Betrouwbaarheidstest die in een hete, vochtige omgeving, typisch 85 °C/85% RV, spanning aanlegt om corrosie en toenemende lekstroom te beoordelen die ontstaan door vocht dat de package binnendringt. Ook de 85/85-test genoemd.
Japanse benaming: 高温高湿バイアス試験(THB)
“THB (temperatuur-vochtigheid-biastest)” komt voor in 2 oefenvragen uit 2 onderwerpen, bijv. Halfgeleiders voor auto's en functionele veiligheid, Betrouwbaarheid.
Vakgebied: Betrouwbaarheid
THB staat voor temperature humidity bias. Producten worden in een klimaatkast bij atmosferische druk geplaatst, typisch bij 85 °C en 85% RV, en daar ongeveer 1000 uur met aangelegde spanning gehouden. Kunststof packages die met mold compound zijn ingegoten, zijn niet hermetisch, zodat vocht langzaam door de mold compound en langs de grensvlakken tussen mold compound en leadframe de die bereikt. Staat daar spanning op, dan verlopen er elektrochemische reacties en worden storingen versneld. Voor, tijdens en na de test worden de elektrische eigenschappen gemeten om stijgende lekstroom of functionele storingen op te sporen.
Het belangrijkste doel is corrosie van aluminium bondpads en verbindingen. Lossen chloride of andere ionische verontreinigingen op in het vocht, dan verloopt de corrosie veel sneller. Tussen naburige geleiders onder spanning kan ook ionenmigratie optreden: metaal lost op als ionen, migreert en slaat neer als dendrieten die kortsluiting veroorzaken. Scheuren en defecten in de passivatielaag worden paden voor vocht, en delaminatie tussen mold compound en die of leadframe versnelt het binnendringen. Ook toenemende lekstroom langs het oppervlak van de die of de package wordt beoordeeld.
HAST (highly accelerated stress test) gebruikt onverzadigde stoom van ongeveer 110 tot 130 °C in een drukvat en versnelt vochtgerelateerde storingen sterker dan THB. De veelgebruikte HAST bij 130 °C/85% RV gedurende 96 uur dient als vervanging voor THB bij 85 °C/85% RV gedurende 1000 uur. HAST levert snel resultaten, maar de hogere temperatuur kan de eigenschappen van de mold compound veranderen en storingen veroorzaken die in gebruik niet zouden optreden. THB draait bij een lagere temperatuur die dichter bij reële omgevingen ligt en duurt daardoor langer. Welke wordt gebruikt, hangt af van de toepasselijke standaard en afspraken met de klant.
De bias wordt zo aangelegd dat er zoveel mogelijk spanning tussen naburige pinnen staat, terwijl het gedissipeerde vermogen laag blijft. Warmt de die op, dan stijgt zijn oppervlaktetemperatuur en daalt de lokale relatieve vochtigheid, waardoor vochtgerelateerde storingen minder waarschijnlijk worden. Daarom worden methoden gebruikt zoals voeding en massa afwisselend over de pinnen verdelen of de spanning met tussenpozen aanleggen. Om uit de resultaten de levensduur in het veld te schatten, worden modellen zoals het model van Peck gebruikt, dat de vochtterm uitdrukt als de relatieve vochtigheid tot een macht van ongeveer 3 en de temperatuurterm in Arrheniusvorm.
Antwoord: A. Defecten zoals corrosie door binnendringend vocht worden versneld, waardoor een test van 1000 uur kan worden ingekort tot circa 100 uur
HAST (Highly Accelerated Stress Test) is een methode waarbij bij temperaturen boven 100 °C druk wordt aangelegd en onder behoud van een hoge vochtigheid wordt getest. Door temperatuur en waterdampspanning te verhogen bereikt vocht sneller via de kunststof van de behuizing de chip, zodat corrosie van elektroden, toename van lekstroom enzovoort kunnen worden versneld. Zo is het gebruikelijk om bij 130 °C/85%RH in circa 96 uur een beoordeling uit te voeren die overeenkomt met 1000 uur bij 85 °C/85%RH. Het heeft niets te maken met de beoordeling van soft errors of van een droge toestand.
Antwoord: C. Corrosie van elektroden en toename van de lekstroom door binnendringend water
Als in een omgeving met hoge temperatuur en hoge vochtigheid spanning wordt aangelegd, treden door in de behuizing gedrongen water en onzuiverheidsionen corrosie van aluminium pads en ionenmigratie op, wat leidt tot meer lekstroom en onderbrekingen. THB duurt ca. 1000 uur bij 85 °C/85 % RV, en HAST versnelt het binnendringen van water met onder druk gezette waterdamp van ca. 130 °C en beoordeelt de vochtbestendigheid in een korte tijd van ca. 100 uur. Soft errors en klokvertraging worden met andere tests onderzocht.
Het verwijst naar de testcondities 85 °C en 85% relatieve vochtigheid. THB draait onder deze condities vaak ongeveer 1000 uur met aangelegde spanning, en wordt daarom ook de 85/85-test genoemd.
Beide leggen spanning aan bij hoge temperatuur en vochtigheid, maar THB draait bij 85 °C en atmosferische druk gedurende ongeveer 1000 uur, terwijl HAST stoom onder druk van ongeveer 110 tot 130 °C gebruikt om in ongeveer 100 tot 300 uur tot een vergelijkbare beoordeling te komen.
Warmt de die op, dan drijft hij het vocht weg en verlaagt hij de relatieve vochtigheid aan zijn oppervlak, waardoor vochtgerelateerde corrosie en ionenmigratie minder waarschijnlijk worden. De biascondities worden zo gekozen dat er spanning staat terwijl de eigen opwarming klein blijft.
HAST (highly accelerated stress test) Arrheniusmodel Badkuipcurve (bathtub curve) Elektromigratie ESD (elektrostatische ontlading) FIT Hot-carrierinjectie (HCI) HTOL (high temperature operating life) Latch-up MTTF (gemiddelde tijd tot uitval)