Zuverlässigkeitstest, der in heißer, feuchter Umgebung, typischerweise bei 85 °C/85 % r. F., Spannung anlegt, um Korrosion und zunehmende Leckströme durch in das Gehäuse eingedrungene Feuchte zu bewerten. Er heißt auch 85/85-Test.
Japanische Bezeichnung: 高温高湿バイアス試験(THB)
„THB (Temperatur-Feuchte-Bias-Test)“ kommt in 2 Übungsfragen aus 2 Themen vor, z. B. Automobilhalbleiter und Funktionale Sicherheit, Zuverlässigkeit.
Fachgebiet: Zuverlässigkeit
THB steht für Temperature Humidity Bias. Die Produkte kommen in eine Klimakammer bei Atmosphärendruck, typischerweise bei 85 °C und 85 % r. F., und werden dort etwa 1000 Stunden mit angelegter Spannung gehalten. Kunststoffgehäuse aus Pressmasse sind nicht hermetisch dicht; Feuchte gelangt daher langsam durch die Pressmasse und entlang der Grenzflächen zwischen Pressmasse und Leadframe bis zum Die. Liegt dort Spannung an, laufen elektrochemische Reaktionen ab, und Ausfälle werden beschleunigt. Vor, während und nach dem Test werden die elektrischen Eigenschaften gemessen, um steigende Leckströme oder Funktionsausfälle zu erkennen.
Hauptziel ist die Korrosion von Aluminium-Bondpads und Leiterbahnen. Lösen sich Chlorid oder andere ionische Verunreinigungen in der Feuchte, schreitet die Korrosion viel schneller voran. Zwischen benachbarten Leitern unter Spannung kann außerdem Ionenmigration auftreten: Metall löst sich als Ionen, wandert und scheidet sich als Dendriten ab, die Kurzschlüsse verursachen. Risse und Defekte in der Passivierungsschicht werden zu Feuchtepfaden, und Delamination zwischen Pressmasse und Die oder Leadframe beschleunigt das Eindringen. Auch zunehmende Leckströme entlang der Die- oder Gehäuseoberfläche werden bewertet.
HAST (hochbeschleunigter Stresstest) nutzt ungesättigten Dampf bei etwa 110 bis 130 °C in einem Druckbehälter und beschleunigt feuchtebedingte Ausfälle stärker als THB. Der häufig verwendete HAST bei 130 °C/85 % r. F. über 96 Stunden dient als Ersatz für THB bei 85 °C/85 % r. F. über 1000 Stunden. HAST liefert schnell Ergebnisse, doch die höhere Temperatur kann die Eigenschaften der Pressmasse verändern und Ausfälle hervorrufen, die im Einsatz nicht auftreten würden. THB läuft bei einer niedrigeren, realen Umgebungen näheren Temperatur und dauert deshalb länger. Welcher Test verwendet wird, hängt vom anzuwendenden Standard und Vereinbarungen mit dem Kunden ab.
Die Spannung wird so angelegt, dass zwischen benachbarten Pins möglichst viel Spannung anliegt, während die Verlustleistung gering bleibt. Erwärmt sich der Die, steigt seine Oberflächentemperatur, und die lokale relative Feuchte sinkt, sodass feuchtebedingte Ausfälle unwahrscheinlicher werden. Deshalb werden Verfahren wie das abwechselnde Belegen der Pins mit Versorgung und Masse oder intermittierendes Anlegen der Spannung genutzt. Um aus den Ergebnissen die Lebensdauer im Feld abzuschätzen, werden Modelle wie das Peck-Modell verwendet, das den Feuchteterm als Potenz der relativen Feuchte (mit einem Exponenten um 3) und den Temperaturterm in Arrhenius-Form ausdrückt.
Antwort: A. Weil Ausfälle wie Korrosion durch eindringende Feuchtigkeit beschleunigt werden und sich ein 1000-Stunden-Test auf etwa 100 Stunden verkürzen lässt
HAST (Highly Accelerated Stress Test) ist ein Verfahren, bei dem bei Temperaturen über 100 °C unter Druck und bei hoher Luftfeuchte geprüft wird. Durch höhere Temperatur und höheren Wasserdampfdruck gelangt Feuchtigkeit schneller durch die Kunststoffmasse des Gehäuses zum Chip, sodass Elektrodenkorrosion, ein Anstieg der Leckströme u. Ä. beschleunigt werden. Üblicherweise entsprechen z. B. etwa 96 Stunden bei 130 °C und 85 % RH einer Bewertung über 1000 Stunden bei 85 °C und 85 % RH. Mit Soft Errors oder dem trockenen Zustand hat das nichts zu tun.
Antwort: C. Korrosion von Elektroden und Anstieg des Leckstroms durch eingedrungene Feuchtigkeit
Wird in einer Umgebung mit hoher Temperatur und Feuchte Spannung angelegt, kommt es durch ins Gehäuse eingedrungene Feuchtigkeit und Verunreinigungsionen zu Korrosion von Aluminiumpads und Ionenwanderung, was Leckstromanstieg und Leitungsunterbrechungen bewirkt. THB läuft bei 85 °C/85 % rF etwa 1000 Stunden, HAST beschleunigt das Eindringen von Feuchtigkeit mit unter Druck stehendem Wasserdampf um 130 °C und bewertet die Feuchtebeständigkeit in kurzer Zeit von etwa 100 Stunden. Soft Errors und Taktverzögerung sind Gegenstand anderer Tests.
Es bezeichnet die Testbedingungen 85 °C und 85 % relative Feuchte. THB läuft unter diesen Bedingungen oft etwa 1000 Stunden mit angelegter Spannung, weshalb er auch 85/85-Test heißt.
Beide legen bei hoher Temperatur und Feuchte Spannung an, aber THB läuft bei 85 °C und Atmosphärendruck etwa 1000 Stunden, während HAST Dampf unter Druck bei etwa 110 bis 130 °C nutzt, um in etwa 100 bis 300 Stunden eine vergleichbare Bewertung zu erreichen.
Erwärmt sich der Die, vertreibt er die Feuchte und senkt die relative Feuchte an seiner Oberfläche, sodass feuchtebedingte Korrosion und Ionenmigration unwahrscheinlicher werden. Die Beschaltung wird so gewählt, dass Spannung anliegt und die Eigenerwärmung klein bleibt.
THB läuft bei 85 °C/85 % rF etwa 1000 Stunden, HAST beschleunigt das Eindringen von Feuchtigkeit mit unter Druck stehendem Wasserdampf um 130 °C und bewertet die Feuchtebeständigkeit in kurzer Zeit von etwa 100 Stunden.
Welcher Ausfall wird mit dem Test unter hoher Temperatur un…HAST (hochbeschleunigter Stresstest) Arrhenius-Modell Badewannenkurve Elektromigration ESD (elektrostatische Entladung) FIT Hochtemperatur-Lagertest (HTS) Hot-Carrier-Injektion (HCI) HTOL (Hochtemperatur-Betriebslebensdauertest) Latch-up