车载BGA焊点具备长期可靠性，这直接关联到智能网联汽车的安全以及稳定，一旦出现失效状况，就有可能引发严重后果，并且曾经有车企因为此种情况蒙受了巨大经济损失。
焊点可靠性故障根源
处于汽车电子工作范畴内的环境，那是极为严苛的。印刷电路板也就是PCB，球栅阵列也就是BGA封装芯片，由于它们材料的热膨胀系数即CTE不一样，在从-40℃至125℃的反复温度冲击的状况下，焊点的内部会承受持续不间断的剪切应力，致使微观裂纹开始萌生且不断扩展，最后终究会引发电气连接失效。
除了温度循环之外，车辆在行驶过程当中持续存在的机械振动是另外一大挑战，频率范围处于10至2000赫兹的振动会传递到焊点，进而形成交变应力，加速材料疲劳的进程，长期处于高温工作状态还会促使金属间化合物也就是IMC层过度生长，致使焊点变脆，抗冲击能力明显下降。
汽车级可靠性标准要求
电子元件可靠性在汽车行业有着严谨规范，AEC-Q100属于核心标准当中的一个。Grade 2等级有要求哦，元件要能够承受从零下40℃至125℃的温度进行1000次循环测试，并且焊点不能出现开裂失效情况。与此同时呢，还需要成功通过苛刻的振动测试，以此来保证在特定的频率以及加速度之下功能方面保持正常状态。
某些测试条件模拟了车辆在15年生命周期内有可能经历的最为恶劣的工况，满足标准是基本的门槛，可是要确保更高的安全余量的时候，实际的设计目标常常需要远远超越标准的要求，比如说，有部分处于领先地位的制造商把验证循环的次数提升到了标准的两倍还要多。
高可靠PCB材料选型
设计的第一环是基板材料的选择，普通FR-4材料的玻璃化转变温度即Tg较低，在高温的情况下容易发生变形，所以不适用于像引擎舱这类高热区域，应该选用那种高Tg也就是通常≥170℃、低CTE即≤14ppm/℃的专用材料，以此来匹配BGA封装的膨胀特性。
对焊球合金成分而言，其重要性不言而喻。锡银铜，也就是含银的SAC合金，相较于传统锡铅合金，具备更为良好的抗疲劳性能。若能挑选经过AEC - Q100认证的特定合金型号，那么便可在热循环之中，提供更高的抗拉强度以及延展性，进而实现延长焊点寿命的效果。
结构设计与布局优化
在进行PCB布局这一阶段的时候，需要去选用具有针对性的措施来将应力进行分散。举例来说，在BGA的外围部位设计环形的铜层，把它作为热缓冲环。这样做能够对于角部焊点应力集中度起到有效的降低作用。焊盘设计运用圆形，并且搭配阻焊坝。如此有助于打造出形状保持一致、高度处于均匀状态的焊点。
堆叠起来的多层板的叠层样式结构，是需要去努力追求那种对称性的。芯板以及半固化片按照这样对称的方式来进行排布，是能够对PCB在回流焊以及温度循环这个过程当中所产生的翘曲变形起到抑制作用的，进而提升整体的平面度，这样一来就能让所有的焊点受力变得更加均匀。而这一般情况下，是需要借助专门的叠层设计软件去开展仿真和验证工作的。
关键制造工艺控制
回流焊工艺参数，会对焊点质量，以及IMC层厚度，产生直接影响。升温斜率、峰值温度，还有液态以上停留时间，必须要精确控制。要是温度过高，或者停留时间过长，就会致使IMC层过厚，进而增加脆性。反过来讲，如果不是这样，那就有可能形成冷焊，造成连接强度不足。
有些部位对可靠性的要求是极端苛刻至极的，这种情况下能够采用底部填充工艺。有一种特殊胶水，它会被填充到BGA底部和PCB之间的缝隙里边，如此一来便能够把芯片和板卡牢固地粘结起来，能够将应力分散到整体的封装区域，从而可以大幅度地提升抗热循环以及抗振动的能力。胶水的选择和固化工艺必须要符合汽车级标准才行。
系统化验证测试方法
用于验证可靠性的是系统性测试，热循环测试要在专用高低温箱里开展上千次循环，还要定期借助X射线或者声学扫描显微镜这类无损检测方法去监控焊点内部状态，查看裂纹有没有产生或者扩展。
振动测试要在三个轴向上分别去开展，用以模拟实际道路激励，老化测试是把样品放置在高温环境下持续运行，以此评估其电性能以及焊点机械性能的衰减状况，完整的验证报告是产品能不能应用于安全关键领域的重要依据。
对于那些追求零缺陷的汽车电子开发者来讲，您觉得，在成本能够得到可控的这种前提条件之下，还存在着哪些创新的材料或者工艺方案，这些方案能够进一步去提升BGA焊点在极端环境当中的服役寿命？欢迎在评论的区域分享起您的见解，如果您认为这篇文章是有价值的话，请点赞并且分享给您的同行。
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