HALT(Highly Accelerated Life Test)的全稱是高加速壽(shòu)命試驗,是一種試驗方法(思想(xiǎng)),采(cǎi)用(yòng)的環境應力比加速試驗更加嚴酷。主要應用於產品開發階段,它能以較短的時(shí)間促使產品的設計和工藝缺陷(xiàn)暴露出來,從而為我(wǒ)們做設計改進,提升產品可靠性提(tí)供依據。
HALT試(shì)驗其實(shí)是硬件工(gōng)程比較(jiào)恐懼的試驗:因為往往實驗過程(chéng)中,會出現不少問題。會有一種深陷泥潭不能自拔的感覺。
1、由於HALT試驗是產品開發階段,產品相對穩定度還不夠的(de)時(shí)間段,出問題的概率還(hái)是比較高的。
2、而且是不按照器件規格進行(háng)的試驗,如果不出問題,則會一直做到試驗設(shè)備的極限。直到找到產品的(de)薄弱點,並且分析(xī)出(chū)原因,給出整改意見(jiàn)。直到達到現有設計的極(jí)限。
3、問題往往難複現,根因難於挖掘。
高加速壽命試驗(HALT)是(shì)由美國Hobbs工程公司總裁GreggKHobbs博士首先(xiān)提出來的。從90年代開始(shǐ),HALT獲(huò)得推廣應用。HALT的特點是時(shí)間上的壓縮,即在短短的幾天內模擬一個產品的整個壽命期間可能遇到的情況。
但其實HALT試驗能暴露出產品的短板(bǎn),開發階段發現和解決硬件(jiàn)問題(tí)的成本代價,要比發(fā)貨後發現問(wèn)題(tí)再(zài)去解決,成本代價要小很多。
此時設計師頭疼去發現和解(jiě)決問題,是為了未來產品上市(shì)的(de)良好質量保證,需要嚴(yán)謹態度去麵對問題(tí),感謝問(wèn)題。不能(néng)捂問(wèn)題。
與傳統的可靠性試驗相比,HALT試驗的目的(de)是激發故障,即把產品潛在的缺陷激發成可觀測的故障。因(yīn)此,它不(bú)是采(cǎi)用一般模擬實際使用環境進行的試(shì)驗 , 而是人為施加步進應力 ,在遠大於技術(shù)條件規(guī)定的極限應力下快速進行試驗 ,找出產品的各種工作極限與破(pò)壞(huài)極限。目前,雖然還(hái)沒有相關的試驗標準 ,但國外在航空、汽(qì)車及(jí)電子等高科技產業都廣泛開展了
HALT 項目 ,已有相當成效(xiào)。
HALT具有如(rú)下優點 :
1、利用高環境應力 ,提(tí)早使產品(pǐn)設計缺 陷激發出來 ,從而消除設計缺陷 ,大大提高設 計可靠性 ,確保產品能獲得早期高可靠(kào)性 ,使 產品具有高的外(wài)場可靠性 ;可延長產 品早夭期(浴盆曲線後段延伸 ) ; 2、產品的設計周(zhōu)期大大減少 ;
3、生產費用大大降低 ;
4、維修費用大大降低 ,因為交付的產品 具有更高(gāo)的可靠(kào)性 ;
5、了解產品的設計能力及失效模式 ;
6、HALT能找出產品的工作極(jí)限和破壞 極限(xiàn) ,為(wéi)製定 HASS(高加速(sù)應力篩選) 方案 , 確定 HASS 的應(yīng)力(lì)量級提供依據 ;
7、大大減少鑒(jiàn)定試驗時的故障 ,經過
HALT的(de)產品 ,鑒定試驗已不(bú)重要 ,僅是一種形式而已。
今(jīn)天的產品更耐用 ,為了更好的提高產品競爭力,所以有必要開(kāi)展HALT 去改進產品的(de)可靠性。 HALT利(lì)用高環境應力 ,提早使產品設計(jì)和工藝缺陷激發(fā)來 ,從而消(xiāo)除設計和工藝缺(quē)陷 , 加速產品設計的成熟 ,大大提高產品(pǐn)可靠性。 在加速把產品潛在的故障以失效形式暴露出來 ,隨機振動比溫度循環更有效 ,綜合試驗比單個試驗更有效。
試驗條件的要求
做HALT試驗的設備必須能夠提供振動應力和熱應力,並滿(mǎn)足下列指標:
振動應力:必須能夠提供6個自由度的隨機振動;振動能量帶寬為2Hz~10000Hz;振台在(zài)無負載情況下(xià)至少能產生65Grms的振動輸出(chū)。
(注:g值是一個(gè)重力加(jiā)速度(dù)值,就是1G=9.8m/s2, 而Grms是個(gè)積累的(de)物理量,類似於能量一樣,在一(yī)定的頻率範圍內對PSD積分(fèn)(PSD:功率譜密度(power
spectral density)、近似的算法就是求麵積,在將麵積開方就是你所(suǒ)需要的了(le)),然後將積分的結果開方,也叫加速度總均方根值。)
熱應力:目標是為產品創造快速溫度變化的環境,要求至少45℃/min的溫變率;溫度(dù)許可範圍至少為-90℃~+170℃。
試驗中的試驗項目分類(lèi)
HALT試驗中的試驗項目分為以下各類,試驗中(zhōng)按下麵的順序進行試驗:
(1)試驗前常溫工作測試;
(2)步進低溫工作試驗;
(3)低溫啟動試驗;
(4)步進高溫工作試驗;
(5)高低溫循環試驗;
(6)步進隨機振動試驗;
(7)高低溫循環與步進隨機振動(dòng)結合的綜合試驗;
(8)低溫與隨機振動(dòng)結合的綜合試驗(選做);
(9)高溫與隨機振動結合的綜合試驗(選做)。
HALT試驗的實際試驗過程
1、搭建試驗環境
試驗人員首先按上述試驗基本要求準備好試驗設備、測試設備(bèi)、試驗樣品等資源,然後開始(shǐ)搭建試驗環境:
(1)把試驗樣品有針(zhēn)對性地置於試驗箱內,如果(guǒ)是振動試驗,必(bì)須用夾具固定樣品;
(2)把電源線、信號線及監視用電纜、光纖等引線通過試驗箱出線口引出(chū),與外麵電源、監視設備等正確相連;
(3)對試驗樣品按規律編號,以便(biàn)於試驗(yàn)過程的記錄;
(4)樣品上電,研發、測試人員負(fù)責按測試用(yòng)例對樣品組網、配(pèi)置業務(wù)並配置儀表,使樣品(pǐn)工作正常。
(5)樣品(pǐn)掉電,給樣品的溫度、振動關鍵(jiàn)檢測點粘貼必要的熱電偶和振動加(jiā)速計(注意(yì),由於加速計在高溫時容易損壞,在有高溫的振動試驗中,不要使用加速計)。
2、試驗前常溫工作測試
試驗前的常溫工作測試,即在(zài)搭建試驗環境完成後,對樣品持續進行(háng)一(yī)段時間的測試。有兩個目的:一是,確認試樣在正常工作(zuò)條件下是符合規格要求;二是(shì),測量(liàng)常溫工(gōng)作條件下試樣關鍵部位的溫升(shēng)。
3、步進低溫工作試驗
從樣品低(dī)溫規格限開始,步進降(jiàng)溫,步進(jìn)步長一般為10℃,接近極限時步(bù)長取5 ℃;如果已有其它樣品做過(guò)本試驗項目,並確定失效溫度點距離規格限較遠(yuǎn),為縮短試驗時(shí)間,步(bù)長可以為20℃。
每個溫度台階的(de)停留時間應足夠長,使得產品的每個器(qì)件的溫度穩定(dìng)下來,通常是產品溫度達到(dào)溫度設定(dìng)點後5~15分鍾。
每個溫度台階必(bì)須進行完整的功能測試。
試驗中滿足以下任意一(yī)個條件,本項目即可停止:一(yī)是,低溫達到(dào)或超過了(le)零下90℃,或試驗(yàn)樣品在某個溫度點附近一致失效;二是,達到了試驗箱的極限;三是,達到了樣品材料所能承受(shòu)應力的物理極限。
如果產品發生了失效,溫(wēn)度回(huí)升至上一個溫度台階,判斷失效為運行限還是破壞(huài)限。
如果試驗滿足終止條件後試樣依然沒有失效,則(zé)把當時的溫度試驗條件定為試樣的運(yùn)行限;如果找到了某個樣品運行限或操作限,但還不滿(mǎn)足試驗(yàn)結束(shù)條(tiáo)件,則更換(huàn)樣品,繼續(xù)試驗。
4、低溫啟動(dòng)試驗
低溫啟動試驗一般和(hé)步進(jìn)低溫工作試驗結合(hé)在一起做。
低溫啟動從-20℃開始,如果啟動成功,則以10℃為步長降溫,接近極限時步長為5℃;如(rú)果啟動不成功,以10℃為(wéi)步長升溫,接近樣品低溫規格時,步長為5℃。
樣品斷電,試驗箱保持某一低溫,監視樣品內部溫度,直至溫度平(píng)衡,再停留10分鍾,保證芯片內(nèi)部被冷透。
樣品上電,配置業務,並監視樣品性能,根據性能指標判斷(duàn)是否啟動成功。
5、步進高溫工作試驗
從樣品高溫規(guī)格限開始,步進升溫,步進步(bù)長一(yī)般為10℃,接近(jìn)極限時步長取5 ℃;如果已有同種(zhǒng)產品的其(qí)它(tā)樣品做過本試(shì)驗項(xiàng)目,並確定失效溫度點距離規格限較遠,為縮短試驗時間,步長可以(yǐ)為20℃。
每個溫(wēn)度台階的停留時間應足夠長,使得產品的每個器件的溫度穩(wěn)定下(xià)來,通(tōng)常是(shì)產品溫度達到溫度設(shè)定點後10~15分鍾。
每(měi)個溫(wēn)度台(tái)階必須進行完整(zhěng)的功能測試。
試驗中滿足以下任意一個條(tiáo)件,本項目即可停止:一是,溫度達到或超過了高溫150℃,或試驗樣(yàng)品在某(mǒu)個溫度點(diǎn)附近一致失效;二是,達到(dào)了試驗箱的極限;三是,達到了樣品材料所能承受應力的物理極(jí)限,比如塑料熔化。
如果產品發生了失效,溫度下降至上一個溫度台階,判斷失效為運行限還是破壞限。
如果試驗(yàn)滿足(zú)終止條(tiáo)件後試樣依然沒有失效,則把當時的(de)溫度試驗條件定為試樣的運行限;如(rú)果找到了某個(gè)樣(yàng)品的運行限或操(cāo)作限,但還沒有達到試驗結(jié)束條件,則更換樣品,繼續試(shì)驗。
如果(guǒ)電路有一些已知的熱的敏感點,在(zài)升溫中采用必(bì)要(yào)方法屏蔽掉(diào)這些(xiē)部(bù)位,比如局部製(zhì)冷或加強散熱,以發現樣品其它部分的缺陷。
6、高低溫循環試驗(選做)
一般進行5個循環,少要(yào)進(jìn)行3個溫度循環(huán),除非產品發生破壞性失效;溫度變化速率取試驗箱的溫變能力,如果在溫度變化時試樣失效,則降低溫度變化率。
溫度(dù)循環的溫度極點取【低溫操作限+5℃,高溫操作限-5℃】。
在兩個溫度極點至少等產品到(dào)達溫度設定點後再停留5分鍾,如果(guǒ)產品體積很大或熱容量很大,比如體積超過0.05立方米,應(yīng)適當延長停留時間。
盡可能在溫度變化時完成完整的功能測試。
如(rú)果試驗時(shí)間緊急,可以不做此項測(cè)試,因為後麵(miàn)的溫度循環與振動的綜合試驗中(zhōng)包含(hán)了此種應力。但推(tuī)薦盡可能做此項測試。
7、步進隨機振動試驗
首先了(le)解產品對(duì)振(zhèn)動(dòng)的大致響應,然(rán)後用合適的夾具把樣品固定在振台上,在樣品合適部位安裝加速度計。選擇加(jiā)速計安裝部位的原則為:
(1)用有(yǒu)限數量(6通道)的加速計,監視樣品盡可能全麵的振動情(qíng)況。
(2)步進起始振動為1~10Grms,推薦(jiàn)5Grms;
(3)步進步長為1~10Grms,推薦5Grms;
(4)每個振動台階(jiē)停留5分鍾,並完成完整的功能測試;
(5)在振(zhèn)動強度超過20Grms時,每(měi)個振動台階完畢,把(bǎ)振(zhèn)動值調至5±3Grms,並做功能測試,有利於故(gù)障的暴露;
(6)試(shì)驗中滿足以下任意一個條件,本項目(mù)即(jí)可停止(zhǐ):一是(shì),振動達到或超過了50G,或試驗樣品在(zài)某個(gè)振動點附近一致(zhì)失效;二是,達到了試(shì)驗箱的極限;三是,達到了樣品材料所能承受應力的(de)物理極限,比如表貼器件管腳(jiǎo)斷(duàn)裂。
如果產品發生故(gù)障,將振(zhèn)動強(qiáng)度降回上一個(gè)台階,判(pàn)斷該失效為運行限還是破壞限。
如果(guǒ)試驗滿足終(zhōng)止條件(jiàn)後試樣依然沒有失效,則把當時的試(shì)驗條件定為試樣的(de)振動運行限;如果找到了某個樣品的運(yùn)行限或操作(zuò)限,但還沒有達(dá)到試驗(yàn)結束條件,則(zé)更換樣品,繼續試驗。
8、高低溫循環與步進隨機振(zhèn)動結合的綜合試驗
振動極限值取步進振動試驗中(zhōng)的操作限。
(1)高、低溫極限值與純粹的高低溫循環試驗相同;
(2)共計5個循環;
(3)個循環的振動設定值為振動極限值的五分之一,步長同樣為振動極限值的五(wǔ)分(fèn)之一;
(4)推薦每個振(zhèn)動(dòng)台階完畢,把振動(dòng)值調至5±3Grms,並做功能測試,有利於故障的暴露;
(5)在每個溫度停留點進行(háng)完整的(de)功能測試,可能的話全程監視產品性能(néng)。
9、低溫與隨機振(zhèn)動結合的綜合(hé)試驗(選做)
如果在溫度循環與隨機振動的綜合試驗中試樣在溫度(dù)循環的低溫段出現軟故障,則可以開展本(běn)試驗項目,用(yòng)於試驗問題的定位。試驗分為兩類:
(1)步(bù)進振(zhèn)動的低溫試驗
溫度取低(dī)溫操作限或略高5℃,進行步進隨機振動試驗,試驗步驟與“步進隨(suí)機振動試驗”相同。振動極限值(zhí)取(qǔ)試樣的振動運行限或略低5G。
(2)步進低溫的振動試驗
振動取(qǔ)振動操作限(xiàn)或略低5G,進行(háng)步進低溫試驗,試驗(yàn)步驟(zhòu)與“步進低溫工作(zuò)試驗”相同(tóng)。溫度極限值取試樣的溫度運行限或略低5℃。
10、高溫與隨機振動結合的綜合試驗(選做)
如果在溫(wēn)度循環與隨機振(zhèn)動的綜合試驗中試樣在(zài)溫度(dù)循環的高溫段出現軟故障,則可以開展本試驗項目,用(yòng)於(yú)試驗問題的定位。試驗分(fèn)為兩類:
(1)步進(jìn)振動(dòng)的高溫試驗
溫度取高溫操作限或略低5℃,進行步(bù)進隨(suí)機振動試驗,試驗步驟與“步進隨(suí)機振動試驗”相同。振動極(jí)限值取試樣的振動運行限或略低5G。
(2)步(bù)進(jìn)高溫的振動試驗
振動取(qǔ)振動操作限或略低(dī)5G,進行步進高溫試驗,試驗步驟與“步進高溫工作試驗(yàn)”相同(tóng)。溫度極限(xiàn)值取試樣的溫度運行限或略低(dī)5℃。