本书以车规级芯片及汽车电子零部件的可靠性为背景，提出了广义车规级的概念。本书具体介绍了汽车电子可靠性理论、电子元器件的车规级认证、车规级与功能安全标准的关系及区别、电子模块的车规级标准及测试方法、电子模块车载应用的特殊要求，以及汽车电子模块如何通过严谨的设计、严苛的测试、高要求的项目维护来满足整车15年全生命周期内的高可靠性要求。在此基础上，本书进一步详细介绍了汽车电子委员会（Automotive Electronics Council，AEC）标准如何对车规级电子元器件进行全生命周期可靠性管理，同时给出了一种对电子零部件进行全生命周期可靠性管理的工程实践方法，包括产品的设计开发、测试、生产及全生命周期的项目维护。本书还介绍了一些设计分析方法、测试流程、变更评估流程以及相关案例，以帮助读者进行工程实践。本书还展望了中国汽车电子行业的发展趋势，以及国产车规级芯片及电子零部件所面临的问题及挑战。

本书将作者多年积累的工作成果以图表和案例的方式穿插在不同章节中，方便读者参照使用，并将收集到的最新标准、法规、论文、应用文档和设计参考的要点融合在其中，方便读者理解和查阅。

本书适合从事车规级芯片及汽车电子可靠性相关工作的读者，无论是乘用车行业还是商用车行业，无论是芯片行业从业人员还是汽车电子产品的开发、测试、生产运营等相关人员，都能从本书中获取新知。本书还可以作为汽车电子产业链相关人员的参考用书，以及准备踏入汽车行业的新手们的入门级参考书，同时也可以作为行业相关技术人员的手头工具书来使用。

前言

第1 章　汽车电子及其可靠性概述 1

1.1　汽车工业及汽车电子  1

1.1.1　汽车行业的特点 ..2

1.1.2　汽车电子电气系统 ..6

1.1.3　电气化的趋势 ..7

1.1.4　汽车电子技术的发展 ..8

1.2　汽车电子产业链  9

1.2.1　汽车电子零部件 ..10

1.2.2　汽车电子元器件 ..15

1.3 　车规级芯片及元器件  21

1.3.1　车规级的定义 ..22

1.3.2　车规级的特点 ..25

1.4　汽车电子可靠性概论  26

1.4.1　可靠性理论 ..26

1.4.2　汽车的可靠性 ..29

1.4.3　汽车电子的可靠性 ..32

1.4.4　系统可靠性理念 ..34

1.4.5　广义车规级 ..37

1.5　小结  43

第2 章　电子模块的车载应用  45

2.1　什么是ECU  46

2.2　如何设计一个ECU  47

2.2.1 设计要求 ..48

2.2.2 设计流程 ..48

2.3　电子模块的车载应用及生产要求  53

2.3.1 严苛的车辆内外部环境..54

2.3.2　极其复杂的电气及电磁环境 ..55

2.3.3 高可靠性及安全性要求..56

2.3.4 长寿命要求 ..59

2.3.5 低成本要求 ..61

2.3.6 生产制造可行性要求..61

2.3.7 批量一致性要求 ..62

2.4　电子模块车载应用条件  63

2.4.1　满足车载应用的条件..63

2.4.2　相关的标准体系及流程..63

2.4.3　设计的重要性 ..64

2.5　小结  66

第3 章　汽车电子模块的外部环境  68

3.1　电子模块的高低温环境  69

3.2　防护相关的环境  71

3.2.1 湿度及盐雾环境 ..71

3.2.2 防护等级 ..72

3.2.3 对电子模块设计的要求..74

3.3　振动及机械冲击  75

3.4　小结  77

第4 章　汽车电子模块的电气及电磁环境  78

4.1　车辆的供电方式  79

4.1.1 单线制供电 ..80

4.1.2 负极搭铁设计 ..81

4.1.3　负极搭铁带来的问题：地漂移 ..83

4.2　蓄电池、发电机及DC/DC  85

4.2.1　蓄电池 ...86

4.2.2 发电机及调压器 ..90

4.2.3　DC/DC 变换器 ..93

4.3　欠电压、过电压及反向电压  94

4.3.1　低蓄电池电压 ..95

4.3.2　高蓄电池电压 ..97

4.3.3　反向电压 ..100

4.3.4　电气系统电压状态总结 ..101

4.4　车辆负载及其应用  102

4.4.1　负载类型 ..102

4.4.2　线束 ..111

4.4.3　长导线负载对地短路..113

4.4.4　负载供电及控制方式..114

4.4.5　负载电压瞬降 ..116

4.5　车辆的电气系统  117

4.5.1　电源分配及电路保护..118

4.5.2　低功耗考虑 ..119

4.5.3　可靠性及安全性考虑..122

4.6　电磁环境  126

4.6.1　干扰与抗干扰 ..126

4.6.2　辐射与传导 ..127

4.7　静电放电  133

4.8　小结  135

第5 章 汽车电子模块的车规级试验 136

5.1　试验标准  136

5.1.1　强制性国家标准 ..136

5.1.2　标准之间的关系 ..137

5.1.3　OEM 相关标准 ..138

5.2　电子零部件相关标准  139

5.2.1　环境相关试验标准 ..140

5.2.2　EMC 相关标准 ..141

5.3　试验条件及样品  146

5.3.1　试验条件及功能状态分级 ..146

5.3.2　样品数量及测试流程图 ..147

5.3.3　前期检查 ..150

5.4　电气相关试验项目  151

5.5　气候及机械相关试验项目  158

5.5.1　温湿度类试验 ..158

5.5.2　防护类试验 ..162

5.5.3　机械类试验 ..162

5.6　EMC 相关试验项目  163

5.7　寿命试验  168

5.8　DV/PV 试验  168

5.9　EOL 测试  169

5.10　小结  170

第6 章　AEC 标准 172

6.1　AEC 组织及标准简介  172

6.1.1　AEC 的历史 ..172

6.1.2　AEC 的会员 ..173

6.1.3　AEC 年度研讨会 ..174

6.1.4　AEC 委员会与IATF 16949 标准 ..175

6.1.5　AEC 会员及入会 ..176

6.1.6　OEM 与会员费 ..178

6.1.7　AEC 标准及相关文件..179

6.1.8　AEC 认证与证书 ..180

6.2　AEC-Q100 标准：芯片  180

6.2.1　标准的范围 ..181

6.2.2　芯片的温度范围 ..182

6.2.3　认证家族与通用数据..182

6.2.4　测试样品 ..183

6.2.5　测试流程图 ..183

6.2.6　测试项目 ..186

6.2.7　器件变更的重新认证..186

6.3　AEC-Q101 标准：分立半导体  187

6.4　AEC-Q200 标准：被动器件  188

6.5　AEC-Q102 标准：光电半导体  191

6.6　AEC-Q103 标准：MEMS 传感器  192

6.7　AEC-Q104 标准：多芯片模块  193

6.8　小结  196

第7 章　车规级电子元器件 197

7.1　车规级电子元器件概述  197

7.2　电子元器件的可靠性  203

7.2.1　浴盆曲线 ..204

7.2.2　早期失效问题 ..206

7.2.3　正常生命期失效问题..208

7.2.4　老化失效问题 ..211

7.3　AEC-Q004 汽车零缺陷框架  211

7.4　长期供货问题  219

7.4.1　器件的生命周期 ..220

7.4.2　器件的变更 ..223

7.4.3　器件的停产 ..225

7.5　车规级认证与功能安全认证  226

7.5.1　ISO 26262 的基本概念 ..227

7.5.2　功能安全流程认证与产品认证 ...229

7.5.3　功能安全认证周期及费用 ..232

7.5.4　电子元器件的功能安全 ..233

7.5.5　车规级认证与功能安全认证 ...235

7.5.6　功能安全认证产品的范围 ..237

7.6　车规级认证相关问题  239

7.7　车规级认证测试与电子零部件测试  249

7.7.1　汽车电子模块的测试标准 ..249

7.7.2　电气及气候负荷相关试验 ..250

7.7.3　机械及结构材料相关试验 ..253

7.7.4　EMC 相关试验 ..256

7.7.5　车规级器件与零部件的车规级测试 ...257

7.7.6　本节总结 ..261

7.8　小结  262

第8 章　电子模块的设计开发  263

8.1　开发阶段  263

8.1.1　报价阶段 ..264

8.1.2　需求阶段 ..269

8.1.3　设计分析 ..272

8.1.4　单元测试 ..274

8.1.5　集成测试 ..277

8.1.6　文档释放 ..280

8.1.7　产品量产 ..283

8.2　开发流程  284

8.2.1　V 模型介绍 ..286

8.2.2　硬件的V 模型 ..287

8.2.3　软件的V 模型 ..288

8.2.4　文档要求 ..289

8.3　基于电气负荷标准的设计  292

8.4　基于EMC 标准的设计  307

8.4.1 静电放电 ..308

8.4.2 EMC 相关 ..313

8.5　基于可靠性的设计  318

8.5.1 环境温度的变化 ..318

8.5.2 供电电压的变化 ..321

8.5.3 器件参数的离散性 ..323

8.5.4 器件的老化 ..325

8.6　设计分析方法  326

8.6.1 仿真分析 ..327

8.6.2 潜通路分析 ..330

8.6.3 最差情况电路分析 ..340

8.6.4 FMEA 及FTA ..353

8.7　设计开发文档  359

8.7.1 文件存档 ..359

8.7.2 文档受控 ..362

8.8　物料编码/ 描述及文档命名规则  364

8.8.1 总成物料号编码及描述规则 ...365

8.8.2 子总成物料号编码及描述规则 ...367

8.8.3 元器件/ 原材料物料号编码及描述规则 ...368

8.8.4 物料编码申请规则 ..370

8.9　受控文档  371

8.9.1 文档目录索引文件 ..372

8.9.2 合格供应商清单 ..377

8.9.3 文档历史记录 ..379

8.10　文档变更  381

8.10.1 变更流程 ..382

8.10.2　编码升级规则 ..387

8.11　小结  393

第9 章　汽车电子的可靠性  394

9.1　长生命周期带来的挑战  394

9.2　决定可靠性的因素  396

9.3　可靠性的工程实践  397

附录　常用缩写词  400

参考文献  406