集微咨询：如何从消费性产品成功转型到汽车电子

企业转型是决策者面对未来策略非常挑战的考验之一，这个主题，我们从一个历史悠久的

存储卡代工厂如何转型进入车用电子市场的评估案例，来跟大家分享几个关键考量因素；

希望藉由这次分享，提供给有兴趣或者是已经在车用电子领域的先进者们，作为检视与了解车用电子领域需要哪些资源以及该如何做准备工作。

本文将从市场的焦点，来看进入车用电子究竟需要什么样的必备条件，以及该如何筛选，并将体质弱的产品淘汰掉，以及一般消费电子踏入车用电子将会遇到什么样的门槛。

图1: Auto Shows Strong Growth

(Source: Gartner, SEMICON TAIWAN, Sep, 2022)

Gartner于2022年9月Semicon Taiwan展示的分析报告显示，从图片中(图1)的节点（例如一直到 2026）我们可以看到智能手机是有些微成长，但 PC 则是呈现衰退状；存储类的 SSD 也有一些成长；而在车用电子的三个部分，成长比例却是非常明显的，相较之前大约为10倍以上。

图2: Memory Market Weakens in 2023

(Source: Gartner, SEMICON TAIWAN, Sep, 2022)

在 图1 中显示，一直到 2026 年为止这几年之间的发展重点，根据Gartner分析(图2)，可以发现明年存储器将会衰退将近16%。而这也是一家公司高层想要转型，评估进入车用电子的门槛、所需的准备工作与成本的主要目的之一。

车用电子与消费电子的差异

一般而言，车用电子的规范非常多，该如何从众多的文件中了解其标准及规范？就目的来说，既然我们已经身在局中，更或是准备踏入的局中者，都需要去熟悉这些规范，来评估所需的资源及成本。

以下列举了必须了解的规范:

• ISO/ IATF

• AEC-Q001        Guidelines for Part Average Test

• AEC-Q002        Guidelines for Statistical Yield Analysis

• AEC-Q003        Guidelines for Characterizing Electrical Performance of IC

• AEC-Q100        Stress Qualification for IC

• AEC-CDC        Certificate of Design, Construction and Qualification

• AEC-QDP        Qualification Test Plan

• PPAP        Product Part Approval Process

• FMEA        Failure Mode and Effect Analysis

• VDA 6.3, Continental, Bosch, Renesas,….etc.

对质量系统的基本要求，ISO 和 IATF 就是我们首先要去了解的，另外，如 AEC 的Q001、Q002、Q003和最重要的Q100更需要熟读。而PPAP及FMPA这类的质量工具，我们已经在消费性电子上练习过了。

以终端客户来说，主要以欧、日为多，尤其是欧洲，因为他们的汽车工业发达，所以衍伸出了在传统上是欧、日在主控车用电子的市场，例如: VDA 6.3、Continental、Bosch、Renesas (瑞萨，日本车用电子大厂) 等大厂。

图3: Different Quality Requirements

(source:IEEE, HIR ch05, 2019)

解答大家印象中的质量差异，可以从 IEEE 的资料(图3)来分析，图中的纵轴 Defects Per Million (DPM) 指的是失效率，横轴为使用年限。其中代表消费性电子产品的紫色线条，它的使用年限预计约在5年，5年后失效率大幅提高至完全失效。车用电子起初的 Fail rate 很低，约为消费性电子的十分之一，而车用电子的使用年限又比较长，几乎都可以超过10年，这也成了车用电子最基本的要求。

TSMC跟Freescale合作的车用embedded-Flash从2005年开始一直到2021年，经过了17年的努力，Fail rate降低至0.5 DPM，与一般的车用电子相比，又降低了十分之一。

然而，究竟如何做到基本的失效率为十分之一，使用年限又提升两倍以上？

「HOW?」，便是我们已身在车用电子领域中或是准备入局者最重要的课题。

车用电子的标准与规范

产品面(Product)

● Reliability(0~5ppm) 如:图3红色线

→ Text Methodology:如何做到的0~5ppm

→ Part Average Test (PAT)

→ Special Bin Control (SBC)

→ Special Bin Limit (SBL)

→ Below Minimum Yield (BMY)

● Extended Operating Temperature

● Product Qual Requirement

操作面(Operation)

● Operations

→ Tighten Process Control / Inspection / Scrap Limit

→ Process Change Control

→ Audit, PPAP, FMEA

● Cpk ≧ 1.67

● Capacity (upside / pull-in to prevent line down)

● Record Retention (15 years)

支持面 (Supporting)

● Business Process Infrastructure

● Liability (Legal and Financial)

将众多规范资料浓缩成以上要点后，首先就产品面而言，第一要了解的是Reliability的数值0~5 dpm(图3红色线条)应该如何做到，需要了解“Text Methodology”的方法和熟悉应用的工具，如: PAT、SBC、SBL及BMY。其次，由于汽车有时会在极高温或是南北极等寒带地区运行，要求的条件也会有所不同，因此要知晓产品的操作温度为何，再由产品的操作温度，推展至 Product Qual 应该做那些项目和相对应的条件。

操作面，要注意在制造时有什么样的关键控制。例如: 在制程控制 (Process control) 上车用电子的检测程序/步骤会比消费性电子来的多，报废的程度也相对的高些；车用电子的 Change control 该如何执行，以及车用电子的 PPAP、FMEA的审核都是重点。再者，重点中的重点，制程的 Cpk在规范中已明确规范需要大于1.67。接着各位都知道车用电子的使用周期长，毛利也高。所以，在实施上述种种特殊控制时，如何做记录和资料备份，也是该考量的。因为汽车的使用时间大约为5至10年以上，因此需要回朔时，我们是否有保存15年以上的资料备份供以查询也至关重要。最后，由于车用电子的后续影响较大，假设我们的电子元件是应用于刹车ABS，或是有安全顾虑，会产生的求偿或召回机率就会非常大，因此，后勤单位从基础流程、财务完备到相关法令的全面性支援也就相对格外重要。

Extended Operating Temperature

表1: Automotive Industry Standards / Specs (AEC-Q100)

Section 1.3.2, Definition of Part Operating Temperature Grade

从产品面来看，首先要决定操作温度为何种等级，一般的消费性电子的操作温度约为 Grade 4，而车用电子基本会从 Grade 4 一直到 Grade 0，因为汽车有可能是在纬度高的寒带地区去运作，也有可能在气温炎热的非洲做使用，所以一般而言基础门槛为 Grade 3。

根据等级的不同，会有不同的质量与产品上的要求。在车用电子领域时，其等级数字越小，要求的等级越高。

留强汰弱

想要“留强汰弱”，做到如 TSMC 和  Freescale embedded-Flash 的效能，就需要依靠筛选的方法，如: 熟悉 Part Average Test (PAT)、Special Bin Control(SBC)、Special Bin Limit(SBL)以及Below Minimum Yield (BMY) 的原理与应用。

图4: Part Average Test (PAT)

Set test limits according to statistical data, instead of using spec with guard-band.

以Part Average Test (PAT)为例，图4 中纵轴为数量，横轴为工程数值，蓝色区域显示地为正常分布绝大部分的值都是落在这里，同时也会存在红色的异常数。

「留强汰弱」留的强即是蓝色区间中的值，汰除其余红色的异常数。

基本上，所谓的「留强汰弱」，就是留下这些主要的，把 outlier 去掉，是这样一个观念和方法。

接下来要说明这个方法的必要条件:

第一，要有这些规格 (specification, LSL & USL) ；

第二，有一些统计的方法和概念，可以把异常值去掉；

第三，有统计的系统能够及时反映这件事，把这个属于弱的部分及时去掉。

Gap Analysis

表2: Gap Analysis

表2，将我们需要完成的项目做消费性电子与车用电子的比较表，Category的类别为S、E及K，分别是系统 (System) 的需求、执行 (Execution) 及知识面 (Knowledge) 不同的分类。各项目所对应部门也列在最后一栏的 Dept 中，分别为 Assembly Process Engineer(APE)、Test Process Engineer (TPE)、Product Engineer (PDE)、Manufacturing (MFG)、Quality Engineer (QE)以及Sales。

接着就各项目来举例说明消费性电子与车用电子间的差异。

检测 (Inspections)

以一公司为例，目前其多数检测皆为人工检验，并不能实现量化和数字化，致使上述的 PAT 无法执行，因此需要引进关键步骤的自动量测，才有可能将它数字化、量化，否则只有 1 (Pass) 与 0 (Fail)，是无法应用统计的方式将「弱」汰除掉。

筛选方法 (Screen Methodology)

一般来说，消费性电子常用的筛选方法 (Screen Methodology) 只有平均值 (一个点)，无法如图4 PAT 是一个分布 (distribution)，无法得知它到底是属于「强」、还是属于「弱」。

所以，我们进入车用电子，我们必须运用 standard diviation (标准差) 和 中位数 的概念，将「强」、「弱」分出来，进一步把「强」留下来，「弱」的汰除。

低良率报废 (Low Yield Scrap)

过去在消费性电子上关于良率的部分，会将高良率者出给A级客户，因此低良率也是合格品，所以可能会出给C级的客户。然而，这样的作法在车用电子是不可行的，为了避免承担后续发生问题时产生的巨额求偿之风险，因此像 PAT、BMY 这些相关工具就是必须了解的手法，并且须彻底执行。

制程一致性 (SPC Capability)

承如上文所述 SPC Control，两者之间的要求程度是有所差异的，消费性电子的 Cpk 只需要1.33 就可以了，但是在车用电子上则需要大于1.67。

制程控制 (Process Control)

在制程的控制上，一般在消费性电子并没有差异化，而在车用电子里，则必须划分为「一般」和「KEY」，针对 「KEY」需要做更严格的控制，将资源花在刀刃上。

生产、制程资料保存 (Data Retention)

消费性电子一般时间为三年，而手动人工的纪录表大多为书面资料，在回朔性上就会有问题，例如在做车用电子时，需要查询 15 年前的资料，绝非件易事，因此我们必须将这些生产记录电子化，才能更容易地将这 15 年的纪录有计划、有系统地保存起来，否则不仅是回朔，判读都将是十分耗费人力及时间的工作。

制程追踪 (Process Traceability)

举例来说，假设在终端使用者出现一个问题或是汽车使用者发生一个问题，在消费性电子若是能在几天之内查出问题根源已经不错。然而在车用电子可能就不奏效，因为这是牵一发而动全身的问题，若不能及时查出将造成极大影响，例如: 车子的模块出现问题，这个模块问题可能会影响屏幕，屏幕问题又连带成为整台车的问题，形成一连串的风险，因此车用电子的制程追踪 (Process Traceability) 必须小于2小时，这正是为什么必须要有一个自动化系统或是一个很好的查询系统 (Query system) 的原因。它不仅能把问题呈现出来，也帮助我们做初步的判断和处置。

最佳制造 (Process Path)

Process Path 亦称 Golden Path，是指在某个步骤时可以使用的机台有10台，在最初时就需要判别出机台的好坏与最优。消费性电子对机台的质量重视度较少，只要制造出良率的通过即可，然在车用电子中对机台的选择是十分重视的，假设在10台机台中有 1-2台是质量、良率最好的机台，车用电子就必须在质量最好的机台—— Golden Path/ Golden Tools来生产，若非通过如此步骤，在后续诸如 low yield 的废品或是在既定的筛选下将会产生大量的报废。

制程变革 (Process Change)

在寻找制程的甜蜜点来提升良率时，必须持续改善，例如: 机台妥善率的提升、参数配方优化等。消费性电子对如存储卡的规定并未有这般严格，但在汽车电子上就需要非常严谨的变革管理 (change management)，从开始、实施到成效确认的流程、项目、分类和时效皆要一一订定。

质量聚焦 (Quality Focus)

一般的消费性电子通常只需要注重客户批退货是客诉问题即可，但在车用电子领域，必须从源头就需了解与掌控，譬如 PPAP 建立后在流程中如何做好 IPQC (In-process Quality Control) 的控制，如何把制程的优劣跟客户产品做精准匹配，并制订一个合适的验证计划。因此，必须跟供应链的上中下游整合在一起，从源头到最终产品端做一条龙的完整了解。

RA & FA特性(RA / FA Attribute)

消费性电子注重在质量不合格后再做 FA 验证，将根本原因找出即可。然而，就如 IEEE 的 Different Quality Requirements (图3) 所示，需要预测最终的失效是否达到车用电子Reliability 0~5ppm的需求，否则将面临报废和客户的求偿损失。因此，为了避免巨大损失，心态上需要化被动为主动，在一开始在承接客户新的车用电子案时，已列入评估。

经营模式 (Business Process)

消费性电子的经营模式较为单纯，通常是有生意便接单、客诉有不良品时就换货。反观车用电子涉及的层面非常广泛，单是终端产品 (如: 汽车召回) 赔偿的影响就十分巨大。所以与客户间需要有商业流程点检表 (business check list)，才能将潜在风险在交易至量产前做清晰的评估与准备。

图5: Aim to Automotive Business

我们将 表2 中各项目对应的 S (System)、K (Knowledge)、E (Execution) 统计后可以发现：需要建立「系统」的项目占了70%，「知识」与「执行」都只有15%。因此我们了解到建立「系统」才是进入车用电子的关键。

当然，所有 S、K、E 都是需要评估在资源和成本里。例如:

第一，「系统」的建立要有完整的计划、盘算跟调查；

第二，在「执行」上只要复制和行动；

最后，可以是被训练的「知识」。

只要制订完整计划、详细的步骤，了解要做什么、缺什么 ，便不是难事。

简单来说，以表2中的第 8-12 项只要去「执行」跟「训练」，就能有一定程度的了解，但 1-7 项有关系统的部分，则需要靠电子、自动化系统或是 MES (Manufacturing Execution System) 的系统，甚至是制程变革系统 (Change management) 才有可能达成，否则将是非常繁重且低效的事情。

最后，我们将全篇的重点总结出以下4点