车载雷达、摄像头 || 底部填充方案的耐高温要点

随着近几年自动驾驶或高级辅助驾驶系统的高速发展，车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达等零部件作为汽车的核心感知器件已向智能化，小型化发展。

这些组件里的一些芯片，如BGA，CSP等，由于其集成度越来越高，细间距矩阵列设备的数量越来越大，而汽车长期驾驶本身存在的连续震动以及需要面对严苛的高低温影响，导致这些感知器件内的芯片发生失效的可能性越来越大。

下图为用于感知前方物体、行人以及各种信号的前置车载摄像头。由于通过连接起感知算法可以给驾驶员提供距离过近，车速过快等报警信号甚至可以强制刹车，电路板的复杂程度也是大大加大。

前置车载摄像头爆炸图：

汽车雷达信号处理单元：

而汽车行业相较于手机，平板等传统消费电子产品，汽车电子产品的使用年限和稳定性是普遍的行业痛点。为了说明这个问题，我们不妨对比一下消费电子产品与车载设备的工作温度。

汽车电子元件工作温度范围：

汽车电子与消费电子的技术标准对比：

笔记本电脑的工作温度范围一般在0～50度之间，手机的工作温度也不会超过60度。而车载设备的常规工作温度范围会从冬季例如极寒地区的-40度至夏季例如沙漠地区长期日光暴晒下发动机内电子元件的极限工作温度甚至高达180度。
 
通常汽车元器件在工作的时候，往往会遇到外界温湿度的变化，外部的机械冲击，机械振动等，这些温湿度变化和机械应力会作用在芯片上，从而导致芯片失效。而芯片底部填充材料（Underfill），由于能有效吸收这些应力，提高芯片的长期可靠性，从而成为了车载电子元器件防护的重要解决方案。

底部填充解决方案：

对于消费电子产品的制造厂商来说，相较于产品寿命，生产效率更为重要。因此流动性就成了选择底部填充方案首先要考虑的问题，尤其是需要室温快速流动快速固化的产品。

而高级驾驶辅助系统或者自动驾驶产品的核心问题就是在各种情况下可以无故障运行从而保障人的生命安全，针对这一应用设计的底部填充方案需要在极具挑战性的操作环境内承受由于更小的空间、功能更强大的设备带来的更高的运行温度并为设备提供保护。如果BGA上的焊点接口因为应力而破裂失效可能会导致整个系统组件和系统功能的故障。
 
因此车载辅助驾驶系统对于底部填充方案的选择，需要最优先考虑的是其在极端高低温变化下的稳定性表现：

1）耐温性：即高低温环境下的稳定性。工业或汽车电子产品所处的工作温度一般在130℃，部分特殊情况可达150℃，因此，服务于车载辅助驾驶系统的底部填充材料Tg点应在130度以上，才可从理论上保持产品在正常工作时的可靠性。
 
2）热膨胀系数（CTE）：对于底部填充材料来讲，理论上Tg点越高，对应CTE越低。芯片的CTE很低，一般在2-6ppm。因此为达到与芯片相匹配的CTE, 底部填充材料的CTE越接近芯片CTE的2-6ppm越好，即越低越好，这样可以保证更高的可靠性。
 
但追求耐温性和低CTE的同时很难再兼顾返修性及流动性的要求，因为这类产品通常填料含量较高进而导致粘度较高，而且点胶前一般需要做预热处理。而失去了快速流动和可反修功能的底部填充材料是绝对不会被手机之类的消费电子厂商所接受的，这里也可以看出高可靠性与高生产效率鱼与熊掌不可兼得的无奈。
 
当然，本篇仅探讨了面向车载辅助驾驶系统选择底部填充材料时在耐温性方面的一些心得，如何正确的选择underfill产品，还要根据实际器件以及应用要求考虑其他一些重要的参数如固化条件、填充效果（气泡、空洞）、模量以及填料含量粒径等因素。这些我们留在其他篇章分开讨论。

限于知识结构的局限文章内容不足必多，欢迎切磋指点！

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