一、概述

     濕熱試驗(yàn)包括穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)和耐濕試驗(yàn)，對(duì)電子元器件可靠性考核一般進(jìn)行耐濕試驗(yàn)。
    目前，與元器件相關(guān)的耐濕試驗(yàn)常用標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：
    GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》中涉及濕熱試驗(yàn)的有“穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)”和“耐濕試驗(yàn)”。
    GJB 548B—2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》中涉及“耐濕試驗(yàn)”。
    在GJB 128A—1997《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》中涉及有“耐濕試驗(yàn)”。
    其試驗(yàn)?zāi)康氖窃u(píng)定電子元器件材料的耐濕性能。
    耐濕試驗(yàn)的目的是用加速方式評(píng)估元器件及其所用材料在炎熱和高濕條件（典型的熱帶環(huán)境）下抗退化效應(yīng)的能力。
    大多數(shù)炎熱條件下退化現(xiàn)象是直接或間接地由于有缺陷的絕緣材料吸附水蒸汽，或由于金屬和絕緣材料表面變濕而引起的。這種現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生多種類(lèi)型的退化，其中包括金屬的腐蝕、材料成分的變化及電特性變壞。
    耐濕試驗(yàn)與穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)不同，它采用溫度循環(huán)來(lái)提高試驗(yàn)效果，其目的在于提供一個(gè)凝露和干燥的交替過(guò)程，使進(jìn)入密封外殼內(nèi)的水汽產(chǎn)生“呼吸”作用，從而使腐蝕過(guò)程加速。在高溫下，潮氣的影響將更加明顯，增強(qiáng)試驗(yàn)效果。
    試驗(yàn)包括一個(gè)低溫子循環(huán)，凝結(jié)水汽引起的應(yīng)力會(huì)使裂縫加寬，它能使在其他情況下不宜發(fā)現(xiàn)的退化作用加速顯現(xiàn)。這樣，通過(guò)測(cè)量電特性（包括擊穿電壓和絕緣電阻）或進(jìn)行密封試驗(yàn)就可以揭示該退化現(xiàn)象。

表1說(shuō)明了溫濕度引起的常見(jiàn)物理現(xiàn)象。

    二、濕熱試驗(yàn)方法與技術(shù)

    1.試驗(yàn)條件

    就 GJB 548B—2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》中涉及“耐濕試驗(yàn)”，進(jìn)行如下探討。樣品應(yīng)進(jìn)行10次連續(xù)循環(huán)，每次循環(huán)按照?qǐng)D1進(jìn)行。

    2.試驗(yàn)設(shè)備
    耐濕試驗(yàn)的設(shè)備包括能滿(mǎn)足圖 1所示的循環(huán)和公差要求的溫-濕箱，試驗(yàn)設(shè)備主要有濕熱試驗(yàn)箱。高低溫濕熱試驗(yàn)箱或 步入式高低溫濕熱試驗(yàn)室提供一定的高溫高濕環(huán)境以及有測(cè)量電性能參數(shù)的電測(cè)量系統(tǒng)。
    3.試驗(yàn)程序
    按圖1的要求對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)。樣品的安裝方式應(yīng)使它們能暴露在試驗(yàn)環(huán)境中。
    （1）預(yù)處理。在安置樣品進(jìn)行耐濕試驗(yàn)之前，器件引線應(yīng)承受彎曲應(yīng)力，其條件應(yīng)符合方法GJB 548B—2005的試驗(yàn)條件B1的規(guī)定。如果在另一試驗(yàn)中樣品已進(jìn)行了所要求的預(yù)處理，則不必重復(fù)引線彎曲。
    （2）初始檢測(cè)。在次循環(huán)的步之前，應(yīng)在室溫環(huán)境條件下或按照規(guī)定進(jìn)行初始測(cè)量。當(dāng)有規(guī)定時(shí)，初始測(cè)量前器件應(yīng)在干燥箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理，從干燥箱取出后的 8h 內(nèi)完成初始測(cè)量。初始檢測(cè)是預(yù)處理后，試驗(yàn)樣品應(yīng)在試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下達(dá)到溫度穩(wěn)定之后，進(jìn)行外觀檢查、電性能及機(jī)械性能檢測(cè)。
    （3）循環(huán)次數(shù)。樣品應(yīng)進(jìn)行10次連續(xù)循環(huán)，每次都按圖1進(jìn)行。在完成規(guī)定的循環(huán)次數(shù)之前（不包括后一次循環(huán)），如發(fā)生了不多于一次的意外試驗(yàn)中斷（如電源中斷或設(shè)備故障），可重做該循環(huán)，試驗(yàn)可以繼續(xù)進(jìn)行。若在后一次循環(huán)期間出現(xiàn)意外的試驗(yàn)中斷，除要求重做該循環(huán)外，還要求再進(jìn)行一次無(wú)中斷的循環(huán)。任何中斷超過(guò) 24h，都要求從頭至尾重做試驗(yàn)。
    （4）第 7 步子循環(huán)

    在 10 次循環(huán)中，至少有 5 次循環(huán)期間內(nèi)要進(jìn)行低溫子循環(huán)。在開(kāi)始第 7 步后，至少 1h 但不超過(guò) 4h，將樣品移出潮濕箱，或降低箱內(nèi)溫度，以便進(jìn)行低溫子循環(huán)。在低溫子循環(huán)期間，樣品應(yīng)在

    ℃和不控制濕度的條件下，圖 1所示至少保持3h。若不使用另一個(gè)低溫箱，應(yīng)注意保證樣品在整個(gè)周期內(nèi)保持在上述溫度在低溫子循環(huán)后，樣品恢復(fù)為25℃，相對(duì)濕度（RH）至少為80%，并一直保持到下一個(gè)循環(huán)的開(kāi)始。
    （5）試驗(yàn)樣品的安裝。試驗(yàn)樣品在不包裝，不通電，“準(zhǔn)備使用”狀態(tài)或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的狀態(tài)置于高低溫濕熱試驗(yàn)箱（步入式高低溫濕熱試驗(yàn)室）中。試驗(yàn)樣品之間應(yīng)有一定距離，不能相互接觸。
    （6）極化電壓和電負(fù)載。若適用，極化電壓為直流 100V 或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，負(fù)載電壓由有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
    （7）試驗(yàn)
    ① 24h循環(huán)。
    步驟一 試驗(yàn)箱（室）內(nèi)的溫度應(yīng)在 2.5h 內(nèi)從 25℃±2℃升至 65℃±2℃。在此期間，相對(duì)濕度為90%～100%。
    步驟二 在溫度為65℃±2℃及相對(duì)濕度為90%～100%條件下保持3h。
    步驟三 試驗(yàn)箱（室）溫度應(yīng)在2.5h內(nèi)降至25℃，相對(duì)濕度為80%～100%。
    步驟四 從第 8h 開(kāi)始，試驗(yàn)箱（室）溫度應(yīng)在 2.5h 內(nèi)從 25℃升至 65℃±2℃。在此期間，相對(duì)濕度為90%～100%。
    步驟五 在溫度為65℃±2℃及相對(duì)濕度為90%～100%條件下保持3h。
    步驟六 試驗(yàn)箱（室）溫度應(yīng)在2.5h內(nèi)降至25℃±2℃，相對(duì)濕度為80%～100%。
    步驟七 在溫度為25℃±2℃，相對(duì)濕度為90%～100%條件下持續(xù)至第24h循環(huán)結(jié)束。
    ② 低溫及振動(dòng)輔助循環(huán)。本輔助循環(huán)試驗(yàn)，適用于前9個(gè)循環(huán)中的任意5個(gè)循環(huán)。
    在 24h 循環(huán)進(jìn)行到第 16h（步驟七結(jié)束）時(shí)，試驗(yàn)箱溫度應(yīng)在 25℃±2℃、相對(duì)濕度為90%～100%條件下至少保持1h，但不超過(guò)4h。
    步驟八 低溫 4h，將樣品移出潮濕箱，或降低箱內(nèi)溫度，以便進(jìn)行低溫子循環(huán)。在低溫子循環(huán)期間，樣品應(yīng)在-10℃±2℃和不控制濕度的條件下，如圖 1所示至少保持 3h。若不使用另一個(gè)低溫箱，應(yīng)注意保證樣品在整個(gè)周期內(nèi)保持在低溫-10℃±2℃子循環(huán)后，樣品應(yīng)恢復(fù)為25℃，相對(duì)濕度（RH）至少為80%，并一直保持到下一個(gè)循環(huán)的開(kāi)始。
    雖然沒(méi)有規(guī)定箱內(nèi)的溫度變化率，但是，在溫度變化過(guò)程中，樣品不應(yīng)受到箱內(nèi)加熱體的直接熱輻射。箱內(nèi)的空氣每分鐘的換氣量至少等于箱的容積的 5 倍。緊靠樣品的各點(diǎn)和箱體內(nèi)表面上的穩(wěn)態(tài)溫度容差為所規(guī)定溫度的±2℃。對(duì)質(zhì)量不大于 11.4kg 的樣品，在試驗(yàn)箱間的轉(zhuǎn)移時(shí)間應(yīng)少于2min；若使用一箱法，則應(yīng)在15min內(nèi)達(dá)到-10℃。
    （8）終測(cè)量。在后一次循環(huán)的第 6 步之后（或在第 10 次循環(huán)期間完低溫子循環(huán)，則在第7步之后），器件應(yīng)在室溫環(huán)境條件下放置24h，然后按GJB 548B—2005方法1003的試驗(yàn)條件 A 進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，或在 25℃下進(jìn)行規(guī)定的終點(diǎn)電測(cè)試。電測(cè)試可以在放置的24h 期間進(jìn)行，但是，對(duì)于測(cè)量失效的樣品，在 24h 放置期間不得進(jìn)行其他試驗(yàn)（如密封試驗(yàn)）。絕緣電阻測(cè)試或在 25℃終點(diǎn)測(cè)量應(yīng)在器件移出試驗(yàn)箱后的 48h 內(nèi)完成。進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試時(shí)，測(cè)得的電阻值不得小于 10MΩ，并且應(yīng)記錄測(cè)試結(jié)果，其數(shù)據(jù)作為終點(diǎn)數(shù)據(jù)的一部分提交。如果把封裝外殼設(shè)計(jì)成與芯片基板電連接，則不必進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，而應(yīng)在器件移出試驗(yàn)箱后的48h內(nèi)完成規(guī)定的25℃終點(diǎn)電測(cè)試。還應(yīng)進(jìn)行目檢和任何其他規(guī)定的終點(diǎn)電參數(shù)測(cè)量。
    （9）元器件出現(xiàn)下列情況應(yīng)視為失效
    ① 規(guī)定的標(biāo)志全部或部分脫落、褪色、弄臟、模糊或達(dá)到不可辨認(rèn)的程度。該檢查應(yīng)在正常室內(nèi)照明和放大1～3倍下進(jìn)行。
    ② 當(dāng)放大 10～20 倍觀察時(shí)，任何封裝零件（即封蓋、引線或蓋帽）的鍍涂或底金屬被腐蝕的面積超過(guò)5%，或封裝零件被腐蝕透。
    ③ 引線脫落、折斷或局部分離。
    ④ 因腐蝕而導(dǎo)致引線之間或引線與金屬外殼之間搭接在一起。
    ⑤ 終點(diǎn)電測(cè)試或絕緣電阻測(cè)試不合格。
    4.濕熱對(duì)電子產(chǎn)品產(chǎn)生的劣化效應(yīng)
    濕熱對(duì)電子設(shè)備影響的途徑主要有兩種：一種是表面受潮（吸附式），它通常是由凝露和表面吸附引起的；另一種是體積受潮（即吸入式），它是由水蒸氣擴(kuò)散和吸收現(xiàn)象所引起的。但有時(shí)吸附在設(shè)備表面的水分達(dá)到一定程度，也會(huì)促進(jìn)體積受潮。由于方式的不同，引起的效應(yīng)也不同，吸附式以引起設(shè)備的非機(jī)械特性變化為主。吸入式可使設(shè)備發(fā)生機(jī)械特性和非機(jī)械特性的變化。
    （1）腐蝕作用。腐蝕作用是濕熱的主要效應(yīng)，主要是加速電解和電化學(xué)反應(yīng)，直接侵蝕設(shè)備的保護(hù)鍍層，造成表面劣化。腐蝕后，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱，機(jī)械性能也發(fā)生劣化，活動(dòng)部分卡死，表面電阻增大，造成電接觸不良。
    （2）物理性能的影響。對(duì)濕氣敏感的吸濕材料，如某些塑料零件、紙、紙膠板等，在濕熱的條件下發(fā)生膨脹和形變，導(dǎo)致尺寸的改變，功能的破壞，降低了物理強(qiáng)度。
    （3）電性能的改變。由于水分子的沉積，絕緣材料吸濕后電性能和熱性能受到損壞，使電氣材料及元器件電參數(shù)發(fā)生變化。如絕緣電阻下降，泄漏電流增大，介電常數(shù)增大，介質(zhì)損耗角也增大。耐壓強(qiáng)度下降，在高電壓下易出現(xiàn)飛弧，絕緣體發(fā)生短路、漏電、擊穿等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電性能，造成工作不穩(wěn)定，直接縮短設(shè)備使用壽命。

    三、強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)概述

    強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)（HAST）是通過(guò)施加嚴(yán)酷的溫度、濕度和偏置條件來(lái)加速潮氣穿透外部保護(hù)材料（灌裝或密封）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%RH”穩(wěn)態(tài)濕熱偏置壽命試驗(yàn)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)。此試驗(yàn)方法應(yīng)被視為破壞性試驗(yàn)。
    強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)常用的標(biāo)準(zhǔn)有 GB/T 4937.4—2012 半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第4部分：強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)（HAST）。
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，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。
    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(guò)程中，壓力容器應(yīng)能夠提供受控的壓力、溫度和相對(duì)濕度條件。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。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。
    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。
    對(duì)試驗(yàn)設(shè)備（插線柜、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。
    試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使用室溫下電阻率小為1×10-4Ω ·m的去離子水。

    四、強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)方法與技術(shù)

    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。典型的溫度、相對(duì)濕度和持續(xù)時(shí)間如表2所示。

    根據(jù)下列準(zhǔn)則施加偏置：
    （1）小功率耗散；
    （2）盡可能多地交替施加引出端偏置；
    （3）芯片上相鄰的金屬線之間的電壓盡可能一樣；
    （4）在工作范圍內(nèi)的電壓；

    （5）可采用兩種偏置中任意一種滿(mǎn)足上述原則，并取嚴(yán)酷度較高的一種。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(guò)試驗(yàn)箱環(huán)境溫度的差值按表3中的規(guī)定。