AEC-Q007标准下的板级可靠性测试流程与方法

在汽车电子领域，IC与PCB的焊点是核心连接点，但易受振动、高低温等车载环境的影响，导致焊点疲劳、开裂，引发设备故障。为提前识别这一风险，板级可靠性（BLR）测试应运而生，用于验证焊点强度与稳定性，保障汽车电子长期可靠运行。

为规范此类测试，汽车电子协会（AEC）制定了AEC-Q007标准，作为BLR测试的核心依据。该测试以IC与PCB板的焊点为核心验证对象，通过设计"菊花链"(Daisy Chain)导通回路，评估焊点抵抗热疲劳、机械冲击的能力，最终确保IC与PCB的连接在整车生命周期内稳定可靠。

BLR测试流程与方法

菊花链设计原理

菊花链作为一种结构化测试载具设计，通过串联元件的关键互联点(如焊点、引线键合、凸点)形成导电通路，实现对板级互联失效的精准监测。这种设计巧妙地将"隐性互联失效"转化为"可量化电信号"，为可靠性评估提供直接依据。

选择菊花链的核心依据是：需要暴露哪些互联结构的可靠性风险。AEC-Q007将菊花链设计分为4个等级，针对不同的元件封装类型和测试目标，选择合适的菊花链层级至关重要。

不同封装的菊花链选择

1基于引线框架的封装：包括SO、QFP、QFN、多排QFN、SON等。

菊花链布线及等级：

有引脚和无引脚封装的菊花链层级示例：带有引线键合的透明封装俯视图

●测焊点和基板布线可靠性选Level 2；

●测键合/凸点可靠性选Level 1；

●测封装全链路可靠性选Level 0。

2基于基板的封装：包括BGA、FCBGA、LGA、FCLGA等。

菊花链布线及等级：

菊花链层级示例：基于基板的封装

●测焊点可靠性选Level 3；

●测焊点和基板布线可靠性选Level 2；

●测键合/凸点与芯片连接可靠性选Level 1；

●测全链路可靠性选Level 0。

3基于晶圆级封装：包括WLCSP、FOWLP等。

菊花链布线及等级：

菊花链层级示例：基于晶圆级封装

●测RDL表层布线可靠性选Level 2（含RDL表层布线）；

●测RDL与芯片Pad的连接可靠性选Level 1（含RDL到芯片顶部金属层的路径）；

●测全链路可靠性选Level 0（包含芯片内部布线）。

PCB板及焊盘设计要点

1PCB板叠层

推荐使用8层铜；厚度优选1.6mm。对于菊花链布线，AEC建议谨慎使用过孔。

2焊盘

主要有非阻焊定义(NSMD)焊盘和阻焊定义(SMD)焊盘两种。温度循环性能通常更优的是NSMD焊盘；而机械测试(如跌落测试)中SMD焊盘往往表现更佳。

左列图示为NSMD焊盘，右列图示为SMD焊盘

3组件间距

被测组件之间需要有足够间距，建议组件彼此之间至少相距12.5毫米(0.5英寸)。

基于BLR的TC测试

通过模拟器件在汽车整个生命周期中经历的极端高低温变化，加速焊点因不同材料热膨胀系数（CTE）不匹配而产生的疲劳失效。其基本流程是将测试板置于温箱中，在设定的高温和低温极限之间进行反复循环。

1温度循环测试条件

IPC-9701 测试条件：所选 TC 循环条件必须与 MCM 的预期使用环境相匹配（例如，若用于发动机舱，则可能规定采用 TC3 或 TC4，其他位置需要与客户沟通应用环境来定义温度点）。同样，热循环次数（NTC）也必须与目标使用环境相对应。升温/降温速率、保持时间及总测试时长均按 IPC-9701 定义执行。

可用 MCM 本身替代 IPC-9701 要求的双链测试样件，但前提是该 MCM 能够对角部的焊点连接进行电气测量，并覆盖具有代表性的最外排焊点，以及位于或靠近主要芯片区域的焊点连接。

2电阻连续监测

电阻连续监测：在整个温度循环过程中，监测系统会持续记录菊花链回路的电阻值。电阻的突然增大或开路直接指示焊点失效。即使微小的裂纹也可能导致电阻的阶跃式变化，这是判断失效的重要依据。

总而言之，AEC的BLR测试是确保汽车电子模块焊接可靠性的关键环节，它通过模拟严苛的车载环境应力，为芯片上板后的长期稳定运行构筑起坚实的质量基石，是智能汽车时代不可或缺的安全防线。