最近幾十年來，汽車行業的諸多創新技術大部分得益于電子技術的進步。雖然現在大部分車輛上幾乎沒有什么功能不會受到電子器件的影響，但是電子器件的創新還是具有相當大的潛力，尤其是在駕乘舒適性和安全應用方面。據預測，電子器件對典型汽車的貢獻值將會繼續提高，由現在的20%左右增加至2030年的近40%。隨著電子控制單元和應用數量的穩步增長，以及，最重要的是，這些單元和應用的網絡化程度的不斷提高，從而使得系統級和車輛級的復雜度將不斷加大。

電子系統的日益復雜

　　隨著汽車電子系統的日益普及和日漸復雜，由電子器件造成的故障風險將明顯增加。根據德國汽車組織——德國汽車俱樂部 (ADAC) 2005年所做的一項調查，電氣和電子系統問題仍然是汽車故障最常見的原因。雖然由微控制器、傳感器、功率半導體以及其它半導體產品的缺陷引發的故障(其中由電池引起的故障最多)，從統計角度而言占車輛故障總數的比例幾乎可以忽略不計，但是半導體行業，作為汽車產業鏈中的第一個環節，仍然對車輛質量和可靠性負有特定的責任。半導體行業已經設法大大降低了芯片的缺陷率，但仍然需要進一步的改進——其目標缺陷率必須低于百萬分之一。每輛汽車中都有50個左右的電子控制單元，每個單元由大約300個電子元件組成，百萬分之一的缺陷率仍然相當于每一百萬部車輛上有15,000個潛在故障(雖然，實際上，一些電子元件導致的故障可以由系統制造商的冗余設計所避免)。

卓越汽車產品(Automotive Excellence)計劃

　　歸根結底，我們的目標是：必須從一開始就避免缺陷，而不僅僅是通過故障溯源方法來降低故障率。英飛凌的長期計劃，如Automotive Excellence計劃，對生產流程及其管理進行了系統化的改進，有助于將半導體產品的質量提高到必要的水平(圖 1)。Automotive Excellence 計劃明確了四個主要方面：產品、生產、人員和流程，并且制定了非常遠大的目標。該計劃的目標是要將每一百萬顆芯片的故障率降低到零。本文將探討如何從生產和人員兩個層面入手，來實現這一目標。

圖1 英飛凌的 Automotive Excellence 計劃主要涵蓋產品、生產、人員和流程，
支撐這一計劃的包括管理制度、零缺陷文化，以及各種工具和基本的質量管理方法

　　生產和資質是流程鏈中的兩個環節，流程鏈從面向客戶的產品規范和開發開始，一直到最重要的最終測試和物流階段。平均而言，生產一枚芯片涉及400個步驟(圖 2)。較大的缺陷以及那些在整個系統組裝完畢之后才出現的缺陷，只能在制成品的最終測試中才能被發現，這一缺陷必須追溯到流程鏈的開始階段。芯片要用幾個星期的時間檢查整個生產過程，糾正問題并從中汲取教訓，因此這是一個相當費力的過程。英飛凌已經引入了貫穿整個流程鏈的綜合性測試和補救措施，以便能夠盡早(甚至在規范制訂和開發階段)發現缺陷。

圖 2 生產芯片的晶圓廠的無塵車間。平均而言，生產一枚芯片需要400個
步驟，從生產的第一步開始到最終的測試階段大約歷時三個月時間

　　原則上講，產品的可靠性早在設計階段就已注定，因此，需求管理作為英飛凌的一個統一措施，如今已成為Automotive Excellence 計劃的組成部分。盡可能早在產品規范制訂階段就完整、系統地記錄對產品的所有要求。這些要求在產品開發的每個階段都要進行審核，從而確保全面滿足這些要求。

英飛凌還在產品設計的起步階段，就開始模擬產品在實際應用中的使用情況。主要客戶密切參與產品技術設計階段。對故障源頭及其隱藏的危害進行分析和評估，并據此進行相應的開發。在這個過程中，英飛凌采用了系統化的方式，涵蓋芯片、與芯片封裝的電氣連接、封裝、芯片和封裝的交互、生產過程中預期的效應，以及在實際應用環境中的預期影響等。

評估風險

　　產品開發流程也會根據汽車電子器件的質量要求的提高進行修改。英飛凌已經設立了一個設計變更控制工作組，其任務包括對在產品規范已經完成后進行修改會有哪些潛在的風險進行評估。英飛凌還設立了一個設計驗證工作組，它獨立于開發小組，主要任務是驗證產品設計是否符合產品規范。

　　風險評估也是其它流程步驟的一項關鍵工作。故障模式和效應分析是一種基于工具的風險分析方法，貫穿整個階段。對于芯片設計、生產與封裝，以及芯片面向的應用，都要進行潛在的風險分析，對發現的風險進行評估，然后采取相應措施來降低風險。

　　規定批次、晶圓和產品級的殘次品比率也有助于確保質量水準(圖 3)。英飛凌對所有產品進行檢驗，淘汰那些異常的批次。這種方法一開始可能會使成本增加，但事實并非如此：一旦某批材料被淘汰，就會實施補救措施，而實際獲得的好處，要超過這一措施一開始對產量造成的負面影響。

圖 3 晶圓廠是芯片制造的源頭。晶圓是圓形的硅盤，直徑一般為200mm或300mm。
根據晶圓的尺寸以及集成電路的復雜度—一個晶圓可同時生產100至2,000多枚芯片

　　雖然事先采取了各種預防措施和其它措施來提高質量，但是仍然出現了質量問題。在這種情況下，應盡可能取回與該批產品相關的所有必要數據。英飛凌在生產流程中對每一批次進行了清楚的劃分，以確保能夠做到這一點。掌握第一手相關資料可以限制缺陷批次的配送，并且可將受影響的產品的數量減至最少。然而，這種系統相當復雜而且成本高昂，因此，它僅適用于那些發揮重大安全作用的產品，如用于安全氣囊的器件等。

　　英飛凌在其Automotive Excellence計劃中采取的進一步措施是在整個流程鏈的所有環節提供多個反饋機會。整個生產流程伴隨著穩定的上游信息流。由于計算機輔助建模技術的進步，現在甚至可以確定模擬或混合信號芯片的電子功能，并且在開始進行實際生產之前，研究芯片與其它系統和軟件交互情況。

　　在生產過程中每個工藝步驟之后，都要對輸出參數進行統計檢查，以盡快找出潛在的缺陷源頭。提供直接測量裝置參數的資源比如傳感器等的流程基礎設施，在這個環節非常重要，因為它們能夠立即發現產品差異，允許操作人員在每個流程階段做出即時響應。這種體制的優點包括：整個流程鏈的穩定性、降低用于分析和排除故障根源的成本和工作量，更低的損耗和產品差異，以及更快速的整體生產流程。英飛凌對最終測試階段的統計流程控制同樣設置了非常高的指標：如果發現芯片的任何一方面沒有呈現高斯分布，即使芯片的功能在規范以內，該芯片也不會投入使用。

優異的產品質量基于穩定的生產流程

　　流程穩定性是獲得優異產品質量的一個基本要求。流程穩定性部分取決于設備和工具的穩定性，英飛凌通過一系列針對性的計劃來保持這一穩定性。英飛凌對使用的生產設備和工具進行了詳細分析，并且縮短了維護和校準周期，以幫助評估并消除與裝置故障相關的風險。對自動化流程監測與控制采取一致措施，以及迅速完成質量測定，能夠讓相關部門和人員戰略性地介入當前和今后的生產步驟，從而克服生產中的差異，確保始終達到很高的質量水平。

通過不斷改進質量實現零缺陷目標

　　所有這些措施的綜合效應，已經使英飛凌不僅大大降低了缺陷發生的頻率，而且顯著加快了其學習速度。但是，將缺陷率降至零，不僅僅涉及實際的生產流程。要實現這一遠大的目標還需要一定的心理素質，員工對待缺陷和故障管理的態度，也發揮著同等重要的作用。英飛凌要求各級員工都要對產品質量持一種客觀的和毫不妥協的態度。我們很容易將缺陷視為一支團隊或是一名員工的失誤或錯誤，并對他們的解決方法持審視的態度，但這在半導體行業是不適合的。半導體行業通過涉及幾百個獨立步驟的流程制造高度復雜的產品。然后，根據所用材料和編程，這些產品被用于各種應用中，在這些應用中與其它系統交互，并和這些系統共享不計其數的接口。要完全消除這一復雜系統中的故障和不需要的交互，幾乎是不可能的，因此，所有相關人員都應將看作科學和工程上的挑戰，而不是一味地責怪或批評。

圖 4 半導體生產中進行的質量檢測示例，目的是在從芯片的設計、開發到生產和測試，
以及銷售和物流的各個階段實現零缺陷率。采用系統化的方法是實現零缺陷率的關鍵所在

　　總而言之，上述方法會帶來兩方面的效果：不斷改進質量使英飛凌成為一個能夠自我學習的組織；其零缺陷制度的成功典范，正在催生一種不愿容忍缺陷、竭盡所能避免缺陷的企業文化。一種基于零缺陷率的企業精神正孕育而生，這兩方面的效果正在向公司的其它部門傳播，甚至向生產領域之外的其它領域擴散。

采用系統化的方式是實現零缺陷率的關鍵所在

　　英飛凌發現這些措施已經取得了顯著的成果。在短短兩年時間之內，公司百萬芯片零缺陷產品的比例已翻了一倍，達到60%，同時使缺陷率為百萬分之一的產品數量減少了50%。如今，公司生產的面向汽車電子系統的產品中，有95%的缺陷率低于百萬分之一。