干货分享 | 芯片没坏，为何产品失效？揭秘板级可靠性（BLR）测试

芯片量产阶段的隐性失效大多并非芯片本体损坏，而是PCB组装完成后板级互联结构出现可靠性失效。AOI、ICT、通电功能测试仅能验证瞬时通电正常，无法检出焊点热疲劳、CTE失配、装配弯曲应力引发的潜伏性缺陷。在汽车电子场景中，IC与PCB之间的焊点长期承受振动、高低温等车载环境的影响，极易出现焊点疲劳、开裂，引发故障，板级可靠性（BLR）测试正是针对该风险的标准化验证手段。

行业已形成成熟、分层的车规验证标准体系：

• AEC-Q007：汽车电子专用板级可靠性基础标准，定义全流程BLR测试方法论、菊花链分级设计、失效判定与统计分析；多芯片模组MCM产品需配套AEC-Q104执行AEC-Q007验证；
• IPC系列标准：IPC-9701、IPC-9702、IPC-9703为通用 PCB 焊点机械 / 热应力测试标准。

三类标准结合，构成车载芯片完整板级可靠性验证框架，同时也是消费、工业、车规产品量产准入的核心验证依据。

菊花链：BLR测试的核心载具
菊花链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，将肉眼不可见的互联微裂纹、虚焊、焊盘剥离等隐性失效，转化为可实时采集、量化分析的电阻电信号，是AEC-Q007规定的标准测试结构。

根据测试关注的失效层级，标准将菊花链划分为4个等级，不同封装形态需匹配对应层级设计，精准定位失效发生位置。

不同封装的菊花链选择

■ 基于引线框架的封装：包括SO、QFP、QFN、多排QFN、SON等。

• 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。

有引脚和无引脚封装的菊花链层级示例：带有引线键合的封装俯视图

■ 基于基板的封装：包括BGA、FCBGA、LGA、FCLGA等。

• 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。
  
  

菊花链层级示例：基于基板的封装

■ 基于晶圆级封装：包括WLCSP、FOWLP等。

• 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）。
  
  

菊花链层级示例：基于晶圆级封装

PCB板及焊盘设计要点

■ PCB板叠层：推荐使用8层板；厚度优选1.6mm。对于菊花链布线，AEC建议谨慎使用过孔。

■ 焊盘：PCB 焊盘分为 NSMD（非阻焊定义）、SMD（阻焊定义）两类，AEC-Q007 温度循环测试场景优先选用 NSMD 焊盘。

NSMD焊盘&SMD焊盘

■ 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)。

三大核心板级可靠性测试项目

温度循环测试（TC）

■ 执行标准：AEC-Q007-001、IPC-9701、JESD22-A104

■ 测试步骤：

1. 使用AEC-Q007分级菊花链测试板，四线法采集各通道初始阻值、焊点外观、X-Ray 空洞数据；

2. 样板按标准架空摆放，保证全域温变一致；

3. 温变参数：

4. 全程使用数据记录仪，连续在线监测电阻（1min / 次采集）；同时可以使用瞬断仪进行监测；

5. 试验结束常温恢复2h，执行外观、全板X-Ray扫描、焊点金相切片分析，按AEC-Q007要求做威布尔寿命拟合；

6. 常规可以补充测试样品，分别在1000、1500、2000、3000循环时间点进行切片分析。

■ 合格判定

• 事件记录仪：大于1000Ω，持续1μs以上，同一菊花链通道10次（最多），即判定失效；
• 电阻记录仪：菊花链电阻增幅＞20%，同一菊花链通道5次（最多），即判定失效。

机械冲击/跌落测试

■ 执行标准：IPC-9703、JESD22-B111

■ 测试参数：

1. 半正弦波，1500G、0.5ms脉冲；

2. -Z 方向；

3. 跌落次数：常规30次，或者测试到50%~ 63%的失效率。

■ 合格判定

• 事件记录仪（优选）：同一菊花链通道下，大于1000Ω，持续1μs以上，且同一菊花链通道后续5次测试过程中3次出现同类型瞬断，即判定失效；
• 高速电阻记录仪（50kHz采样频率以上）：如果菊花链初始电阻电阻大于85Ω的情况下，测试过程中大于100Ω或增幅＞20%，同一菊花链通道5个循环内重复出现3次，即判定失效；
• 电阻没有显著增加或间歇性不连续，如果组件与测试板的可见部分或完全分离也应被视为失效。

循环弯曲测试

■ 执行标准：JESD22-B113

■ 测试步骤：

1. 测试板和样品加载，应变片粘贴；

2. 双外支点支撑、内部双压头加载，元器件落在纯弯曲无剪切应力区间；

3. 采集形变以及调试下压测试参数，达到指定应变要求；

4. 监测全部菊花链通道电阻，同时采集应变，每5000循环至少10秒；

5. 通常测试到60%器件失效，上限200000次；如果一次只对一块板进行测试，那么在停止测试之前，每块板上的9个SMT IC中至少有6个（或200000个周期）应该失效。

■ 合格判定

• 事件记录仪：大于1000Ω或者5倍初始值，持续1μs以上，在首次异常对应循环数的10%测试循环区间内，总计出现9次，即判定失效；
• 数据记录仪：持续采集，记录至少100次超过限制的数据，用于失效判断，在首次异常对应循环数的10%测试循环区间内，总计出现9次，即判定失效。

板级可靠性BLR是车规芯片区别于普通消费芯片的核心验证环节，依托AEC-Q007分级菊花链设计，搭配标准化PCB载板、温度循环、冲击跌落、循环弯曲三大测试，可覆盖多类车载复杂环境下焊点、键合、RDL、芯片内部布线的多层级失效风险，是保障汽车电子长期稳定运行、实现芯片量产准入必不可少的验证手段。