淺談板階可靠度（BLR）試驗在汽車產業的應用

[#1]

隨著汽車產業的蓬勃發展，越來越多廠商從一般消費性電子產業轉往汽車電子產業發展，而最大的不同來自於生命週期的差異，消費性電子產業生命周期大約3~5年，但汽車產業關係到人身生命安全，一般要求生命週期要達10年以上，所以相關的可靠度驗證更顯得重要，而今天要來談一談汽車可靠度驗證的一個項目- 板階可靠度(Board Level Reliability, BLR)的測試也就是車用元件上板後的焊點可靠度測試。

汽車電子系統越來越先進，也代表汽車產業上，IC元件的使用會越來越多，因此需要利用BLR測試，快速找出失效模式，也是目前常用來驗證IC元件上板到PCB後的焊點強度測試，以確保產品壽命， AEC汽車電子協會所制定的AEC-Q104標準，即明確定義了車用電子在BLR的可靠度試驗項目， BLR常見的測試如下，溫度循環和衝擊、機械應力衝擊與焊點接合位置強度(推力、拉力、彎曲測試) ，複合式振動試驗，板彎試驗等。

常見影響BLR的可靠度因子如下，

1. PCB材料，厚度，通孔設計，
2. PCB 焊墊設計，
3. 錫球材料，
4. 晶片位置和尺寸及其對應到錫球的位置，

其中錫球材料的選擇對於可靠度的測試結果影響尤其顯著。

以下介紹幾個板階可靠度試驗以及JMP相關分析的功能

1. 穩定狀態測試: 主要藉由高溫高濕(加速因子)，去驗證評估非密封包裝的零組件，其材質和線路受影響的程度，如焊接點會因溫溼度的影響造成短路影響壽命。
2. 機械應力測試: 一些採用非焊錫方法連結方式如金手指，USB接頭等，針對一些試驗模擬外來應力對壽命的影響，如電阻值異常。
3. 板彎試驗: 經由外在應力測試確認零件焊點和材料結構的影響，也可以了解產品耐疲勞度的能力，如錫球面斷裂造成斷路等。
4. 溫度循環和衝擊試驗: 經由冷熱循環或是溫度急速變化冷熱衝擊確認加速老化因子對於產品的影響，如錫裂。

錫裂

短路

板彎翹
               

以下介紹JMP相關應用分析功能

Ø  加速因子對壽命分佈分析 (Fit Life by X)

因為正常條件下，產品出現失效的機率很低，所以經由一些條件的設置如環境加速產品失效的機率，常見加速因子包含溫度、電壓、壓力等，平台中也包含數據的轉換，常見對溫度進行Arrhenius轉換，也包含線性、對數、倒數、平方根等等的轉換。JMP也提供專屬可靠度實驗設計的平台來設計加速因子對壽命的實驗。

檢測不同溫度下各組間是否存在差異

加入加速因子對壽命預測

顯示加速因子與預測壽命之間的散布圖

比較各分布擬合的結果

Ø  加速壽命實驗設計

因為產品可靠度高或是因為需要短時間了解產品的測試結果，所以需要額外設計實驗去了解產品的可靠度結果，在加速實驗設計平台上也可以擴充現有實驗次數減少估計誤差。

根據先驗的分布或是經驗建立加速實驗，以及估計失效概率

使用模擬器去模擬估計結果

JMP在可靠度分析平台上還有許多分析的方法如壽命分析、退化分析等等，今天主要針對加速壽命分析的平台做了簡介，說明了不論是汽車的加速因子分析或是其他產業的加速因子分析，皆可使用此平台，不需要使用到多個平台進行多個分析繪圖，節省了分析時間，此外也多了設計加速實驗的平台，提供你設計實驗及確認資料的分布，補強了實驗者不知如何設計實驗去驗證這一塊；當然汽車的可靠度不僅於此，此次簡單的介紹板階可靠度的驗證及JMP相關平台，可以提供汽車相關產業，快速的了解可靠度結果進行後續的分析。