新聞說的「車用晶片」有什麼不一樣？

新聞常說「車用晶片缺貨」「通過車規認證」「車規級晶片」。車用晶片就是裝在汽車裡的晶片。它跟手機裡的晶片一樣在晶圓廠裡做出來，不一樣的是要求：要撐得住更冷、更熱、一直震動，要用十幾年，有些出錯了還可能有人受傷。照汽車業的標準考過這些的，新聞就叫它「車規」或「車規級」，也就是車用等級，英文叫 automotive grade。

一台車裡有哪些晶片？各管什麼？

一台新一點的車裡，有幾十個、多的上百個小電腦，叫電子控制單元（ECU），每一個管一件事。整台車的晶片可能多到上千顆，看怎麼算。大致可以分成幾類：

• 管引擎、馬達和電池：油車要算噴多少油、什麼時候點火；電動車要管馬達用多少電、電池每一格的電壓和溫度。這裡有很多管電的開關，有些用碳化矽做（新聞說的「第三代半導體」是什麼？）。
• 管煞車和安全氣囊：輪子快鎖死時，讓煞車很快地鬆開又踩緊，車子才轉得了方向；撞上的時候，量出車子減速得多猛，在一眨眼都不到的時間裡，決定要不要讓氣囊充氣。
• 感測器：攝影機、雷達、倒車用的超音波、胎壓，把車子周圍和車子自己的狀況變成訊號。
• 娛樂與導航：中控台的螢幕、導航、音響。這一類跟手機裡的晶片最像。

為什麼車用的要求比手機嚴？

• 溫度範圍更寬：車子冬天停在戶外、夏天曬在太陽下，引擎附近更熱。一般電子產品常見的等級，保證能用的溫度大約是 0 到 70 度；車用常見的等級，要從零下 40 度撐到 125 度。
• 一直在震：路面顛簸、引擎在轉。晶片、晶片裡的細線、把它焊在電路板上的那些點，都要撐得住。還有濕氣、忽高忽低的電壓、旁邊其他電器的干擾。
• 要用十幾年：手機用幾年就換，一台車常開十幾年；常見的說法是以 15 年來設計。
• 壞了可能有安全問題：手機當機，重開就好；煞車、氣囊的晶片出錯，可能有人受傷。所以壞的比例常以「每一百萬顆壞幾顆」來算，目標是越接近零越好。

為了接近零，有一種做法是：雖然在規格內，可是跟同一批其他顆差很多的，也先挑掉。像全班都考八十分上下，有一個剛好六十分，雖然及格，還是先擋下來看看。良率會低一點（新聞說的「良率」），流到車上的壞晶片卻更少。測試也比較嚴，例如有的成品測試，冷的、熱的都要量（晶片怎麼測試？）；有些出貨前還會每一顆先「燒」過（預燒是什麼？）。

業界用什麼標準把關？

AEC-Q100：考「會不會壞」

汽車電子協會（Automotive Electronics Council，AEC）是一個產業協會，1990 年代成立，讓大家驗證車用零件時有共同的一套標準。AEC-Q100 是給晶片（積體電路）用的那一份；電晶體、二極體這種單顆的元件用 Q101，電阻、電容用 Q200。

它的想法是：把晶片可能壞掉的方式一種一種列出來，每一種都安排一項加速的考驗，讓本來要很多年才會發生的事，在幾週、幾個月裡發生。例如：

• 高溫、加電壓，連續跑 1000 小時（HTOL）：三批、每批 77 顆，一顆都不能壞。
• 抽好幾百顆，在高溫下加電跑一小段時間，看早期失效（剛用沒多久就壞）多不多。
• 在很冷和很熱之間來回很多次，或放在又熱又濕的環境裡。
• 把晶片裡的細線拉一拉、推一推，看接得牢不牢（拉力測試）。
• 用靜電打一下，看會不會壞。

它也照撐得住的溫度分等級：常見的 Grade 1 是零下 40 度到 125 度，最高一級 Grade 0 到 150 度。

ISO 26262：管「萬一出錯怎麼辦」

再怎麼考，也不能保證永遠不壞。另一份國際標準 ISO 26262 講的是道路車輛的「功能安全」：電子系統萬一出錯，危險也要壓到夠低。

它先看每一個功能出錯時有多危險：傷得多重、開車時多常碰到那種情況、駕駛來不來得及自己控制住。照這三點分成 ASIL A 到 D 四級，D 最嚴。煞車這種出錯很危險的功能，等級就高；等級越高，每一步的要求越多。2018 年的版本裡，有一部分專門說明晶片怎麼套用這套標準。

晶片裡也常多放「自己檢查自己」的電路。例如記憶體每存一筆資料，多存幾個檢查用的位元，錯了多半能發現、改回來；或讓兩個一樣的核心算同一件事、互相對答案，對不上就讓系統進到安全的狀態。

為什麼很多車用晶片用成熟製程？

很多車用晶片要做的事，用不到最多的開關；要的是耐熱、耐高電壓、穩定，很多年都買得到。舊幾代的作法做了很多年，會怎麼壞大多已經摸清楚，累積的可靠度資料也多，所以很多車用晶片用的是成熟製程（新聞說的「成熟製程」那一篇講過）。要大量運算的那幾顆，像輔助駕駛要看懂攝影機的畫面，就不一定用舊的作法。

為什麼驗證要很久？換供應來源為什麼不容易？

一顆晶片要裝上車，要過好幾關：晶片自己先考 AEC-Q100 這類考驗，光是 HTOL 就要跑六週左右；再裝進零件裡測、裝上車整台測，加起來常要好幾個月，長的超過一年。

而且驗過的是「這一顆晶片、用這一套做法做的」。要改材料、改製程、換一個廠做，只要可能影響功能、品質或可靠度，就要照標準挑項目重新驗證，也要先通知客戶。所以一款車在賣的那幾年，多半一直用同樣的晶片，不輕易換來源。

下次看到新聞，可以這樣讀

• 「車規級晶片」「通過車規認證」：照汽車業的標準（像 AEC-Q100）考過一輪可靠度，都過了，可以用在車上。
• 「車用晶片缺貨」：車子要用的晶片做得不夠。少一顆小小的晶片，整台車就裝不完；驗過的來源又不好換，所以缺了很難很快補上。
• 「符合功能安全 ASIL D」：照功能安全標準最嚴的那一級設計，給煞車這類出錯很危險的地方用。

在 fab24hr 裡

遊戲裡沒有車用晶片。主線「晶片的一生」跟著的「螢火」，是一家小公司的助聽器晶片：最在意的是待機時少漏一點電（晶片為什麼會耗電？），用的是成熟的一代製程。

可是車用標準最看重的那幾關，遊戲裡碰得到。主線第 4 章「提早兩週」，你是研發線的研發整合工程師，等的是 HTOL：三批、每批 77 顆。第 11 章「球掀起來了」，你是封裝製程工程師，拉力測試有兩條偏低，要決定打線機停不停。第 12 章「出貨前一晚」，你是封測廠的客戶窗口，可靠度實驗室的小方說，可以抽幾百顆、高溫加電跑兩天，看早期失效；整批要不要晚一週，由你決定。

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「封測廠」，左右滑到客戶窗口，晚上那一班就是第 12 章。遊戲裡的公司、晶片、人物都是虛構的；車用晶片和標準照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。