Essais d `endurance en chaleur humide

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28/01/2003
Essais d ’endurance en chaleur humide
Il existe deux catégories d ’essai en chaleur humide:
u Les essais simulant le fonctionnement en climat humide
l THB, HAST
u Les essais simulant le stockage en climat humide
l Chaleur humide non polarisé, PCT
THALES RESEARCH & TECHNOLOGY FRANCE
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C. LE COZ -Séminaire CNES
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Normes
u THB (Temperature Humidity Bias)
l JEDEC JESD-22 A101
Conditions d ’essai: 85°C/85%HR, 1000 heures, polarisation statique
u HAST (Highly Accelerated Stress Test)
Conditions d ’essai: 130°C/85%HR (96heures) ou 110°C/85%HR (264
heures), polarisation statique
u PCT
Conditions d ’essai: 121°C/100%HR, sans polarisation
(condition C= 96 heures)
Remarque: on peut également réaliser 130°C/85%HR, 110°C/85%HR ou
85°C/85%HR sans polarisation
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è Mécanismes de défaillances
u Diffèrent souvent selon la polarisation
l Corrosion (catalysée par les impuretés ioniques)
l Electromigration, déplacement de charge
l Délaminations (fragilisation mécanique)
l Modifications des caractéristiques de l ’encapsulant (RF)
u Défaillances:
l circuit ouvert
l court-circuit
l courant de fuite
l dérive de caractéristiques
Il est important de s ’assurer de la réversibilité du défaut
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è Loi d ’accélération
u Loi de Peck
AF=(HRs/HRr)n*Exp[(Ea / k)(1/Tr-1/Ts)]
AF : facteur d ’accélération de l ’essai
HR : pourcentage d’humidité relative, en %
Ea : énergie d’activation : 0.75 à 1.5 eV selon matériaux (0.8 eV choisi par défaut)
n = 2.7 - constante validée expérimentalement à TTM (varie de 1.5 à 15 selon les sources)
k : constante de Boltzmann = 8.62 10-5 eV/K
T : température exprimée en Kelvin
r : indice se rapportant aux conditions de référence
s : indice se rapportant aux conditions de test
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è Loi d ’accélération
u Quelques exemples de facteurs d ’accélération entre essais
40°C / 93%HR
85°C / 85%HR
121°C / 100%HR
40°C / 93%HR
1
85°C / 85%HR
32
1
121°C / 100%HR
540
17
1
130°C / 85%HR
580
18
1,1
130°C / 85%HR
1
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è Critère particulier pour la polarisation (JESD22-A110)
u Problème lié à la dissipation thermique
l Si la température puce dépasse de plus de 10°C la température de la chambre
d ’essai, ou si la consommation du composant excède 200 mW, la polarisation
doit être appliquée de façon intermittente (Cycled bias).
La période d ’un cycle sera comprise entre 30 minutes et 2 heures selon la
taille du boîtier.
l Plusieurs fabricants négligent ce point, et réalisent quelquefois des essais
moins sévères que ceux annoncés (en THB 85/85 comme en HAST).
l Cette précaution d ’essai vaut surtout pour les applications où fonctionnement
et arrêts alternent souvent, en milieu humide (exemple automobile sous capot)
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è Limites de l ’accélération des essais
u Cas de composants particuliers
l RF encapsulés plastique
Dérive du gain et du facteur de bruit, en partie de façon irréversible, pour des
durées supérieures à 96 heures (HAST ou PCT)
l Discrets de puissance (TO247, ISOTOP, TO220, D2PAK)
Phénomènes de corrosion catastrophique (plages et/ou fils), non reproduits en
chaleur humide conventionnelle 85°C/85%HR
l PBGA
Fragilité du substrat d ’interconnexion et de l ’interface résine/vernis.
Migration entre billes
De nombreux fabricants ont des conditions d ’essais particulières pour les BGAs
L ’essai HAST 110°C/85%HR est un bon compromis sévérité/durée pour les
composants sensibles aux conditions d ’essais extrêmes.
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