Cos’è l’HAST Test?

Poiché la domanda di componenti elettronici, in particolare di semiconduttori, continua a crescere rapidamente, una delle sfide che l’industria sta affrontando è lavorare sul tempo necessario per testare tali componenti.

Uno dei test più conosciuti è il Bias (THB in breve), in cui vengono fatti stress sul campione di umidità e temperatura; è una soluzione molto valida, ma richiede un impiego di oltre 1000 ore per ultimare il test.

Proprio per questa ragione è stato ideato un altro tipo di test: l’HAST test, Highly Accelerated Temperature e Humess Stress Test.

Che cos’è l’Hast Test

Questo tipo di test offre vantaggi significativi. La prova di HAST impiega infatti tra le 96 e 100 ore per giungere a completamento (spesso anche meno): ciò implica significativi risparmi di tempo e quindi un impatto positivo sul business.

In ragione di questa caratteristica, l’HAST test è diventato rapidamente il più diffuso e apprezzato tra i metodi di test di resistenza per i dispositivi a semiconduttore. Sebbene sia principalmente collegato ai test sui semiconduttori, il test HAST viene utilizzato su una varietà di componenti elettronici compatti, ermeticamente sigillati e non sigillati, per fornire risultati di test rapidi ad una varietà di situazioni e necessità.

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Le norme di prova dell’HAST test

Il tempo non è l’unico elemento ad incidere sulla prova: ad esempio, il THB test deve essere impostato con i parametri di temperatura e umidità rispettivamente a 85°C e 85% R.h., condizione in cui i campioni sono sottoposti a carichi di polarizzazione. Tuttavia, questo è diventato oggi meno rilevante, a causa dei progressi nei materiali utilizzati in imballaggio e passivazione.

Diversamente, le condizioni di test HAST utilizzano una temperatura elevata di almeno 100°C – in genere intorno a 105°C – insieme ad un’umidità relativa elevata di circa l’85% e in combinazione con un’alta pressione atmosferica, fino a 4 atmosfere. Esiste anche una versione satura del test HAST che utilizza una temperatura di 121°C e un’umidità relativa del 100%. Se i componenti vengono testati in operatività, di solito viene eseguito il test con l’85% di umidità relativa. Questi parametri ambientali, forniscono un metodo accelerato di verifica dell’affidabilità dei componenti, trovando rapidamente i difetti nascosti, che potrebbero causare guasti durante l’uso a lungo termine.

Esistono diversi standard per i test HAST di IEC, JESD, JIS e JEITA: tutti indicano diverse combinazioni di temperatura e RH e sono utilizzati per situazioni diverse. I più comuni sono:

• IEC 60068-2-66 – Utilizzato per i componenti elettronici compatti non ermeticamente sigillati
• IEC 60749-4 – Utilizzato principalmente per semiconduttori
• JESD020C – Utilizzato per effettuare test di resistenza di riscaldamento della saldatura
• JESD22-A104D – Test della temperatura ciclica per coprire i test di interconnessione dei componenti e delle saldature
• J-STD-002D – Test per resistenza all’umidità accelerata, autoclave non distorto
• JESD22-A108B – Test di temperatura elevata (HTOL)
• JESD22-A102C – Utilizzato per provare la resistenza all’umidità accelerata di dispositivi su semiconduttori non ermeticamente sigillati
• JESD22-A110C – Utilizzato per dispositivi su semiconduttori non ermeticamente sigillati, durante l’alimentazione elettrica, per valutarne l’affidabilità
• JESD22-A118 – Valuta l’affidabilità dei dispositivi non alimentati a semiconduttore non sigillati ermeticamente
• JIS C60068-2-66 – Utilizzato per testare componenti elettronici compatti
• Metodo JEITA ED-4701/100 103 – Verifica la durata dei semiconduttori che vengono immagazzinati o usati all’interno di un’atmosfera ad alta temperatura e umidità

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Come si effettua l’HAST test con una camera di prova

Il test stress ad alta accelerazione, abbreviato in HAST, viene eseguito con camere di prova dedicate e progettate per soddisfare tutti i requisiti dello stesso. 

Come detto in precedenza, queste camere sono impiegate per sostituire le camere di prova THB esistenti, che utilizzano meccanismi a bulbo umido/bulbo secco per controllare l’umidità. 

La camera climatica, che controlla temperatura umidità e pressione, è indispensabile per fornire risultati più veloci in tutte le condizioni.

Il test HAST è particolarmente utile durante le modifiche del prodotto in cui le regolazioni potrebbero potenzialmente accelerare la corrosione del metallo, con risultati ottenibili molto più rapidamente rispetto alle alternative e, di conseguenza, con un impatto significativo sui tempi di sviluppo. L’ HAST test è la migliore opzione per testare qualsiasi tipo di corrosione causata dall’umidità.

Inoltre fornisce risultati di test completi di tutti i componenti soggetti al deterioramento, delle prestazioni complessive, comprese le prestazioni dei componenti sigillati in plastica in una varietà di condizioni, incluso un test di vibrazione. L’approccio HAST fornisce il vero test d’urto, che offre una visione generale delle prestazioni del prodotto.

Conclusione

Con la sua flessibilità e intensità a fornire una varietà di risultati di test in un breve lasso di tempo, l’HAST test è indispensabile per i moderni cicli di produzione. Fondamentalmente, il processo di test HAST consente sia il test saturo che insaturo dei componenti all’interno del ciclo di test, per i componenti sigillati in plastica o altri progettati per essere sigillati a livello ambientale. 

Esso fornisce un risultato più snello e più efficace, che migliora considerevolmente i processi di sviluppo del prodotto. Qualunque siano gli standard di test utilizzati, la possibilità di eseguire test in giorni, anziché in mesi, crea nuove opportunità per lo sviluppo del prodotto. In questo senso viene agevolato il processo di test, che significa risposte più rapide alle mutevoli esigenze di produzione, miglioramento delle prestazioni e aumento della soddisfazione degli utenti.

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Normative di Riferimento

• IEC 60068-2-66 — Environmental testing – Part 2-66: Tests – Test Cx: Damp heat, steady state (unsaturated pressurised vapour). Riferimento europeo per HAST su componenti elettronici non ermeticamente sigillati.
• IEC 60749-4 — Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods – Part 4: Damp heat, steady state, highly accelerated stress test (HAST).
• JEDEC JESD22-A110E — Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test (HAST). Standard JEDEC per device non ermetici sotto bias.
• JEDEC JESD22-A118B — Accelerated Moisture Resistance – Unbiased HAST per device senza polarizzazione.
• IPC J-STD-020E — Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Surface Mount Devices, riferimento per MSL (Moisture Sensitivity Level).
• JESD22-A102D — Accelerated Moisture Resistance – Unbiased Autoclave (121 °C, 100% RH, 2 atm), versione “saturated” del test.
• JIS C 60068-2-66 — Recepimento giapponese dello standard IEC per HAST.

Fonti Autorevoli

• JEDEC Solid State Technology Association. Ente americano che pubblica gli standard JESD22 serie A sui test di affidabilità dei semiconduttori.
• IEC – International Electrotechnical Commission. Ente normatore elettrotecnico internazionale, cura la serie IEC 60068 per environmental testing.
• IPC – Association Connecting Electronics Industries. Pubblica J-STD-020 e linee guida MSL per l’industria assemblaggio PCB.
• Automotive Electronics Council (AEC). Emana AEC-Q100/Q101/Q104 che richiamano HAST come prova di qualifica obbligatoria.

Domande Frequenti sull’HAST Test

Qual è la differenza pratica tra HAST biased e unbiased?

L’HAST biased (JESD22-A110) applica una tensione di polarizzazione al dispositivo durante l’esposizione a 130 °C/85% RH o 110 °C/85% RH, simulando condizioni operative reali. La combinazione di campo elettrico, umidità e temperatura accelera meccanismi di guasto come elettromigrazione ionica, corrosione dei bonding wire e degradazione delle passivazioni. L’HAST unbiased (JESD22-A118) esclude la polarizzazione ed è orientato a valutare l’ingresso di umidità attraverso package plastici, la delaminazione e la corrosione in assenza di bias. La durata tipica è 96 ore a 130 °C/85% RH o 264 ore a 110 °C/85% RH, con scelta dipendente dalla severità richiesta. Entrambi i metodi sono seguiti da prove funzionali a ricavare il fallout rate.

Perché HAST usa pressione superiore all’atmosferica?

La combinazione temperatura ≥ 100 °C + 85% RH richiede pressione interna maggiore di 1 atm perché altrimenti il punto di rugiada non sarebbe raggiungibile in fase vapore. A 130 °C con 85% RH la pressione parziale di vapore corrisponde a circa 2,3 bar assoluti (con pressione totale ≈ 2,7 bar). La camera HAST è costruita come recipiente in pressione certificato PED (Direttiva 2014/68/UE) con autoclave in acciaio inossidabile, valvole di sicurezza, sensori di pressione ridondanti. Il controllo avviene tramite modello termodinamico che regola contemporaneamente temperatura, pressione e iniezione di acqua deionizzata. La precisione tipica è ± 0,5 °C sulla temperatura e ± 3% sulla RH, con mappatura del volume utile conforme IEC 60068-3-5.

Quale livello MSL richiede un HAST e quale autoclave?

La classificazione Moisture Sensitivity Level (MSL) secondo IPC/JEDEC J-STD-020 stabilisce quanto un componente SMT non ermetico è sensibile all’umidità prima del reflow. Gli MSL 1-6 si determinano tramite precondizionamento in camera climatica seguito da tre cicli di reflow a 260 °C: un componente che supera 168 ore a 85 °C/85% RH è MSL 2; 696 ore sono richiesti per MSL 2a. L’HAST (130 °C/85% RH per 96 h) non è usato per determinare MSL ma come qualification test di affidabilità per valutare corrosione e delaminazione. Il test autoclave JESD22-A102 (121 °C, 100% RH, 2 atm, 96-168 h) è un metodo alternativo più severo per ingresso umidità ma meno usato in favore di HAST per il minor tempo di esposizione necessario.

Come qualificare una camera HAST secondo AEC-Q100?

AEC-Q100 richiama JESD22-A110 per Grade 1 e Grade 0 con condizioni 130 °C/85% RH per 96 ore (Grade 1) e 264 ore a 110 °C/85% RH per applicazioni under-hood. La qualifica della camera prevede: tracciabilità metrologica dei sensori T e RH (certificati ACCREDIA, incertezza ≤ 0,3 °C e ≤ 1,5% RH); mappatura del volume utile in 9 punti secondo IEC 60068-3-5; verifica pressione con manometro campione Classe 0,6; prove di sovratemperatura e dry-out. La documentazione IQ/OQ/PQ deve essere accompagnata da record 21 CFR Part 11 per audit trail, registrazione continua T/RH/P con frequenza ≥ 1 Hz e allarmi multi-soglia. La calibrazione va ripetuta almeno annualmente o dopo ogni intervento sul circuito pressurizzato.