Was ist der HAST-Test?

Da die Nachfrage nach elektronischen Bauteilen, insbesondere Halbleitern, weiterhin rasant wächst, besteht eine der Herausforderungen für die Branche darin, die für das Testen dieser Bauteile benötigte Zeit zu verkürzen.

Einer der beliebtesten Tests ist der Bias-Test (kurz THB), bei dem die Probe Feuchtigkeits- und Temperaturstress ausgesetzt wird; es ist eine sehr effektive Lösung, aber es sind über 1.000 Teststunden erforderlich.

Aus diesem Grund wurde eine weitere Testart entwickelt: der HAST-Test, der hochbeschleunigte Temperatur- und Feuchtigkeitsstresstest.

Was ist der Has-Test?

Diese Art von Test bietet erhebliche Vorteile. HAST-Tests dauern zwischen 96 und 100 Stunden (oft sogar weniger), was zu einer erheblichen Zeitersparnis und einem positiven Einfluss auf das Geschäft führt.

Aufgrund dieser Eigenschaft hat sich die HAST-Prüfung schnell zur verbreitetsten und beliebtesten Methode für Dauerfestigkeitsprüfungen von Halbleiterbauelementen. Obwohl sie primär für die Halbleiterprüfung eingesetzt wird, findet die HAST-Prüfung Anwendung bei einer Vielzahl kompakter, hermetisch dicht verschlossener und unversiegelter elektronischer Bauteile, um schnelle Testergebnisse für unterschiedlichste Anwendungsfälle und Anforderungen zu liefern.

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Die HAST-Teststandards

Die Zeit ist nicht der einzige Faktor, der den Test beeinflusst: Beispielsweise muss der THB-Test bei einer von 85 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85 %, da die Proben dabei Polarisationsbelastungen ausgesetzt sind. Aufgrund von Fortschritten bei Verpackungs- und Passivierungsmaterialien ist dies heutzutage jedoch weniger relevant.

Alternativ dazu bei HAST-Testbedingungen erhöhte Temperaturen von mindestens 100 °C – typischerweise um die 105 °C – sowie einerelative Luftfeuchtigkeit von etwa 85 % in Kombination mit hohem Luftdruck von bis zu 4 bar angewendet. Es gibt auch eine gesättigte Variante des HAST-Tests, bei der eine Temperatur von 121 °C und 100 % relative Luftfeuchtigkeit zum Einsatz kommen. Werden Komponenten im Betrieb getestet, erfolgt der Test üblicherweise bei 85 % relativer Luftfeuchtigkeit. Diese Umgebungsbedingungenermöglichen eine beschleunigte Überprüfung der Komponentenzuverlässigkeit und decken schnell versteckte Defekte auf, die im Langzeitbetrieb zu Ausfällen führen könnten.

Für HAST-Tests existieren verschiedene Normen, darunter IEC, JESD, JIS und JEITA. Sie alle spezifizieren unterschiedliche Kombinationen von Temperatur und RH und werden für verschiedene Anwendungsbereiche verwendet. Die gebräuchlichsten sind:

• IEC 60068-2-66 – Wird für nicht hermetisch abgedichtete, kompakte elektronische Bauteile verwendet
• IEC 60749-4 – Hauptsächlich für Halbleiter verwendet
• JESD020C – Wird zur Durchführung von Lötwärmewiderstandsprüfungen verwendet
• JESD22-A104D – Zyklische Temperaturprüfung zur Abdeckung der Bauteil- und Lötverbindungsprüfung
• J-STD-002D – Beschleunigter Feuchtigkeitsbeständigkeitstest , Autoklav , unverzerrt
• JESD22-A108B – Hochtemperaturtest (HTOL)
• JESD22-A102C – Wird verwendet, um die beschleunigte Feuchtigkeitsbeständigkeit von nicht hermetisch abgedichteten Halbleiterbauelementen zu testen.
• JESD22-A110C – Wird zur Bewertung der Zuverlässigkeit nicht hermetisch abgedichteter Halbleiterbauelemente während des Einschaltvorgangs verwendet.
• JESD22-A118 – Bewertet die Zuverlässigkeit nicht hermetisch abgedichteter Halbleiter- Leistungshalbleiter
• JIS C60068-2-66 – Wird zum Testen kompakter elektronischer Bauteile verwendet
• -Verfahren ED-4701/100 103 – Prüft die Beständigkeit von Halbleitern, die in einer Umgebung mit hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit gelagert oder verwendet werden.

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Wie man den HAST-Test mit einer Testkammer durchführt

Hochbeschleunigungs-Stresstests , kurz HAST , werden in eigens dafür entwickelten Testkammern durchgeführt, die alle Anforderungen dieser Tests erfüllen.

Wie bereits erwähnt, dienen diese Kammern dem Ersatz der bestehenden THB-Testkammern, die Feucht-/Trockenkugelmechanismen zur Feuchtigkeitsregulierung nutzen. 

Die Klimakammer , die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck kontrolliert, ist unerlässlich, um unter allen Bedingungen schnellere Ergebnisse zu erzielen .

Die HAST-Prüfung ist besonders nützlich bei Produktmodifikationen, bei denen Anpassungen die Metallkorrosion potenziell beschleunigen könnten . Ergebnisse lassen sich deutlich schneller erzielen als mit alternativen Methoden, wodurch sich die Entwicklungszeiten erheblich verkürzen. Die HAST- Prüfung ist die beste Option zur Untersuchung jeglicher Art von feuchtigkeitsbedingter Korrosion  .

Es liefert außerdem umfassende Testergebnisse aller verschleißanfälligen Komponenten sowie Informationen zurGesamtleistung, einschließlich der Leistung kunststoffversiegelter Komponenten unter verschiedenen Bedingungen, darunter auch Vibrationstests. Das HAST-Verfahren ermöglicht echte Schocktests und bietet somit einen umfassenden Überblick über die Produktleistung.

Abschluss

Dank seiner Flexibilität und der Fähigkeit, in kurzer Zeit vielfältige Testergebnisse zu liefern, ist das HAST - Prüfverfahren für moderne Produktionszyklen unverzichtbar. Im Wesentlichen ermöglicht das HAST-Prüfverfahren sowohl gesättigte als auch ungesättigte Prüfungen von Bauteilen innerhalb des Testzyklus, sei es von in Kunststoff eingeschweißten Bauteilen oder von anderen Bauteilen, die für den Einsatz in abgedichteten Umgebungen konzipiert sind.

Es ermöglicht ein effizienteres und effektiveres Ergebnis und verbessert so die Produktentwicklungsprozesse deutlich. Unabhängig von den verwendeten Teststandards eröffnet die Möglichkeit, Tests innerhalb von Tagen statt Monaten durchzuführen, neue Chancen für die Produktentwicklung. Dies optimiert den Testprozess, was zu schnelleren Reaktionen auf sich ändernde Produktionsanforderungen, verbesserter Leistung und höherer Kundenzufriedenheit führt.

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Referenzstandards

• IEC 60068-2-66 – Umweltprüfung – Teil 2-66: Prüfungen – Prüfung Cx: Feuchte Wärme, stationärer Zustand (ungesättigter Druckdampf). Europäische Referenz für HAST an nicht hermetisch abgedichteten elektronischen Bauteilen.
• IEC 60749-4 — Halbleiterbauelemente – Mechanische und klimatische Prüfverfahren – Teil 4: Feuchte Wärme, stationärer Zustand, hochbeschleunigter Stresstest (HAST).
• JEDEC JESD22-A110E – Hochbeschleunigter Temperatur- und Feuchtigkeitsstresstest (HAST). JEDEC-Standard für nicht hermetisch abgedichtete Bauelemente unter Vorspannung.
• JEDEC JESD22-A118B — Beschleunigte Feuchtigkeitsbeständigkeit – Unvoreingenommener HAST für nicht voreingenommene Bauelemente.
• IPC J-STD-020E — Feuchtigkeits-/Reflow-Empfindlichkeitsklassifizierung für nichthermetische SMD-Bauteile, Referenz für MSL (Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe).
• JESD22-A102D — Beschleunigte Feuchtigkeitsbeständigkeit – Unvoreingenommener Autoklav (121 °C, 100 % RH, 2 atm), „gesättigte“ Version des Tests.
• JIS C 60068-2-66 — Japanische Umsetzung des IEC-Standards für HAST.

Autoritative Quellen

• JEDEC Solid State Technology Association. Amerikanische Organisation, die die JESD22-Serie-A-Standards für die Zuverlässigkeitsprüfung von Halbleitern veröffentlicht.
• IEC – Internationale Elektrotechnische Kommission. Internationale Normungsorganisation für Elektrotechnik, verantwortlich für die Normenreihe IEC 60068 für Umweltprüfungen.
• IPC – Verband der vernetzten Elektronikindustrie. Veröffentlicht J-STD-020- und MSL-Richtlinien für die Leiterplattenbestückungsindustrie.
• Der Automotive Electronics Council (AEC)gibt die AEC-Q100/Q101/Q104 heraus, in der HAST als obligatorischer Qualifikationstest gefordert wird.

Häufig gestellte Fragen zum HAST-Test

Worin besteht der praktische Unterschied zwischen voreingenommenem und unvoreingenommenem HAST?

Das HAST-Verfahren mit angelegter Vorspannung ( JESD22-A110) eine Vorspannung an das Bauelement anlegt RH oder 110 °C/85 % RHsimuliert reale Betriebsbedingungen, indem es während der Exposition gegenüber 130 °C/85 % . Die Kombination aus elektrischem Feld, Luftfeuchtigkeit und Temperatur beschleunigt Ausfallmechanismen wie Ionenmigration, Korrosion der Bonddrähte und Passivierungsdegradation. Das HAST-Verfahren ohne angelegte Vorspannung (JESD22-A118) dient der Bewertung von Feuchtigkeitseintritt durch Kunststoffgehäuse, Delamination und Korrosion ohne angelegte Vorspannung. Die typische Dauer beträgt 96 Stunden bei 130 °C/85 % RH oder 264 Stunden bei 110 °C/85 % RH , wobei die Wahl von der geforderten Belastungsintensität abhängt. Beide Verfahren werden durch Funktionstests ergänzt, um die Ausfallrate zu ermitteln.

Warum verwendet HAST einen höheren Druck als den atmosphärischen?

Die Temperaturkombination ≥ 100 °C + 85 % RH erfordert einen Innendruck von über 1 atm, da sonst der Taupunkt in der Dampfphase nicht erreicht wird. Bei 130 °C und 85 % RH entspricht der Partialdampfdruck etwa 2,3 bar absolut (bei einem Gesamtdruck von ≈ 2,7 bar). Die HAST-Kammer ist als PED-zertifizierter Druckbehälter (Richtlinie 2014/68/EU) mit einem Edelstahlautoklaven, Sicherheitsventilen und redundanten Drucksensoren ausgeführt. Die Regelung erfolgt über ein thermodynamisches Modell, das Temperatur, Druck und die Zufuhr von deionisiertem Wasser gleichzeitig steuert. Die typische Genauigkeit beträgt ± 0,5 °C für die Temperatur und ± 3 % für RH, mit einer nutzbaren Volumenverteilung gemäß IEC 60068-3-5.

Für welche MSL-Stufe ist ein HAST-Test und welcher Autoklav erforderlich?

Die Feuchtigkeitsempfindlichkeitsklassifizierung (MSL) gemäß IPC/JEDEC J-STD-020 legt fest, wie empfindlich ein nicht hermetisches SMT-Bauteil vor dem Reflow-Löten gegenüber Feuchtigkeit ist. Die MSL-Werte 1–6 werden durch Vorkonditionierung in einer Klimakammer und anschließende drei Reflow-Zyklen bei 260 °C ermittelt: Ein Bauteil, das 168 Stunden bei 85 °C/85 % RH , entspricht MSL 2; für MSL 2a sind 696 Stunden erforderlich. Der HAST-Test (130 °C/85 % RH für 96 Stunden) dient nicht zur MSL-Bestimmung, sondern als Zuverlässigkeitsprüfung zur Beurteilung von Korrosion und Delamination. Der Autoklaventest nach JESD22-A102 (121 °C, 100 % RH, 2 atm, 96–168 Stunden) ist eine strengere Alternative zur Prüfung des Feuchtigkeitseintritts, wird aber aufgrund der kürzeren Expositionszeit zugunsten des HAST-Tests seltener eingesetzt.

Wie qualifiziert man eine HAST-Kammer gemäß AEC-Q100?

AEC-Q100 ruft JESD22-A110 für Klasse 1 und Klasse 0 unter folgenden Bedingungen zurück: 130 °C/85 % RH für 96 Stunden (Klasse 1) bzw. 264 Stunden bei 110 °C/85 % RH für Anwendungen unter der Abzugshaube. Die Kammerqualifizierung umfasst: metrologische Rückführbarkeit der Temperatur- und RH (ACCREDIA-zertifiziert, Unsicherheit ≤ 0,3 °C und ≤ 1,5 % RH); 9-Punkt-Nutzvolumenmessung gemäß IEC 60068-3-5; Druckverifizierung mit einem Referenzdruckmessgerät der Klasse 0,6; Übertemperatur- und Trockenlaufprüfungen. Die IQ/OQ/PQ-Dokumentation muss durch Aufzeichnungen gemäß 21 CFR Part 11 für die Nachverfolgbarkeit, kontinuierliche Temperatur-/RH.-/Druckaufzeichnung mit einer Frequenz ≥ 1 Hz und Alarmen mit mehreren Schwellenwerten ergänzt werden. Die Kalibrierung muss mindestens jährlich oder nach jedem Eingriff in den Druckkreislauf wiederholt werden.