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文章来源 : 粤科检测 发表时间：2023-08-18 浏览量:
AEC-Q101是基于失效机制的分立半导体应力测试认证规范。AEC-Q101认证加速环境应力试验主要考核器件承受高温、高湿、温度变化等环境应力的能力，主要包括预处理、带偏置的强加速稳态湿热试验、不带偏置的强加速稳态湿热试验、温度循环试验和功率循环试验，具体项目和要求见表1。该分组每项试验的样品需从 3个非连续生产批中抽取，每批抽取 77 只器件，不允许出现任何失效。
1. 预处理
预处理仅针对表面安装分立器件，表面安装器件引出端距离本体很近，焊接时会受到较大的热应力作用，如果器件的材料吸收潮气，可能导致出现爆米花现象。预处理模拟器件在安装时受到的热应力，主要步骤包括电测试、外部目检、温度循环 (5次 )、烘焙、吸潮、模拟回流焊 (3 次) 和终点电测试。进行 3 次回流焊是模拟器件进行双面安装并进行一次返工的情况。
2. 带偏置的强加速稳态湿热试验
带偏置的强加速稳态湿热试验是通过施加严酷的温度、湿度和偏置条件加速潮气穿透外部保护材料 (塑封料)。
GB/T 4937.4-2012《半导体器件 机械和气候试验方法 第 4 部分 ：强加速稳态湿热试验 (HAST)》 规 定“130 ℃，96 h 的 HAST 试验产生的失效机理与相对湿度 85%，85 ℃，1000 h 的高温高湿反偏 (H3TRB) 试验相同”。
HAST 试验使用了超出正常使用条件的环境应力，加速系数较大，可能诱发正常条件下不会发生的失效。
AEC-Q101规定HAST 试验的电压不超过 42 V，H3TRB 试验的电压不超过 100 V，主要原因是试验时湿度较高，较高的电压容易导致试验箱内产生电火花。随着试验设备的进步以及碳化硅等高压器件对施加较高偏置电压的需求，今后器件承制方需要根据实际情况提高试验时施加的偏置电压。
3. 温度循环试验
温度循环试验模拟温度剧烈变化对器件的影响，考核器件承受由于不同材料热膨胀系数的差异而产生的内部剪切应力的能力。
AEC-Q101规定试验最低温度为 -55 ℃，最高温度为器件的最高结温，循环次数为 1000 次，远远严于普通民用产品。例如，GB/T 12560:1999《半导体器件 分立器件分规范》规定的循环次数为 500 次循环。AEC-Q101 E版本规定试验后可以选择 ：进行 125 ℃下全部电参数的测试之后进行开封并选取 5 只器件进行键合强度测试，或者进行超声扫描，如果出现分层，则选取分层最严重的 5只器件进行开封并进行键合强度试验，如果通过键合强度试验，则器件通过该分组试验。
4. 间歇工作寿命试验
间歇工作寿命试验是通过间歇地对器件加电/断电实现器件温度的变化，考核器件结构和材料耐受由于温度变化带来的内部剪切应力的能力。与温度循环相比，间歇工作寿命是通过器件自身发热实现温度变化的，试验时器件内部存在温度梯度，对器件的考核更为严酷。
间歇工作寿命试验有两个关键的考核条件，一是加电/断电实现的结温或壳温的温度变化，另一个是加电/断电的循环次数。对于传统的金属陶瓷封装，容易判断壳温的变化，因此一般规定壳温的变化量。对于塑封分立器件，由于塑料是热的不良导体，因此很多封装形式很难监测壳温变化量。因此 AEC-Q101规定通过监测结温的变化控制加电和断电，并给出了结温变化 100 ℃和 125 ℃两个条件。
对于循环次数，AEC-Q101 D版和 AEC-Q101 E版规定需要进行的循环次数，同时又提供了计算循环次数的公式。以结温温升 100 ℃条件下的循环次数为例，循环次数为 15000 次，计算公式为 60000/(x+y)，x、y 为实现结温变化所需最短加电和断电时间。以加电 2 min，断电 4 min 为例，循环次数为 60 000/(2+4)=10000 次循环。调查发现，AEC-Q101 C版是根据封装体积确定循环次数要求的 ：小体积器件 ( 例如 TO-220 封装 )加电和断电时间分别为 2 min，需要 15000 次循环 ；中等体积器件 ( 例如 TO-3、TO-247 封装 ) 加电和断电时间分别为 3.5 min，需要 8572 次循环 ；大体积器件加电和断电时间分别为 5 min，需要 6000 次循环 ；无引线器件需要按照 60000/(x+y) 进行计算，最多不超过 15000 次循环。由于封装形式越来越多，不易区分，因此AEC-Q101 D版和 AEC-Q101 E版对以上原则进行了简化，这也导致部分内容不易理解。
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