隨著半導(dǎo)體器件尺寸不斷縮小、功率與集成度持續(xù)提升，產(chǎn)品可靠性面臨的挑戰(zhàn)也逐步增加。潮氣侵入、腐蝕問題、介電性能衰減、電化學(xué)遷移以及封裝異常等情況，都會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件長(zhǎng)期使用性能造成影響。

為在產(chǎn)品上市前排查各類失效問題，行業(yè)內(nèi)普遍采用加速可靠性測(cè)試方案。高加速壓力測(cè)試 (HAST) 與溫度濕度偏差測(cè)試 (THB) 是當(dāng)下應(yīng)用廣泛的兩類測(cè)試方式。

兩種測(cè)試均將器件置于高溫、高濕并施加電偏置的環(huán)境中，以此加速潮濕相關(guān)的失效現(xiàn)象發(fā)生。但二者在測(cè)試時(shí)長(zhǎng)、應(yīng)力等級(jí)、加速系數(shù)以及適用場(chǎng)景上存在明顯區(qū)別。合理區(qū)分 HAST 與 THB 的使用場(chǎng)景，能夠有效縮短產(chǎn)品認(rèn)證周期，同時(shí)保障半導(dǎo)體產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定性。

什么是 THB（溫度濕度偏差）？

THB 是半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展時(shí)間久、應(yīng)用范圍廣的可靠性測(cè)試項(xiàng)目之一。

該測(cè)試將待測(cè)電子器件置于高溫、高濕環(huán)境，并持續(xù)施加電偏置。行業(yè)內(nèi)經(jīng)典測(cè)試條件為：溫度 85℃、相對(duì)濕度 85%、全程施加電偏置，常規(guī)測(cè)試時(shí)長(zhǎng) 1000 小時(shí)，這套 “85/85 測(cè)試” 也成為業(yè)內(nèi)評(píng)估產(chǎn)品防潮能力的通用參考方式。

THB 檢測(cè)的主要作用

·評(píng)估器件耐腐蝕能力

·檢驗(yàn)封裝密封狀態(tài)

·監(jiān)測(cè)絕緣性能變化

·排查電化學(xué)遷移問題

·驗(yàn)證產(chǎn)品長(zhǎng)期運(yùn)行表現(xiàn)

THB 可以高度模擬產(chǎn)品在實(shí)際場(chǎng)景中長(zhǎng)期接觸自然環(huán)境的狀態(tài)。

THB加速失效現(xiàn)象的原理

水汽會(huì)順著封裝內(nèi)部微觀縫隙滲入半導(dǎo)體器件內(nèi)部，長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境下，易引發(fā)各類問題：金屬表層出現(xiàn)氧化、腐蝕；器件內(nèi)部形成導(dǎo)電通道，造成漏電流上升；電化學(xué)遷移作用會(huì)在導(dǎo)體之間生成導(dǎo)電細(xì)絲，出現(xiàn)樹突狀生長(zhǎng)；絕緣材料性能逐步下降，進(jìn)而引發(fā)介電擊穿。

這類異常在常規(guī)使用環(huán)境中發(fā)展速度較慢，THB 可在實(shí)驗(yàn)室可控環(huán)境下，加快整個(gè)演化過程，完成可靠性驗(yàn)證。

什么是 HAST（高加速壓力測(cè)試）？

傳統(tǒng) THB 測(cè)試整體耗時(shí)較長(zhǎng)，HAST 高加速壓力測(cè)試便是為優(yōu)化這一問題而推出。該測(cè)試不只是單純提升溫濕度指標(biāo)，還會(huì)營(yíng)造加壓飽和濕度環(huán)境。

HAST 典型測(cè)試條件：溫度區(qū)間 110℃~130℃、相對(duì)濕度 85%、艙體加壓、全程施加電偏置，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)控制在 96 小時(shí)至 264 小時(shí)。通過提升環(huán)境溫度與蒸汽壓力，加快水汽擴(kuò)散速率，加速腐蝕等失效現(xiàn)象出現(xiàn)。

HAST 測(cè)試效率高于 THB 的原因

高溫作用：溫度升高會(huì)加快各類化學(xué)反應(yīng)速率；

蒸汽壓力提升：艙內(nèi)壓力可推動(dòng)水汽更深滲入材料本體與結(jié)構(gòu)界面；

吸濕速率加快：高濕搭配加壓環(huán)境，大幅縮短水汽滲透耗時(shí)。

綜合作用下，96 小時(shí)的 HAST 測(cè)試，便可等效實(shí)現(xiàn)數(shù)百小時(shí)甚至上千小時(shí) THB 測(cè)試的驗(yàn)證效果，幫助企業(yè)快速完成產(chǎn)品認(rèn)證評(píng)估。

HAST 與 THB：核心差異對(duì)比

1. 環(huán)境條件

THB：常規(guī)氣壓、85℃、85% RH

HAST：加壓環(huán)境、110℃~130℃、高濕環(huán)境HAST 為待測(cè)器件提供的環(huán)境應(yīng)力更為嚴(yán)苛。

2. 測(cè)試時(shí)長(zhǎng)

THB：常用時(shí)長(zhǎng) 500 小時(shí)、1000 小時(shí)、2000 小時(shí)

HAST：常用時(shí)長(zhǎng) 96 小時(shí)、130 小時(shí)、264 小時(shí)

借助 HAST 可大幅壓縮產(chǎn)品資質(zhì)認(rèn)證的整體周期。

3. 加速系數(shù)

THB 具備中等水平的加速效果；HAST 依托高溫與加壓高濕環(huán)境，加速效果更為突出，加速系數(shù)相較傳統(tǒng) THB 可提升 10 倍以上。

4. 與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的匹配度

THB 的測(cè)試環(huán)境更貼近產(chǎn)品真實(shí)使用工況；HAST 施加的環(huán)境應(yīng)力強(qiáng)度更高，有可能觸發(fā)器件在常規(guī)使用中不會(huì)出現(xiàn)的異常現(xiàn)象。

在實(shí)際工作中，技術(shù)人員會(huì)結(jié)合兩類測(cè)試方式，互補(bǔ)完成可靠性驗(yàn)證。

HAST 和 THB 對(duì)應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

JEDEC 針對(duì)濕度相關(guān)可靠性測(cè)試制定了多項(xiàng)通用標(biāo)準(zhǔn)，被全行業(yè)廣泛參考執(zhí)行。

THB 參考標(biāo)準(zhǔn)

主流依據(jù)：JESD22-A101、AEC-Q100、IEC 相關(guān)可靠性規(guī)范，通用測(cè)試條件為 85℃ / 85% RH 并施加電偏置。

HAST 參考標(biāo)準(zhǔn)

主流依據(jù)：JESD22-A110（帶電偏置 HAST）、JESD22-A118（無電偏置 HAST），通用測(cè)試條件為 130℃、85% RH、艙體加壓。

THB 測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景

時(shí)至今日，THB 依舊在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用：

汽車電子：驗(yàn)證產(chǎn)品長(zhǎng)期環(huán)境耐受能力

工業(yè)電子：完成復(fù)雜工況下的可靠性核驗(yàn)

電源模塊：開展防護(hù)體系相關(guān)測(cè)試

醫(yī)療電子：評(píng)估產(chǎn)品長(zhǎng)期使用狀態(tài)

汽車類電子產(chǎn)品普遍要求較長(zhǎng)使用壽命，THB 也是該領(lǐng)域核心的認(rèn)證測(cè)試項(xiàng)目。

HAST 測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景

伴隨封裝技術(shù)迭代，HAST 的應(yīng)用場(chǎng)景持續(xù)拓寬：

先進(jìn)半導(dǎo)體封裝：倒裝芯片、BGA 封裝、CSP 封裝器件

光通信器件：硅光子器件、光收發(fā)模塊、CPO 共封裝光學(xué)模塊

AI 加速芯片等高密度封裝產(chǎn)品

高密度封裝結(jié)構(gòu)對(duì)水汽更為敏感，同時(shí)消費(fèi)電子行業(yè)產(chǎn)品迭代速度快，需要快速獲取可靠性數(shù)據(jù)，HAST 恰好適配這類需求。

HAST、THB 在 CPO 領(lǐng)域的應(yīng)用需求

共封裝光學(xué)（CPO）是下一代 AI 數(shù)據(jù)中心的核心技術(shù)之一，該架構(gòu)整合光學(xué)引擎、光子集成電路、高性能專用芯片，整體封裝結(jié)構(gòu)十分緊湊。

光學(xué)組件與先進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)易受濕度影響出現(xiàn)性能衰減，因此 HAST 成為 CPO 產(chǎn)品認(rèn)證階段的重要測(cè)試項(xiàng)目。目前多數(shù) CPO 研發(fā)企業(yè)，會(huì)將 HAST、THB、熱循環(huán)測(cè)試、熱沖擊測(cè)試相結(jié)合，搭建完整的可靠性測(cè)試體系。

HAST 與 THB 的選用建議

兩類測(cè)試沒有絕對(duì)優(yōu)劣，可根據(jù)項(xiàng)目需求靈活選擇：

優(yōu)先選用 THB 的場(chǎng)景

·需要獲取產(chǎn)品長(zhǎng)期可靠性數(shù)據(jù)

·開展汽車行業(yè)相關(guān)資質(zhì)認(rèn)證

·要求測(cè)試環(huán)境高度還原真實(shí)使用場(chǎng)景

優(yōu)先選用 HAST 的場(chǎng)景

·項(xiàng)目研發(fā)周期緊張

·快速篩查產(chǎn)品失效問題

·縮短產(chǎn)品認(rèn)證決策周期

·針對(duì)新型封裝技術(shù)開展驗(yàn)證

行業(yè)常規(guī)做法：研發(fā)前期采用 HAST 完成快速篩選，項(xiàng)目后期使用 THB 開展最終資質(zhì)核驗(yàn)與長(zhǎng)期可靠性驗(yàn)證。

試驗(yàn)設(shè)備對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

可靠性測(cè)試數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，與環(huán)境試驗(yàn)箱的綜合性能密切相關(guān)。KOMEG 科明深耕環(huán)境測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域，打造的各類試驗(yàn)設(shè)備可滿足 HAST、THB 測(cè)試全流程使用需求。

試驗(yàn)設(shè)備核心性能指標(biāo)包含：溫度穩(wěn)定性、濕度穩(wěn)定性、壓力控制精度、艙內(nèi)溫濕度均勻性、偏差調(diào)控能力以及數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確度。即便細(xì)微的參數(shù)波動(dòng)，也會(huì)影響加速模型計(jì)算與測(cè)試結(jié)果重復(fù)性。針對(duì)半導(dǎo)體可靠性測(cè)試，選用符合 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)箱，是保障測(cè)試質(zhì)量的關(guān)鍵，KOMEG 科明系列測(cè)試設(shè)備嚴(yán)格對(duì)標(biāo)行業(yè)主流規(guī)范，可為半導(dǎo)體 HAST、THB 可靠性測(cè)試提供穩(wěn)定支撐。

總結(jié)

在現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)品可靠性認(rèn)證工作中，HAST 與 THB 均有著不可替代的價(jià)值。

THB 作為行業(yè)通用參考方式，主要用于驗(yàn)證產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境下的長(zhǎng)期防潮與耐受能力；HAST 憑借短周期、高加速的特點(diǎn)，契合當(dāng)下半導(dǎo)體行業(yè)快速迭代的發(fā)展節(jié)奏。

業(yè)內(nèi)主流企業(yè)大多采用組合測(cè)試方案：依靠 HAST 完成研發(fā)階段加速篩查，依托 THB 完成最終認(rèn)證與長(zhǎng)期可靠性核驗(yàn)。

伴隨半導(dǎo)體封裝技術(shù)持續(xù)升級(jí)，尤其在人工智能、高性能計(jì)算、硅光子、CPO 等前沿領(lǐng)域，高要求濕度可靠性測(cè)試的重要性還將不斷提升，KOMEG 科明也將持續(xù)以專業(yè)環(huán)境測(cè)試設(shè)備，助力半導(dǎo)體行業(yè)完成各類可靠性測(cè)試工作。