高加速應(yīng)力試驗(yàn)(HAST,High Accelerated Temperature And Humidity Stress Test)是評(píng)估器件在潮濕環(huán)境下可靠性的關(guān)鍵測(cè)試方法。該試驗(yàn)嚴(yán)格遵循 JESD22-A110 標(biāo)準(zhǔn)，通過施加惡劣的溫度、濕度和偏壓條件，加速器件內(nèi)部的遷移、腐蝕等老化過程。目前，HAST 試驗(yàn)已廣泛應(yīng)用于 IC 半導(dǎo)體、光伏組件、線路板、磁性材料以及高分子材料等相關(guān)器件的可靠性驗(yàn)證領(lǐng)域。

HAST試驗(yàn)條件

在AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定了兩種可供選擇的HAST試驗(yàn)條件：

130℃/85%RH/96小時(shí)

110℃/85%RH/264小時(shí)

這兩種條件均通過直流電源對(duì)器件施加偏壓，且等效于 THB（85℃/85% RH/1000 小時(shí)）試驗(yàn)，但顯著縮短了測(cè)試周期。

表1 ：溫度、相對(duì)濕度、氣壓和持續(xù)時(shí)間

進(jìn)行 HAST 試驗(yàn)的器件需經(jīng)過預(yù)處理，并在試驗(yàn)前后進(jìn)行電參數(shù)測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)在 48 小時(shí)內(nèi)完成電參數(shù)測(cè)試；若中途讀點(diǎn)拿出測(cè)試，需在 96 小時(shí)內(nèi)完成。若器件置于密封防潮袋中，測(cè)試時(shí)間可延長(zhǎng)至 144 小時(shí)。

HAST 偏置電壓模式及選擇要點(diǎn)

HAST 加偏置電壓需遵循以下規(guī)則，以器件特性為優(yōu)先級(jí)依據(jù)：

最大限度降低器件功耗。

盡量采用引腳交替偏置方案

金屬層電勢(shì)差要盡量分散排布，避免局部金屬層累積過大壓差導(dǎo)致電遷移等問題

在器件允許范圍內(nèi)盡量提高工作電壓以優(yōu)化性能

偏置電壓模式主要有兩種：

持續(xù)加電模式

用于評(píng)估長(zhǎng)期直流穩(wěn)定性，如電遷移、柵氧退化等失效機(jī)制。適用于低功耗器件（DUT 功耗＜200mW），或結(jié)溫 Tja 不超過腔體環(huán)境溫度 + 10℃的器件。

優(yōu)點(diǎn)：可模擬器件真實(shí)長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)；

缺點(diǎn)：功耗較大，易導(dǎo)致器件自發(fā)熱，從而抑制濕度相關(guān)失效。

注意：當(dāng)器件結(jié)溫超過腔體環(huán)境溫度 5℃以上時(shí)，需在測(cè)試報(bào)告中明確標(biāo)注溫升值。

周期加電模式（推薦50%占空比）

用于評(píng)估濕度敏感失效，適用于高功耗（ΔTja>10℃）器件或需模擬間歇工作場(chǎng)景的器件。斷電期間允許濕度在器件表面積聚，加速濕度相關(guān)失效；通電期間發(fā)熱，驅(qū)散濕氣。

封裝厚度與最大循環(huán)周期的關(guān)系如下：

HAST 測(cè)試設(shè)備

高加速壽命試驗(yàn)箱

溫度范圍： + 105℃～+ 142℃

濕度范圍： 75%RH～100%RH

壓力范圍： 0.02MPa～0.196MPa

HAST 失效現(xiàn)象

HAST 試驗(yàn)中，器件可能出現(xiàn)以下失效現(xiàn)象：

金屬腐蝕

高溫高濕環(huán)境加速水汽滲透入塑封殼內(nèi)，導(dǎo)致金屬元件和導(dǎo)線上產(chǎn)生氧化物和腐蝕，可能引發(fā)短路等現(xiàn)象。

絕緣材料老化

高溫高濕環(huán)境使絕緣材料中的水分析入，加速絕緣材料老化，可能引起漏電等現(xiàn)象。

焊點(diǎn)開裂

裝材料與芯片框架的熱膨脹系數(shù)不同，在高溫高濕環(huán)境下可能造成焊點(diǎn)開裂，引發(fā)接觸不良等問題。

爆米花效應(yīng)

由于封裝體在高溫下內(nèi)部水分汽化而產(chǎn)生爆裂現(xiàn)象。

這些失效現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響器件的性能和可靠性，因此在進(jìn)行 HAST 試驗(yàn)時(shí)，需密切關(guān)注這些方面的問題。

HAST 試驗(yàn)作為一種快速高效的加速老化測(cè)試方法，能夠在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確評(píng)估器件在潮濕環(huán)境中的可靠性，對(duì)于提高電子器件的質(zhì)量和穩(wěn)定性具有重要意義。