HAST是什么？

在了解芯片的HAST測(cè)試之前，我們先要知道HAST是什么？HAST是Highly Accelerated Stress Test的簡(jiǎn)稱(chēng)，中文名為高加速應(yīng)力試驗(yàn)（高加速溫濕度應(yīng)力測(cè)試）。是一種用于評(píng)估產(chǎn)品在高溫、高濕以及高壓條件下的可靠性和壽命的測(cè)試方法。

該測(cè)試通過(guò)在受控的壓力容器內(nèi)設(shè)定特定的溫濕度條件，模擬產(chǎn)品在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)。HAST試驗(yàn)?zāi)軌蚣铀倮匣^(guò)程，如遷移、腐蝕、絕緣劣化和材料老化，從而縮短產(chǎn)品可靠性評(píng)估的測(cè)試周期，節(jié)約時(shí)間和成本。

HAST 有飽和和不飽和兩種。前者通常在 121°C 和 100% RH 的條件下進(jìn)行，而后者通常在 110、120 或 130°C 和 85% RH 的條件下進(jìn)行。在電子元件通電的情況下進(jìn)行的測(cè)試通常是不飽和類(lèi)型。HAST 是一項(xiàng)相當(dāng)極端的測(cè)試，加速因子從幾十到幾百倍不等。這種極端加速使得檢查故障模式變得很重要。

此方法廣泛應(yīng)用于PCB、IC半導(dǎo)體、連接器、線路板、磁性材料、高分子材料、EVA、光伏組件等行業(yè)，用于評(píng)估產(chǎn)品的密封性、吸濕性及老化性能。HAST已成為某些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，特別是在PCB、半導(dǎo)體、太陽(yáng)能、顯示面板等產(chǎn)品中，作為高溫高濕測(cè)試的快速有效替代方案。

芯片HAST測(cè)試的原理和目的

HAST測(cè)試是集成電路（IC）行業(yè)中常用的一種可靠性測(cè)試方法。它通過(guò)將芯片置于高溫高濕環(huán)境下，模擬芯片在實(shí)際應(yīng)用中可能面臨的惡劣條件，以評(píng)估芯片的穩(wěn)定性和可靠性。HAST測(cè)試可以幫助制造商發(fā)現(xiàn)芯片可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并確保芯片能在惡劣環(huán)境下正常工作。

HAST測(cè)試的主要原理是通過(guò)高溫和高濕度加速芯片老化過(guò)程。高溫和高濕度環(huán)境會(huì)引發(fā)一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，例如熱膨脹、熱應(yīng)力和腐蝕等。這些因素對(duì)芯片的性能和可靠性產(chǎn)生不利影響。在HAST測(cè)試中，芯片被暴露在高溫高濕的環(huán)境中，通過(guò)加速老化過(guò)程，從而更早地暴露出潛在的問(wèn)題。

HAST測(cè)試的目的是三個(gè)方面：首先，評(píng)估芯片在高溫高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性，以確保芯片能夠在惡劣的應(yīng)用環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作；其次，檢測(cè)可能由高溫高濕引起的問(wèn)題，例如熱膨脹導(dǎo)致的焊接破裂或金屬線斷裂，以及腐蝕引起的電氣連接問(wèn)題；最后，驗(yàn)證芯片的可靠性，以提供給制造商和客戶(hù)可靠的產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)。

芯片HAST測(cè)試的失效機(jī)理

HAST可以快速激發(fā) PCB 和芯片的特定失效，例如分層、開(kāi)裂、短路、腐蝕及爆米花效應(yīng)。

濕氣所引起的故障原因：水汽滲入、聚合物材料解聚、聚合物結(jié)合能力下降、腐蝕、空洞、線焊點(diǎn)脫開(kāi)、引線間漏電、芯片與芯片粘片層脫開(kāi)、焊盤(pán)腐蝕、金屬化或引線間短路。

水汽進(jìn)入IC封裝的途徑：

IC芯片和引線框架及SMT時(shí)用的銀漿所吸收的水分；

塑封料中吸收的水分；

塑封工作間濕度較高時(shí)對(duì)器件可能造成影響；

包封后的器件，水汽透過(guò)塑封料以及通過(guò)塑封料和引線框架之間隙滲透進(jìn)去，因?yàn)樗芰吓c引線框架之間只有機(jī)械性的結(jié)合，所以在引線框架與塑料之間難免出現(xiàn)小的空隙.

注：只要封膠之間空隙大于3.4*10-1?m以上，水分子就可穿越封膠的防護(hù)。氣密封裝對(duì)于水汽不敏感，一般不采用加速溫濕度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)其可靠性，而是測(cè)定其氣密性、內(nèi)部水汽含量等。

鋁線中產(chǎn)生腐蝕過(guò)程：

水氣滲透入塑封殼內(nèi)→濕氣滲透到樹(shù)脂和導(dǎo)線間隙之中；

水氣滲透到芯片表面引起鋁化學(xué)反應(yīng)。

加速鋁腐蝕的因素：

樹(shù)脂材料與芯片框架接口之間連接不夠好(由于各種材料之間存在膨脹率的差異)；

封裝時(shí)，封裝材料摻有雜質(zhì)或者雜質(zhì)離子的污染(由于雜質(zhì)離子的出現(xiàn))；

非活性塑封膜中所使用的高濃度磷；

非活性塑封膜中存在的缺陷。

芯片及PCB分展:由于封裝體與盤(pán)及引線框架材料的熱膨脹系數(shù)均不一致，熱應(yīng)力作用下塑封器件內(nèi)不同材料的連接處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，如果應(yīng)力水平超過(guò)其中任何一種封裝材料的屈服強(qiáng)度或斷裂強(qiáng)度，便會(huì)導(dǎo)勁器件分層。而且一般來(lái)說(shuō)塑封料環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化溫度都不高，其熱膨脹系數(shù)和楊氏模量在玻璃化溫度附近區(qū)域?qū)囟茸兓浅Ｃ舾?，在極小的溫度變化里下，環(huán)氧塑封材料的熱膨脹系數(shù)和楊氏模量就會(huì)發(fā)生特別明顯的變化，導(dǎo)致塑封贈(zèng)件更容易出現(xiàn)可靠性問(wèn)題。

塑封照件是以樹(shù)脂類(lèi)聚合物為材料封裝的半導(dǎo)體器件，樹(shù)脂類(lèi)材料本身并非致密具有吸附水汽的特性，封裝體與引線框架的粘接界面等處也會(huì)引入濕氣進(jìn)入塑封器件，當(dāng)塑封器件中水汽含量過(guò)高時(shí)會(huì)引起芯片表面腐蝕及封裝體與引線框架界面上的樹(shù)脂的離解，反過(guò)來(lái)進(jìn)一步加速了源氣進(jìn)入塑封器件內(nèi)部，最終導(dǎo)致分層現(xiàn)象出現(xiàn)。

在高溫高濕以及偏壓的惡劣環(huán)境下，加速濕氣穿過(guò)外部的保護(hù)層，或沿著金屬和外保護(hù)層的分界面穿透，造成試樣的失效。

爆米花效應(yīng):原指以塑料外體所封裝的IC，因其芯片安裝所用的銀膏會(huì)吸水，一旦未加防范而進(jìn)行封裝體后，在下游組裝焊接遭遇高溫時(shí)，其水分將因汽化壓力而造成封體的爆裂，同時(shí)還會(huì)發(fā)出有如爆米花股的聲響，故而得名，當(dāng)吸收水汽含量高于0.17%時(shí)，爆米花現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生，近來(lái)十分盛行P-BGA的封裝組件，不但其中銀膠會(huì)吸水，且連載板之基材也會(huì)吸水，管理不良時(shí)也常出現(xiàn)爆米花現(xiàn)象。

濕氣造成封裝體內(nèi)部腐蝕:濕氣經(jīng)過(guò)封裝過(guò)程所造成的裂傷，將外部的離子污染帶到芯片表面，在經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)表面的缺陷如:護(hù)層針孔、裂傷、被覆不良處…等，進(jìn)入半導(dǎo)體原件里面，造成腐蝕以及漏電流…等問(wèn)題，如果有施加偏壓的話，故障更容易發(fā)生。

腐蝕:腐蝕失效(水汽、偏壓、雜質(zhì)離子)會(huì)造成IC的鋁線發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而導(dǎo)致線開(kāi)路以及遷移生長(zhǎng)。由于鋁和鋁合金價(jià)格便宜，加工工藝簡(jiǎn)單，因此通常被使用為集成電路的金屬線。從進(jìn)行集成電路塑封制程開(kāi)始，水氣便會(huì)通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂滲入引起鋁金屬導(dǎo)線產(chǎn)生腐蝕進(jìn)而難生開(kāi)路現(xiàn)象，成為芯片行業(yè)最為頭痛的問(wèn)題之一。雖然通過(guò)各種改善包括采用不同環(huán)氧樹(shù)脂材料、改進(jìn)塑封技術(shù)和提高非活性塑封膜為提高童質(zhì)量量進(jìn)行了各種努力，但是隨著日新月異的半導(dǎo)體電子器件小型化發(fā)展，塑封鋁金屬導(dǎo)線腐蝕問(wèn)題至今仍然是電子行業(yè)非常重要的技術(shù)課題。

芯片HAST測(cè)試的適用標(biāo)準(zhǔn)

IEC60749-4（高加速應(yīng)力試驗(yàn)）

ED-4701/100A(不飽和蒸汽加壓試驗(yàn))

JESD22-A118（無(wú)偏壓高加速應(yīng)力試驗(yàn)）

JESD22-A110E（高加速應(yīng)力試驗(yàn)）

JESD22-A102E（無(wú)偏壓高壓蒸煮試驗(yàn)）

AEC-Q100-版本H（偏壓高加速應(yīng)力試驗(yàn)/無(wú)偏壓高加速應(yīng)力試驗(yàn)）

JPCA-ET08（不飽和加壓蒸汽試驗(yàn)）