HTOL・THB・HAST・温度サイクル・高温放置試験の違い：条件・目的・故障モードを比較

どんなときに使うか

HTOL

新しい製品や製造工程の変更で、チップの設計と工程が狙いの寿命と故障率を満たすかを確かめたいとき。結果はアレニウスモデルなどで実使用の条件に換算しますが、仮定する活性化エネルギーによって大きく変わるため、目安として扱います。

高温高湿バイアス試験(THB)

樹脂で封止したパッケージの耐湿性を、実際の環境に近い温度で確かめたいとき。1000時間程度かかりますが、HASTのような高い温度に特有の故障を避けられます。

HAST

耐湿性の評価を短い期間で済ませたいとき。例えば130 ℃・85%RHで96時間程度の試験が、85 ℃・85%RHで1000時間のTHBの代わりに使われます。どちらを使うかは、適用する規格や顧客との取り決めで決めます。

温度サイクル試験

はんだ接合部、ワイヤ接合部、封止樹脂とチップの界面など、材料の熱膨張の差によるひずみが心配なとき。温度の変化が大きい車載などの用途や、チップやパッケージが大きくひずみが大きくなる製品で重要です。

高温放置試験

ワイヤボンディングの接合部での金属間化合物の成長や、不揮発性メモリのデータ保持など、温度だけで進む劣化を、電圧の影響と切り分けて確かめたいとき。

認定試験での組み合わせ

故障の種類ごとに効くストレスが違うため、製品の認定ではこれらを組み合わせ、一般に試験ごとに別の試料を用意して並行して行います。湿度を使う試験(THB・HAST)や温度サイクル試験の前には、吸湿させてからリフローと同じ熱を加える前処理(プリコンディショニング)をすることが多く、実装の熱を受けたあとの状態で評価します。どの試験も、途中と終了後に電気的特性を測って合否を判定します。

理解度チェック

1. 車載用ICの認定試験で、85 ℃・85%RHで1000時間行う高温高湿バイアス試験(THB)の代わりに、HAST(130 ℃・85%RH程度の加圧した水蒸気中でバイアスをかける試験)が使われることがある主な理由はどれか。
2. 温度サイクル試験で主に評価する故障はどれか。
3. 高温高湿試験の結果から実使用の寿命を推定するとき、湿度の影響を相対湿度のべき乗で表すモデルとしてよく使われるものはどれか。
4. 温度サイクルによるはんだ接合の疲労寿命を、温度変化の幅(ひずみの大きさ)と繰り返しの回数の関係で表すモデルはどれか。
5. 車載用の集積回路の信頼性試験の基準として広く使われている規格はどれか。

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関連する用語の解説

HTOL(高温動作寿命試験)

製品を高温で電圧をかけて長時間動作させ、チップの寿命や故障率を加速して評価する信頼性試験。例えば125 ℃前後で1000時間行う条件が代表的。

高温高湿バイアス試験(THB)

一般に85 ℃・85%RHの高温高湿の環境で電圧をかけ、パッケージに侵入した水分による腐食やリーク電流の増加を評価する信頼性試験。85/85試験とも呼ばれる。

HAST(高度加速ストレス試験)

100 ℃を超える温度と高い湿度の加圧した水蒸気中でバイアスをかけ、耐湿性を短時間で評価する試験。例えば130 ℃・85%RHの96時間で、85 ℃・85%RHで1000時間の高温高湿バイアス試験(THB)に相当する評価とされる。

温度サイクル試験

高温と低温を繰り返し加え、材料の熱膨張係数の違いによるはんだ接合部の疲労や、パッケージのクラック・剥離を評価する信頼性試験。

高温放置試験(高温保存試験)

電圧をかけずに製品を高温に置き続け、ワイヤボンディング接合部の劣化や不揮発性メモリのデータ保持などを評価する信頼性試験。HTSやHTSLとも呼ばれる。

バーンイン

高温・高電圧などのストレスを加えて動作させ、初期故障を起こしやすい製品を出荷前に取り除く試験。

アレニウスモデル

反応や劣化の速さが温度に対して exp(−Ea/kT) で変わるとするモデル。温度を上げた加速試験の結果から、実際の使用温度での寿命を推定するのに使う。

バスタブ曲線

故障率の時間変化を表す曲線。初期故障期・偶発故障期・摩耗故障期からなり、浴槽のような形になる。

AEC-Q100

自動車用電子部品評議会(AEC)が定めた、車載用集積回路の信頼性認定試験の基準。動作温度のグレードがあり、グレード1は−40〜125 ℃、グレード0は−40〜150 ℃。ディスクリート半導体はAEC-Q101、受動部品はAEC-Q200が対象。

MSL(吸湿感度レベル)

表面実装部品の吸湿しやすさの等級で、JEDECの規格(J-STD-020)で定められる。防湿袋の開封からリフローまでに許される時間(フロアライフ)を表し、MSL 3では30 ℃・60%RH以下で168時間。期限を過ぎた部品はベーキングで乾燥させてから実装する。

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