干貨分享 | 告別焊點(diǎn)失效：AEC-Q007標(biāo)準(zhǔn)下的BLR測(cè)試全解析

在汽車(chē)電子領(lǐng)域，IC與PCB的焊點(diǎn)是核心連接點(diǎn)，但易受振動(dòng)、高低溫等車(chē)載環(huán)境的影響，導(dǎo)致焊點(diǎn)疲勞、開(kāi)裂，引發(fā)設(shè)備故障。為提前識(shí)別這一風(fēng)險(xiǎn)，板級(jí)可靠性（BLR）測(cè)試應(yīng)運(yùn)而生，用于驗(yàn)證焊點(diǎn)強(qiáng)度與穩(wěn)定性，保障汽車(chē)電子長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

為規(guī)范此類(lèi)測(cè)試，汽車(chē)電子協(xié)會(huì)（AEC）制定了AEC-Q007標(biāo)準(zhǔn)，作為BLR測(cè)試的核心依據(jù)。該測(cè)試以IC與PCB板的焊點(diǎn)為核心驗(yàn)證對(duì)象，通過(guò)設(shè)計(jì)"菊花鏈"(Daisy Chain)導(dǎo)通回路，評(píng)估焊點(diǎn)抵抗熱疲勞、機(jī)械沖擊的能力，最終確保IC與PCB的連接在整車(chē)生命周期內(nèi)穩(wěn)定可靠。

BLR測(cè)試流程與方法

菊花鏈設(shè)計(jì)原理
菊花鏈作為一種結(jié)構(gòu)化測(cè)試載具設(shè)計(jì)，通過(guò)串聯(lián)元件的關(guān)鍵互聯(lián)點(diǎn)(如焊點(diǎn)、引線鍵合、凸點(diǎn))形成導(dǎo)電通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)板級(jí)互聯(lián)失效的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。這種設(shè)計(jì)巧妙地將"隱性互聯(lián)失效"轉(zhuǎn)化為"可量化電信號(hào)"，為可靠性評(píng)估提供直接依據(jù)。
選擇菊花鏈的核心依據(jù)是：需要暴露哪些互聯(lián)結(jié)構(gòu)的可靠性風(fēng)險(xiǎn)。AEC-Q007將菊花鏈設(shè)計(jì)分為4個(gè)等級(jí)，針對(duì)不同的元件封裝類(lèi)型和測(cè)試目標(biāo)，選擇合適的菊花鏈層級(jí)至關(guān)重要。

不同封裝的菊花鏈選擇

1. 基于引線框架的封裝：包括SO、QFP、QFN、多排QFN、SON等。
菊花鏈布線及等級(jí)：

• 測(cè)焊點(diǎn)和基板布線可靠性選Level 2；
• 測(cè)鍵合/凸點(diǎn)可靠性選Level 1；
• 測(cè)封裝全鏈路可靠性選Level 0。

有引腳和無(wú)引腳封裝的菊花鏈層級(jí)示例：帶有引線鍵合的透明封裝俯視圖

2. 基于基板的封裝：包括BGA、FCBGA、LGA、FCLGA等。
菊花鏈布線及等級(jí)：

• 測(cè)焊點(diǎn)可靠性選Level 3；
• 測(cè)焊點(diǎn)和基板布線可靠性選Level 2；
• 測(cè)鍵合/凸點(diǎn)與芯片連接可靠性選Level 1；
• 測(cè)全鏈路可靠性選Level 0。

菊花鏈層級(jí)示例：基于基板的封裝

3. 基于晶圓級(jí)封裝：包括WLCSP、FOWLP等。
菊花鏈布線及等級(jí)：

• 測(cè)RDL表層布線可靠性選Level 2（含RDL表層布線）；
• 測(cè)RDL與芯片Pad的連接可靠性選Level 1（含RDL到芯片頂部金屬層的路徑）；
• 測(cè)全鏈路可靠性選Level 0（包含芯片內(nèi)部布線）。

菊花鏈層級(jí)示例：基于晶圓級(jí)封裝

PCB板及焊盤(pán)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. PCB板疊層：推薦使用8層銅；厚度優(yōu)選1.6mm。對(duì)于菊花鏈布線，AEC建議謹(jǐn)慎使用過(guò)孔。

2. 焊盤(pán)：主要有非阻焊定義(NSMD)焊盤(pán)和阻焊定義(SMD)焊盤(pán)兩種。溫度循環(huán)性能通常更優(yōu)的是NSMD焊盤(pán)；而機(jī)械測(cè)試(如跌落測(cè)試)中SMD焊盤(pán)往往表現(xiàn)更佳。

左列圖示為NSMD焊盤(pán)，右列圖示為SMD焊盤(pán)

3. 組件間距：被測(cè)組件之間需要有足夠間距，建議組件彼此之間至少相距12.5毫米(0.5英寸)。

基于BLR的TC測(cè)試
通過(guò)模擬器件在汽車(chē)整個(gè)生命周期中經(jīng)歷的極端高低溫變化，加速焊點(diǎn)因不同材料熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配而產(chǎn)生的疲勞失效。其基本流程是將測(cè)試板置于溫箱中，在設(shè)定的高溫和低溫極限之間進(jìn)行反復(fù)循環(huán)。

1. 溫度循環(huán)測(cè)試條件
IPC-9701 測(cè)試條件：所選 TC 循環(huán)條件必須與 MCM 的預(yù)期使用環(huán)境相匹配（例如，若用于發(fā)動(dòng)機(jī)艙，則可能規(guī)定采用 TC3 或 TC4，其他位置需要與客戶溝通應(yīng)用環(huán)境來(lái)定義溫度點(diǎn)）。同樣，熱循環(huán)次數(shù)（NTC）也必須與目標(biāo)使用環(huán)境相對(duì)應(yīng)。升溫/降溫速率、保持時(shí)間及總測(cè)試時(shí)長(zhǎng)均按 IPC-9701 定義執(zhí)行。
可用 MCM 本身替代 IPC-9701 要求的雙鏈測(cè)試樣件，但前提是該 MCM 能夠?qū)遣康暮更c(diǎn)連接進(jìn)行電氣測(cè)量，并覆蓋具有代表性的最外排焊點(diǎn)，以及位于或靠近主要芯片區(qū)域的焊點(diǎn)連接。

2. 電阻連續(xù)監(jiān)測(cè)
電阻連續(xù)監(jiān)測(cè)：在整個(gè)溫度循環(huán)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)持續(xù)記錄菊花鏈回路的電阻值。電阻的突然增大或開(kāi)路直接指示焊點(diǎn)失效。即使微小的裂紋也可能導(dǎo)致電阻的階躍式變化，這是判斷失效的重要依據(jù)。

總而言之，AEC的BLR測(cè)試是確保汽車(chē)電子模塊焊接可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它通過(guò)模擬嚴(yán)苛的車(chē)載環(huán)境應(yīng)力，為芯片上板后的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)筑起堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量基石，是智能汽車(chē)時(shí)代不可或缺的安全防線。