提升汽车电子SMT焊接可靠性：多芯片模块挑战研究
电路模块SMT焊接可靠性研究
虚焊指锡层未完全润湿焊件，组件焊接面与PAD未形成金属合金层，外力致元件松动接触不良，焊点高度小于（最小焊点高度+可焊高度）的25%。
常见原因：锡膏质量差、助焊剂成分问题、元件脚氧化、PAD表面处理不良、焊接参数设置不当、回流焊不稳定。
问题原因分析
核心模块基板分析
基板材料关键指标：Tg（玻璃化转变温度）、CTE（热膨胀系数）、Td（分层温度）。早期采用FR-4 Tg150（材料>145），基板底部覆较厚阻焊膜。回流焊因Tg低导致轻微翘曲变形，二次回流时焊接可靠性下降，出现虚焊。
锡膏量分析
常规工艺要求钢网厚度0.13mm，核心模块焊盘锡膏厚度亦为0.13mm。因模块变形导致虚焊、焊接可靠性低，产品面临质量风险。
改进实验
基板材料与实验设计
早期用低成本FR-4 Tg150，后改用高可靠性FR-4 Tg170（材料>175）。重新设计基板底部阻焊：减薄阻焊厚度、提升材料质量，保证二次回流可靠性。
钢网开窗实验设计
早期因PCB上有0.5mm间距QFP，钢网厚度设0.13mm。首轮试产核心模块虚焊，将钢网增厚至常规最小0.15mm，开孔与外扩比1:1.2，质量未改善。只能采用阶梯钢网，厚度从0.15mm增至0.3mm，保证模块焊盘锡膏量。
两种阶梯钢网方案：
方案A：模块整体区域增厚0.3mm，小尺寸侧厚度不变。
方案B：增厚区域比方案A小4mm，增厚0.3mm，焊盘开孔厚度不变。
试产对比发现电阻包位置出现连锡，方案B更优。
制造工艺改进实验
回流焊前实施胶水点胶，利用胶水固化收缩固定模块，有效减少焊接时基板变形位移。
实验结果
通过钢网设计优化、基板材料重选定位、制造工艺改进，核心模块锡膏量与锡爬高度达标，工艺不良率从686PPM降至23PPM，保证产品可靠性。数据见下表。
| 阶段 | 基板材料 | 产量 | 测试点数 | 不良类型 | 不良数 | 不良件数 | 不良率(PPM) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 初始试产 | Tg150 | 50 | 43750 | 核心模块虚焊 | 20 | 20 | 457 |
| 核心模块连锡 | 0 | 0 | 0 | ||||
| 合计 | 20 | 20 | 457 | ||||
| 首次改进（方案A） | Tg170 | 50 | 43750 | 电阻包虚焊 | 0 | 0 | 0 |
| 电阻包连锡 | 30 | 30 | 686 | ||||
| 合计 | 30 | 30 | 686 | ||||
| 二次改进（方案B） | Tg170 | 50 | 43750 | 核心模块虚焊 | 1 | 1 | 23 |
| 核心模块连锡 | 0 | 0 | 0 | ||||
| 合计 | 1 | 1 | 23 |
结论
核心模块应用加速汽车电子研发迭代，新品阶段可移植降低成本复杂度。但早期试产因模块尺寸大、工艺要求高出现基板变形、虚焊、连锡，降低可靠性。通过实验与试产成功解决，为核心模块广泛应用铺平道路，推动汽车电子模块化进程。
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