一、概述

     濕熱試驗包括穩(wěn)態(tài)濕熱試驗和耐濕試驗，對電子元器件可靠性考核一般進行耐濕試驗。
    目前，與元器件相關(guān)的耐濕試驗常用標準有以下幾種：
    GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗方法》中涉及濕熱試驗的有“穩(wěn)態(tài)濕熱試驗”和“耐濕試驗”。
    GJB 548B—2005《微電子器件試驗方法和程序》中涉及“耐濕試驗”。
    在GJB 128A—1997《半導體分立器件試驗方法》中涉及有“耐濕試驗”。
    其試驗目的是評定電子元器件材料的耐濕性能。
    耐濕試驗的目的是用加速方式評估元器件及其所用材料在炎熱和高濕條件（典型的熱帶環(huán)境）下抗退化效應的能力。
    大多數(shù)炎熱條件下退化現(xiàn)象是直接或間接地由于有缺陷的絕緣材料吸附水蒸汽，或由于金屬和絕緣材料表面變濕而引起的。這種現(xiàn)象會產(chǎn)生多種類型的退化，其中包括金屬的腐蝕、材料成分的變化及電特性變壞。
    耐濕試驗與穩(wěn)態(tài)濕熱試驗不同，它采用溫度循環(huán)來提高試驗效果，其目的在于提供一個凝露和干燥的交替過程，使進入密封外殼內(nèi)的水汽產(chǎn)生“呼吸”作用，從而使腐蝕過程加速。在高溫下，潮氣的影響將更加明顯，增強試驗效果。
    試驗包括一個低溫子循環(huán)，凝結(jié)水汽引起的應力會使裂縫加寬，它能使在其他情況下不宜發(fā)現(xiàn)的退化作用加速顯現(xiàn)。這樣，通過測量電特性（包括擊穿電壓和絕緣電阻）或進行密封試驗就可以揭示該退化現(xiàn)象。

表1說明了溫濕度引起的常見物理現(xiàn)象。

    二、濕熱試驗方法與技術(shù)

    1.試驗條件

    就 GJB 548B—2005《微電子器件試驗方法和程序》中涉及“耐濕試驗”，進行如下探討。樣品應進行10次連續(xù)循環(huán)，每次循環(huán)按照圖1進行。

    2.試驗設備
    耐濕試驗的設備包括能滿足圖 1所示的循環(huán)和公差要求的溫-濕箱，試驗設備主要有濕熱試驗箱。高低溫濕熱試驗箱或 步入式高低溫濕熱試驗室提供一定的高溫高濕環(huán)境以及有測量電性能參數(shù)的電測量系統(tǒng)。
    3.試驗程序
    按圖1的要求對樣品進行試驗。樣品的安裝方式應使它們能暴露在試驗環(huán)境中。
    （1）預處理。在安置樣品進行耐濕試驗之前，器件引線應承受彎曲應力，其條件應符合方法GJB 548B—2005的試驗條件B1的規(guī)定。如果在另一試驗中樣品已進行了所要求的預處理，則不必重復引線彎曲。
    （2）初始檢測。在次循環(huán)的步之前，應在室溫環(huán)境條件下或按照規(guī)定進行初始測量。當有規(guī)定時，初始測量前器件應在干燥箱內(nèi)進行預處理，從干燥箱取出后的 8h 內(nèi)完成初始測量。初始檢測是預處理后，試驗樣品應在試驗的標準大氣條件或有關(guān)標準規(guī)定的條件下達到溫度穩(wěn)定之后，進行外觀檢查、電性能及機械性能檢測。
    （3）循環(huán)次數(shù)。樣品應進行10次連續(xù)循環(huán)，每次都按圖1進行。在完成規(guī)定的循環(huán)次數(shù)之前（不包括后一次循環(huán)），如發(fā)生了不多于一次的意外試驗中斷（如電源中斷或設備故障），可重做該循環(huán)，試驗可以繼續(xù)進行。若在后一次循環(huán)期間出現(xiàn)意外的試驗中斷，除要求重做該循環(huán)外，還要求再進行一次無中斷的循環(huán)。任何中斷超過 24h，都要求從頭至尾重做試驗。
    （4）第 7 步子循環(huán)

    在 10 次循環(huán)中，至少有 5 次循環(huán)期間內(nèi)要進行低溫子循環(huán)。在開始第 7 步后，至少 1h 但不超過 4h，將樣品移出潮濕箱，或降低箱內(nèi)溫度，以便進行低溫子循環(huán)。在低溫子循環(huán)期間，樣品應在

    ℃和不控制濕度的條件下，圖 1所示至少保持3h。若不使用另一個低溫箱，應注意保證樣品在整個周期內(nèi)保持在上述溫度在低溫子循環(huán)后，樣品恢復為25℃，相對濕度（RH）至少為80%，并一直保持到下一個循環(huán)的開始。
    （5）試驗樣品的安裝。試驗樣品在不包裝，不通電，“準備使用”狀態(tài)或按有關(guān)標準規(guī)定的狀態(tài)置于高低溫濕熱試驗箱（步入式高低溫濕熱試驗室）中。試驗樣品之間應有一定距離，不能相互接觸。
    （6）極化電壓和電負載。若適用，極化電壓為直流 100V 或按有關(guān)標準的規(guī)定，負載電壓由有關(guān)標準規(guī)定。
    （7）試驗
    ① 24h循環(huán)。
    步驟一 試驗箱（室）內(nèi)的溫度應在 2.5h 內(nèi)從 25℃±2℃升至 65℃±2℃。在此期間，相對濕度為90%～100%。
    步驟二 在溫度為65℃±2℃及相對濕度為90%～100%條件下保持3h。
    步驟三 試驗箱（室）溫度應在2.5h內(nèi)降至25℃，相對濕度為80%～100%。
    步驟四 從第 8h 開始，試驗箱（室）溫度應在 2.5h 內(nèi)從 25℃升至 65℃±2℃。在此期間，相對濕度為90%～100%。
    步驟五 在溫度為65℃±2℃及相對濕度為90%～100%條件下保持3h。
    步驟六 試驗箱（室）溫度應在2.5h內(nèi)降至25℃±2℃，相對濕度為80%～100%。
    步驟七 在溫度為25℃±2℃，相對濕度為90%～100%條件下持續(xù)至第24h循環(huán)結(jié)束。
    ② 低溫及振動輔助循環(huán)。本輔助循環(huán)試驗，適用于前9個循環(huán)中的任意5個循環(huán)。
    在 24h 循環(huán)進行到第 16h（步驟七結(jié)束）時，試驗箱溫度應在 25℃±2℃、相對濕度為90%～100%條件下至少保持1h，但不超過4h。
    步驟八 低溫 4h，將樣品移出潮濕箱，或降低箱內(nèi)溫度，以便進行低溫子循環(huán)。在低溫子循環(huán)期間，樣品應在-10℃±2℃和不控制濕度的條件下，如圖 1所示至少保持 3h。若不使用另一個低溫箱，應注意保證樣品在整個周期內(nèi)保持在低溫-10℃±2℃子循環(huán)后，樣品應恢復為25℃，相對濕度（RH）至少為80%，并一直保持到下一個循環(huán)的開始。
    雖然沒有規(guī)定箱內(nèi)的溫度變化率，但是，在溫度變化過程中，樣品不應受到箱內(nèi)加熱體的直接熱輻射。箱內(nèi)的空氣每分鐘的換氣量至少等于箱的容積的 5 倍。緊靠樣品的各點和箱體內(nèi)表面上的穩(wěn)態(tài)溫度容差為所規(guī)定溫度的±2℃。對質(zhì)量不大于 11.4kg 的樣品，在試驗箱間的轉(zhuǎn)移時間應少于2min；若使用一箱法，則應在15min內(nèi)達到-10℃。
    （8）終測量。在后一次循環(huán)的第 6 步之后（或在第 10 次循環(huán)期間完低溫子循環(huán)，則在第7步之后），器件應在室溫環(huán)境條件下放置24h，然后按GJB 548B—2005方法1003的試驗條件 A 進行絕緣電阻測試，或在 25℃下進行規(guī)定的終點電測試。電測試可以在放置的24h 期間進行，但是，對于測量失效的樣品，在 24h 放置期間不得進行其他試驗（如密封試驗）。絕緣電阻測試或在 25℃終點測量應在器件移出試驗箱后的 48h 內(nèi)完成。進行絕緣電阻測試時，測得的電阻值不得小于 10MΩ，并且應記錄測試結(jié)果，其數(shù)據(jù)作為終點數(shù)據(jù)的一部分提交。如果把封裝外殼設計成與芯片基板電連接，則不必進行絕緣電阻測試，而應在器件移出試驗箱后的48h內(nèi)完成規(guī)定的25℃終點電測試。還應進行目檢和任何其他規(guī)定的終點電參數(shù)測量。
    （9）元器件出現(xiàn)下列情況應視為失效
    ① 規(guī)定的標志全部或部分脫落、褪色、弄臟、模糊或達到不可辨認的程度。該檢查應在正常室內(nèi)照明和放大1～3倍下進行。
    ② 當放大 10～20 倍觀察時，任何封裝零件（即封蓋、引線或蓋帽）的鍍涂或底金屬被腐蝕的面積超過5%，或封裝零件被腐蝕透。
    ③ 引線脫落、折斷或局部分離。
    ④ 因腐蝕而導致引線之間或引線與金屬外殼之間搭接在一起。
    ⑤ 終點電測試或絕緣電阻測試不合格。
    4.濕熱對電子產(chǎn)品產(chǎn)生的劣化效應
    濕熱對電子設備影響的途徑主要有兩種：一種是表面受潮（吸附式），它通常是由凝露和表面吸附引起的；另一種是體積受潮（即吸入式），它是由水蒸氣擴散和吸收現(xiàn)象所引起的。但有時吸附在設備表面的水分達到一定程度，也會促進體積受潮。由于方式的不同，引起的效應也不同，吸附式以引起設備的非機械特性變化為主。吸入式可使設備發(fā)生機械特性和非機械特性的變化。
    （1）腐蝕作用。腐蝕作用是濕熱的主要效應，主要是加速電解和電化學反應，直接侵蝕設備的保護鍍層，造成表面劣化。腐蝕后，結(jié)構(gòu)強度減弱，機械性能也發(fā)生劣化，活動部分卡死，表面電阻增大，造成電接觸不良。
    （2）物理性能的影響。對濕氣敏感的吸濕材料，如某些塑料零件、紙、紙膠板等，在濕熱的條件下發(fā)生膨脹和形變，導致尺寸的改變，功能的破壞，降低了物理強度。
    （3）電性能的改變。由于水分子的沉積，絕緣材料吸濕后電性能和熱性能受到損壞，使電氣材料及元器件電參數(shù)發(fā)生變化。如絕緣電阻下降，泄漏電流增大，介電常數(shù)增大，介質(zhì)損耗角也增大。耐壓強度下降，在高電壓下易出現(xiàn)飛弧，絕緣體發(fā)生短路、漏電、擊穿等現(xiàn)象，嚴重影響電性能，造成工作不穩(wěn)定，直接縮短設備使用壽命。

    三、強加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗概述

    強加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗（HAST）是通過施加嚴酷的溫度、濕度和偏置條件來加速潮氣穿透外部保護材料（灌裝或密封）或外部保護材料和金屬導體的交接面。此試驗應力產(chǎn)生的失效機理通常與“85℃/85%RH”穩(wěn)態(tài)濕熱偏置壽命試驗相同。試驗方法可以從“85℃/85%RH”穩(wěn)態(tài)壽命試驗或本試驗方法中選擇。在執(zhí)行兩種方法時，“85℃/85%RH”穩(wěn)態(tài)壽命試驗的結(jié)果優(yōu)先于強加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗。此試驗方法應被視為破壞性試驗。
    強加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗常用的標準有 GB/T 4937.4—2012 半導體器件機械和氣候試驗方法第4部分：強加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗（HAST）。
試驗需要一臺能連續(xù)保持規(guī)定的溫度和相對濕度的壓力容器，同時提供電連接，試驗時給器件施加規(guī)定的偏置條件。
    在上升到規(guī)定的試驗環(huán)境和從規(guī)定的試驗環(huán)境下降過程中，壓力容器應能夠提供受控的壓力、溫度和相對濕度條件。推薦記錄每一次試驗循環(huán)的溫度分布，以便驗證應力的有效性。受試器件應以小化溫度梯度的方式安裝。受試器件應放置在箱體內(nèi)距箱體內(nèi)表面至少3cm，且不應受到發(fā)熱體的直接輻射，安裝器件的安裝板應對蒸汽循環(huán)的干擾小。
    應認真選擇安裝板和插座的材料，將污染物的釋放減到少，將由于侵蝕和其他機理造成的退化減到少。
    對試驗設備（插線柜、試驗板、插座、配線儲存容器等）的離子污染進行控制，以避免試驗樣品受到污染。
    試驗時應使用室溫下電阻率小為1×10-4Ω ·m的去離子水。

    四、強加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗方法與技術(shù)

    試驗條件由溫度、相對濕度和器件上施加規(guī)定偏置的持續(xù)時間組成。典型的溫度、相對濕度和持續(xù)時間如表2所示。

    根據(jù)下列準則施加偏置：
    （1）小功率耗散；
    （2）盡可能多地交替施加引出端偏置；
    （3）芯片上相鄰的金屬線之間的電壓盡可能一樣；
    （4）在工作范圍內(nèi)的電壓；

    （5）可采用兩種偏置中任意一種滿足上述原則，并取嚴酷度較高的一種。選擇持續(xù)偏置或循環(huán)偏置的標準和是否記錄芯片溫度超過試驗箱環(huán)境溫度的差值按表3中的規(guī)定。