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電動車安全如何把關?最新 AEC-Q007 規範解析,揭開車用板階驗證關鍵!

宜特科技_96
・2025/04/22 ・4140字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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本文轉載自宜特小學堂〈最新AEC-Q007規範搶先看 車用Board Level驗證手法大公開〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

圖 / 宜特科技

隨著全球環保政策日趨嚴格,預測 2035 年歐美市場的電動車比例將分別達到 85% 和 70% 以上。為確保電動車使用者的安全,車用電子的可靠度要求也愈發嚴謹。因此,專門規範車用 IC 上板至 PCB 焊點可靠度測試(BLR)的 AEC-Q007 規範正式發布。讓我們快速了解一下AEC-Q007到底包含了哪些內容吧。

儘管目前電動車市場成長幅度已逐漸放緩,不如前幾年增長速度快,但國際能源署(IEA)預測,到2035年,歐美市場的電動車比例將分別達到85%和70%以上。從中長期來看,只要各國持續引入更嚴格的環保規定,電動車市場就會繼續擴大。

而全球汽車電子最高殿堂-汽車電子協會(Automotive Electronics Council,簡稱AEC)近期宣告,已推出 AEC-Q007 規範,正式定義車用 BLR 可依循的驗證標準方向。

AEC 是什麼?

AEC 是於 1990 年由克萊思勒、福特汽車、通用汽車組成的組織,目的是要建立通用的汽車零件可靠度測試方法與品質系統標準。此協會全球僅 93 家為合格會員,皆是全球在汽車各領域翹楚,包括全球前 10 大的 Tier1 供應商 – APTIV、BOSCH、CONTINENTAL、DENSO、MAGNA、ZF 等,以及前 10 大的車用晶片 Tier 2 供應商 -INFINEON、INTEL、NVIDIA、NXP、QUALCOMM、STM、TI 等,而 Tier 3 供應商(也就是協助 Tier 2的服務公司)則包含 TSMC、UMC、GF、Amkor 皆為其成員。)

宜特科技也在 2022 年底正式成為 AEC 會員。

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這些規範的主要焦點都是在零件層面進行各種測試。雖然 AEC-Q104 規範中的 Test Group H 提到了板階可靠度(Board Level Reliability,簡稱 BLR),但內容只是提供了一些參考規範,並未詳細說明有關 PCB 和菊花鍊(Daisy Chain)的設計規範。(如果您對這個規範有興趣,可以參考這篇文章:六大重點,秒懂車用多晶片模組AEC-Q104規範)

換句話說,以前的 AEC 文件都是針對零件測試的規範,直到 2024 年 3 月推出 AEC-Q007,才首次真正將零件和印刷電路板(PCB)結合起來,其中建議了 PCB 與 Daisy Chain 詳細的設計規範,並透過 BLR 驗證方式觀察焊點失效的情況。

AEC-Q007 內容所提到的 Daisy Chain 設(圖一),其實就是我們經常聽到的板階可靠度測試,透過零件搭配 PCB,將錫球與 PCB 端設計成導通模式,進而形成迴路以便觀察焊點(Solder Joint)之壽命(延伸閱讀: 板階可靠度測試 Pass 或Fail,PCB 設計居然是關鍵),於測試過程中搭配測量儀器,即時獲得資訊來判斷焊點良率。

圖一:BLR Daisy Chain 設計概要。圖 / 宜特科技

與完整的板階可靠度測試相比,AEC-Q007 規範僅聚焦於溫度循環測試 (TCT)下的焊點耐久性,而全面的 BLR 測試則涵蓋了三大應力條件:溫度循環測試 (TCT)、振動測試 (VB)、機械衝擊測試 (MS)。儘管 AEC-Q007 仍有範圍上的限制,但它仍是一個邁向提升汽車電子 PCB 可靠度的重要進展。透過納入 PCB 層級測試,AEC-Q007 可更深入解析元件間的相互作用及失效機制,特別是在熱疲勞條件下的影響,最終提升長期可靠度。

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本文宜特科技將以 AEC 協會會員第一手觀察,逐一解析 AEC-Q007 規範中的三大要點:Daisy Chain 設計、PCB 設計和溫度循環測試。

一、驗證前之車用 Daisy Chain 如何設計

AEC-Q007 規範針對不同封裝形式中的 Daisy Chain 設計有個別的介紹,相較於其他國際規範大部分僅以文字帶過,對於初次想要學習 BLR 流程的使用者來說,AEC-Q007 規範非常容易理解與應用。本篇小學堂文章,宜特可靠度驗證分析實驗室,將以市場上較普及的球柵陣列封裝(Ball Grid Array, BGA)進行說明。

AEC-Q007 將 Daisy Chain 設計分成 4 個 Level,設計困難度以 Level 3 最簡易,Level 0 則最複雜,文中也提供建議指南,設計者可依據本身需求來設計 Daisy Chain。

因製程能力不斷提升,單一零件也從以往可能僅包含一顆晶片,逐漸發展到能容納多顆晶片。透過晶片與晶片或基板(Substrate)的層層堆疊,讓零件能擴充更多的 I/O。這些堆疊的晶片透過Solder Joint進行連結,以 BLR 角度來看,應該將零件內部等相似的 Solder Joint 結構一併考慮進來,以達到整體的可靠度,因此在 AEC-Q007 規範中,即針對不同類型零件提出不同的 Daisy Chain 設計建議。

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Level 3:透過零件基板(Substrate)的表層(Top layer)佈線,將錫球與PCB進行連結,這是 BLR 驗證最常見的 daisy chain 設計方式,主要可以觀察到零件表層線路、PCB 以及接點 Solder Joint 的異常狀況(圖二)。

圖二:Level 3 的 daisy chain 設計,透過零件基板(Substrate)的表層(Top layer)佈線,將錫球與 PCB 進行連結。圖 / 宜特科技

Level 2:因 Level 3 設計僅經過基板表層線路,當實際的產品基板線路較為多層複雜時,其可能會無法模擬部分基板失效情況,藉由將原本在零件底部的線路延伸至基板(Substrate)內層 (圖三),可延伸確認是否會因外在應力導致基板內層線路斷裂或脫層。

圖三::Level 2 的 Daisy Chain 設計,將原本在零件底部的線路延伸至零件基板(Substrate)。圖 / 宜特科技

Level 1:將佈線持續延伸至零件內部,連結內部晶片之表面金屬層,觀察零件內部的Solder Joint(圖四)。就宜特觀察,這種 Daisy Chain 的設計方式被越來越多客戶接受。原因在製程能力提升後,堆疊層數增加勢必讓零件內 Solder Joint 承受更大的熱應力與機械應力。

圖四:Level 1 的 Daisy Chain 設計,將佈線持續延伸至零件內部,連結內部晶片之表面金屬層。圖 / 宜特科技

Level 0:此種設計最為複雜,將 Level 1 設計方式再延伸至內部晶片(圖五),由於牽涉到晶圓設計製程,若使用者選擇 Level 0 設計,成本將會大幅提高。除此之外,BLR 即時偵測設備主要以低阻抗與低電流方式進行快速偵測,但此種設計的內部晶片常產生較高的阻抗,可能因超過偵測設備的規格,導致無法即時偵測,在設計前也須將這些因素考量進去。

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圖五:Level 0 的 Daisy Chain 設計,將 Level 1 設計方式再延伸至內部晶片。
圖 / 宜特科技

二、 驗證前之 PCB 設計

了解零件 Daisy chain 設計後,接下來就要討論 PCB。PCB 設計其實對於BLR壽命也佔了非常大的因素,PCB 層數越多也代表厚度越厚,層數越少則反之。厚與薄是否會影響到測試結果?答案是肯定的。

在溫度循環的環境下,因溫度讓整體產生熱脹冷縮的變化,反覆地針對 Solder Joint 進行溫度疲勞最終產生斷裂。假如 PCB 在熱脹冷縮的過程中,能和零件有一致的變形方向,就能增加其壽命,因此在設計 PCB 時,也建議考慮到與零件的匹配性

延伸閱讀:掐指算出 Warpage 翹曲變形量 速解 IC 上板後空焊早夭異常) 。

AEC 其實也有考量到零件最終使用的環境具備多樣性,PCB 層數與厚度難以固定規格,因此 AEC 不強制要求,讓供應商能以較貼近實際面的方式去設計PCB。對於產品資料蒐集也較具真實性,假若供應商無法獲得 PCB 規格的資訊,AEC 也提出一組 PCB 設計方針可供參考,其中較推薦的是 8 銅層與 1.6mm 的厚度。

三、正式進入車用可靠度測試手法:溫度循環測試

1. 測試目的:了解零件特性 而非通過驗證

當完成零件與 PCB 設計後,接下來就進入測試條件。AEC-Q007 首先提出的驗證方式為溫度循環,這裡先請讀者注意規範中的目的章節,開頭就提到是要蒐集零件 BLR 熱疲勞壽命的分佈數據,這代表此驗證是獲得樣品故障分析資訊,與我們常執行 BLR 驗證條件有些許不一樣。一般 BLR 測試條件,是以500或1000循環為標準,通過此循環即代表產品「通過驗證」;而 AEC-Q007 目的是「了解零件特性」,將資料蒐集做為未來使用者參考。

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2. 測試條件:分為 4 級

溫度循環測試條件,參考 AEC-Q100 零件環境工作溫度等級進行分類,總共分為 4 級,最嚴苛為第 0 級。理想情況下,選擇的溫度條件等於或大於預期的應用操作溫度範圍(參考表一)。監控過程與判定方式則是參考 IPC-9701,高低溫駐留時間建議 10~15 分鐘。另外,規範中也提到溫度循環使用設備不應選擇快速升降溫,例如:雙氣槽式溫度衝擊與液槽式溫度衝擊。

表一:溫度循環條件參數。表格來源::宜特科技

3. 測試樣品數

測試樣品準備數量應不小於 50+5 顆(包含故障分析),建議執行到所有測試樣品失效至 63.2%。假如執行一段時間後皆未故障,可停止於 3000 循環。AEC-Q007 有提到除了蒐集故障資訊外,對於已故障的樣品應進行故障分析,並記錄故障位置。針對 BGA 零件規範就定義了 10 種故障位置,若驗證過程未發生故障,也建議於每 500 循環,須將樣品取出進行切片或紅墨水分析。

圖六:焊點失效位置。圖 / 宜特科技

4. SMT 定義參數

除了零件設計與測試條件,AEC-Q007 對於表面黏著技術(surface mount technology, SMT)也定義了設定參數。由於 SMT 的結果可能會影響可靠度的數據,SMT 後 Solder Joint 內會產生孔洞,孔洞的標準雖然有規範定義,但過大過小都有可能造成後續可靠度數據差異。規範中也建議 SMT 設定參數應接近供應商實際的量產條件,更詳細資訊可參考 AEC-Q007-002。

小結

AEC-Q007 首度跨出零件本體,搭配 PCB 驗證方式進行規範。目前雖然僅有溫度循環驗證方式,但這是因為車用零件在實際應用中會面臨各種溫度挑戰,如戶外環境、高低緯度以及接近發熱區域(例如引擎室)等。相較於消費型零件,車用零件的可靠度需克服更多溫度相關因素,因此「溫度」對於車用零件來說是最需要克服的關鍵因素之一。

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宜特可靠度驗證實驗室針對 BLR 長期經驗觀察,Solder Joint 在長時間的溫度環境下,的確可能產生異常現象,AEC-Q007 的撰寫者以溫度為出發點是正確的,尤其是車用零件因考量到使用者安全性,必須更嚴謹看待。接下來,宜特預期 AEC-Q007 會持續提出其他的驗證項目,例如:機械衝擊、振動、濕度測試等等,以建置完整的驗證流程。

本文出自 www.istgroup.com

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宜特科技_96
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我們了解你想要的不只是服務,而是一個更好的自己:) iST宜特自1994年起,以專業獨家技術,為電子產業的上中下游客戶, 提供故障分析、可靠度實驗、材料分析和訊號測試之第三方公正實驗室

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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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