薛广辉：汽车电子产品失效案例分享

　　汽车电子产品方兴未艾，众多企业摩拳擦掌欲进入此领域分一杯羹，部分企业对汽车电子产品的品质要求未做深入了解，贸然生产交付，导致终端市场客诉，耗费大量人力物力应付，搞得身心疲惫，遍体鳞伤。加之众多品牌车企产品要求零返修、零缺陷，对企业生产能力提出了一定挑战，工厂团队疲于应对，苦不堪言。

　　笔者仅就部分汽车电子产品失效案例做分享，供业内同仁参考，以期对从业同仁有所启发，倘若有当头棒喝、顿悟之功效，实为行业之幸、笔者之幸也！

　　NTC断裂失效分析与对策

　　某新能源汽车终端用户驾驶过程中报电池包温度异常，因电动汽车存在电池燃烧风险，汽车品牌商派专人将汽车拖至4S店，免费更换全新电池包处理，并通知电池包制造商对此做彻底分析，提出整改方案。经分析，判定为电池包监控数据线上热敏电阻功能异常。热敏电阻（以下简称NTC）贴装焊接在FPC上，并由补强玻纤板围护，PCBA工艺要求将玻纤板维护框内灌注防护胶。

　　图1.1-1NTC防护示意图。实际产品生产时，未对灌封胶高度做严格管控。因点胶机精度有限，FR4补强围护尺寸精度也未做严格要求，生产时部分NTC灌封胶高度严重超标。FPC数据线生产完成后在CCS贴合段存在FPC被大的机械力挤压现象，灌封胶高度超标会导致NTC受力现象，严重者将NTC直接压断，轻微者NTC产生裂纹，后期服役过程中裂纹延伸逐渐断裂，导致电池包温度监控功能异常。图1.1-2 NTC灌封防护

　　此类异常乍一看是工艺人员未考虑后工序需求，不了解后工序产品工艺，本质上是工艺人员对汽车电子产品品质要求缺乏敬畏心，认为胶水多一些、少一些没所谓。品质团队的人员对此类参数要求未纳入管制，拿消费性电子产品的经验直接应用于汽车电子产品，结果是陆续的市场投诉导致损失惨重，客户满意度下降，后续订单承接受损：降价、缩量。

　　表贴铝制电容选择与掉件

　　某汽车电子产品新产品导入时，可靠性验证阶段振动试验出现表贴铝制电容掉件现象，图2.1-1表贴铝制电容掉件。SMT工艺人员修改钢板开孔设计，增加焊锡量，调整Reflow温度曲线均无效，客户判定NPI失败。SMT工艺人员建议点胶加固，振动试验结果Pass。但增加点胶需要增加工序，生产线没有随线点胶机，线外点胶需增加周转，增加人力，增加厂房使用面积，延长生产制程。且该项目为ODM项目，市场上竞品无点胶工艺。研发认为是焊接工艺不良导致振动试验不通过，SMT工艺人员能用的方案都试过了，不点胶加固无法通过振动试验。

　　分析振动试验掉件产品，电容焊接痕迹明显；确认焊接制程，锡膏印刷量充足，元件贴装品质正常，Reflow温度曲线设置在行业规范内，检定锡膏成份在行业标准范围内。经调查，工厂使用的锡膏品牌、型号与竞品工厂完全相同。工艺上改进没有方向。对比分析竞品，发现竞品使用的表贴铝制电容有四个焊接端子，本公司使用的铝制电容有两个焊接端子，经计算，相同外观尺寸的表贴铝制电容，竞品使用的元件焊接强度是本公司使用电容焊接强度的2.5倍。验证更换铝制电容，不点胶，振动试验全部Pass。

　　此案的反思：产品不点胶加固、不灌封加固，服役条件为振动条件不可控，元件选型时需考量其产品服役之可靠性。本质上属于DFR之元件选型原则问题，管理上涉及R&D CE零部件承认制度建立、NPI过程DFX审查机制建立两个区块，需细化管理内容。

　　汽车电子产品生产团队需要具备扎实的工程技术团队，以确保生产的顺利进行及异常分析的有效进行。当然，外部资源的应用也是快速、有效解决问题的手段之一。笔者团队即是为企业提供技术支持的资源之一。相濡以沫不若相忘于江湖，但偶有困扰时有资源可以支持也是企业管理者应具备的能力之一。

　　选择焊助焊剂残留与产品微短路

　　自动化、减少人员参与是全世界制造产业发展的趋势，汽车电子在波峰焊工艺向通孔回流焊工艺发展道路上是模范生，部分汽车电子产品已经完全没有波峰焊工艺，部分产品仅有少数连接器等部件需波峰焊工艺完成。业界工厂为提高产线生产灵活性、降低人头数，纷纷采用选择焊应对少数部件的通孔插装焊接需求。部分违反可制造性原则（如双面连接器插装焊接）设计的产品，也需要使用选择焊才能应对处理。选择焊制程在多品种小批量、制样生产模式及违反DFM规范产品生产上有绝对优势。

　　产业在享受选择焊制程带来的优势的同时，也需要注意规避选择焊的部分缺点，凡事总是有其利必有其弊，选择焊助焊剂残留就是其中典型的弊端之一。波峰焊助焊剂喷涂是动态非定点喷涂，助焊剂喷涂量大，浪费多，穿透能力差；选择焊为定点喷涂，助焊剂喷涂量少，浪费少，穿透能力优秀。当助焊剂喷涂对着通孔喷涂时，助焊剂穿过通孔喷涂到插件面元件本体上的机率大幅度增加，导致元件插装面助焊剂残留污染，产品交付使用过程中遇到湿热环境，易发生电化学迁移短路失效。图3.1-1电化学迁移短路与助焊剂残留。

　　某产品焊接完成后测试、装配均正常，交付客户使用半年后出现功能不良，分析判定为SMT元件功能不良，仔细观察发现SMT元件被大量助焊剂包裹并出现短路、漏电现象。查核品质追踪系统，确认Reflow后板面无此助焊剂残留现象。深度排查确认为选择焊助焊剂喷涂为定点对孔喷涂，助焊剂穿透PCB通孔喷涂到连接本体上并汇聚滴落到PCB插件面，流动到附近SMT元件区域，导致助焊剂残留污染。

　　工厂将原始生产参数调出，助焊剂喷涂后确认结果如图3.1-2选择焊助焊剂喷涂效果，选择焊助焊剂喷涂的确导致了附近SMT元件区域助焊剂残留。工厂优化助焊剂喷涂路径，确认喷涂后无助焊剂残留插件面再生产，与原生产产品共同执行高温高湿（双85）试验，原来生产的产品48小时后即出现迁移、短路现象，优化助焊剂喷涂路径后产品168小时未出现迁移失效现象。

　　该产品为已经量产之产品，之所以出现助焊剂残留现象，是该批次产品生产时有透锡不足现象，设备人员为改善焊点透锡品质，加大助焊剂喷涂量，解决了透锡不足缺陷，但导致了助焊剂残留异常。看似个人行为，实际上是日常管理问题：

生产参数修改是否要上报，是否要验证，是否有确认机制。
选择焊助焊剂喷涂品质确认方法及品质记录机制缺失。
首件检查及IPQC巡查机制缺失，企业IPQC Check List内容未包含选择焊助焊剂喷涂效果确认。
日常生产品质监控系统未监控到程序变更、参数变更、Double Check机制缺失。
产品量产后无老化测试机制、OQC外观检查机制存在漏洞。

　　汽车电子产品生产需完善的品质系统、强大的工程技术团队与生产制造团队高效执行力，本质上是企业经营管理者对产品品质的重视程度。很多企业品质口号为“追求零缺陷，提高客户满意度”，零缺陷发展三部曲为：工厂高的一次性良品率→零返修→零缺陷。企业还在为一次性良品率是否达标而战时，零缺陷也只能是口号。汽车电子产品因要求零返修，是所有电子产品中距离零缺陷最近的种类。

　　某汽车电子产品，整车服役3年后出现功能失效，分析判定为产品上滤波器功能异常，部分失效产品上滤波器整体脱落，下图1-滤波器脱落。器件脱落失效样品切片图呈现如下信息：脱落界面位于元件本体与焊点之间，元件本体一侧IMC与焊点一起留在PCB一侧 ‚焊点与PCB焊盘焊接正常，焊锡量充足、IMC正常、无焊点空洞超标现象 ƒ产品正常服役3年后器件脱落，说明器件脱落是逐渐形成 „器件脱落并非发生于焊点IMC层或焊料内，说明焊接品质正常。

　　综合以上信息推测，元件脱落是产品服役过程中机械力如振动力、机械冲击力所致。汽车电子产品服役环境机械振动、机械冲击无法避免，产品必须承受一定限度的机械应力与热应力。无法证明失效产品失效原因是机械应力超标所致，且此前产品未出现此类现象；统计市场反馈之失效产品信息，发现失效品集中在一定日期后，此日期之前的产品服役超过3年并未出现此类失效现象。汽车品牌商要求电子产品制造业者彻查此异常现象并给出真因、提出有效改善对策。

　　工厂调查结果显示：PCBA制程参数未发生变动，PCBA焊接材料不存在切换现象 ‚PCBA工厂有记录到此元件脱落信息，判定为人员撞件所致，判定结果缺乏充分证据 ƒ此元件有新增供应商现象，核查结果为失效样品均发生于新增供应商之后，因器件本体无明确丝印标识，无法100%确定所有失效样品均为新增供应商器件，新增供应商原因R&D ECN描述为“例行性增加Second Source”。工厂成立失效分析团队对失效样品做深度分析并对库存样品做进一步比对分析。

　　使用SEM对失效样品观察如上图2-器件脱落切片分析之电镜图，焊点完整保留在PCB焊盘一侧，PCB焊盘一侧IMC为典型的锡铜金属间化合物；器件本体一侧IMC为锡镍金属间化合物，IMC存在疯长、跌落现象；器件一侧镀镍层脱落并保留于焊点上。对脱落的器件做切片分析如下图3-脱落器件切片分析，并对切片位置做成份分析下图4-脱落元件切片成份分析。

　　分析结果显示：脱落后的元件本体一侧焊盘仅保留铜焊盘，镀镍层仅有少留保留，大部分镀镍层均与焊点一起留在PCB焊盘一侧。由此推测，元件脱落界面为元件本体铜与铜上镀镍层分离。查阅元件规格书，确认元件本体焊盘为铜本体镀镍、镍上镀锡。确定元件脱落面出现在本体铜焊盘与镀镍层间出现分离。元件本体镀层与本体基材分离脱落的原因是什么呢？是外力过大所致还是本体镀层品质存在异常？

　　取仓库样品切片分析如下图5-库存品切片分析，结果显示焊接焊点正常，焊点与PCB焊盘一侧IMC正常；焊点焊锡与元件本体一侧镍层形成IMC，IMC存在疯长、跌落现象；本体镀镍层与焊盘铜基材存在明显的裂缝，该裂缝严重消弱了镍镀层与铜本体的附着力。产品在测试、装配、服役过程中，机械应力作用时元件脱落。取库存样品10pcs,对此元件施加固定机械力，部分产品出现元件脱落现象；将此固定机械力施加于同类型其它产品（不同供应商）相同元件上，未出现器件脱落现象。