1、范圍

    GB/T 4937的本部分規(guī)定了強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)(HAST)方法,用于評(píng)價(jià)非氣密封裝半導(dǎo)體器件在潮濕的環(huán)境下的可靠性。
    2、強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)（HAST）一般說明
    強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)通過施加嚴(yán)酷的溫度、濕度和偏置條件來加速潮氣穿透外部保護(hù)材料(灌封或密封)或外部保護(hù)材料和金屬導(dǎo)體的交接面。此試驗(yàn)應(yīng)力產(chǎn)生的失效機(jī)理通常與“85/85”穩(wěn)態(tài)溫濕度偏置壽命試驗(yàn)(見IEC 60749-5)相同。試驗(yàn)方法可以從85℃/85% RH穩(wěn)態(tài)壽命試驗(yàn)或本試驗(yàn)方法中選擇。在執(zhí)行兩種試驗(yàn)方法時(shí),85℃/85%RH穩(wěn)態(tài)壽命試驗(yàn)的結(jié)果優(yōu)先于強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)(HAST)。
    本試驗(yàn)方法應(yīng)被視為破壞性試驗(yàn)。
    3、試驗(yàn)設(shè)備
    試驗(yàn)需要一臺(tái)能連續(xù)保持規(guī)定的溫度和相對(duì)濕度的壓力容器——HAST試驗(yàn)箱，同時(shí)提供電連接,試驗(yàn)時(shí)給器件施加規(guī)定的偏置條件。
    3.1 HAST試驗(yàn)箱簡介

    瑞凱儀器HAST設(shè)備用于評(píng)估非氣密性封裝IC器件、金屬材料等在濕度環(huán)境下的可靠性。通過溫度、濕度、大氣壓力條件下應(yīng)用于加速濕氣的滲透，可通過外部保護(hù)材料（塑封料或封口），或在外部保護(hù)材料與金屬傳導(dǎo)材料之間界面。它采用了嚴(yán)格的溫度，濕度，大氣壓、電壓條件，該條件會(huì)加速水分滲透到材料內(nèi)部與金屬導(dǎo)體之間的電化學(xué)反應(yīng)。失效機(jī)制：電離腐蝕，封裝密封性。

    產(chǎn)品特點(diǎn)：
    可定制BIAS偏壓端子組數(shù)，提供產(chǎn)品通電測試
    通過電腦安全便捷的遠(yuǎn)程訪問
    多層級(jí)的敏感數(shù)據(jù)保護(hù)
    便捷的程序入口、試驗(yàn)設(shè)置和產(chǎn)品監(jiān)控
    試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出為Excel格式并通過USB接口進(jìn)行傳輸
    可提供130℃溫度、濕度85%RH和230KPa大氣壓的測試條件
    3.2 受控條件
    在上升到規(guī)定的試驗(yàn)環(huán)境和從規(guī)定的試驗(yàn)環(huán)境下降過程中,HAST試驗(yàn)箱應(yīng)能夠提供受控的壓力、溫度和相對(duì)濕度條件。
    3.3 溫度分布
    推薦記錄每一次試驗(yàn)循環(huán)的溫度分布,以便驗(yàn)證應(yīng)力的有效性。
    3.4 受試器件
    受試器件應(yīng)以小化溫度梯度的方式安裝。受試器件應(yīng)放置在箱體內(nèi)距箱體內(nèi)表面至少3cm,且不應(yīng)受到發(fā)熱體的直接輻射。安裝器件的安裝板應(yīng)對(duì)蒸汽循環(huán)的干擾小。
    3.5 小化污染物釋放
    應(yīng)認(rèn)真選擇安裝板和插座的材料,將污染物的釋放減到少,將由于侵蝕和其他機(jī)理造成的退化減到少。
    3.6 離子污染
    應(yīng)對(duì)HAST試驗(yàn)箱(插件柜、試驗(yàn)板、插座、配線儲(chǔ)存容器等)的離子污染進(jìn)行控制,以避免試驗(yàn)樣品受到污染。
    3.7 去離子水
    應(yīng)使用室溫下電阻率小為1X104 Q. m的去離子水。
    4、試驗(yàn)條件
    試驗(yàn)條件由溫度、相對(duì)濕度和器件上施加規(guī)定偏置的持續(xù)時(shí)間組成。
    4.1典型的溫度、相對(duì)濕度和持續(xù)時(shí)間.

    溫度、相對(duì)溫度和持續(xù)時(shí)間見表1。

    4.2偏置準(zhǔn)則
    根據(jù)下列準(zhǔn)則施加偏置:
    a) 小功率耗散;
    b)盡可能多的交替施加引出端偏置;
    c) 芯片上相鄰的金屬化線之間的電壓差盡可能的高;
    d)在工作范圍的電壓;
    注:.上述準(zhǔn)則的優(yōu)先選擇應(yīng)基于結(jié)構(gòu)和特定的器件性能。
    e) 可采用兩種偏置中任意一種滿足上述準(zhǔn)則,并取嚴(yán)酷度較高的一-種:
    1)持續(xù)偏置
    持續(xù)施加直流偏置。當(dāng)芯片溫度高于試驗(yàn)箱環(huán)境溫度≤10℃或受試器件(DUT)的熱耗散<200 mW且不知道芯片的溫度時(shí),持續(xù)偏置比循環(huán)偏置嚴(yán)酷。如果受試器件(DUT) 的熱耗散超過200 mW ,應(yīng)計(jì)算芯片的溫度。如果芯片溫度超過試驗(yàn)箱環(huán)境溫度5℃或5℃以上,應(yīng)把芯片溫度與試驗(yàn)環(huán)境溫度的差值記錄在試驗(yàn)結(jié)果中，加速的失效機(jī)理將受到影響;
    2)循環(huán)偏置
    試驗(yàn)時(shí)施加在器件上的直流電壓按照適當(dāng)?shù)念l率和占空比周期性的中斷。如果偏置條件導(dǎo)致芯片溫度高于試驗(yàn)箱溫度,其差值△Tja超過10℃,且對(duì)特定的器件類型為佳的偏置條件時(shí),循環(huán)偏置將比持續(xù)偏置嚴(yán)酷。功率耗散產(chǎn)生的熱量驅(qū)散了芯片表面和周圍與失效機(jī)理有關(guān)系的濕氣。在關(guān)斷期間，器件沒有功率耗散時(shí)濕氣匯集于芯片。對(duì)大部分塑封微電路,受試器件(DUT)好采用50%的占空比進(jìn)行循環(huán)偏置。對(duì)于封裝厚度≥2mm的器件其循環(huán)施加電壓時(shí)間應(yīng)≤2h,封裝厚度<2mm的器件其循環(huán)施加電壓時(shí)間應(yīng)≤30 min?；谝阎獰嶙韬秃纳⒂?jì)算出的芯片溫度超過HAST試驗(yàn)箱環(huán)境溫度5℃或5℃以上時(shí),芯片溫度應(yīng)記錄在試驗(yàn)結(jié)果中。
    4.3選擇和記錄

    選擇持續(xù)偏置或循環(huán)偏置的標(biāo)準(zhǔn)和是否記錄芯片溫度超過試驗(yàn)箱環(huán)境溫度的差值按表2中的規(guī)定。

    5、程序
    受試器件應(yīng)以一定的方式安裝、暴露在規(guī)定的溫濕度環(huán)境中,并施加規(guī)定的偏置電壓。器件應(yīng)避免.暴露于過熱、干燥或?qū)е缕骷碗妸A具上產(chǎn)生冷凝水的環(huán)境中,尤其在試驗(yàn)應(yīng)力上升和下降過程中。
    5.1上升
    達(dá)到穩(wěn)定的溫度和相對(duì)濕度環(huán)境的時(shí)間應(yīng)少于3h。通過保證在整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)箱的干球溫度超過濕球溫度來避免產(chǎn)生冷凝,并且上升的速率不能太快以確保受試器件(DUT)的溫度不低于濕球溫度。在干燥的實(shí)驗(yàn)室,試驗(yàn)箱的初始環(huán)境比較干燥,應(yīng)保持干球和濕球溫度,使加熱開始后相對(duì)濕度不低于50%。
    5.2 下降
    階段下降到比較小的正表壓(濕球溫度大約104℃),為避免試驗(yàn)樣品快速減壓,這段時(shí)間應(yīng)足.夠長,但不能超過3 h。第二階段濕球溫度從104℃到室溫,可通過試驗(yàn)箱的通風(fēng)口來實(shí)現(xiàn)。此階段不限制時(shí)間,并且允許使用冷卻壓力容器。在下降的兩個(gè)階段,都應(yīng)通過保證在整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)箱干球溫度超過濕球溫度來避免在器件上產(chǎn)生冷凝水，下降過程應(yīng)保持封裝芯片的模塑材料的潮氣含量。
而且階段的相對(duì)濕度應(yīng)不低于50%(見5.1)。
    5.3試驗(yàn)計(jì)時(shí)
    試驗(yàn)計(jì)時(shí)從溫度和相對(duì)濕度達(dá)到規(guī)定條件開始到下降開始時(shí)結(jié)束。
    5.4 偏置
    在上升和下降階段可選擇是否施加偏置。器件加載后應(yīng)在試驗(yàn)計(jì)時(shí)開始前驗(yàn)證偏置,在試驗(yàn)計(jì)時(shí)結(jié)束后且在器件移出試驗(yàn)箱之前也要驗(yàn)證偏置。
    5.5測試
    下降階段結(jié)束后48h內(nèi)進(jìn)行電測試。
    注:對(duì)于中間測量,在下降階段結(jié)束后96 h內(nèi)器件恢復(fù)應(yīng)力。器件從HAST試驗(yàn)箱移出后,可以通過把器件放入密封的潮濕袋(無干燥劑)中來減小器件的潮氣釋放速率。當(dāng)器件放入密封袋時(shí)，測試時(shí)間計(jì)時(shí)以器件暴露于試驗(yàn)室環(huán)境中潮氣釋放速率的1/3來計(jì)算。這樣通過把器件裝人潮氣密封袋中測試時(shí)間可延長到144h,壓力恢復(fù)時(shí)間也延長到288 h。
    5.6處理
    器件、安裝板和設(shè)備應(yīng)使用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)處理,在強(qiáng)加速潮濕試驗(yàn)過程中,污染控制是很重要的。
    6、失效判據(jù)
    在強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)后,如果器件參數(shù)超過極限值,或按適用的采購文件和數(shù)據(jù)表中規(guī)定的正常和極限環(huán)境中不能驗(yàn)證其功能時(shí),器件視為失效。
    7、安全性
    應(yīng)當(dāng)遵守設(shè)備廠商的建議和地方安全規(guī)章制度。
    8、說明
    有關(guān)的采購文件中應(yīng)規(guī)定如下的內(nèi)容:
    a)試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間(見 4.1);
    b) 溫度(見4. 1);
    c) 試驗(yàn)后測量(見5.5);
    d) 偏置條件(見4.2);
    e)在試驗(yàn)期間 如果芯片溫度高于試驗(yàn)箱環(huán)境溫度5 ℃以上時(shí)芯片的溫度(見4.2);
    f) 如果使用循環(huán)偏置,則規(guī)定偏置的頻率和占空比(見4.2)。