圖一:板階可靠度焊點強度
這項試驗，在宜特實驗室已經運行十多年，亦是目前消費型電子產業常
規的測試項目，而隨著汽車電子系統的複雜度提升，更多的元件和模組
被運用在汽車內，BLR遂成了車電系統的重要測試項目之一。
板階可靠度(BLR)測試是半導體資深工程師都知道的必測實驗項目，不過
隨著越來越多新人加入半導體產業界，宜特也時常接到客戶的詢問BLR，
該如何進行?有哪些測項?如何選擇測試條件?為了讓廣大客戶更了解此試
驗，本期宜特小學堂，我們就來談談BLR測試吧!
一、 消費性BLR與車用電子BLR有何不同?
(一)消費性電子BLR可靠度驗證
隨著消費性電子產品越趨複雜與製程能力大幅提升，所需的晶片種類增
多，為了容納更多晶片並提升效能於手機的應用，晶片結構開始走向兩
種趨勢，一是讓原有IC元件逐漸往輕、薄、短、小的趨勢發展，另一是
將眾多IC組合再一起成為功能強大的晶片，但這會讓IC元件尺寸放大好
幾倍，導致封裝技術也必須隨需求而轉變，造成這些晶片與印刷電路板
結合後的可靠度必須重新被驗證。終端國際品牌大廠為了管控零件品質，
則會直接要求晶片供應商執行BLR測試。以手機的使用環境考量，晶片與
印刷電路板結合後所須被檢視的項目中，最重要的乃機械應力與環境應力，
例如摔落實驗與溫度循環實驗等。
而板階可靠度在消費性產品的國際規範可參考 JEDEC B102/ B103/A104/
B111/B113 IPC-9701~9704/9708或是各家終端消費型品牌大廠包括手持
式產品、車用電子等類型也都有各自訂定的客戶規範。
(二)車用電子BLR可靠度驗證
隨著汽車電子系統的複雜度提升，更多的IC元件被運用在汽車內部，車用
元件上板後的焊點可靠度驗證，也就是BLR，遂逐步成為車電重要測試項
目之一，不僅Tier 1模組廠對此制定專屬驗證手法，令人注意的是AEC汽
車電子協會於2018年出爐的AEC-Q104，明確定義了車用電子的板階可靠
度試驗(Board Level Reliability)項目，雖然項目僅有溫度循環(BLR TCT)、
落下(Drop)試驗，但只針對MCM(Multi-Chip Modules)，並未將較普及的封
裝形式一同納入，較未能完全貼近Tier 1的客戶規範，不過也是車用板階可
靠度通用標準發展的一大步，相較於去年開始車市的火熱與缺料的議題發
生，AEC汽車電子協會是否有更進一步更新AEC-Q104，是值得我們期待
的。 (延伸閱讀: 進入電動車供應鏈必備-國際可靠度品質車規五步驟一次解析)
(三)消費型電子產品Board Level測試條件，是否可以參考或
沿用至車用產品？
答案是不行的，因為這些系統模組導入車輛設計之中，車載平台使用的環
境與結構大不相同，汽車在啟動後，所有晶片都會開始承受振動、機械的
應力與外在惡劣環境，若使用消費型電子產品測試條件後，在真實使用環境
可能會發生所謂的早夭現象。宜特板階可靠度實驗室以JEDEC和AEC-Q與
常見的客戶規範，進行比較(表一)，讓您一目了覽差異在哪裡。
| Test Item | A Company | B Company | C Company | AEC-Q104 | JEDEC |
|---|---|---|---|---|---|
| RTC TMCL | . -40~125℃ @ 2,000cyc~4,000cyc . 30 mins. Dwell time . Dual chamber (Air to Air) | . -40~125℃, @mins. 2,000 cyc . 10 mins. dwell time. 10 ≤ ∆T/∆t ≤ 20 K/min. | .-40~85℃/-40~125℃ @3,000cyc. . 10 mins. Dwell times. . 30 mins transfer time | Follow IPC-9701 Based on intended use environment | . -40~125C 1,000cyc Based on intended use environment |
| PTC | . -40~105℃ @ 2,600 cyc. . T on/off =5mins . 10mins./cyc. | NA | NA | NA | . -40~85℃ . -40~125℃ . T on/off = 20 or 30mins. 60 or 80mins./cyc. |
| Vibration | . 100Hz~2,000Hz @ 5.02 PSD, RMS acceleration: 97.7m/s2. . Random Vibration + Temp. . Real chip | . 20Hz~2,000Hz @ 0.1 PSD, RMS acceleration: 189.4~818m/s2. . Sine sweep or random VIB | NA | NA | 20Hz~2,000Hz sine or random |
| Drop | NA | . Direction C+/C- : . 1,000G, 1.4ms | . Direction C- . 1,500G, 0.5ms, 60 drop | . Direction C- .1,500G,0.5ms, 30drop | . Direction C- . 1,500G, 0.5ms, 30drop |
| Bending | . Deflection d=1mm,20sec . Bend to fail | NA | . Displacement d=2.0mm, 100cyc. . Displacement d=4.0mm, 100cyc. | NA | . Deflection d=2mm, 200k times or Bend to fail. |
表一:消費型與車用BLR的規範差異
在正式進入板階可靠度BLR測試之前，必須先經過測試版的設計、製作、
SMT組裝等，才進入正式的可靠度試驗；在試驗後，更需進行故障分析，
找到失效位置，進而計算出產品壽命，接下來，我們將簡單介紹各項流
程與步驟(圖二)。
圖二: BLR試驗步驟
(一)第一步驟: PCB測試版設計與製作
BLR測試，就是須了解元件上板後的焊點品質，第一步，需要進行Daisy Chain
(菊花鍊)設計(圖三)，將您的待測樣品元件與電路板連結的各個焊點形成網絡，
藉此即時監控每個焊點良率，可有效得知各個錫球焊點是否失效，更能準確擷
取失效的時間點，及早進行改善。
圖三: Daisy Chain設計
宜特板階可靠度實驗室除了提供符合JEDEC/IPC規範的PCB測試版(圖四)，亦
可提供特殊設計的印刷電路板，讓您的IC可直接在模擬系統廠商的PCB板上測
試，有效防止不可預知的異常狀況。
圖四: 宜特可提供符合JEDEC/IPC規範的PCB測試版
(二)第二步驟: SMT 表面黏著製程
表面黏著 (SMT)製程是板階可靠度測試(BLR)的第二關卡，將元件上板至測
試版。而IC黏著在模擬PCB上的品質好壞，將直接影響到產品壽命判斷精準
度。品質好壞的關鍵因素包括，錫膏特性、印刷條件設定 (如脫模間距、脫
模時間、印刷速度)、置件精準度、鋼板選擇。
SMT後，就是透過X-ray或超音波檢查迴焊(Reflow)品質，確認錫球黏著狀況。
特別說明，為了有效進行RA，宜特建議在SMT之前，就先進行元件與PCB
來模擬翹曲的程度，再去調整SMT的參數設定，確保SMT過程中有良好的
焊接品質，如此可避免因不良焊接品質導致影響可靠度驗證以及不必要的
成本開銷。
量測分析的速度非常快，約一小時就可得知元件在不同溫度的變形量，也
能模擬溫度循環的環境，協助您在後續可靠度測試進行搭配，觀察產品在
哪個溫度會達到最大的變形量(圖五)，並能在測試中思考如何改善與預防
。(延伸閱讀: 掐指算出Warpage翹曲變形量 速解IC上板後空焊早夭異常)
圖五:模擬溫度循環環境，觀察產品在哪個溫度會達到最大的變形量
(三)第三步驟: 正式進入可靠度試驗
BLR試驗，主要分為兩大項目，包括低應變率試驗與高應變率試驗，這兩
大項項目又細分好幾項試驗，試驗目的最主要就是試驗在不同的情況之下
與測試版連接的焊點強度。
- 低應變率試驗(Low Strain Rate Test)
意旨較低、較慢的變化，也就是所謂的耐久性試驗，包括溫度循環/溫 - 度衝擊試驗(Temperature Cycle Test, 簡稱TCT)、板彎/彎曲試驗
- (Bending)等。
- 高應變率(High Strain Rate Test)
意旨樣品在較短時間內遭受到劇烈變化，包括機械衝擊試驗 - (Mechanical Shock)、振動試驗 (Vibration)等。
(四)第四步驟：板階可靠度後的整合故障分析
當元件上板後進行一系列的可靠度驗證，可靠度驗證過程中產品失效
時，透過板階整合故障分析能快速將失效介面找出，將可協助您釐清
