Qu'est-ce que le test HAST ?

Face à la croissance rapide de la demande en composants électroniques, notamment en semi-conducteurs, l'un des défis auxquels l'industrie est confrontée consiste à réduire le temps nécessaire aux tests de ces composants.

L'un des tests les plus populaires est le test de biais (THB en abrégé), qui consiste à appliquer un stress d'humidité et de température à l'échantillon ; c'est une solution très efficace, mais elle nécessite plus de 1 000 heures de test pour être réalisée.

C’est précisément pour cette raison qu’un autre type de test a été créé : le test HAST, Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test (test de stress accéléré en température et en humidité).

Qu'est-ce que le test Has ?

Ce type de test offre des avantages considérables. Les tests HAST prennent entre 96 et 100 heures (souvent même moins), ce qui permet un gain de temps important et un impact positif sur l'activité.

Grâce à cette caractéristique, le test HAST est rapidement devenu la méthode de test d'endurance la plus répandue et la plus populaire pour les dispositifs semi-conducteurs. Bien que principalement associé aux semi-conducteurs, le test HAST est utilisé sur une variété de composants électroniques compacts, hermétiquement scellés ou non, afin de fournir rapidement des résultats de test adaptés à de nombreuses situations et besoins.

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Les normes d'essai HAST

Le temps n'est pas le seul facteur influant sur le test : par exemple, le test THB doit être réalisé à 85 °C et 85 % d'humidité relative, conditions dans lesquelles les échantillons sont soumis à des charges de polarisation. Cependant, cette contrainte est devenue moins importante aujourd'hui grâce aux progrès réalisés dans le domaine des matériaux d'emballage et de passivation.

Les conditions de test HAST consistent à utiliser une température élevée d'au moins 100 °C (généralement autour de 105 °C), une humidité relative élevée d'environ 85 % et une pression atmosphérique élevée, pouvant atteindre 4 atmosphères. Il existe également une version saturée du test HAST, qui utilise une température de 121 °C et une humidité relative de 100 %. Si les composants sont testés en fonctionnement, les tests sont généralement effectués à 85 % d'humidité relative. Ces paramètres environnementaux permettent de vérifier rapidement la fiabilité des composants et de détecter les défauts cachés susceptibles d'entraîner une défaillance lors d'une utilisation prolongée.

Il existe plusieurs normes pour les essais HAST, notamment IEC, JESD, JIS et JEITA. Elles spécifient toutes différentes combinaisons de température et RH et sont utilisées dans des contextes variés. Les plus courantes sont :

• IEC 60068-2-66 – Utilisé pour les composants électroniques compacts non hermétiquement scellés
• CEI 60749-4 – Principalement utilisée pour les semi-conducteurs
• JESD020C – Utilisé pour effectuer des tests de résistance thermique de la soudure
• JESD22-A104D Tests de température cycliques pour couvrir les tests de composants et d'interconnexions de soudure
• J-STD-002D Essai accéléré de résistance à l'humidité, autoclave , sans déformation
• JESD22-A108B – Test à haute température (HTOL)
• JESD22-A102C – Utilisé pour tester la résistance à l'humidité accélérée des dispositifs semi-conducteurs non hermétiquement scellés
• JESD22-A110C – Utilisé pour les dispositifs semi-conducteurs non hermétiquement scellés, lors de la mise sous tension, afin d'évaluer leur fiabilité
• JESD22-A118 – dispositifs de puissance à semi-conducteurs non hermétiquement scellés
• JIS C60068-2-66 – Utilisé pour tester les composants électroniques compacts
• Méthode ED-4701/100 103 – Teste la durabilité des semi-conducteurs stockés ou utilisés dans une atmosphère à température et humidité élevées.

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Comment réaliser le test HAST avec une chambre d'essai ?

Les essais de contrainte à haute accélération , abrégés en HAST , sont réalisés avec des chambres d'essai dédiées conçues pour répondre à toutes les exigences de ces essais.

Comme mentionné précédemment, ces chambres sont utilisées pour remplacer les chambres d'essai THB existantes, qui utilisent des mécanismes de bulbe humide/bulbe sec pour contrôler l'humidité. 

La chambre climatique, qui contrôle la température, l'humidité et la pression, est essentielle pour obtenir des résultats plus rapides dans toutes les conditions.

Les essais HAST sont particulièrement utiles lors des modifications de produits susceptibles d'accélérer la corrosion des métaux. Ils permettent d'obtenir des résultats beaucoup plus rapidement qu'avec d'autres méthodes, ce qui réduit considérablement les délais de développement. Les essais constituent la meilleure option pour détecter tout type de corrosion induite par l'humidité.

Elle fournit également des résultats de tests complets pour tous les composants sujets à détérioration, ainsi que des résultats sur les performances globales, y compris celles des composants scellés en plastique, dans diverses conditions, notamment lors de tests de vibration. L'approche HAST permet de réaliser de véritables tests de choc, offrant ainsi une vision complète des performances du produit.

Conclusion

Grâce à sa flexibilité et à sa capacité à fournir rapidement une grande variété de résultats d'essais , le test HAST est indispensable aux cycles de production modernes. Concrètement, le procédé de test HAST permet de réaliser des essais en milieu saturé et non saturé sur des composants scellés dans du plastique ou conçus pour être étanches.

Elle offre un résultat plus simple et plus efficace, améliorant considérablement les processus de développement produit. Quelles que soient les normes de test utilisées, la possibilité de réaliser des tests en quelques jours plutôt qu'en plusieurs mois ouvre de nouvelles perspectives pour le développement produit. Ce processus de test simplifié permet de répondre plus rapidement à l'évolution des besoins de production, d'améliorer les performances et d'accroître la satisfaction des utilisateurs.

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Normes de référence

• CEI 60068-2-66 — Essais environnementaux – Partie 2-66 : Essais – Essai Cx : Chaleur humide, régime permanent (vapeur sous pression non saturée). Référence européenne pour les essais HAST sur les composants électroniques non hermétiquement scellés.
• IEC 60749-4 — Dispositifs semi-conducteurs — Méthodes d'essais mécaniques et climatiques — Partie 4 : Essai de contrainte accélérée en régime permanent et en milieu humide (HAST).
• JEDEC JESD22-A110E — Test de contrainte accélérée en température et humidité (HAST). Norme JEDEC pour les dispositifs non hermétiques sous polarisation.
• JEDEC JESD22-A118B — Résistance accélérée à l'humidité – HAST non polarisé pour les dispositifs non polarisés.
• IPC J-STD-020E — Classification de la sensibilité à l'humidité/au refusion pour les dispositifs à montage en surface non hermétiques, référence pour le MSL (niveau de sensibilité à l'humidité).
• JESD22-A102D — Résistance accélérée à l'humidité – Autoclave non biaisé (121 °C, 100 % RH, 2 atm), version « saturée » du test.
• JIS C 60068-2-66 — Mise en œuvre japonaise de la norme CEI pour HAST.

Sources faisant autorité

• JEDEC Solid State Technology Association. Organisation américaine qui publie les normes JESD22 série A sur les tests de fiabilité des semi-conducteurs.
• CEI – Commission électrotechnique internationale. Organisme international de normalisation électrotechnique, responsable de la série de normes CEI 60068 relatives aux essais environnementaux.
• L'IPC (Association des industries de l'électronique connectée) publie les normes J-STD-020 et MSL pour l'industrie de l'assemblage de circuits imprimés.
• L'Automotive Electronics Council (AEC)publie les normes AEC-Q100/Q101/Q104 qui exigent le test HAST comme test de qualification obligatoire.

Questions fréquemment posées sur le test HAST

Quelle est la différence pratique entre un HAST biaisé et un HAST non biaisé ?

Le test HAST polarisé ( JESD22-A110) applique une tension de polarisation au dispositif lors d'une exposition à 130 °C/85 % RH ou à 110 °C/85 % RH, simulant ainsi les conditions réelles d'utilisation. La combinaison du champ électrique, de l'humidité et de la température accélère les mécanismes de défaillance tels que l'électromigration ionique, la corrosion des fils de connexion et la dégradation de la passivation. Le test HAST non polarisé (JESD22-A118) exclut toute polarisation et est conçu pour évaluer la pénétration d'humidité à travers les boîtiers plastiques, le délaminage et la corrosion en l'absence de polarisation. La durée typique est de 96 heures à 130 °C/85 % RH ou de 264 heures à 110 °C/85 % RH , le choix dépendant de la sévérité requise. Les deux méthodes sont suivies de tests fonctionnels afin de déterminer le taux de défaillance.

Pourquoi le HAST utilise-t-il une pression supérieure à la pression atmosphérique ?

La combinaison de température ≥ 100 °C + 85 % RH requiert une pression interne supérieure à 1 atm, sans quoi le point de rosée ne serait pas atteint en phase vapeur. À 130 °C et 85 % RH , la pression partielle de vapeur correspond à environ 2,3 bar absolus (avec une pression totale d'environ 2,7 bar). La chambre HAST est conçue comme un appareil sous pression certifié PED (Directive 2014/68/UE) avec un autoclave en acier inoxydable, des soupapes de sécurité et des capteurs de pression redondants. Le contrôle est assuré par un modèle thermodynamique qui régule simultanément la température, la pression et l'injection d'eau déminéralisée. La précision typique est de ± 0,5 °C pour la température et de ± 3 % pour RH, avec une cartographie volumique utile conforme à la norme IEC 60068-3-5.

Quel niveau MSL nécessite un HAST et quel autoclave ?

La du niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) selon la norme IPC/JEDEC J-STD-020 établit la sensibilité à l'humidité d'un composant CMS non hermétique avant refusion. Les niveaux MSL de 1 à 6 sont déterminés par un préconditionnement en chambre climatique suivi de trois cycles de refusion à 260 °C : un composant qui résiste 168 heures à 85 °C et 85 % RH est de niveau MSL 2 ; 696 heures sont nécessaires pour le niveau MSL 2a. Le test HAST (130 °C et 85 % RH pendant 96 heures) n'est pas utilisé pour déterminer le niveau MSL, mais comme test de qualification de fiabilité pour évaluer la corrosion et le délaminage. Le test en autoclave JESD22-A102 (121 °C, 100 % RH, 2 atm, 96 à 168 heures) est une méthode alternative plus sévère pour évaluer la pénétration d'humidité, mais elle est moins utilisée au profit du test HAST en raison de la durée d'exposition plus courte.

Comment qualifier une chambre HAST selon la norme AEC-Q100 ?

L'AEC-Q100 remplace la JESD22-A110 pour les classes 1 et 0, avec des conditions de 130 °C/85 % RH pendant 96 heures (classe 1) et 264 heures à 110 °C/85 % RH pour les applications sous capot. La qualification de l'enceinte comprend : la traçabilité métrologique des capteurs de température et RH (certification ACCREDIA, incertitude ≤ 0,3 °C et ≤ 1,5 % RH) ; la cartographie du volume utile en 9 points selon la norme IEC 60068-3-5 ; la vérification de la pression avec un manomètre de référence de classe 0,6 ; les essais de surchauffe et de dessèchement. La documentation IQ/OQ/PQ doit être accompagnée des enregistrements conformes à la norme 21 CFR Part 11 pour la traçabilité, l'enregistrement continu de la température, de l'RHet de la pression à une fréquence ≥ 1 Hz et des alarmes à seuils multiples. L'étalonnage doit être répété au moins une fois par an ou après chaque intervention sur le circuit sous pression.