干貨分享 | 告別焊點失效：AEC-Q007標準下的BLR測試全解析

在汽車電子領(lǐng)域，IC與PCB的焊點是核心連接點，但易受振動、高低溫等車載環(huán)境的影響，導致焊點疲勞、開裂，引發(fā)設(shè)備故障。為提前識別這一風險，板級可靠性（BLR）測試應(yīng)運而生，用于驗證焊點強度與穩(wěn)定性，保障汽車電子長期可靠運行。

為規(guī)范此類測試，汽車電子協(xié)會（AEC）制定了AEC-Q007標準，作為BLR測試的核心依據(jù)。該測試以IC與PCB板的焊點為核心驗證對象，通過設(shè)計"菊花鏈"(Daisy Chain)導通回路，評估焊點抵抗熱疲勞、機械沖擊的能力，最終確保IC與PCB的連接在整車生命周期內(nèi)穩(wěn)定可靠。

BLR測試流程與方法

菊花鏈設(shè)計原理
菊花鏈作為一種結(jié)構(gòu)化測試載具設(shè)計，通過串聯(lián)元件的關(guān)鍵互聯(lián)點(如焊點、引線鍵合、凸點)形成導電通路，實現(xiàn)對板級互聯(lián)失效的精準監(jiān)測。這種設(shè)計巧妙地將"隱性互聯(lián)失效"轉(zhuǎn)化為"可量化電信號"，為可靠性評估提供直接依據(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)的可靠性風險。AEC-Q007將菊花鏈設(shè)計分為4個等級，針對不同的元件封裝類型和測試目標，選擇合適的菊花鏈層級至關(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：

• 測焊點和基板布線可靠性選Level 2；
• 測鍵合/凸點可靠性選Level 1；
• 測封裝全鏈路可靠性選Level 0。

有引腳和無引腳封裝的菊花鏈層級示例：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：

• 測焊點可靠性選Level 3；
• 測焊點和基板布線可靠性選Level 2；
• 測鍵合/凸點與芯片連接可靠性選Level 1；
• 測全鏈路可靠性選Level 0。

菊花鏈層級示例：基于基板的封裝

3. 基于晶圓級封裝：包括WLCSP、FOWLP等。
菊花鏈布線及等級：

• 測RDL表層布線可靠性選Level 2（含RDL表層布線）；
• 測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）；
• 測全鏈路可靠性選Level 0（包含芯片內(nèi)部布線）。

菊花鏈層級示例：基于晶圓級封裝

PCB板及焊盤設(shè)計要點

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

2. 焊盤：主要有非阻焊定義(NSMD)焊盤和阻焊定義(SMD)焊盤兩種。溫度循環(huán)性能通常更優(yōu)的是NSMD焊盤；而機械測試(如跌落測試)中SMD焊盤往往表現(xiàn)更佳。

左列圖示為NSMD焊盤，右列圖示為SMD焊盤

3. 組件間距：被測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測試
通過模擬器件在汽車整個生命周期中經(jīng)歷的極端高低溫變化，加速焊點因不同材料熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配而產(chǎn)生的疲勞失效。其基本流程是將測試板置于溫箱中，在設(shè)定的高溫和低溫極限之間進行反復循環(huán)。

1. 溫度循環(huán)測試條件
IPC-9701 測試條件：所選 TC 循環(huán)條件必須與 MCM 的預期使用環(huán)境相匹配（例如，若用于發(fā)動機艙，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)境來定義溫度點）。同樣，熱循環(huán)次數(shù)（NTC）也必須與目標使用環(huán)境相對應(yīng)。升溫/降溫速率、保持時間及總測試時長均按 IPC-9701 定義執(zhí)行。
可用 MCM 本身替代 IPC-9701 要求的雙鏈測試樣件，但前提是該 MCM 能夠?qū)遣康暮更c連接進行電氣測量，并覆蓋具有代表性的最外排焊點，以及位于或靠近主要芯片區(qū)域的焊點連接。

2. 電阻連續(xù)監(jiān)測
電阻連續(xù)監(jiān)測：在整個溫度循環(huán)過程中，監(jiān)測系統(tǒng)會持續(xù)記錄菊花鏈回路的電阻值。電阻的突然增大或開路直接指示焊點失效。即使微小的裂紋也可能導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測試是確保汽車電子模塊焊接可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它通過模擬嚴苛的車載環(huán)境應(yīng)力，為芯片上板后的長期穩(wěn)定運行構(gòu)筑起堅實的質(zhì)量基石，是智能汽車時代不可或缺的安全防線。