一、概述

     濕熱試驗包括穩態濕熱試驗和耐濕試驗，對電子元器（qì）件可靠性考核一般進行耐濕試驗。
    目前，與（yǔ）元器件相關的耐濕試驗常用標準有以下幾種：
    GJB 360B—2009《電子及電（diàn）氣元件試（shì）驗方法》中涉及濕熱試（shì）驗的有“穩態濕熱試驗（yàn）”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（shì）驗”。
    在GJB 128A—1997《半導體分（fèn）立器件試驗方法》中涉及有“耐濕試驗”。
    其試驗（yàn）目的是評定電子元器件材料的耐濕性能。
    耐濕試驗的目（mù）的是用加速方式評估元（yuán）器件及其所用材（cái）料在炎熱和高濕條件（典（diǎn）型的熱帶環境）下抗退化效應的能力（lì）。
    大多數炎熱（rè）條件下退化現象（xiàng）是直接或（huò）間接地由於有缺（quē）陷（xiàn）的絕緣材料吸附水（shuǐ）蒸汽，或由於（yú）金屬和絕緣材料表（biǎo）麵變濕（shī）而引起的。這種現象（xiàng）會產（chǎn）生多種類（lèi）型的退化，其中包括（kuò）金屬的腐蝕、材料（liào）成（chéng）分的變化及電特性變壞。
    耐濕試驗與（yǔ）穩態濕熱（rè）試驗（yàn）不同，它采用溫度循（xún）環（huán）來提高試驗效（xiào）果，其目（mù）的在（zài）於提（tí）供一個凝露和幹（gàn）燥的交替（tì）過程，使進入密封外殼內的水汽產生“呼（hū）吸”作用，從而使腐蝕過程加（jiā）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，凝結水汽引（yǐn）起的應力會使裂縫加寬，它能使在其他情況下不宜發現的退化作用加速（sù）顯現（xiàn）。這樣，通過測量電特性（包括擊穿電壓和絕緣電阻）或（huò）進行密封試驗就可以揭示該退化現象（xiàng）。

表1說明了溫濕度（dù）引起的常（cháng）見物（wù）理現象。

    二、濕熱試驗方（fāng）法與技術

    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次連續循（xún）環，每次循環（huán）按照圖1進行。

    2.試驗設備
    耐濕試驗的設備（bèi）包括能滿足圖 1所示（shì）的循環和公（gōng）差要求的溫-濕箱，試驗設備主要有濕熱試（shì）驗（yàn）箱。高低溫濕熱試驗箱（xiāng）或 步入（rù）式高低溫濕熱試驗室提（tí）供一定的高溫高濕環境以及有測量電性能參數的電測（cè）量係（xì）統（tǒng）。
    3.試驗程序
    按圖1的要求對樣品進行試驗（yàn）。樣品的安裝方式應使它們能暴露在試（shì）驗環境中。
    （1）預處理。在安置樣品進行耐濕試（shì）驗之前，器件引線應承受（shòu）彎（wān）曲（qǔ）應力，其條（tiáo）件應符合方法（fǎ）GJB 548B—2005的試驗（yàn）條件B1的規定。如果在（zài）另一試驗中樣品已進行了所要求的預處理，則不必重（chóng）複引線彎曲。
    （2）初始檢測。在次循環的（de）步（bù）之前，應在室溫環境條件下或按照（zhào）規（guī）定進行（háng）初始測量。當有規定時，初始測量（liàng）前器件應（yīng）在幹燥箱內進行預處理，從幹燥（zào）箱取出後的 8h 內完成初始測量。初始檢測是預處（chù）理後，試驗樣品應在試驗（yàn）的標準大氣條件或有關標準（zhǔn）規定的條件下達到溫度穩定之後，進行外觀檢查、電性能及機械性能檢測。
    （3）循環（huán）次數。樣品（pǐn）應進行10次連續循（xún）環，每次都按圖1進行。在完（wán）成規（guī）定的循環次數之前（qián）（不包括後一次循環），如發生了不多於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，試驗可以繼續進行。若在後一次循環期間出現意外的試驗中斷，除要求重做該循環外，還要求再進行一次無中斷的循環。任（rèn）何中斷超過（guò） 24h，都要求從（cóng）頭至尾重做試驗。
    （4）第 7 步子（zǐ）循環

    在（zài） 10 次（cì）循環（huán）中，至（zhì）少有 5 次循環（huán）期間內（nèi）要進行低（dī）溫子循（xún）環（huán）。在開（kāi）始第 7 步後，至少 1h 但不超過 4h，將樣品移（yí）出潮濕（shī）箱，或降低箱內溫度，以便進行低溫子循環。在低溫子循（xún）環期間（jiān），樣品應在（zài）

    ℃和不控製濕度的條（tiáo）件下，圖 1所示至少保持3h。若（ruò）不使用另一（yī）個低溫箱，應（yīng）注意保證樣品在整個周期內保持在上述溫度在（zài）低溫子循環後，樣品恢複為25℃，相對濕度（RH）至少為80%，並一直保（bǎo）持到下一個循環的開始（shǐ）。
    （5）試驗樣品的安裝。試驗樣品在不包裝，不通（tōng）電，“準備使（shǐ）用”狀態或按有關標準規定的狀態置（zhì）於高（gāo）低溫（wēn）濕熱試驗箱（步入式高低溫濕熱試驗室）中。試驗樣品之間（jiān）應有一定距離，不（bú）能相互接觸。
    （6）極化電（diàn）壓和電（diàn）負載。若適（shì）用，極化電壓為直流 100V 或按有關（guān）標準的規定，負載（zǎi）電（diàn）壓（yā）由有（yǒu）關標準規定。
    （7）試（shì）驗
    ① 24h循環。
    步驟一 試驗箱（室）內的溫度應（yīng）在 2.5h 內從（cóng） 25℃±2℃升至 65℃±2℃。在此期（qī）間，相對（duì）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內降（jiàng）至25℃，相對濕（shī）度為80%～100%。
    步驟四 從第 8h 開始，試驗箱（室）溫度應在 2.5h 內從 25℃升至（zhì） 65℃±2℃。在此期間，相對濕度為90%～100%。
    步驟五（wǔ） 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（yàn）箱（室）溫度應在2.5h內降（jiàng）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%條件下持續至第24h循環結束。
    ② 低溫及振動輔（fǔ）助（zhù）循環（huán）。本輔助（zhù）循環試驗，適用於前9個循環中的任意5個循環。
    在 24h 循環進行到第 16h（步驟七結束（shù））時，試驗箱（xiāng）溫度應在 25℃±2℃、相對濕度（dù）為90%～100%條件下至少保（bǎo）持1h，但不超過4h。
    步（bù）驟八 低溫 4h，將樣品移出潮濕箱，或降低箱內溫度，以便進行低溫子循環。在低溫子循環期間，樣品應在-10℃±2℃和不控製濕度的條件下，如圖 1所示至少保持 3h。若不使用另（lìng）一個低溫箱，應注意保證樣品在整個周（zhōu）期（qī）內（nèi）保持在低溫-10℃±2℃子循環後，樣品應恢複為25℃，相對濕度（RH）至少為80%，並一直保持（chí）到下一個循環的開始。
    雖然沒有規定箱內的溫度（dù）變化率，但是，在溫度變（biàn）化過（guò）程中（zhōng），樣品不應受到箱內加熱體的直接熱輻射。箱內的空（kōng）氣每分鍾的換氣量至少等於（yú）箱（xiāng）的容（róng）積的 5 倍。緊靠樣品的各點和箱（xiāng）體內表麵上的（de）穩態溫度容差為所（suǒ）規定溫度的±2℃。對質量不大於 11.4kg 的樣品，在試驗（yàn）箱間（jiān）的轉移時間應少於2min；若使用一（yī）箱法，則應在15min內達到-10℃。
    （8）終測量。在後一次（cì）循環的第 6 步之後（或在第 10 次循環期間完低溫子（zǐ）循環，則在第7步之後），器件應在室溫環境條件下放置24h，然後按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（háng）規定的終點電測試。電測試可以在放（fàng）置的24h 期間進行，但是，對於測量失效的樣品，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（qì）件移出試驗箱（xiāng）後的 48h 內完（wán）成。進行絕緣電阻（zǔ）測（cè）試時，測得的電阻值不得小於 10MΩ，並且應記錄測試結果，其數據作為終點數據（jù）的（de）一（yī）部分提交。如果把封裝外殼設計成與芯片基板電（diàn）連接（jiē），則不必進（jìn）行絕緣電（diàn）阻測試，而應在器件移出試驗箱後的48h內完成（chéng）規定的25℃終點電測（cè）試。還應進行目檢和任何其他規定的終點電參數測量。
    （9）元器件出現下列情況應視為失效
    ① 規定的標誌全部或部分脫落、褪（tuì）色、弄髒（zāng）、模糊（hú）或（huò）達到不可辨認的程度（dù）。該檢查應在正常（cháng）室內照明和放（fàng）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（gài）帽）的鍍塗或底金屬被（bèi）腐蝕的麵（miàn）積（jī）超過5%，或封裝零（líng）件被（bèi）腐蝕透。
    ③ 引線脫落、折斷或局部分離。
    ④ 因（yīn）腐蝕而導致引線之間或引線與金（jīn）屬外（wài）殼之間搭接在一起。
    ⑤ 終點電測試（shì）或絕（jué）緣電阻測試不（bú）合格（gé）。
    4.濕熱對電子產品產生（shēng）的劣化（huà）效應（yīng）
    濕熱對（duì）電子設備影響的途徑主要有兩種：一種是表麵受潮（cháo）（吸附式），它（tā）通常是由凝露和表麵吸附引起的；另一種（zhǒng）是體積受潮（即吸入式），它是由水蒸氣擴散（sàn）和吸收現象所引起的。但有時吸附在設備表麵的水分達到一定程度，也會促進體（tǐ）積受潮。由於方式的不同，引起的效應也不同，吸（xī）附式以引起設備的非機械特性變化為主。吸入式可使設備發生機械特（tè）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（yào）是（shì）加速電解和電化學反應，直接侵蝕（shí）設備的保護鍍（dù）層，造成表麵劣化（huà）。腐蝕後，結構強度減弱（ruò），機械性能也發生（shēng）劣化（huà），活（huó）動部分卡（kǎ）死，表麵電阻增大，造成電（diàn）接觸不良。
    （2）物理性能的影（yǐng）響。對濕氣敏感的吸濕材料，如（rú）某些塑料零件、紙、紙膠板等，在濕熱的（de）條件（jiàn）下（xià）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。由於水（shuǐ）分子的沉積，絕緣材料吸濕後（hòu）電性能和熱性能受到損壞，使電（diàn）氣材料及元器件電參數發生（shēng）變化。如絕緣電阻下降，泄漏電流增大（dà），介電常數（shù）增大，介質損耗角也增大（dà）。耐壓強度下降，在高電壓下易（yì）出現飛弧，絕緣體發生短路、漏電、擊（jī）穿等現象，嚴重影響電性能，造成（chéng）工作不穩定，直接縮短設備使用壽（shòu）命。

    三、強加（jiā）速穩態濕（shī）熱試驗（yàn）概（gài）述

    強（qiáng）加速穩態濕熱試驗（HAST）是通過施加嚴酷的溫度、濕度和偏置條件來加速潮（cháo）氣穿透外部保護材（cái）料（灌裝（zhuāng）或密封）或外部保護材（cái）料和金屬導體的（de）交接（jiē）麵。此（cǐ）試驗應力產生的失效機理通（tōng）常與“85℃/85%RH”穩態濕熱偏（piān）置（zhì）壽命試驗（yàn）相同（tóng）。試驗方法可（kě）以從“85℃/85%RH”穩態壽命試驗或本試驗方法中選擇（zé）。在執行兩種方法時，“85℃/85%RH”穩態壽命試驗的結（jié）果優先於強加速穩態濕熱（rè）試驗。此試（shì）驗方法應被視為破壞性試驗。
    強加速穩態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：強加速穩態濕（shī）熱試驗（HAST）。
試驗需要一台能連續保持規（guī）定的溫度和（hé）相對濕度的壓力容器，同時提（tí）供電連（lián）接，試驗時給器件施加規定（dìng）的偏置條件。
    在上升到規定的試驗環境和從規定的試驗環境下降過程中，壓力容器應能夠（gòu）提供受控的壓力、溫度和相對濕度條件。推薦（jiàn）記錄每一次試驗循環的（de）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距箱體內表麵至少3cm，且不應受到發熱體的直接（jiē）輻射，安裝器件的安裝板應對蒸（zhēng）汽循環的幹擾小。
    應認真選擇安裝板和插（chā）座的材料，將汙染物的釋放減到少，將由於侵蝕（shí）和其他機理造成的退化減到少。
    對試驗設備（插線櫃、試驗板、插座、配線儲存容器等）的離子汙（wū）染進行控製（zhì），以避免試驗樣品受到汙染。
    試驗時（shí）應使用室溫下電阻率小為1×10-4Ω ·m的去離子（zǐ）水。

    四、強加速穩態濕熱試驗方法與技術

    試驗條件由溫度、相對濕度和器件上施加（jiā）規定偏置的持續時間組成。典型的溫度、相（xiàng）對濕度和持（chí）續時間如（rú）表2所示。

    根據下列準則施加偏置（zhì）：
    （1）小功率耗散；
    （2）盡可能多地交（jiāo）替施（shī）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）在工作範圍內的電壓；

    （5）可采用兩種偏置中任意（yì）一種滿足上述原則，並取嚴酷度較高的一種。選擇持續偏置（zhì）或循環偏置的標準和是（shì）否記錄芯片溫度超過試驗（yàn）箱環境（jìng）溫度的差值按表3中（zhōng）的規定。