1、范圍

    GB/T 4937的本部分規定了強加速穩態濕熱試驗(HAST)方法,用于評價非氣密封裝半導體器件在潮濕的環境下的可靠性。
    2、強加速穩態濕熱試驗（HAST）一般說明
    強加速穩態濕熱試驗通過施加嚴酷的溫度、濕度和偏置條件來加速潮氣穿透外部保護材料(灌封或密封)或外部保護材料和金屬導體的交接面。此試驗應力產生的失效機理通常與“85/85”穩態溫濕度偏置壽命試驗(見IEC 60749-5)相同。試驗方法可以從85℃/85% RH穩態壽命試驗或本試驗方法中選擇。在執行兩種試驗方法時,85℃/85%RH穩態壽命試驗的結果優先于強加速穩態濕熱試驗(HAST)。
    本試驗方法應被視為破壞性試驗。
    3、試驗設備
    試驗需要一臺能連續保持規定的溫度和相對濕度的壓力容器——HAST試驗箱，同時提供電連接,試驗時給器件施加規定的偏置條件。
    3.1 HAST試驗箱簡介

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

    產品特點：
    可定制BIAS偏壓端子組數，提供產品通電測試
    通過電腦安全便捷的遠程訪問
    多層級的敏感數據保護
    便捷的程序入口、試驗設置和產品監控
    試驗數據可以導出為Excel格式并通過USB接口進行傳輸
    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
    在上升到規定的試驗環境和從規定的試驗環境下降過程中,HAST試驗箱應能夠提供受控的壓力、溫度和相對濕度條件。
    3.3 溫度分布
    推薦記錄每一次試驗循環的溫度分布,以便驗證應力的有效性。
    3.4 受試器件
    受試器件應以小化溫度梯度的方式安裝。受試器件應放置在箱體內距箱體內表面至少3cm,且不應受到發熱體的直接輻射。安裝器件的安裝板應對蒸汽循環的干擾小。
    3.5 小化污染物釋放
    應認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理造成的退化減到少。
    3.6 離子污染
    應對HAST試驗箱(插件柜、試驗板、插座、配線儲存容器等)的離子污染進行控制,以避免試驗樣品受到污染。
    3.7 去離子水
    應使用室溫下電阻率小為1X104 Q. m的去離子水。
    4、試驗條件
    試驗條件由溫度、相對濕度和器件上施加規定偏置的持續時間組成。
    4.1典型的溫度、相對濕度和持續時間.

    溫度、相對溫度和持續時間見表1。

    4.2偏置準則
    根據下列準則施加偏置:
    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:.上述準則的優先選擇應基于結構和特定的器件性能。
    e) 可采用兩種偏置中任意一種滿足上述準則,并取嚴酷度較高的一-種:
    1)持續偏置
    持續施加直流偏置。當芯片溫度高于試驗箱環境溫度≤10℃或受試器件(DUT)的熱耗散<200 mW且不知道芯片的溫度時,持續偏置比循環偏置嚴酷。如果受試器件(DUT) 的熱耗散超過200 mW ,應計算芯片的溫度。如果芯片溫度超過試驗箱環境溫度5℃或5℃以上,應把芯片溫度與試驗環境溫度的差值記錄在試驗結果中，加速的失效機理將受到影響;
    2)循環偏置
    試驗時施加在器件上的直流電壓按照適當的頻率和占空比周期性的中斷。如果偏置條件導致芯片溫度高于試驗箱溫度,其差值△Tja超過10℃,且對特定的器件類型為佳的偏置條件時,循環偏置將比持續偏置嚴酷。功率耗散產生的熱量驅散了芯片表面和周圍與失效機理有關系的濕氣。在關斷期間，器件沒有功率耗散時濕氣匯集于芯片。對大部分塑封微電路,受試器件(DUT)好采用50%的占空比進行循環偏置。對于封裝厚度≥2mm的器件其循環施加電壓時間應≤2h,封裝厚度<2mm的器件其循環施加電壓時間應≤30 min。基于已知熱阻和耗散計算出的芯片溫度超過HAST試驗箱環境溫度5℃或5℃以上時,芯片溫度應記錄在試驗結果中。
    4.3選擇和記錄

    選擇持續偏置或循環偏置的標準和是否記錄芯片溫度超過試驗箱環境溫度的差值按表2中的規定。

    5、程序
    受試器件應以一定的方式安裝、暴露在規定的溫濕度環境中,并施加規定的偏置電壓。器件應避免.暴露于過熱、干燥或導致器件和電夾具上產生冷凝水的環境中,尤其在試驗應力上升和下降過程中。
    5.1上升
    達到穩定的溫度和相對濕度環境的時間應少于3h。通過保證在整個試驗時間內試驗箱的干球溫度超過濕球溫度來避免產生冷凝,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。在干燥的實驗室,試驗箱的初始環境比較干燥,應保持干球和濕球溫度,使加熱開始后相對濕度不低于50%。
    5.2 下降
    階段下降到比較小的正表壓(濕球溫度大約104℃),為避免試驗樣品快速減壓,這段時間應足.夠長,但不能超過3 h。第二階段濕球溫度從104℃到室溫,可通過試驗箱的通風口來實現。此階段不限制時間,并且允許使用冷卻壓力容器。在下降的兩個階段,都應通過保證在整個試驗時間內試驗箱干球溫度超過濕球溫度來避免在器件上產生冷凝水，下降過程應保持封裝芯片的模塑材料的潮氣含量。
而且階段的相對濕度應不低于50%(見5.1)。
    5.3試驗計時
    試驗計時從溫度和相對濕度達到規定條件開始到下降開始時結束。
    5.4 偏置
    在上升和下降階段可選擇是否施加偏置。器件加載后應在試驗計時開始前驗證偏置,在試驗計時結束后且在器件移出試驗箱之前也要驗證偏置。
    5.5測試
    下降階段結束后48h內進行電測試。
    注:對于中間測量,在下降階段結束后96 h內器件恢復應力。器件從HAST試驗箱移出后,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。當器件放入密封袋時，測試時間計時以器件暴露于試驗室環境中潮氣釋放速率的1/3來計算。這樣通過把器件裝人潮氣密封袋中測試時間可延長到144h,壓力恢復時間也延長到288 h。
    5.6處理
    器件、安裝板和設備應使用適當的保護處理,在強加速潮濕試驗過程中,污染控制是很重要的。
    6、失效判據
    在強加速穩態濕熱試驗后,如果器件參數超過極限值,或按適用的采購文件和數據表中規定的正常和極限環境中不能驗證其功能時,器件視為失效。
    7、安全性
    應當遵守設備廠商的建議和地方安全規章制度。
    8、說明
    有關的采購文件中應規定如下的內容:
    a)試驗持續時間(見 4.1);
    b) 溫度(見4. 1);
    c) 試驗后測量(見5.5);
    d) 偏置條件(見4.2);
    e)在試驗期間 如果芯片溫度高于試驗箱環境溫度5 ℃以上時芯片的溫度(見4.2);
    f) 如果使用循環偏置,則規定偏置的頻率和占空比(見4.2)。