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1.試驗(yàn)設(shè)備

 

非飽和蒸汽試驗(yàn)箱可以認(rèn)為是一個(gè)密封的溫濕度試驗(yàn)箱進(jìn)行了強(qiáng)度和密封的加強(qiáng)，再加上真空泵而成。考慮到內(nèi)腔承壓的需要，其內(nèi)腔形狀多為圓筒狀，而不是我們溫濕度試驗(yàn)箱常見(jiàn)的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，主要是為了保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，否則在內(nèi)外壓力差的條件下會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，另外也可以防止試驗(yàn)結(jié)露滴水現(xiàn)象，從而避免產(chǎn)品在試驗(yàn)過(guò)程中受過(guò)熱蒸汽直接沖擊影響試驗(yàn)結(jié)果。下面是某品牌的非飽和蒸汽試驗(yàn)箱，我們可以看到箱門(mén)為圓型，其主要原因就是內(nèi)腔為圓筒結(jié)構(gòu)。

 

HAST試驗(yàn)箱

HAST試驗(yàn)箱內(nèi)腔

 

對(duì)于HAST試驗(yàn)箱，其溫濕度只能夠?qū)崿F(xiàn)特定的范圍，通常是參考標(biāo)準(zhǔn)的要求，下面是某品牌HAST試驗(yàn)箱的性能參數(shù)。

 

·溫度范圍：105℃~155℃

 

·溫度偏差：±1℃

 

·濕度范圍：75%RH~100%RH

 

·濕度偏差：±3%RH

 

下面是某品牌HAST試驗(yàn)箱的溫濕度曲線(xiàn)圖，請(qǐng)注意這張圖上不僅僅包含溫度和濕度，還包含了壓力值。在不同的溫濕度條件下所對(duì)應(yīng)的壓力值不同。也就是說(shuō)試驗(yàn)箱在控制溫度和濕度的同時(shí)還需要控制試驗(yàn)箱內(nèi)的壓力，否則是無(wú)法精確控制溫濕度條件的，這也是HAST試驗(yàn)箱和普通的溫濕度箱最大的區(qū)別。

 

HAST試驗(yàn)箱溫濕度圖

 

對(duì)于芯片在開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)可能會(huì)施加電壓來(lái)進(jìn)一步加速離子遷移的速度，考慮到試驗(yàn)箱內(nèi)部的壓力是大于一個(gè)大氣壓的，所以HAST箱就無(wú)法向普通的溫濕度箱那么直接開(kāi)孔，直接通過(guò)引線(xiàn)孔來(lái)接線(xiàn)施加電壓，那樣只會(huì)破壞密封而影響試驗(yàn)箱的控制精度。HAST箱都不會(huì)開(kāi)任何引線(xiàn)孔，而是在生產(chǎn)制造時(shí)就確定需要多少接線(xiàn)點(diǎn)，直接在箱體內(nèi)設(shè)計(jì)相應(yīng)數(shù)量的連接器來(lái)實(shí)現(xiàn)，一旦確定后期將無(wú)法升級(jí)，所以在采購(gòu)HAST箱前必須確定所需要的最大連接點(diǎn)數(shù)量。當(dāng)然對(duì)于連接器的密封和老化就看不同品牌的實(shí)力了，而這也是最能夠體現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量水平的點(diǎn)之一，具體可以多和實(shí)際使用的操作人員交流了解。

 

HAST箱內(nèi)部連接器

 

2.溫濕度控制和計(jì)算

 

多數(shù)HAST試驗(yàn)箱的溫濕度依然采用干濕球測(cè)量溫濕度，基于干球溫度以及干濕球的溫度差來(lái)計(jì)算其相對(duì)濕度，只是普通的溫濕度箱的濕度默認(rèn)為一個(gè)大氣壓，而HAST則需要引入大氣壓力的參數(shù)來(lái)綜合計(jì)算特定溫度條件下的相對(duì)濕度。這也就對(duì)HAST試驗(yàn)箱的控制器提出來(lái)更高的要求，其不僅僅只是控制溫度和濕度兩個(gè)參數(shù)，還需要增加氣壓的控制。

 

實(shí)際的溫濕度還是通過(guò)加熱器來(lái)控制氣溫，通過(guò)對(duì)水槽加熱來(lái)產(chǎn)生濕度，隨著溫度的增加以及水汽的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部氣壓的升高，一旦氣壓超標(biāo)則通過(guò)泄壓口進(jìn)行泄壓。

 

3.試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

 

HAST試驗(yàn)主要參考IEC 60068-2-66，IEC 60749-4，MIL-STD-810G Method 514，GB/T 242440，JESD22-A110，JESD22-A118，AEC-Q100，JPCA-ET08，GB/T 4937.4標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)軍方的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)介紹的比較詳細(xì)，可以作為參考書(shū)來(lái)使用，具體的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)參考IEC的推薦，因?yàn)槊儡姌?biāo)的推薦值是為軍用產(chǎn)品準(zhǔn)備的，相對(duì)來(lái)講應(yīng)用到消費(fèi)電子產(chǎn)品就比較嚴(yán)苛，不推薦。而GB/T主要是參考IEC進(jìn)行編撰，如果英語(yǔ)無(wú)法完全理解的可以參考國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)，否則建議以IEC原版標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。對(duì)于非飽和蒸汽試驗(yàn)推薦參考行業(yè)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)更切合企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，例如JEDEC的標(biāo)準(zhǔn)。

 

以下為部分推薦試驗(yàn)條件，考慮到試驗(yàn)設(shè)備的溫濕度條件可調(diào)，事實(shí)上溫濕度條件并不會(huì)只存在這有限的組合，具體需要根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際工作環(huán)境、壽命和試驗(yàn)時(shí)間等綜合計(jì)算得出。如果不確定，建議參考后面的案例進(jìn)行計(jì)算。

 

HSAT試驗(yàn)條件

 

4.企業(yè)案例

 

FPC:

 

柔性電路板(FPC)是印制電路板(PCB)的一種，HAST試驗(yàn)同樣適用，可以采用高加速應(yīng)力試驗(yàn)來(lái)縮短試驗(yàn)時(shí)間，驗(yàn)證產(chǎn)品是否滿(mǎn)足壽命要求。

 

試驗(yàn)條件：110℃，90%，250小時(shí)

 

柔性電路板HSAT試驗(yàn)固定

 

試驗(yàn)結(jié)束后FPC的色差不予考慮，主要關(guān)注FPC接觸電阻的變化，失效判定標(biāo)準(zhǔn)為初始電阻變化在3倍以?xún)?nèi)，一旦試驗(yàn)后說(shuō)測(cè)量的接觸電阻值超差這判定為失效。當(dāng)然一旦出現(xiàn)分層，也視為失效。

 

塑封芯片：

 

對(duì)于塑封芯片，參考JEDEC的標(biāo)準(zhǔn)均需要開(kāi)展高溫高濕試驗(yàn)，鑒于 85℃/85%RH條件的試驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng),通常會(huì)采用HAST試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行代替。

 

JEDEC參考標(biāo)準(zhǔn)：130℃、85RH%、96小時(shí)、125%偏壓

 

塑封芯片

 

5.試驗(yàn)注意事項(xiàng)

 

HAST試驗(yàn)有其特殊性，下列建議供大家參考：

 

在HAST試驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)一些與實(shí)際應(yīng)用情況不符的內(nèi)部或外部失效機(jī)理。由于吸收的水汽會(huì)降低大多數(shù)聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)非真實(shí)的失效模式。此時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果不予采信。

 

對(duì)于輕飄物品需要固定在置物架上，從而確保樣品在試驗(yàn)過(guò)程中樣品不會(huì)因?yàn)镠AST試驗(yàn)箱內(nèi)部的氣流而導(dǎo)致樣品移位。

 

如果需要在HAST試驗(yàn)中施加偏壓，對(duì)下列因素進(jìn)行評(píng)估：

 

1、芯片的發(fā)熱必須盡可能控制到最低，從而避免因?yàn)樾酒陌l(fā)熱而導(dǎo)致濕氣無(wú)法進(jìn)入；

 

2、空pin必須連接所施加偏壓相反的電壓；

 

3、晶圓的不同金屬差異盡可能最大化；

 

4、在發(fā)熱可控的條件下，施加的偏壓應(yīng)盡可能最大化。

 

結(jié)語(yǔ)：

 

非飽和蒸汽試驗(yàn)在可靠性領(lǐng)域意義非凡。它精準(zhǔn)模擬工況，揭示材料與設(shè)備性能劣化機(jī)制，為產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵依據(jù)。通過(guò)試驗(yàn)成果優(yōu)化產(chǎn)品，可大幅降低故障風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)使用壽命。

 

展望未來(lái)，其將持續(xù)深化對(duì)可靠性的研究，為高可靠性需求行業(yè)打造更堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，全方位助力產(chǎn)業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展之路。