一、概（gài）述

     濕熱試（shì）驗（yàn）包括穩態（tài）濕（shī）熱試驗和耐濕試驗，對電（diàn）子元器件可靠性考核一般（bān）進行耐濕試驗。
    目前，與元器件相關（guān）的耐濕試（shì）驗常（cháng）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（yàn）的有“穩態濕熱試驗（yàn）”和“耐濕（shī）試（shì）驗”。
    GJB 548B—2005《微電子器件試驗方法（fǎ）和程（chéng）序（xù）》中涉及“耐濕試驗”。
    在GJB 128A—1997《半導體分立器件（jiàn）試驗方法》中涉及有“耐（nài）濕試驗”。
    其試驗目的（de）是評定電子元器件材料的耐濕性能（néng）。
    耐濕試驗的目的是用加速方式評估元器件及其所（suǒ）用材料在炎熱和高濕條件（典型的熱帶環境（jìng））下抗退（tuì）化效（xiào）應的（de）能力。
    大多數炎（yán）熱條件下（xià）退化現象是直接或間接地由於有缺陷的絕緣材料（liào）吸附水蒸汽，或由（yóu）於金屬和絕緣材料表麵變濕而引（yǐn）起的。這種現象會產生多種類型的退化，其中包括金屬的腐蝕、材料（liào）成分的變化及電特性變壞。
    耐濕試驗與穩態濕熱試驗不（bú）同，它采用溫度循環來提高試驗效果，其目（mù）的在於提供一個（gè）凝露和幹（gàn）燥的交替過程，使進（jìn）入密封外（wài）殼內的水汽產生“呼吸”作（zuò）用，從而使腐蝕過程加速。在高（gāo）溫下，潮氣的影響將更（gèng）加明顯，增強試驗效果（guǒ）。
    試驗包括（kuò）一個低溫子循環，凝（níng）結水汽引起的應力會使（shǐ）裂縫加寬，它能使在其他情況（kuàng）下不宜發現的退化作用加速（sù）顯現。這樣，通過測量電（diàn）特性（包括擊穿電壓和絕（jué）緣電阻）或進行密封試驗就（jiù）可以揭示該退化現象（xiàng）。

表1說明了溫濕度引起的常見物理現象。

    二、濕熱試驗（yàn）方法與（yǔ）技術

    1.試驗（yàn）條件

    就 GJB 548B—2005《微（wēi）電子器件試驗方法和程（chéng）序》中（zhōng）涉及“耐濕試驗”，進（jìn）行如下探討。樣品應進行（háng）10次連續循環，每（měi）次循環按照圖1進行。

    2.試驗設備（bèi）
    耐濕試驗的設備（bèi）包括（kuò）能滿足圖 1所示的循環和公差要求（qiú）的溫-濕箱，試驗設備主要有（yǒu）濕熱試（shì）驗箱。高低溫濕熱試驗箱（xiāng）或 步入式高低溫濕熱試驗室提供一定的高溫高濕環境以及有測量（liàng）電（diàn）性（xìng）能參數的電測量（liàng）係統。
    3.試驗程序
    按圖1的要求對樣品進行試驗。樣品的（de）安裝方式應使它們（men）能（néng）暴露在試驗環境中。
    （1）預處（chù）理。在安（ān）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（yīng）符合方法GJB 548B—2005的（de）試（shì）驗條件B1的規定。如果在另一試（shì）驗中樣品已（yǐ）進行了所要求（qiú）的（de）預處理，則不必重（chóng）複引線彎曲。
    （2）初始檢測。在次（cì）循（xún）環的步之前，應在室溫環境條件下或按（àn）照規定進行（háng）初始測量。當（dāng）有規定時，初始測量前器件應在幹燥箱內進行預處理（lǐ），從幹燥箱取出後的 8h 內完成初始測量。初始檢測是預處理後，試驗樣品（pǐn）應在（zài）試驗的標（biāo）準大氣條件（jiàn）或有關標準規（guī）定的條件下達到溫度穩定之後，進（jìn）行外觀（guān）檢查、電性能及機械（xiè）性能檢測。
    （3）循環（huán）次數。樣品應進行10次連續循環，每次都按圖1進行。在完成規定的循環次數之前（不包括（kuò）後一次（cì）循環），如發生了不（bú）多於一次的意外試驗中斷（如電源中斷或設備故障），可重做（zuò）該循環，試驗可以（yǐ）繼續進行。若在後一次循環期間出現意外的（de）試驗中斷，除要求重做該循環外，還要求再進行一次（cì）無中（zhōng）斷的循環。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

    在 10 次循環中，至（zhì）少有 5 次循環期間內要進行低溫子循環。在開始第 7 步（bù）後，至少 1h 但不超過 4h，將樣品移出潮濕箱，或降低箱內溫度，以便進（jìn）行低溫子循環（huán）。在低溫子循環期間，樣品應在

    ℃和（hé）不（bú）控（kòng）製濕度的條件下，圖 1所示至少（shǎo）保持3h。若不使用（yòng）另一個低溫箱，應注意保證樣品在整個周期內保持在上述溫度在低（dī）溫子循環後，樣（yàng）品恢複為25℃，相對濕度（RH）至少為80%，並一直（zhí）保持到下一個循環的開始。
    （5）試（shì）驗樣品的安裝。試（shì）驗樣品在不包裝，不通電，“準備使用”狀態或按有關（guān）標準規定的（de）狀態置於高低溫濕熱試驗箱（步入式高低溫濕（shī）熱試驗室）中。試（shì）驗樣（yàng）品之間（jiān）應有一定距離，不能（néng）相互（hù）接觸。
    （6）極化電壓和電負載（zǎi）。若適（shì）用，極化電壓（yā）為直流 100V 或按有關（guān）標（biāo）準的規定，負（fù）載電壓由有關標準規定。
    （7）試驗
    ① 24h循環。
    步驟一 試驗箱（xiāng）（室）內的溫度應在 2.5h 內從 25℃±2℃升至 65℃±2℃。在此期間，相對濕度（dù）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（xiāng）（室）溫（wēn）度應在2.5h內降至25℃，相對濕度（dù）為80%～100%。
    步驟四 從（cóng）第 8h 開始，試驗箱（室）溫度應在 2.5h 內從 25℃升至 65℃±2℃。在此期（qī）間，相對（duì）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（zhòu）六 試驗箱（室）溫（wēn）度應在2.5h內降至25℃±2℃，相對濕度為80%～100%。
    步（bù）驟（zhòu）七 在溫度為25℃±2℃，相（xiàng）對濕度為90%～100%條件下持續至（zhì）第24h循環結束。
    ② 低溫及振動（dòng）輔助循環。本輔助（zhù）循環試驗，適用於前（qián）9個循環中（zhōng）的任意5個循環。
    在（zài） 24h 循環進行（háng）到第 16h（步驟七結束）時，試（shì）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（yí）出潮濕箱，或降低箱內溫度，以便進行低溫子（zǐ）循環（huán）。在低溫子循環期間，樣品應在-10℃±2℃和不（bú）控製濕度的條（tiáo）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（zhèng）樣品（pǐn）在整個周期內（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%，並一直保持到下一個循環（huán）的開始。
    雖然沒有規（guī）定箱內的溫度變化率，但（dàn）是，在溫度變化過程中，樣品（pǐn）不應受到箱內加熱體（tǐ）的直接熱輻射。箱內的（de）空氣（qì）每分鍾的（de）換氣（qì）量至少等（děng）於箱的容積的 5 倍。緊靠樣（yàng）品的各點和箱（xiāng）體內表（biǎo）麵（miàn）上的穩態溫度容差為所規定溫度的（de）±2℃。對質量不大於（yú） 11.4kg 的樣品，在試（shì）驗箱間的轉移時間應少（shǎo）於2min；若（ruò）使用一箱法（fǎ），則應在15min內達到-10℃。
    （8）終測量。在後（hòu）一次循環的第 6 步之後（hòu）（或在第 10 次循環期間完低溫子循環，則在第7步之後），器（qì）件應在室溫環境條（tiáo）件（jiàn）下（xià）放置24h，然後按GJB 548B—2005方法1003的試（shì）驗（yàn）條件 A 進行絕緣電阻測試，或（huò）在 25℃下（xià）進行規定的終點電測（cè）試。電測試可以在放置的（de）24h 期間進行，但是，對於測量失效的樣品，在 24h 放置期（qī）間不得進（jìn）行其（qí）他試驗（如密封試驗）。絕緣電阻測試或在（zài） 25℃終點測量應在器件移出試驗箱後的（de） 48h 內完（wán）成。進行絕緣電阻測試時，測（cè）得的電阻值不得小於 10MΩ，並且應（yīng）記錄測試結果，其數（shù）據作為終點數據的一部分提交。如果把封裝外殼設（shè）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後的48h內完成規定的25℃終點電測試。還應進行目檢和任何其他規定的終（zhōng）點電參數測量（liàng）。
    （9）元器件出現下列情況應視為失效
    ① 規定的標（biāo）誌全部（bù）或部分脫落（luò）、褪色、弄髒、模糊或達到不可辨認的程度。該檢查應在正常室內照明和放大1～3倍（bèi）下進行。
    ② 當放大 10～20 倍觀察時，任何（hé）封裝零件（即封（fēng）蓋、引（yǐn）線或蓋帽（mào））的鍍塗或（huò）底金屬被腐蝕的麵積超過5%，或封（fēng）裝零件被（bèi）腐蝕透。
    ③ 引線（xiàn）脫落、折斷或局部分離（lí）。
    ④ 因腐（fǔ）蝕而導致引線之間或引線與金屬外（wài）殼（ké）之間（jiān）搭接在一（yī）起。
    ⑤ 終點電測試或絕緣電阻測（cè）試不合（hé）格（gé）。
    4.濕熱對電子產品產生（shēng）的劣化效（xiào）應
    濕熱對電子設（shè）備影響的途徑主要有兩種：一種是表麵受潮（吸附式），它通常是（shì）由凝露和表麵吸附引起的；另一種是體積受（shòu）潮（即（jí）吸入（rù）式），它是由（yóu）水蒸氣擴散和吸收現象（xiàng）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（cù）進體積受潮。由於（yú）方式的不同，引起的效應也不同，吸附（fù）式以引起設備的非機械（xiè）特性變化為主（zhǔ）。吸入式可使設備發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（zhǔ）要效應，主要是加速電解和電化學反應，直接侵蝕設備（bèi）的保護鍍層，造（zào）成表麵劣化。腐蝕後，結構強度減弱，機械（xiè）性能也發生劣化，活動部分（fèn）卡死，表麵電阻增大（dà），造成電接觸不（bú）良。
    （2）物理性能的影響。對濕（shī）氣敏感的吸（xī）濕材（cái）料，如某些塑（sù）料零件、紙、紙（zhǐ）膠板等（děng），在濕熱的條件下發生膨脹和形變（biàn），導致尺寸的（de）改變，功能的破壞，降低了物（wù）理強度。
    （3）電性能的改變。由於水分子的沉積，絕緣材料（liào）吸濕後電（diàn）性能和熱性能受到損壞，使電氣材料及元器件電參數發生變化。如絕緣電阻下降，泄漏（lòu）電流增大，介（jiè）電常數增大，介質損（sǔn）耗角也增大。耐壓強度下降，在高電壓下易出（chū）現飛弧，絕緣體發生短路、漏電、擊穿等現象，嚴重影響電性能，造成工作不穩定，直接縮短設（shè）備使用壽命。

    三、強加速穩態濕（shī）熱試驗概述

    強加（jiā）速穩態濕熱試驗（HAST）是（shì）通過施加嚴酷的溫（wēn）度、濕度和偏置條件來加（jiā）速潮氣穿透外部保護材料（灌（guàn）裝或密封）或外部保（bǎo）護材料和金屬導體的交接（jiē）麵。此試驗應力（lì）產生的失效（xiào）機理通常與“85℃/85%RH”穩（wěn）態濕熱偏置壽命試驗相同。試驗方法（fǎ）可以從“85℃/85%RH”穩（wěn）態壽命試驗或本試驗（yàn）方法中選擇。在執行兩種（zhǒng）方（fāng）法（fǎ）時，“85℃/85%RH”穩態壽命試驗的結果優先於強加速穩（wěn）態濕熱試驗。此試驗方法（fǎ）應被視為破壞性（xìng）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（hé）氣候（hòu）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定的（de）溫度和相對濕度的壓（yā）力容器，同時提供電連接，試驗時給器件施加規定（dìng）的偏置條（tiáo）件。
    在上升到規定的試驗環（huán）境和從規定的試驗環境下降過程（chéng）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（tuī）薦記錄每一次試（shì）驗（yàn）循環的溫度分布（bù），以便驗證應力（lì）的有效性。受試器件應以小化溫度梯度（dù）的方式安（ān）裝。受試（shì）器件應放置在箱體（tǐ）內距箱體內表麵至少3cm，且不應受到發熱體的直接輻射，安裝器件的安裝板應（yīng）對蒸汽循環的幹擾小。
    應認真選擇安裝板和插座的材料，將汙染物（wù）的（de）釋放減到少，將由於侵蝕和其他機理（lǐ）造成的退（tuì）化減到少。
    對試驗設備（插線櫃、試驗（yàn）板、插座、配線儲（chǔ）存容器等）的離（lí）子汙染進行控製，以避免試驗樣品受到汙染。
    試驗時應使用室溫下電阻率小為1×10-4Ω ·m的去離子水。

    四、強加速穩態濕熱試驗方法與技（jì）術

    試驗條件由溫度、相對濕度和器（qì）件上（shàng）施加規定（dìng）偏置的持續時間組成。典型的溫度、相對濕（shī）度和（hé）持續時間如表2所示。

    根據下列準則施加偏置：
    （1）小功（gōng）率（lǜ）耗散；
    （2）盡可能多地交替施加（jiā）引出端（duān）偏置；
    （3）芯片上相鄰的金（jīn）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（yòng）兩種偏（piān）置中任意（yì）一種滿足上述原則，並（bìng）取嚴酷度較高的一種。選擇持續偏置或（huò）循環偏置的標（biāo）準和（hé）是否記錄芯（xīn）片溫度超過試驗箱環境（jìng）溫度的（de）差值按表3中的規定。