基本原理高加速温度和湿度应力测试BHAST,采用严格的温度,湿度和偏压条件,加速湿气穿过塑封料金属导体间的界面,从而评估在潮湿环境中非气密性封装芯片的可靠性。与双85(85℃,85RH%)THB稳态湿度寿命测试(JESD22-A101)有类似的失效机理。HAST失效机理 塑封料用环氧树脂包封,成本较低,在集成电路中应用较多,但塑封的防水性较差,水汽可以穿过塑封料到芯片表面,遇到金属层,通过带入外部杂质或溶解在树脂中的杂质,与金属作用使连线腐蚀,导致芯片失效。 (1) 化学腐蚀 集成电路存放在高温、高湿环境中会产生Al的化学腐蚀。Al暴露在干燥空气中,会在表面形成一层Al2O3膜,对铝膜形成保护不再产生氧化,避免化学腐蚀的产生。但在潮湿环境中,会产生Al(OH)3,Al(OH)3可溶于酸也可溶于碱。芯片表面有一层钝化膜,保护芯片表面上的铝,然而在引线键合处的pad部分,金属铝是暴露于表面的,化学腐蚀经常暴露在这些部位。 (2) 电化学腐蚀 两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀,又称接触腐蚀或双金属腐蚀。发生电偶腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀,而电极电位较正的金属的腐蚀会减慢。 BHAST 96hrs or 264hrs 参考JEDEC标准JESD22-A110D,BHAST有两种不同的实验条件,130℃/96hrs和110℃/264hrs。一般情况下,130℃测试条件更严苛,如果有产品较难过这个标准,可以用110℃条件,延长实验时间来替代。 实验过程中应该注意:1)最小化功耗;2)尽可能选择交替引脚偏置;3)尽可能分布芯片金属化的电位差;4)在可承受的工作范围内最大化电压。 1)连续偏置:结温比设备腔体环境温度高<= 10℃时,或DUT的散热小于200mW时,连续偏置比循环偏置更严苛。 2)循环偏置:以适当的频率和占空比,周期性地向DUT施加直流电压。如果偏置导致 Δ Tja>10℃,对特定器件类型,循环偏置比连续偏置更严苛,一般较多使用50%占空比。 BHAST需要加电,因而也需要制作专门的硬件,一般情况下,硬件的设计按照尽量将IO做最大偏置的情况,将IO间隔分别拉低和拉高。 与其他实验的比较 HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test)实验一般按照是否加偏压,分为BHAST(biased)和UHAST(Un-biased)两种,UHAST实验不需要加电,因而不需要硬件,可以直接将样品放在机台中实验,温度和湿度条件同HAST,也有130℃和110℃两种不同条件。 THB(Temperature and humidity bias test)稳态湿度寿命测试,即我们常说到的双85实验,也算是对BHAST实验降低温度条件,延长测试时间(500hrs\1000hrs)的替代性实验。 PCT (Pressure Cooker Test)高压蒸煮实验,温度121℃,湿度100%RH。 各实验条件对比: 表格引自:https://cn.istgroup.com/service/temperature-humidity/ 常用的HAST和PCT的设备是HIRAYAMA或者ESPEC机台。 加速因子计算公式 BHAST的寿命计算公式为Peck Power Law |