随着V2X和5G通信标准的发展，车联网的普及指日可待，这也催生了包括SiP、MCM和扇入/扇出在内的先进IC封装技术。

汽车电子可靠性将面临哪些挑战？有什么解决办法吗？

随着车联网（IoV）的发展，先进的汽车电子产品成为近年来的主要发展趋势，并吸引了半导体行业的目光。因此，几年前还只是一个概念的高级驾驶辅助系统 （ADAS） 现在已成为现实。

在传统汽车行业，新技术很少被热销车型采用。相反，后者很可能会采用最成熟和最可靠的产品。可靠性一直是汽车电子最关心的问题。此外，随着车联网和人工智能技术越来越多地融入汽车IC，性能也成为一个重要的考虑因素，这给IC设计带来了变化。

半导体芯片已采用BGA、QFP和SOP封装，这些封装是成熟的封装技术，但难以满足新一代车联网通信标准如AI、HPC、C-V2X（Cellular V2X）和DSRC（Dedicated Short Range Communication）对传输速度的需求。这催生了先进的封装技术，包括多芯片模块 （MCM）、系统级封装 （SiP） 和扇入/扇出，这些技术有望成为主流趋势，但也必须经受住质量、安全性和可靠性的考验。

汽车行业已经建立了全面的质量和安全标准。IATF 16949 规定了汽车质量管理体系 （QMS） 的要求。一些欧洲汽车制造商强制要求遵守 VDA 6.3。在量产阶段，新的 IECQ 汽车认证计划 （AQP） 为汽车行业提供了一种标准化的组件测试方法，以确保质量。ISO 26262 规定了量产汽车中电气和/或电子系统的功能安全。（继续阅读：国际汽车可靠性规范五步走入AI智能汽车供应链)

至于可靠性，必须分别在“2R级别”进行评估，即元件级可靠性（CLR）和板级可靠性（BLR），每个级别都代表IC封装过程中的一个步骤。如果半导体芯片能够通过这两个级别的可靠性测试，就可以用于汽车。宜特本月的技术课堂旨在解决CLR和BLR中先进封装的挑战和解决方案。

1. CLR 中先进封装面临的三个挑战

汽车电子委员会 （AEC） 定义了汽车应用中常见的电气元件认证要求。AEC-Q100 用于集成电路，AEC-Q101 用于分立半导体，AEC-Q102 用于分立光电半导体，AEC-Q200 用于无源元件（参见图 1）。符合这些标准的汽车部件必须通过散热、材料翘曲和顺序应力测试。

图1：AEC-Q系列

（1）散热

在恶劣的汽车环境中，“发热”一直是可靠性的最大挑战。当今的汽车系统需要高性能的组件，而这些组件不可避免地具有高电流消耗，这给组件的可靠性带来了更多挑战。因此，开发人员努力在性能和功耗之间取得完美平衡。

（2）翘曲

汽车零部件的另一个常见且严重的问题是 IC 封装翘曲。为了满足高速数据传输的需求，汽车半导体芯片越来越多地采用MCM/SiP组装封装，而不是BGA。然而，MCM 封装将多个芯片、有源和无源元件以及具有不同热膨胀系数 （CTE） 的 PCB 集成在一个模块中，因此在温度变化剧烈的汽车环境中容易发生翘曲和变形。这样的问题不仅困扰着IC元件，也困扰着印刷电路板（PCB）。

高频现在是汽车系统中的常见设计，并将成为5G时代的基础设计。高频系统需要用特殊材料制成的 PCB，当其温度超过玻璃化转变温度 （Tg） 时，其热膨胀系数 （CTE） 可能高出四倍，从而导致严重的封装翘曲。

（3） 顺序压力测试

最后但并非最不重要的一点是，新的 AEC-Q104 带来了更多挑战（继续阅读：了解汽车 MCM 的 AEC-Q104 的六个要点），强调了顺序压力测试，AEC 多年来一直将其应用于模块，并从 2018 年开始扩展到组件。AEC制定AEC-Q104是考虑到汽车系统在实际使用场景中会受到一系列条件的影响，因此汽车系统及其组件必须能够应对一系列顺序环境测试。

过去，芯片是单独封装的，材料成分和组装结构简单，可以逐一测试。如今，MCM和SiP等先进封装集成了不同类型的芯片，这些芯片在汽车环境中发生一系列情况时可能会失效。AEC-Q104 规定芯片必须通过一系列可靠性测试中的每个步骤。

例如，高温工作寿命 （HTOL） 和热冲击测试过去是分开进行的。AEC-Q104 要求芯片经过 HTOL 测试，然后进行热冲击测试，并且必须通过这两项测试才能被视为合规。这不仅使测试更加耗时，而且极具挑战性。尽管目前不强制要求符合 AEC-Q104 标准，但大多数汽车制造商确实要求其组件符合 AEC-Q104 标准。因此，对于希望扩展到汽车行业的供应商来说，为其产品获得 AEC-Q104 认证非常重要。

2. BLR先进封装面临的挑战

（1）翘曲

先进的封装技术，如MCM、SiP和扇入/扇出，通过垂直激光穿过硅通孔（TSV）堆叠两个或多个具有不同功能的芯片。然而，这种封装结合了多个芯片和具有不同热膨胀系数（CTE）的元件，在温度变化剧烈的汽车环境中容易出现翘曲。此外，不合适的材料可能会导致严重翘曲，并导致后续SMT工艺的键合异常。

此外，5G技术的应用也是高频PCB面临的挑战之一。设计人员不仅要考虑信号衰减的因素，还要考虑在高温环境下发生的翘曲。

异常翘曲可能会导致结果与可靠性测试的预期结果之间存在很大差异。传统的方法是根据规格提出初始 PCB 设计，然后即时进行调整，直到有可用的版本，这需要花费大量的时间和精力。

3. 汽车可靠性先进封装解决方案

由此可以得出结论，翘曲是CLR和BLR中汽车先进封装的通病。确保SMT工艺中良好的焊接质量，从而避免焊接质量差对可靠性验证结果的影响和不必要的成本。宜特在进行SMT之前，已安装了专门针对元件和PCB的翘曲测量设备。