最新AEC-Q007規範搶先看 車用Board Level驗證手法大公開

AEC-Q007規範針對不同封裝形式中的Daisy Chain設計有個別的介紹，相較於其他國際規範大部分僅以文字帶過，對於初次想要學習BLR流程的使用者來說，AEC-Q007規範非常容易理解與應用。本篇小學堂文章，宜特可靠度驗證分析實驗室，將以市場上較普及的球柵陣列封裝(Ball Grid Array, BGA)進行說明。

AEC-Q007將Daisy Chain設計分成4個Level，設計困難度以Level 3最簡易，Level 0則最複雜，文中也提供建議指南，設計者可依據本身需求來設計Daisy Chain。

因製程能力不斷提升，單一零件也從以往可能僅包含一顆晶片，逐漸發展到能容納多顆晶片。透過晶片與晶片或基板(Substrate)的層層堆疊，讓零件能擴充更多的I/O。這些堆疊的晶片透過Solder Joint進行連結，以BLR角度來看，應該將零件內部等相似的Solder Joint結構一併考慮進來，以達到整體的可靠度，因此在AEC-Q007規範中，即針對不同類型零件提出不同的Daisy Chain設計建議。

Level 3：透過零件基板(Substrate)的表層(Top layer)佈線，將錫球與PCB進行連結，這是BLR驗證最常見的daisy chain設計方式，主要可以觀察到零件表層線路、PCB以及接點Solder Joint的異常狀況(圖二)。

Level 2：因Level 3設計僅經過基板表層線路，當實際的產品基板線路較為多層複雜時，其可能會無法模擬部分基板失效情況，藉由將原本在零件底部的線路延伸至基板(Substrate)內層 (圖三)，可延伸確認是否會因外在應力導致基板內層線路斷裂或脫層。

Level 1：將佈線持續延伸至零件內部，連結內部晶片之表面金屬層，觀察零件內部的Solder Joint(圖四)。就宜特觀察，這種Daisy Chain的設計方式被越來越多客戶接受。原因在製程能力提升後，堆疊層數增加勢必讓零件內Solder Joint承受更大的熱應力與機械應力。

Level 0：此種設計最為複雜，將Level 1設計方式再延伸至內部晶片(圖五)，由於牽涉到晶圓設計製程，若使用者選擇Level 0設計，成本將會大幅提高。除此之外，BLR即時偵測設備主要以低阻抗與低電流方式進行快速偵測，但此種設計

了解零件Daisy chain設計後，接下來就要討論PCB。PCB設計其實對於BLR壽命也佔了非常大的因素，PCB層數越多也代表厚度越厚，層數越少則反之。厚與薄是否會影響到測試結果？答案是肯定的。

在溫度循環的環境下，因溫度讓整體產生熱脹冷縮的變化，反覆地針對Solder Joint進行溫度疲勞最終產生斷裂。假如PCB在熱脹冷縮的過程中，能和零件有一致的變形方向，就能增加其壽命，因此在設計PCB時，也建議考慮到與零件的匹配性(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) 。

AEC其實也有考量到零件最終使用的環境具備多樣性，PCB層數與厚度難以固定規格，因此AEC不強制要求，讓供應商能以較貼近實際面的方式去設計PCB。對於產品資料蒐集也較具真實性，假若供應商無法獲得PCB規格的資訊，AEC也提出一組PCB設計方針可供參考，其中較推薦的是8銅層與1.6mm的厚度。

1. 測試目的：了解零件特性 而非通過驗證

當完成零件與PCB設計後，接下來就進入測試條件。AEC-Q007首先提出的驗證方式為溫度循環，這裡先請讀者注意規範中的目的章節，開頭就提到是要蒐集零件BLR熱疲勞壽命的分佈數據，這代表此驗證是獲得樣品故障分析資訊，與我們常執行BLR驗證條件有些許不一樣。一般BLR測試條件，是以500或1000循環為標準，通過此循環即代表產品「通過驗證」；而AEC-Q007目的是「了解零件特性」，將資料蒐集做為未來使用者參考。

2.　測試條件：分為4級

溫度循環測試條件，參考AEC-Q100零件環境工作溫度等級進行分類，總共分為4級，最嚴苛為第0級。理想情況下，選擇的溫度條件等於或大於預期的應用操作溫度範圍(參考表一)。監控過程與判定方式則是參考IPC-9701，高低溫駐留時間建議10~15分鐘。另外，規範中也提到溫度循環使用設備不應選擇快速升降溫，例如：雙氣槽式溫度衝擊與液槽式溫度衝擊。

3. 測試樣品數

測試樣品準備數量應不小於50+5顆(包含故障分析)，建議執行到所有測試樣品失效至63.2%。假如執行一段時間後皆未故障，可停止於3000循環。AEC-Q007有提到除了蒐集故障資訊外，對於已故障的樣品應進行故障分析，並記錄故障位置。針對BGA零件規範就定義了10種故障位置，若驗證過程未發生故障，也建議於每500循環，須將樣品取出進行切片或紅墨水分析。

4. SMT定義參數

除了零件設計與測試條件，AEC-Q007對於表面黏著技術(surface mount technology, SMT)也定義了設定參數。由於SMT的結果可能會影響可靠度的數據，SMT後Solder Joint內會產生孔洞，孔洞的標準雖然有規範定義，但過大過小都有可能造成後續可靠度數據差異。規範中也建議SMT設定參數應接近供應商實際的量產條件，更詳細資訊可參考AEC-Q007-002。