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通過驗證的車載半導體產品為何仍失效?

通過驗證的車載半導體產品為何仍失效?

요약

2026 年 7 月,由歐洲汽車製造商、零組件供應商與科技企業共同推動的汽車產業資料生態系 Catena-X 宣布與中國汽車工業協會(CAAM)合作,啟動全球首個跨中歐汽車產業跨境資料生

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今年7月,汽車產業資料生態系 Catena-X 宣布與中國汽車工業協會合作,啟動全球首個跨中歐汽車產業跨境資料生態系。(示意圖/法新社)
今年7月,汽車產業資料生態系 Catena-X 宣布與中國汽車工業協會合作,啟動全球首個跨中歐汽車產業跨境資料生態系。(示意圖/法新社)

2026 年 7 月,由歐洲汽車製造商、零組件供應商與科技企業共同推動的汽車產業資料生態系 Catena-X 宣布與中國汽車工業協會(CAAM)合作,啟動全球首個跨中歐汽車產業跨境資料生態系。這項合作以共同資料標準促進跨企業資訊交換,希望提升供應鏈協作、產品追溯及品質管理能力。

這項發展反映,汽車產品交付後的跨企業品質資訊交換,正逐步成為支援品質調查與供應鏈協作的工程能力。當產品識別、生產履歷、品質異常及相關資料能依共同標準進行交換時,市場端發現的問題便有機會更快對應至相關供應鏈環節,協助確認受影響範圍,並支援失效分析與根本原因調查。

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然而,對封裝測試廠與半導體供應商而言,品質異常不一定要等到車輛上市後才會被發現。產品出廠並交付後,異常可能出現在直接客戶的收貨與產品驗證、模組廠或系統廠的整合測試、車廠試產與整車驗證、量產應用,或車輛投入實際運行之後。異常發現得愈晚,可能涉及的產品數量、供應鏈處置範圍與安全影響通常愈大;若直到車輛上市後才形成安全風險,甚至可能進一步引發召回。

2026 年 5 月,Hyundai 在美國召回超過五萬四千輛 2024 至 2026 年式 Elantra Hybrid。美國國家公路交通安全管理局公布的召回文件指出,混合動力控制單元內的金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)在車輛啟動時可能承受高電流負載,而現行控制軟體的冷卻邏輯未能提供足夠冷卻,導致元件局部過熱並受損。受影響車輛可能無法啟動、進入降功率模式,少數情況下控制單元還可能發生局部熱損傷,增加火災風險。

這起召回事件顯示,車載電子系統投入實際運行後,仍可能在特定負載與控制條件下出現量產前未充分呈現的半導體失效,也凸顯一項更普遍的品質問題:車載半導體產品通過可靠度驗證後,為何仍可能發生失效?

可靠度驗證確認符合要求,非創造可靠度

本文所討論的是車載半導體產品可靠度管理,涵蓋無晶圓廠設計公司(Fabless)、整合元件製造商(IDM)、晶圓代工廠(Foundry)及封裝測試廠(OSAT)等參與車載半導體產品設計、晶圓製造、封裝測試、產品驗證與量產的半導體企業。各環節依其產品責任、製程責任及客戶要求,分別執行產品設計、材料評估、晶圓製造、封裝、測試及可靠度驗證等工程活動。討論範圍以車載半導體產品及其製造供應鏈的可靠度管理為限,不延伸至整車型式認證、功能安全或一般汽車零組件驗證。

半導體產品開發與封裝測試過程中,「驗證」並非單一工程活動。新材料、新製程、新參數、新設備、新治具或新測試程式導入時,企業可能依變更內容分別執行材料、製程、參數、設備、治具或測試程式驗證,確認特定工程條件是否符合要求。這些工程活動雖然在中文都可能稱為「驗證」,但其對象分別是材料、設備、製程、模型或工程設定,不能與產品可靠度驗證混為一談。

本文所討論的可靠度驗證,則具有更明確的範圍。JEDEC JESD47M建立以應力試驗為基礎的積體電路產品驗證架構;AEC-Q100則針對車用封裝積體電路,規定以失效機制為基礎的最低應力測試驅動產品驗證要求與程序。兩者共同構成車載半導體產品可靠度驗證的重要技術依據。

以封裝完成的積體電路為例,依產品特性、封裝形式及適用標準不同,可靠度驗證可能包括高溫工作壽命(HTOL)、溫度循環(TC)、高加速濕熱應力試驗(HAST)、溫濕偏壓試驗(THB)、高溫儲存壽命(HTSL)及其他適用試驗。這些試驗分別施加電、熱、濕氣、機械及環境應力,利用加速應力使潛在失效模式在產品投入量產以前盡可能顯露。

因此,可靠度試驗本身不會使產品變得更可靠。可靠度的基礎在於產品設計、材料選擇、封裝結構、製程控制及問題改善;可靠度驗證負責的是以標準化接受試驗,確認產品是否符合既定可靠度要求。換言之,可靠度驗證的價值,並非讓產品「愈做愈猛」,也不是宣告產品自此不會失效,而是盡可能在量產前揭露產品潛在的可靠度風險。試驗若誘發失效,工程團隊便可在產品大量交付以前分析原因並完成改善;試驗若符合接受標準,則表示產品在規定的試驗條件與判定基準下,已具備支持量產的可靠度依據。

通過可靠度驗證,為何仍可能失效?

可靠度驗證是在規定樣品數、應力條件、試驗時間與接受標準下進行。工程團隊會依產品設計、材料、封裝結構、預定用途及已知失效機制選擇試驗項目,但任何試驗計畫都不可能在量產前完整重現產品後續面對的所有車型、控制策略、散熱設計、軟體版本、環境負載、使用里程與應力交互作用。

某些失效需要長期累積熱循環、功率循環或環境應力才逐漸形成;某些失效只會集中於特定晶圓批次、封裝材料批次、製程窗口或應用條件;某些低發生率問題,也可能因可靠度驗證的樣品數與試驗期間有限,而未在量產前呈現。產品進入模組、控制器與整車系統後,元件還會與電源、散熱、軟體及其他零組件交互作用,形成單一元件試驗不一定能完全重現的條件。

因此,車載半導體產品通過可靠度驗證後仍可能失效,並非兩個互相矛盾的事實。通過驗證表示產品已符合當時規定的可靠度要求;後續失效則表示在客戶驗證、系統整合、量產應用或實際運行中,出現了量產前試驗尚未充分呈現的條件或失效。可靠度驗證並非對未來所有使用情境的保證,而是依規定試驗條件與接受標準完成的產品接受決定。

客戶抱怨、故障碼、測試異常、退回品或車輛運行資訊,首先只是顯示可能存在品質問題的線索。只有在產品身分、批次與製程履歷獲得確認,並經失效分析、原因重現及改善效果確認後,這些資料才足以支持後續產品與製程處置。

品質異常不是失效結論,而是調查程序的起點

產品交付後,一旦直接客戶、模組或系統整合廠、車廠等下游環節發現可能涉及產品品質的異常,相關企業便會啟動品質異常處理程序。對車載半導體產品而言,異常可能發生於客戶產品驗證、模組或系統整合、車廠試產、整車驗證、量產應用,甚至車輛實際運行之後。異常發現得愈晚,通常代表受影響產品更多、供應鏈處理範圍更廣,也可能直接涉及車輛安全與市場召回。

異常處理工作的第一步,並非立即判定產品存在可靠度問題,而是確認異常內容、受影響產品、發生條件及影響範圍,並視情況採取暫時圍堵措施,避免問題持續擴大。若問題涉及車載半導體產品,半導體供應商通常依產品型號、晶圓批次、封裝批次、測試紀錄、出貨資料及產品履歷,確認受影響範圍;若客戶提供現場退回品(Field Return),則依失效分析(Failure Analysis)流程進行外觀檢查、電性測試、非破壞分析及必要的破壞性分析。以封裝測試業者公開的失效分析流程為例,通常先利用 X 光、超音波掃描、電性量測等非破壞方法定位異常,再依分析需要進行開封、截面、材料分析或其他物理分析,逐步確認失效模式。

依問題性質不同,無晶圓廠設計公司、整合元件製造商、晶圓代工廠、封裝測試廠及材料供應商,可能分別提供產品設計資料、晶圓製程資料、封裝材料資料、製程紀錄、測試結果及相關履歷,共同確認問題究竟源自晶片設計、晶圓製造、封裝製程、材料特性、測試條件、系統應用或其他因素。

失效分析確認失效模式後,工程團隊再結合產品與製程資料進行根本原因分析(Root Cause Analysis),釐清問題為何發生、既有控制措施為何未能攔截,以及是否可能影響其他產品、批次或客戶。企業並依分析結果提出暫時圍堵措施、永久矯正措施,並確認改善措施是否有效。

這起Hyundai混合動力控制單元召回事件,也反映汽車產品交付後,品質異常必須經過影響範圍確認、原因調查、改善措施驗證與安全處置。若問題進一步涉及車載半導體產品,相關供應商還須評估是否需要調整後續產品設計、製程控制及產品驗證內容。

失效分析的終點,不是案件結案

品質異常完成原因分析後,企業還須確認分析結果是否需要改變後續產品設計、製程控制或產品驗證方式。失效分析(Failure Analysis)與根本原因分析(Root Cause Analysis)的目的,不只是完成當前案件的處理,更要評估相同問題是否可能影響其他產品、批次或後續產品開發。

若分析結果顯示產品設計、材料、封裝結構、製程能力、測試條件或製程控制需要調整,企業便須檢討相關產品開發與品質管理內容。設計相關問題可能回到設計失效模式與效應分析(DFMEA),重新評估產品功能、失效模式及風險控制;製程相關問題則可能回到製程失效模式與效應分析(PFMEA)、管制計畫(Control Plan)、製程規格、檢驗方法或製程控制條件,確認既有控制措施是否足以降低相同問題再次發生的風險。

若改善措施涉及產品設計、材料、製程、設備、生產據點或供應商等重大變更,企業還須依產品/製程變更通知(Product/Process Change Notification)及變更管理程序,評估變更對產品可靠度可能造成的影響,必要時重新規畫產品驗證內容。

此時,重新驗證(Requalification)的目的便十分明確。重新驗證不是將所有可靠度試驗重新執行一次,而是依變更內容、失效原因及適用標準,重新評估哪些可靠度試驗需要再次確認。最新版 JEDEC JESD47M 明確指出,產品驗證適用於新產品、產品家族及製程變更產品;AEC-Q100 亦要求重大產品或製程變更後,須重新確認產品仍符合車用可靠度要求。

因此,若失效分析與根本原因分析結果顯示需要產品或製程變更,企業便須據以更新產品設計、風險分析、製程控制及產品驗證內容;若相關問題具有跨產品或後續世代的代表性,還應納入後續產品開發與量產管理。如此,失效分析的結果才不會停留於單一案件,而能用於降低同類問題在其他產品、批次及後續產品中再次發生的風險。

AI 不取代可靠度試驗,只讓問題更早進入分析

2026 年,美國消費性電子展(CES)期間,NVIDIA 執行長黃仁勳與 Siemens 執行長 Roland Busch 對談時指出,在工廠開始建造之前,整個設施便應先在數位世界完成建立、模擬、測試與最佳化。展會上,Siemens 發表 Digital Twin Composer,進一步整合數位分身(Digital Twin)、工程模擬與人工智慧分析,希望讓更多設計與驗證工作,在實體產品建立以前便能完成。

這項發展與車載半導體產品可靠度驗證並不衝突。數位模擬不能取代 JEDEC JESD47M 或 AEC-Q100 所要求的高溫工作壽命、溫度循環、高加速濕熱應力等實體可靠度試驗,也不能直接取代失效分析或重新驗證。產品是否符合可靠度要求,仍須依標準規定的應力試驗與接受標準確認。

人工智慧真正發揮作用的,是可靠度試驗以前的分析工作,以及產品交付後的資料整合工作。產品開發階段,工程團隊可以利用數位分身、模擬分析及人工智慧,比較不同材料、封裝結構、散熱條件、製程配置或系統設計,提早辨識值得進一步確認的風險,再據此規畫實體試驗;產品交付後,人工智慧則可協助整理產品履歷、製程紀錄、測試結果、品質異常及車輛運行資料,快速找出值得優先調查的產品、批次或失效模式,縮小失效分析範圍。

然而,資料關聯並不等於失效原因。人工智慧可以指出哪些產品具有共同特徵、哪些異常值得優先分析,卻不能直接確認失效機制,也不能代替材料分析、失效分析、根本原因分析或可靠度試驗。產品是否需要重新驗證、改善措施是否真正有效,仍須回到實際產品與標準化試驗加以確認。

因此,人工智慧在可靠度管理中的價值,並非改變可靠度試驗的判定方式,而是讓問題更早進入分析、試驗規畫與改善,並在產品交付後更快縮小異常調查範圍。

跨供應鏈資料銜接,縮短失效調查距離

車載半導體產品的設計、製造與測試資料,原本就分散在不同企業。無晶圓廠設計公司掌握產品設計、版本與變更內容;晶圓代工廠保存晶圓批次與製程紀錄;封裝測試廠記錄封裝批次、材料、設備、製程參數、測試程式與測試結果;模組廠、一級供應商與車廠則掌握控制器配置、軟體版本、車型、使用條件及故障紀錄。

每一家企業通常都能追溯自己負責的製造與產品環節,當異常跨越多層供應鏈後,不同企業保存的產品身分、製造履歷、系統配置與異常紀錄,能否正確銜接至關重要。車輛端出現故障碼,不等於已確認某一顆IC失效;退回品發現元件受損,也不等於受影響的晶圓批次、封裝材料、製程條件與出貨範圍已經確定。品質異常調查仍須逐步比對車型、控制器、軟體版本、半導體產品型號、晶圓批次、封裝批次、測試結果與出貨對象,才能縮小圍堵範圍,判斷問題究竟侷限於單一產品或特定批次,還是可能跨越多個客戶與應用。

2026年1月,美國國家標準暨技術研究院舉辦半導體可追溯性與來源證明研討會,邀集半導體企業、汽車製造商、大型運算平台企業與政府單位,討論產品識別、序號化、來源證明、跨企業資料交換及合作實施路線。研討會將2028至2029年具備半導體追溯能力列為長期目標,並討論合作與實施路線,也顯示目前產業仍處於建立共同架構、確認合作需求與規畫實施方式的階段,尚未形成一套可由市場異常直接連結晶圓、封裝、模組與整車履歷的完整體系。

這項國際工作主要著眼於半導體供應鏈的可信度、產品身分與來源追溯,並非專為可靠度失效分析而設。然而,它所處理的資料銜接問題,與車載半導體產品品質異常調查具有直接關聯。當產品經過設計、晶圓製造、封裝測試、模組、控制器與整車等多個環節後,不同企業保存的產品識別與製造資料能否正確對應,將直接影響受影響範圍確認、圍堵措施與失效分析的速度。

今年7月,Catena-X進一步把汽車供應鏈與品質管理的跨企業資料交換,由試點驗證推向跨境資料生態系建置,並為後續規模化部署建立基礎。其目的並非建立新的可靠度驗證制度,而是在維持資料主權的前提下,讓車廠與供應商依共同標準交換產品識別、生產履歷及品質資訊,以支援受影響範圍確認、根本原因分析與後續改善。

對車載半導體產品可靠度管理而言,仍須進一步建立車輛狀態、故障碼、軟體版本與環境條件,同控制器配置、半導體產品型號、晶圓批次、封裝批次及測試紀錄之間的資料關聯。Catena-X所建立的跨企業資料交換架構,使原本分散於車廠、系統供應商與零組件供應商之間的品質資訊,開始具備依共同標準銜接的條件;半導體製造履歷能否進一步納入,則取決於產品識別粒度、資料提供範圍及供應鏈參與程度。

因此,車載半導體產品可靠度管理的發展方向,在於逐步把既有的廠內製造追溯,延伸為跨企業的產品識別與資料銜接。它所縮短的,是從哪一輛車或哪一個控制器出現異常,到哪些車載半導體產品、批次、材料與製程應優先調查之間的距離。

※作者從事半導體業二十餘年,現為自由撰稿人。

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