HAST是什么？

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

該測試通過在受控的壓力容器內(nèi)設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試驗能夠加速老化過程，如遷移、腐蝕、絕緣劣化和材料老化，從而縮短產(chǎn)品可靠性評估的測試周期，節(jié)約時間和成本。

HAST 有飽和和不飽和兩種。前者通常在 121°C 和 100% RH 的條件下進行，而后者通常在 110、120 或 130°C 和 85% RH 的條件下進行。在電子元件通電的情況下進行的測試通常是不飽和類型。HAST 是一項相當極端的測試，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。

此方法廣泛應用于PCB、IC半導體、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)標準，特別是在PCB、半導體、太陽能、顯示面板等產(chǎn)品中，作為高溫高濕測試的快速有效替代方案。

芯片HAST測試的原理和目的

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

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

HAST測試的目的是三個方面：首先，評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用環(huán)境中長時間穩(wěn)定工作；其次，檢測可能由高溫高濕引起的問題，例如熱膨脹導致的焊接破裂或金屬線斷裂，以及腐蝕引起的電氣連接問題；最后，驗證芯片的可靠性，以提供給制造商和客戶可靠的產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)。

芯片HAST測試的失效機理

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

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、線焊點脫開、引線間漏電、芯片與芯片粘片層脫開、焊盤腐蝕、金屬化或引線間短路。

水汽進入IC封裝的途徑：

IC芯片和引線框架及SMT時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對器件可能造成影響；

包封后的器件，水汽透過塑封料以及通過塑封料和引線框架之間隙滲透進去，因為塑料與引線框架之間只有機械性的結(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。氣密封裝對于水汽不敏感，一般不采用加速溫濕度試驗來評價其可靠性，而是測定其氣密性、內(nèi)部水汽含量等。

鋁線中產(chǎn)生腐蝕過程：

水氣滲透入塑封殼內(nèi)→濕氣滲透到樹脂和導線間隙之中；

水氣滲透到芯片表面引起鋁化學反應。

加速鋁腐蝕的因素：

樹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，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:由于封裝體與盤及引線框架材料的熱膨脹系數(shù)均不一致，熱應力作用下塑封器件內(nèi)不同材料的連接處會產(chǎn)生應力集中，如果應力水平超過其中任何一種封裝材料的屈服強度或斷裂強度，便會導勁器件分層。而且一般來說塑封料環(huán)氧樹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)和楊氏模量就會發(fā)生特別明顯的變化，導致塑封贈件更容易出現(xiàn)可靠性問題。

塑封照件是以樹脂類聚合物為材料封裝的半導體器件，樹脂類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引入濕氣進入塑封器件，當塑封器件中水汽含量過高時會引起芯片表面腐蝕及封裝體與引線框架界面上的樹脂的離解，反過來進一步加速了源氣進入塑封器件內(nèi)部，最終導致分層現(xiàn)象出現(xiàn)。

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

爆米花效應:原指以塑料外體所封裝的IC，因其芯片安裝所用的銀膏會吸水，一旦未加防范而進行封裝體后，在下游組裝焊接遭遇高溫時，其水分將因汽化壓力而造成封體的爆裂，同時還會發(fā)出有如爆米花股的聲響，故而得名，當吸收水汽含量高于0.17%時，爆米花現(xiàn)象就會發(fā)生，近來十分盛行P-BGA的封裝組件，不但其中銀膠會吸水，且連載板之基材也會吸水，管理不良時也常出現(xiàn)爆米花現(xiàn)象。

濕氣造成封裝體內(nèi)部腐蝕:濕氣經(jīng)過封裝過程所造成的裂傷，將外部的離子污染帶到芯片表面，在經(jīng)過經(jīng)過表面的缺陷如:護層針孔、裂傷、被覆不良處…等，進入半導體原件里面，造成腐蝕以及漏電流…等問題，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)會造成IC的鋁線發(fā)生電化學腐蝕，而導致線開路以及遷移生長。由于鋁和鋁合金價格便宜，加工工藝簡單，因此通常被使用為集成電路的金屬線。從進行集成電路塑封制程開始，水氣便會通過環(huán)氧樹脂滲入引起鋁金屬導線產(chǎn)生腐蝕進而難生開路現(xiàn)象，成為芯片行業(yè)最為頭痛的問題之一。雖然通過各種改善包括采用不同環(huán)氧樹脂材料、改進塑封技術(shù)和提高非活性塑封膜為提高童質(zhì)量量進行了各種努力，但是隨著日新月異的半導體電子器件小型化發(fā)展，塑封鋁金屬導線腐蝕問題至今仍然是電子行業(yè)非常重要的技術(shù)課題。

芯片HAST測試的適用標準

IEC60749-4（高加速應力試驗）

ED-4701/100A(不飽和蒸汽加壓試驗)

JESD22-A118（無偏壓高加速應力試驗）

JESD22-A110E（高加速應力試驗）

JESD22-A102E（無偏壓高壓蒸煮試驗）

AEC-Q100-版本H（偏壓高加速應力試驗/無偏壓高加速應力試驗）

JPCA-ET08（不飽和加壓蒸汽試驗）