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宜特、德凱宜特聯手助業者克服車用電路板(PCB)與板階可靠度(BLR)的驗證挑戰
智慧車與車聯網帶來新的系統設計風險 

【作者: 編輯部】   2018年04月23日 星期一

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汽車電子系統正快速轉變中,更多的電子元件與資訊應用被整合至汽車內,尤其是先進駕駛輔助系統(ADAS)、自駕車的圖資與車聯網,以及人工智慧(AI)應用的逐步落實,把越來越多的IC元件和電子模組帶進汽車中,但也帶來新的設計挑戰,其中車用電路板(Printed-Circuit Board;PCB)、電路板組裝(PCB Assembly; PCBA)與其板階可靠度(Board Level Reliability;BLR)的驗證更是關鍵的一環。


在車用電路板(PCB)方面,國際電子工業聯接協會(IPC)已在2016年頒布了汽車專用的PCB驗證及允收規範IPC-6012DA,其中包含了溫度衝擊耐久試驗、高溫耐久試驗、高溫高濕儲存試驗、陽極細絲導通試驗(CAF)、表面絕緣電阻試驗(SIR)等,這些測試當大量電子零組件導入汽車時,更成為國際汽車電子製造業者必須更關注的項目。


而在車用電路板組裝(PCBA)上,由於顧及環保需求,無鉛製程也開始導入在車電零組件設計中;AEC在2009年發布了Q005,啟動了無鉛製程的轉換,接著在2014年的AEC Q100改版作業中,加入了無鉛測試的要求,包含焊錫性測試、焊錫耐熱試驗及錫鬚試驗,開啟了汽車電子無鉛製程的驗證。



圖一 : 宜特專為汽車電子驗證建置的複合式振動測試實驗室
圖一 : 宜特專為汽車電子驗證建置的複合式振動測試實驗室

至於板階可靠度(BLR),則是國際間常用來驗證IC元件上板至PCB之焊點強度的測試方式,是目前手持式裝置常規的測試項目。而隨著汽車電子系統的複雜度提升,更多的IC元件被運用在汽車內,BLR遂逐步成為車電重要測試項目之一,不僅Tier 1車廠BOSCH、Continental、TRW對此制定專屬驗證手法,令人注意的是AEC汽車電子協會最新出爐的AEC-Q104,明確定義了車用電子的板階可靠性實驗(Board Level Reliability)項目,雖然項目僅三項(TCT溫度循環 / Drop落下 /Start up &Temperature Steps, STEP)尚未能完全貼近Tier 1的客戶規範,但卻是車用板階可靠性通用標準發展的一大步。


宜特與德凱宜特提供一條龍服務 消除車電可靠度疑慮

電子產品驗證服務商宜特科技(iST),與其轉投資之關聯企業德凱宜特(DEKRA iST)兩者能提供全球最完整的汽車電子驗證服務,從IC元件到系統端一條龍的完整驗證項目。其中宜特在IC與BLR的驗證上已有超過十年的經驗,可針對車用IC與BLR項目進行驗證;德凱宜特則能提供車用電路板(PCB)、電路板組裝(PCBA)、車燈(LED)與系統模組的驗證服務,兩者能協助車電業者一次解決車用IC、PCB與PCBA、BLR、系統模組的驗證問題。



圖二 : 宜特可靠度實驗室
圖二 : 宜特可靠度實驗室

宜特表示,為了實踐智慧車的應用,汽車製造商必須在車體內放入更多的電子系統,也會使用更多的IC;另一方面,為了在車體內容納更多IC,車用IC的封裝也轉為尺寸更小的先進3D堆疊封裝技術,然而此技術使得焊點的間距更小、IC尺寸厚度增加,導致元件焊點須承受更大的應力,因此IC元件上板至PCB的焊點可靠度驗證,也就是所謂的板階可靠度(BLR),將是車電業者需要考量的新課題。


宜特指出,焊點崩裂(chipping)和破裂(crack)是造成元件失效的主因,這也是目前車電業者須進行BLR驗證的關鍵。由於車用環境存在更強烈且嚴荷的挑戰(包含各種路況的震動或汽車引擎運轉所產生的溫度變化),再加上汽車使用年限也非常長,動輒達到十年以上,因此非常考驗汽車元件焊點的耐用度。



圖三 : 宜特板階可靠度(BLR)實驗室
圖三 : 宜特板階可靠度(BLR)實驗室

為了更貼近實際的車用環境,提高驗證的準確度,宜特進一步表示,BLR驗證包含應力與環境測試兩部分,其測試項目包括溫度循環、溫度衝擊、應力衝擊與焊點接合強度測試(推力、拉力、彎曲),其中最關鍵的測試項目:溫溼度複合式振動,將可模擬車輛的實際環境,測試IC元件上板至PCB後,在真實的溫溼度與振動應力環境下的可靠性,藉以協助業者達到車用的水準。


此外,在測試過程中使用Daisy Chain的設計,能即時監控樣品的良率,且能準確擷取失效的時間點,讓客戶能更深入了解其產品的弱點,並及早進行改善。


而在汽車PCB與PCBA的驗證部分,德凱宜特指出,一般電子元件若故障,可透過重工(Re-work)進行元件的更換,但若PCB故障,不可能移除所有元件後再更換PCB,因此PCB的品質是汽車電子系統中非常關鍵的一環,其耐用度更是車電業者所不能輕忽的項目。而PCBA是元件上板之後的半成品或次系統,是更接近實際系統環境的產品,針對PCBA進行驗證,更能反映產品的真實可靠度。


由於長期與國際車廠及Tier 1供應商合作,宜特和德凱宜特非常熟悉汽車行業間的需求與規範,能帶領車用供應商快速理解相關的規範,協助客戶釐清其產品所需的驗證項目,並能依據客戶的需求提供客製化、循序漸進的服務,助其以階段式的方式逐步落實各個驗證項目,發揮最佳的經濟效益。


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