什么是芯片的HAST测试？

HAST是什么？

在了解芯片的HAST测试之前，我们先要知道HAST是什么？HAST是Highly Accelerated Stress Test的简称，中文名为高加速应力试验（高加速温湿度应力测试）。是一种用于评估产品在高温、高湿以及高压条件下的可靠性和寿命的测试方法。

该测试通过在受控的压力容器内设定特定的温湿度条件，模拟产品在极端环境下的性能表现。HAST试验能够加速老化过程，如迁移、腐蚀、绝缘劣化和材料老化，从而缩短产品可靠性评估的测试周期，节约时间和成本。

HAST 有饱和和不饱和两种。前者通常在 121°C 和 100% RH 的条件下进行，而后者通常在 110、120 或 130°C 和 85% RH 的条件下进行。在电子元件通电的情况下进行的测试通常是不饱和类型。HAST 是一项相当极端的测试，加速因子从几十到几百倍不等。这种极端加速使得检查故障模式变得很重要。

此方法广泛应用于PCB、IC半导体、连接器、线路板、磁性材料、高分子材料、EVA、光伏组件等行业，用于评估产品的密封性、吸湿性及老化性能。HAST已成为某些行业标准，特别是在PCB、半导体、太阳能、显示面板等产品中，作为高温高湿测试的快速有效替代方案。

芯片HAST测试的原理和目的

HAST测试是集成电路（IC）行业中常用的一种可靠性测试方法。它通过将芯片置于高温高湿环境下，模拟芯片在实际应用中可能面临的恶劣条件，以评估芯片的稳定性和可靠性。HAST测试可以帮助制造商发现芯片可能出现的问题，并确保芯片能在恶劣环境下正常工作。

HAST测试的主要原理是通过高温和高湿度加速芯片老化过程。高温和高湿度环境会引发一系列物理和化学反应，例如热膨胀、热应力和腐蚀等。这些因素对芯片的性能和可靠性产生不利影响。在HAST测试中，芯片被暴露在高温高湿的环境中，通过加速老化过程，从而更早地暴露出潜在的问题。

HAST测试的目的是三个方面：首先，评估芯片在高温高湿环境下的稳定性，以确保芯片能够在恶劣的应用环境中长时间稳定工作；其次，检测可能由高温高湿引起的问题，例如热膨胀导致的焊接破裂或金属线断裂，以及腐蚀引起的电气连接问题；最后，验证芯片的可靠性，以提供给制造商和客户可靠的产品性能数据。

芯片HAST测试的失效机理

HAST可以快速激发 PCB 和芯片的特定失效，例如分层、开裂、短路、腐蚀及爆米花效应。

湿气所引起的故障原因：水汽渗入、聚合物材料解聚、聚合物结合能力下降、腐蚀、空洞、线焊点脱开、引线间漏电、芯片与芯片粘片层脱开、焊盘腐蚀、金属化或引线间短路。

水汽进入IC封装的途径：

IC芯片和引线框架及SMT时用的银浆所吸收的水分；

塑封料中吸收的水分；

塑封工作间湿度较高时对器件可能造成影响；

包封后的器件，水汽透过塑封料以及通过塑封料和引线框架之间隙渗透进去，因为塑料与引线框架之间只有机械性的结合，所以在引线框架与塑料之间难免出现小的空隙.

注：只要封胶之间空隙大于3.4*10-¹⁰m以上，水分子就可穿越封胶的防护。气密封装对于水汽不敏感，一般不采用加速温湿度试验来评价其可靠性，而是测定其气密性、内部水汽含量等。

铝线中产生腐蚀过程：

水气渗透入塑封壳内→湿气渗透到树脂和导线间隙之中；

水气渗透到芯片表面引起铝化学反应。

加速铝腐蚀的因素：

树脂材料与芯片框架接口之间连接不够好(由于各种材料之间存在膨胀率的差异)；

封装时，封装材料掺有杂质或者杂质离子的污染(由于杂质离子的出现)；

非活性塑封膜中所使用的高浓度磷；

非活性塑封膜中存在的缺陷。

芯片及PCB分展:由于封装体与盘及引线框架材料的热膨胀系数均不一致，热应力作用下塑封器件内不同材料的连接处会产生应力集中，如果应力水平超过其中任何一种封装材料的屈服强度或断裂强度，便会导劲器件分层。而且一般来说塑封料环氧树脂的玻璃化温度都不高，其热膨胀系数和杨氏模量在玻璃化温度附近区域对温度变化非常敏感，在极小的温度变化里下，环氧塑封材料的热膨胀系数和杨氏模量就会发生特别明显的变化，导致塑封赠件更容易出现可靠性问题。

塑封照件是以树脂类聚合物为材料封装的半导体器件，树脂类材料本身并非致密具有吸附水汽的特性，封装体与引线框架的粘接界面等处也会引入湿气进入塑封器件，当塑封器件中水汽含量过高时会引起芯片表面腐蚀及封装体与引线框架界面上的树脂的离解，反过来进一步加速了源气进入塑封器件内部，最终导致分层现象出现。

在高温高湿以及偏压的恶劣环境下，加速湿气穿过外部的保护层，或沿着金属和外保护层的分界面穿透，造成试样的失效。

爆米花效应:原指以塑料外体所封装的IC，因其芯片安装所用的银膏会吸水，一旦未加防范而进行封装体后，在下游组装焊接遭遇高温时，其水分将因汽化压力而造成封体的爆裂，同时还会发出有如爆米花股的声响，故而得名，当吸收水汽含量高于0.17%时，爆米花现象就会发生，近来十分盛行P-BGA的封装组件，不但其中银胶会吸水，且连载板之基材也会吸水，管理不良时也常出现爆米花现象。

湿气造成封装体内部腐蚀:湿气经过封装过程所造成的裂伤，将外部的离子污染带到芯片表面，在经过经过表面的缺陷如:护层针孔、裂伤、被覆不良处…等，进入半导体原件里面，造成腐蚀以及漏电流…等问题，如果有施加偏压的话，故障更容易发生。

腐蚀:腐蚀失效(水汽、偏压、杂质离子)会造成IC的铝线发生电化学腐蚀，而导致线开路以及迁移生长。由于铝和铝合金价格便宜，加工工艺简单，因此通常被使用为集成电路的金属线。从进行集成电路塑封制程开始，水气便会通过环氧树脂渗入引起铝金属导线产生腐蚀进而难生开路现象，成为芯片行业最为头痛的问题之一。虽然通过各种改善包括采用不同环氧树脂材料、改进塑封技术和提高非活性塑封膜为提高童质量量进行了各种努力，但是随着日新月异的半导体电子器件小型化发展，塑封铝金属导线腐蚀问题至今仍然是电子行业非常重要的技术课题。

芯片HAST测试的适用标准

IEC60749-4（高加速应力试验）

ED-4701/100A(不饱和蒸汽加压试验)

JESD22-A118（无偏压高加速应力试验）

JESD22-A110E（高加速应力试验）

JESD22-A102E（无偏压高压蒸煮试验）

AEC-Q100-版本H（偏压高加速应力试验/无偏压高加速应力试验）

JPCA-ET08（不饱和加压蒸汽试验）