USI | 揪出隐形「微观失效」：以菊链把关 SiP可靠度测试

06/29/2026

揪出隐形「微观失效」：以菊链把关 SiP可靠度测试

作者：费红艳／AMMS / MWC 硬体设计工程师

当一颗系统级封装（SiP）把处理器、记忆体、射频模组全塞进指甲大小的空间里，工程师最担心的往往不是「能不能动」，而是当手机摔落地面、汽车电子在引擎旁高温运转、产品在运送途中反复受热受震之后，那些比头发还细的焊点，还撑不撑得住？随着电子产品朝高效能、小型化、多功能演进，SiP 因为整合度高、封装弹性大，已广泛用于消费电子、通讯与汽车电子。但也正因为结构复杂、材料多元，热应力、电应力与机械应力的耦合效应格外显著，板级可靠度便成为客户最在意的关卡。回答这个关卡的，就是板级可靠度测试（Board Level Reliability Test，BLRT）。

BLRT 属于互连可靠度测试，涵盖弯曲、冲击、振动、温度循环与高温高湿等项目，目的有三：确认各层级焊点互连的可靠度、确保 IC 与模组封装的稳固性，以及验证 IC 组装到电路板后能否承受机械与环境应力。USI的研发团队则是使用一套相当巧妙的设计来「预演」这些真实世界的考验：菊链（Daisy Chain）测试结构。

图1 | 板级可靠度测试 : 菊炼测试结构

用「假晶片」串成一条会说话的电路

菊链测试的核心，是一群刻意不具备任何功能的「菊链晶片」。它们外观与真正的晶片无异，会先经由第一层焊点接到模组基板、再经第二层焊点接到测试板（EVB PCB），最后接到外部测试点，把整颗封装里的所有锡球串成一条完整封闭的电路回路。

这样设计的妙处在于：一旦某个焊点在测试中出现裂缝或断裂，回路的电阻就会立刻跳动。换句话说，肉眼看不见的微观失效，会被翻译成可量测的电讯号。值得一提的是，菊链设计分为三个等级，唯有 Level 3 才算合格，它必须完整涵盖硅晶片金属层、重布线层（RDL）与凸块／锡球。也就是说，BLRT 监测的不只是「晶片到板子」的焊接，连晶片内部的 RDL、凸块乃至硅晶片本体的裂痕，都逃不过它的眼睛。

图2 | 菊炼测试核心Level 1 – 3结构设计

四条链，各自负责一种「酷刑」

图3 | 菊炼设计范本: 四条独立回路对应不同的应力测试

USI 的菊链设计把整颗模组划分为四条独立回路，分别对应不同的应力测试，让问题能被精准归位：

Chain1（封装核心 / CSP）：连到晶片 IC，主要检测 UBM 焊垫强度与晶片到模组焊垫之间的焊接性。
Chain2（模组边缘）：检测模组最外圈锡球与 EVB PCB 的连接，对应机械冲击（Shock）测试。
Chain3（模组中央）：检测中央区锡球与 PCB 的连接，对应温度循环与高温高湿（TCT / THD）测试。
Chain4（四个角落）：检测四角与 PCB 的连接，对应弯曲（Bend）测试。

角落是应力最集中、最容易率先失效的位置，因此我们特别规定四个角不能当作回路的输入、输出或测试点，且必须额外配置独立测试点来区隔；同时建议每 8～10 个菊链节点就拉出一个电阻测试点，让日后的失效根因分析（FCA）与除错更有效率。

图4 | 角落阵列回路布局规则 : 额外配置独立测试点

魔鬼藏在细节里：让「测试品」贴近「量产品」

BLRT 要有意义，前提是菊链模组必须尽量重现量产功能模组的真实行为。这当中有不少设计「眉角」。首先是铜含量（copper rate）：菊链模组与功能模组各层的铜含量差异原则上要控制在 15% 以内，让两者的热与机械应力响应一致。不过底层特别棘手——功能模组底层有大量接地焊垫可铺成大片地，菊链模组却没有接地脚、每颗球都是节点，因此底层差异往往需与客户协商核准。

其次是走线与布局：经验显示，把走线拉到内层、而非走表层，可降低走线承受的应力；内层的导孔（via）尺寸应加大、线宽尽量加宽，以减少环境应力。转角与焊垫接点则采用泪滴（teardrop）设计，避免线宽骤变造成讯号反射与断裂，让走线到元件焊垫呈平滑过渡。

最后是 EVB 焊垫：焊垫有 SMD（防焊覆盖焊垫铜）与 NSMD（金属定义）两种。依 USI 过往 WiFi 专案的测试经验，SMD 设计更有利于后续的底胶（underfill）填充，能提升焊点在板级可靠度测试下的整体稳固性。此外，封装设计中成对的端接（termination pair）与 GND 接脚，也都必须在测试 PCB 上对应连接，才能完整封闭回路。

图5 | BLRT菊链模组应用 : 焊垫定义对比

验证体系的硬实力数据

过去的板级可靠度验证，多半仰赖人工操作与分散管理：流程依赖经验、缺乏标准化，测试漫长、设备占用率高，且容易出现人为误差；失效分析往往只能在样品坏掉后拆机推测，既耗时又不够精准，更难以提前预防问题。

如今 USI 的研发团队把整套流程彻底升级。我们以 JEDEC、IPC 等国际标准为基础，结合客户特殊需求，制定涵盖温度循环、热冲击、高温高湿、机械冲击与跌落的标准化测试流程；测试前先用有限元素分析（FEA）与热机械模拟预测高风险焊点，优化样品设计；测试导入自动化设备与即时资料撷取，辅以大数据趋势分析快速揪出异常；失效时再以 X-Ray、C-SAM、FIB、SEM 等先进手段，搭配焊点疲劳寿命模型精准定位失效机理。三者环环相扣，把可靠度验证从「碰运气」变成「有把握」。这次的投入成果具体数据显著，包含：

整体测试周期缩短约 50%，满足客户快速验证的需求。
失效分析准确率提升至 90% 以上，报告更完整、改善建议更具针对性，减少重复验证。
数位化专案平台让客户即时查看进度与报告，沟通效率提高约 70%。
流程标准化与自动化、加上模拟降低失效率，使整体专案成本降低约 20%。
沉淀出可复制的验证体系与技术模板，可在后续 SiP 专案快速部署。

从「事后拆解」到「事前预测」的承诺

对客户而言，菊链 BLRT 不只是一份测试报告，而是一张「这颗 SiP 经得起运输、组装与长期使用考验」的信任凭证。USI 的研发团队把标准化流程、模拟预测与先进失效分析，整合成可复制、可追溯的验证体系，让每一个新的 SiP 专案都能快速部署、稳定量产。在高阶封装供应链中，我们扮演的不只是制造者，更是替客户提前把关品质与寿命的可靠度伙伴。透过科学严谨的设计与验证，把「看不见的可靠度」化为「看得见的数据」，这正是 USI环旭电子在系统级封装时代，能持续赢得客户信任的关键。

常见问答（Q&A）

Q1. 什么是 SiP 板级可靠度测试（BLRT）？
A：BLRT 是针对系统级封装（SiP）组装到电路板后进行的互连可靠度测试，涵盖弯曲、冲击、振动、温度循环与高温高湿等项目。其三大目的是：确认各层级焊点互连的可靠度、确保 IC 与模组封装的稳固性，以及验证 IC 组装到 PCB 后能否承受机械与环境应力，藉此模拟产品在运输、组装与使用过程中可能遭遇的应力条件。

Q2. 菊链（Daisy Chain）设计在可靠度测试中扮演什么角色？
A：菊链设计使用没有实际功能的菊链晶片，透过第一层与第二层焊点，将封装内所有锡球串成一条封闭电路。当任何焊点出现裂缝或断裂时，回路电阻就会改变，使肉眼看不见的微观失效转化为可量测的电讯号，是 SiP 焊点可靠度监测的核心手法。

Q3. 菊链设计为什么一定要做到 Level 3？
A：菊链设计分为三个等级，只有 Level 3 合格。Level 3 是一条连续菊链，必须完整涵盖硅晶片金属层、重布线层（RDL）与凸块／锡球。因此 BLRT 不只能验证元件到板子的焊点，连 RDL 与硅晶片／凸块的裂痕等失效模式也能一并检测。

Q4. EVB 焊垫为何建议采用 SMD 设计？
A：EVB 焊垫有 SMD（Solder Mask Defined，防焊覆盖焊垫铜）与 NSMD（金属定义）两种。依 USI 过往 WiFi 专案的测试经验，SMD 设计更有利于后续的底胶（underfill）填充，能提升焊点在板级可靠度测试下的整体稳固性。

Q5. USI 在 SiP 板级可靠度测试上有哪些技术优势与成果？
A：USI 以 JEDEC、IPC 标准结合客户需求建立标准化流程，并以有限元素分析（FEA）与热机械模拟进行事前失效预测、导入自动化测试与即时资料撷取，再运用 X-Ray、C-SAM、FIB、SEM 等先进失效分析手段。实际成果包括：测试周期缩短约 50%、失效分析准确率提升至 90% 以上、沟通效率提高约 70%、整体成本降低约 20%。

Q6. 板级可靠度测试对 SiP 客户的实际价值是什么？
A：对客户而言，完整的 BLRT 是「产品经得起运输、组装与长期使用考验」的信任凭证。USI 将标准化流程、模拟预测与失效分析整合为可复制、可追溯的验证体系，协助客户加速设计优化、减少重复验证并顺利量产，是高阶封装供应链中替客户提前把关品质与寿命的可靠度伙伴。