也沒(méi)有召回了。”OptimalPlus半導體業(yè)務(wù)部門(mén)副總裁兼總經(jīng)理Doug Elder提到，“這都是關(guān)于預測模型的。如果某個(gè)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(wèn)題？我們能夠做的就是把所有的誤差的公差加起來(lái)。而且，如果你可以讓汽車(chē)制造商使用一個(gè)貫穿整個(gè)供應鏈的通用平臺，那么你就可以將所有這些東西聯(lián)系在一起。”

 

可追溯性強制執行

 

作為一個(gè)嚴格管理其供應鏈的行業(yè)，汽車(chē)制造商應該歡迎可追溯性標準，能夠實(shí)現對商品及其相關(guān)數據的管理。盡管無(wú)人駕駛汽車(chē)的前景可能被視為長(cháng)期因素，但目前僅僅管理零部件的質(zhì)量就足以推動(dòng)可追溯性的發(fā)展。不僅ADAS電子模塊中會(huì )用到半導體設備，整個(gè)汽車(chē)都會(huì )用到，例如燃油噴射和制動(dòng)系統，這些也都會(huì )影響安全性。

 

“合格的汽車(chē)產(chǎn)品需要滿(mǎn)足全面質(zhì)量管理的審核要求。”Synopsys汽車(chē)知識產(chǎn)權市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)總監Ron DiGiuseppe說(shuō)，“盡管在汽車(chē)16年的使用壽命中，只有億分之一的缺陷率，我們仍然需要具備確定故障根源的能力。”

 

面臨的其他問(wèn)題

 

軟件的應用又增加了另一層復雜性，特別是涉及到可追溯性。汽車(chē)中的軟件數量正在急劇增長(cháng)。但是，并非所有軟件都是開(kāi)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致的硬件功能問(wèn)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(lái)自西門(mén)子Mentor業(yè)務(wù)部門(mén)的AI架構師Rahul Singhal表示，“目前，唯一的解決方法是添加冗余和系統級方法。制造汽車(chē)系統的原始設備制造商必須為此提供適當的指導。如果你的軟件出現了錯誤，則可能來(lái)自于個(gè)別的應用程序。”

 

最重要的是，即使制定了標準，也并不意味著(zhù)制造商會(huì )實(shí)施。要為L(cháng)4級和L5級ADAS做準備，汽車(chē)制造商就需要可追溯性來(lái)提高質(zhì)量。每一個(gè)沒(méi)有在生產(chǎn)線(xiàn)上及時(shí)發(fā)現的有缺陷的零件，都會(huì )使成本增加約10倍。憑借對供應鏈嚴格控制的歷史以及更多的電子供應商進(jìn)入該供應鏈，汽車(chē)制造商可以要求其供應鏈中的每家供應商都符合SEMI T23標準。汽車(chē)制造商已經(jīng)開(kāi)始加入SEMI，這可能預示著(zhù)需求正在到來(lái)。

 

下一步是什么？

 

雖然從理論上講，所有來(lái)源的數據都可以用來(lái)對電子零件的性能進(jìn)行細致入微的洞察，但實(shí)現這種能力的關(guān)鍵在于實(shí)現可追溯性的成本以及供應商之間共享數據的信任度。

 

至少，現在關(guān)于可追溯性的討論比過(guò)去多得多。“醫療設備長(cháng)期以來(lái)一直有可追溯性的需求動(dòng)機，在汽車(chē)方面，它與成本有關(guān)，當然肯定也有聲譽(yù)的因素，但主要與成本有關(guān)。”Ciplickas說(shuō)，“在什么情況下實(shí)施這些措施才最具有成本效益？”

 

其他人也有類(lèi)似的觀(guān)點(diǎn)，O''Donnell說(shuō)：“可靠性和可追溯性對于在云、區塊鏈、汽車(chē)、5G中運行的AI至關(guān)重要。要運行機器學(xué)習軟件，你需要非?？焖俚目勺匪菪院鸵子谔崛〉哪芰?，并且還要具備將任何可能存在的環(huán)境變量考慮在內的能力。”

 

在這一點(diǎn)上，供應鏈中供應商之間的數據共享還不是常態(tài)。甚至SEMI T23標準都聲明包含設備ID的數據不是必需的，并承認共享數據可能需要各個(gè)供應商之間的保密協(xié)議。這就造成從晶圓廠(chǎng)到現場(chǎng)汽車(chē)共享數據時(shí)可能產(chǎn)生官僚主義，同時(shí)也限制了當前的數據分析生態(tài)系統。

 

盡管如此，當所有來(lái)源的數據匯總時(shí)，汽車(chē)供應鏈中的每個(gè)環(huán)節都有學(xué)習、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(shí)現這些，可追溯性是必要的，但僅僅有可追溯性還不夠。

 

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