高加速寿命试验HALT一词是Gregg K. Hobbs 于1988年提出的。是一种利用阶梯应力加诸于试品,并在早期发现产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限的方法。试品通过HALT所暴露的缺陷,涉及线路设计、工艺、元部件和结构等方面。HALT的主要目的是在产品设计和试产阶段,通过试验,发现产品的潜在缺陷,并加以改进和验证,从而增加产品的极限值,提高其坚固性及可靠性。施加于试品的应力,包括振动、高低温、温度循环、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。 HALT试验是由美国军方所延伸出的设计质量验证与制造质量验证的试验方法,现已成为美国电子业界的标准产品验证方法。它将原需花费6个月甚至1年的新产品可靠性试验缩短至一周,且在这一周中所发现的产品问题几乎与客户应用后所发现的问题一致,故HALT的试验方式已成为新产品上市前所必需通过的验证。 在产品研制阶段,为得出产品设计裕度和极限承载能力(破坏或损伤极限)而设计的一种试验,它应用步进的方法给产品施加环境应力并检测其性能,直到产品失效为止。为提高试验效率,所施应力并非工作环境的模拟而是加速应力,通常为高变温率(至少应大于25°C/min)的温度循环和多轴随机振动,还包括有通电循环、电压偏低、频率偏差等电应力。高加速寿命试验得到的应力极限值可以作为确定高加速环境应力筛选的应力量值的依据。
功能
HALT以连续的测试、失效分析、缺陷改进及验证构成了整个程序,而且可能是个闭环循环过程。往往一个测试计划,需要重复进行几次,除非一次性能经受加速应力试验。其关键在于分析失效的根本原因。试验的主要功能如下: 1.利用高环境应力将产品设计缺陷激发出来,并加以改善; 2. 了解产品的设计能力及失效模式; 3. 作为高应力筛选及制定品质核查规格的参考; 4. 找出产品制造过程的瑕疵; 5. 增加产品的可靠性,减少成本; 6. 建立产品设计能力数据库,为研发提供依据并缩短设计制造周期。
内容
高加速寿命试验的具体测试内容包括以下几点: 1. 逐步施加应力直到产品失效或出现故障; 2. 采取临时措施,修正产品的失效或故障; 3. 继续逐步施加应力直到产品再次失效或出现故障,并再次加以修正; 4. 重复以上试验→失效→改进的步骤; 5. 找出产品的基本操作界限和基本破坏界限。
意义
HALT的可靠性测试技术在国内外电子业界已得到广泛关注和认识。因其具有传统的环境试验技术难以媲功效,目前被国外众多知名企业采用。该试验直接体现出来的重要性,有以下几点: 1.暴露产品潜在缺陷; 2.通过试验 → 改进 → 验证这一循环方式,有效增加产品的极限值; 3.产品可靠性得到明显提升; 4.大大缩短产品研发、设计、生产和上市周期; 5.长远来看,降低产品成本。
相关术语
编制和执行HALT和HASS测试文件时,常会接触一些专业术语。下面对一些常见的术语进行了解释。 宽带振动 —— 振动能量分布在较宽的频率范围(如:20~10000Hz)。 破坏极限 —— —个或多个产品的工作状态不再满足技术条件要求,且应力降低后,产品也不能恢复正常工作的那个应力强度值(硬故障)。 破坏极限包括:破坏极限上限值(Upper Destruct Limit, UDL) 破坏极限下限值(Lower Destruct Limit, LDL) 对于振动实验只有上限。 功能监测 —— 监测产品工作状态、工作性能以及工作参数等,从而判断产品是否失效或退化。监测还可以包括内部诊断(内部结构分析)。功能监测贯穿于整个高加速寿命试验(HALT)过程。 工作(操作)极限 ——一个或多个产品的工作状态不再满足技术条件要求,但应力降低后,产品仍能恢复正常工作的那个应力强度值(软故障)。工作(操作)极限包括: 工作(操作)极限上限值(Upper Operating Limit, UOL) 工作(操作)极限下限值(Lower Operating Limit, LOL) 对于振动实验只有上限。 功率谱密度(Power Spectral Density, PSD)—— 在随机振动曲线中与频率相对应的量级参数,单位为g2/Hz. 通常情况下也可以与加速度谱密度相对应(eleration Spectral Density,ASD,单位为m2/s3) 重复冲击振动 —— 一种由重复冲击脉冲激励所形成的振动。由气锤冲击振动台面所产生的振动为典型的重复冲击振动。 故障根本原因分析(Root Cause Analysis,RAC)—— 确定产品故障或失效的原因,全面理解故障模式和故障原因。分析过程可能需要运用一些失效分析工具,例如扫描电子显微镜、光学显微镜等。 六自由度振动(Six Degree of Freedom Vibration)—— 一种模拟三轴六个方向振动的振动方式。 步进应力试验 —— 通过逐级增加试验应力,确定产品极限的试验过程。 热电偶 —— 把两种不同材料的金属导线一端连接(例如:熔接)在一起,作为温度测量点的温度传感器。由于热电偶随着温度不同产生不同的热电流,形成电压差,通过采集电压值就可以得出相应的温度值。
试验前的准备工作
1.形成试验团队
HALT测试,须由一个团队参与。为保证HALT顺利进行,并获取良好的试验效果,此团队应由不同专业的技术人员组成,即涉及到与产品研发设计、制造工艺和质控等专业技术人员。 设计工程师帮助开展产品功能测试,判断由于试验应力增加可能引发的产品突发故障。他们要在整个HALT试验和失效分析过程(例如:修复产品缺陷)中提供技术支持。其它方面的专业人员还应当包括可靠性工程师、制造工程师以及操作HALT试验设备的人员。无须所有的技术人员在整个HALT测试过程都要在现场,但在需要的时候,应该能够及时加入团队。在HALT试验中出现问题时,相关技术人员应能在其技术领域内发挥其作用。
2.失效分析平台
需要搭建相应的失效分析平台,配备适当的分析工具。当产品在HALT试验中出现故障时,分析并确定产品出现故障的根本原因。
试验前的技术会议
议程讨论决定进行HALT试验的相关测试细节: 1)HALT试验仪器及样品监测仪器等相关仪器的功能和参数的要求; 2)产品在台面上的安装方式; 3)监测样品状态的热电偶和加速度传感器在产品上的安装位置及方式; 4)确定HALT测试程式和试验严酷度。 (注:HALT试验后,团队应进行总结,讨论分析HALT试验中出现的故障,寻找原因,从材料、器件、工艺或线路设计等方面制定相应的产品改进方案。
