HAST & THB (Temperature & Humidity)

반도체 신뢰성 항목 중 HAST(Highly Accelerated Stress Test)와 THB(Temperature Humidity Bias) 라는 시험이 있습니다. 이 테스트들은 반도체 소자가 극한의 조건에서도 안정적으로 작동하는지를 평가하기 위한 방법입니다. 이 글에서는 이 두 신뢰성 테스트에 대해서 알아보고자 합니다.

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1. “HAST (Highly Accelerated Stress Test)”란 무엇인가?

반도체 소자는 다양한 환경 조건에서 작동해야 하며, 특히 고온, 고습 환경에서의 신뢰성은 중요한 평가 요소입니다.
HAST 테스트는 이러한 극한 환경에서 소자의 신뢰성을 평가하여 장기적인 성능을 보장합니다. 이 테스트는 반도체 소자가 실제 사용 환경에서 겪을 수 있는 스트레스를 가속 조건에서 모사함으로써, 결함을 빠르게 검출하고 예방할 수 있습니다.

1.1 JEDEC 표준에서의 HAST 조건

JEDEC 표준은 HAST 테스트를 위한 특정 조건을 명시하고 있습니다. 주요 조건은 다음과 같습니다.

온도: 110°C, 121°C, 또는 130°C
습도: 85% 이상의 상대 습도
압력: 2기압(약 205.8 kPa)
시험 시간: 일반적으로 96시간에서 168시간까지 진행

1.2 HAST 시험의 목표

HAST 테스트는 반도체 소자의 신뢰성을 평가하는 데 필수적인 도구입니다. JEDEC 표준을 기반으로 한 HAST 테스트는 고온, 고습, 고압 환경에서 소자의 성능을 검증하여, 실제 사용 환경에서의 장기적인 신뢰성을 보장합니다.

패키지 내 수분 침투로 인한 결함 검출: 고온 고습 환경에서 소자의 패키징 결함을 빠르게 발견합니다.

고온 고습 조건에서의 신뢰성 평가: 극한 환경에서도 소자가 안정적으로 작동하는지 확인합니다.

패키지 및 결합 재료의 내구성 검증: 소자의 재료가 고온 고습 조건에서도 변형되지 않는지 평가합니다.

장기 신뢰성을 확보하기 위한 초기 결함 탐지: 초기 단계에서 결함을 발견하여 장기적인 신뢰성을 확보합니다.

1.3 HAST 시험 방법

HAST 시험 전 준비 : 테스트할 반도체 소자를 준비하고, 필요에 따라 Precondition (전처리 과정) 을 수행합니다.

스트레스 적용: 준비된 소자를 HAST 챔버에 넣습니다.챔버 내부를 설정된 온도와 습도 조건으로 유지합니다.고압 환경에서 소자를 테스트하여 빠르게 노화 효과를 가속화합니다.

시험 중 측정: 필요에 따라 일정 시간 간격으로 소자의 전기적 특성을 측정합니다. 테스트 중 또는 테스트 후에 소자의 변화를 기록합니다.

시험 후 평가: HAST 시험이 끝난 후, 소자의 외관 및 전기적 특성을 재측정합니다. 테스트 전후의 데이터를 비교하여 소자의 신뢰성을 평가합니다. 주요 평가 항목에는 전기적 특성 변화, 물리적 결함 발생 여부 등이 포함됩니다.

2. “THB (Temperature Humidity Bias)”란 무엇인가?

“THB (Temperature Humidity Bias)”는 HAST 시험과 매우 닮아 있고, 그 목적 또한 같습니다. 우선 “THB”시험에 대해서 알아보고, 이후에 “HAST”와의 관계에 대해 알아보겠습니다.

2.1 JEDEC 표준에서의 THB 조건

JEDEC 표준은 THB 테스트를 위한 특정 조건을 명시하고 있습니다.

온도: 85°C
습도: 85% RH (상대 습도)
전기적 바이어스: 소자에 전기적 바이어스를 걸어 스트레스를 가중시킵니다.
시험 시간: 일반적으로 1000시간 동안 테스트가 진행됩니다.

2.2 JEDEC Standard 에 따른 주요 참고 문서

JESD22-A101: “Steady-State Temperature Humidity Bias Life Test”

JESD22-A100: “Temperature, Humidity and Bias Testing”

이 표준 문서들은 THB 조건, 절차, 평가 방법 등을 상세히 기술하고 있으며, 반도체 소자의 신뢰성 테스트를 수행하는 데 있어 중요한 가이드라인을 제공합니다.

3. HAST & THB의 관계

HAST와 THB는 서로 보완적인 역할을 하며, 반도체 소자의 다양한 환경 조건에서의 신뢰성을 종합적으로 평가하는 데 중요한 도구입니다.

3.1 HAST & THB의 유사점

둘 다 고온 고습 환경에서 반도체 소자의 신뢰성을 평가합니다.
습도와 온도 스트레스를 활용하여 소자의 내구성을 검증합니다.다양한 응용 분야에서 소자의 신뢰성을 평가하기 위해 사용됩니다.

3.2 HAST & THB의 차이점

HAST는 주로 높은 압력과 온도, 습도 조건에서 패키징 및 물리적 결함을 빠르게 평가하는 데 중점을 둡니다. 테스트 시간은 비교적 짧지만 가속도가 높습니다.

THB는 온도와 습도 조건에 전기적 바이어스를 추가하여 소자의 전기적 특성 변화를 평가합니다. 테스트 기간이 길고, 전기적 스트레스 조건에서의 신뢰성을 주로 평가합니다.

3.3 HAST & THB 의 보완적인 관계

HAST는 주로 물리적 내구성을 빠르게 평가하는 데 사용되며, 초기 결함 탐지에 유용하며, THB는 장기적인 전기적 신뢰성을 평가하는 데 중점을 두고, 전기적 특성 변화에 대한 평가를 제공합니다.

이 두 테스트는 함께 사용되어 반도체 소자의 종합적인 신뢰성 평가를 가능하게 합니다. HAST는 초기 단계에서 결함을 빠르게 검출하고, THB는 장기적인 전기적 특성 변화를 확인하여 최종 제품의 신뢰성을 보장합니다.