您知道PCB设计是通过或失败的关键吗？

我们知道，在卡伦测控可靠性测试实验室进行板级可靠性（BLR）测试之前，封装设计工程师必须提前制作PCB，以模拟在印刷电路板（PCB）上封装元件时潜在的焊球问题。

在实验过程中，当封装或PCB出现故障时，可靠性测试将失败。因此，必须在封装和PCB之间保持平衡，以优化实验的寿命。

然而，在运行 BLR 测试时，除了确保 PCB 在材料、厚度和布线层方面必须符合国际规范外，PCB 本身也会影响 BLR 测试结果。那么我们应该如何设计 PCB 呢？需要什么专业知识？

什么是板级可靠性 （BLR）？

也称为 L2、Level 2 或 Board Level 2，是旨在将 L1 封装 IC 安装到 PCB 上的板级工艺。BLR是一种旨在验证安装在PCB上的IC元件焊点可靠性的测试。

一、如何开始设计PCB

1. 选择实验参考规程

BLR 测试分为五类：热循环、振动、跌落、循环弯曲和静态弯曲。除热循环属于温度变化测试组外，其他均为力学测试。

对于消费电子产品，BLR测试可以参考包括JEDEC B103/ A104/ B111 /B113 IPC-9701~9704/ 9708在内的国际标准或消费电子个别领先品牌的标准，包括手持产品和汽车电子，每个品牌都有自己的标准。虽然BLR测试可以根据行业标准或客户标准进行，但在根据测试类别选择相应的PCB规格之前，有必要先明确所需的BLR测试标准。

不同的测试标准对材料参数、厚度、层数、布线层、导体宽度、通孔设计和表面光洁度都有明确的定义。有些标准甚至定义了堆叠结构。因此，需要仔细设计和生产，以免违反标准。

2. 使用菊花链设计准备封装和 PCB

虽然检查焊点的质量是BLR测试的目的，但有必要与被测设备（DUT）和PCB上的焊点形成菊花链网络，以对阻抗变化进行实时监控。在确定每个焊球是否失效并准确捕获失效时间后，我们将了解材料的使用寿命，从而及早进行改进。

什么是菊花链？

菊花链电路设计可分为两部分：电路的一半设计在封装元件上，另一半设计在PCB上。通过表面贴装（SMT）将封装元件安装在PCB上后，形成完整的菊花链。

二、BLR测试中影响PCB可靠性的因素有哪些？

根据我们十多年来进行 BLR 测试的经验，我们得出了以下七个因素的结论：

1、PCB焊盘侧

由于测试产生的应力，PCB封装后最薄弱的位置会首先开裂。如果封装焊盘的尺寸大于PCB的尺寸，则靠近PCB的位置会先开裂，反之亦然。当封装焊盘和PCB焊盘的尺寸一致时，应力分布最均匀，将获得更好的寿命测试数据。

为了实现这一目标，除了在PCB设计中确保焊盘尺寸与封装的一致性外，还应考虑PCB制造商的公差，以确保PCB封装的平衡，从而延长测试寿命。

2、封装垫分配

如果焊盘上有空隙或焊盘在包装上分布不均匀，则存在因应力不均匀而开裂的风险。

3. 布线层

虽然不同类别的测试对路由层的影响不同，但需要根据测试类别选择正确的路由层。例如，热循环试验的常见裂纹位置将与机械试验不同。因此，标准 IPC 9701 要求布线必须在表层上，而标准 IPC 9702 指定布线在内层。

4. 包装尺寸

外观较大的封装通常较重，因此不适合进行机构测试。此外，封装基板加热后更容易变形。

5. PCB翘曲

PCB翘曲的常见原因有四种：（1）PCB的热膨胀系数（CTE），因此，由于收缩不均匀，使用异质材料制成的PCB更容易发生翘曲;（2）不同PCB层上的过孔可能会影响变形幅度;（3）PCB上封装的重量也是PCB凹陷的一个因素，导致SMT后PCB凹凸;（4）PCB上不均匀的覆铜面积会因热膨胀而使电路板变形。（延伸阅读：在SMT之前计算翘曲量，避免焊料空焊料和早期失效)

6. DUT在PCB上的放置方向

DUT 应根据其应力放置在 PCB 上。按照JEDEC22-B111和IPC9701的要求，封装长度和宽度应与PCB轮廓一致。

7. 通过位置

除了标准中的限制外，与完全没有过孔相比，带过孔的焊盘对 BGA 具有更好的粘合性，并且更好地抵抗整个焊盘的拉扯。关键是，过孔必须填充电镀。