HALT(Highly Accelerated Life Test)的全稱是高加速壽命試驗,是一(yī)種試驗方法(思想),采用的環境應(yīng)力比加速試驗更加嚴(yán)酷。主(zhǔ)要應用於產(chǎn)品開發階段,它能(néng)以較短的時間促使產品的設計和工藝缺陷暴(bào)露(lù)出來,從而(ér)為我們做設(shè)計改(gǎi)進,提升產品可靠性(xìng)提(tí)供依據。
HALT試驗其實是硬件(jiàn)工程比較恐懼的試驗:因為往往實驗過程中,會出現不少(shǎo)問題。會有一種深陷泥潭不能自拔的感覺。
1、由於(yú)HALT試驗是產品開發階段,產品相對穩定度還不夠的(de)時間段,出問題的概率還是比較高的。
2、而且是(shì)不按照器件規格進行的試驗(yàn),如果不出問題,則會一直做到試(shì)驗設備(bèi)的極限。直到找到產品的(de)薄弱點,並且分析出原因(yīn),給出整改意見。直到(dào)達到現有設計的極限。
3、問題(tí)往往難複現,根因難於挖掘。
高加(jiā)速壽命試驗(HALT)是(shì)由美(měi)國Hobbs工程公司總(zǒng)裁GreggKHobbs博士首先提出來(lái)的。從90年代開始,HALT獲得推廣應用。HALT的特點是時間上的壓縮,即(jí)在短短的(de)幾天(tiān)內模擬一個產品的整(zhěng)個壽命期間可能遇到的情況。
但其實HALT試驗能暴(bào)露出產品的短板,開發階段發現和(hé)解決(jué)硬(yìng)件問題的成本代價,要比發貨後發現問題再去解(jiě)決,成本代價要小很多。
此時設計師頭疼去發現和解決(jué)問題,是為了未來產品上市的良好質量保(bǎo)證,需要嚴(yán)謹態(tài)度去麵對問題,感謝問題。不(bú)能捂問(wèn)題。
與傳統的可靠性試驗相比,HALT試驗的目的是激(jī)發故障,即把產品潛在的缺陷激發成可觀測的故障。因此,它不是(shì)采用一般模擬實際使用環境進行的試驗 , 而(ér)是人為施加(jiā)步進應力 ,在遠大於技術(shù)條件規定的(de)極限應力下(xià)快速進行試(shì)驗 ,找出產品的各種工作極限與破壞極限。目(mù)前,雖然(rán)還沒有相關的試(shì)驗(yàn)標準 ,但國外在航空、汽車(chē)及電子等高科技產業(yè)都廣泛開展(zhǎn)了
HALT 項(xiàng)目 ,已有相當成(chéng)效。
HALT具有如下優點 :
1、利用高環境(jìng)應(yīng)力 ,提早使(shǐ)產品設計(jì)缺 陷(xiàn)激(jī)發出來 ,從而消除設計缺陷 ,大大提高設 計可靠性(xìng) ,確保產(chǎn)品能獲得早期高可靠性 ,使 產品(pǐn)具有高的外場可靠性 ;可延長產 品(pǐn)早夭期(浴盆曲線後段延伸(shēn) ) ; 2、產品的設計周期大大減少 ;
3、生產費用大大(dà)降低 ;
4、維修費用大大降低 ,因為交付的產品 具有更高的可靠性 ;
5、了解產品的設計能力及失效模式 ;
6、HALT能找出產品的(de)工作極限和破壞 極(jí)限 ,為製定 HASS(高加速應力篩選) 方案 , 確定 HASS 的應力量級提供依據 ;
7、大大減少鑒定試驗時的故障 ,經過
HALT的產品 ,鑒定試驗已不(bú)重要 ,僅是一種形式而已。
今天的產品更耐用 ,為了更(gèng)好的提高產(chǎn)品競爭力,所以(yǐ)有必要(yào)開展HALT 去改進產品的可靠(kào)性。 HALT利用高環境應力 ,提早使(shǐ)產品(pǐn)設計和工藝缺陷激發(fā)來 ,從而消除設計和(hé)工藝缺陷 , 加(jiā)速(sù)產品設計的成熟(shú) ,大大提高產品可靠性。 在加速把產品潛在的故障以(yǐ)失效形式暴露出來 ,隨機振動比溫度(dù)循環更有效 ,綜合試驗比單個試驗更有效。
試驗(yàn)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(zhǐ)標:
振動應(yīng)力:必須能夠提供6個自由度的隨(suí)機振動;振動(dòng)能量帶寬為(wéi)2Hz~10000Hz;振台在無負(fù)載情(qíng)況下至少能產生65Grms的振動輸(shū)出。
(注:g值是(shì)一個重力加速度值,就是1G=9.8m/s2, 而Grms是個積累(lèi)的物理量(liàng),類似於能量一樣,在一定的頻率範圍內對PSD積分(PSD:功率譜密度(power
spectral density)、近(jìn)似的算法就是求麵積,在(zài)將麵(miàn)積開方就是你所需要的了),然後將積分的結果開(kāi)方,也叫加速度總均方根(gēn)值。)
熱(rè)應力(lì):目標是為產品創造快速(sù)溫度變化的環境,要求至少45℃/min的溫變率;溫度許可範圍至少為-90℃~+170℃。
試驗中的試驗項目分類
HALT試驗中(zhōng)的試驗項目分(fèn)為(wéi)以下各類,試驗中按(àn)下麵的順(shùn)序進行試驗:
(1)試驗前常溫工(gōng)作測(cè)試;
(2)步進(jìn)低(dī)溫工作試驗;
(3)低溫啟動(dòng)試驗;
(4)步進高溫工(gōng)作試驗;
(5)高(gāo)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(suí)機振動(dòng)結合的綜合試驗;
(8)低溫與隨機振動結合的綜合試驗(yàn)(選做);
(9)高溫(wēn)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(huán)境
試(shì)驗人員首先按上述試驗基本要求準備好試驗設備、測試設(shè)備、試驗樣品等資源,然後開始搭建試驗環境:
(1)把試驗樣(yàng)品有針對性地置於試驗箱內,如果是振動試(shì)驗,必須用夾具固定樣品;
(2)把電源線、信(xìn)號線及監視用電纜(lǎn)、光纖(xiān)等(děng)引線通過試驗箱出線口引出,與外麵電源、監視設備等正確(què)相連;
(3)對試驗樣品按(àn)規律編號,以便於試(shì)驗過(guò)程的記錄;
(4)樣(yàng)品(pǐn)上電,研(yán)發、測試人員負責按測試用例對樣品組網、配置業務並配置儀表,使(shǐ)樣品工作正常。
(5)樣品掉電,給樣品的溫度、振(zhèn)動關(guān)鍵檢(jiǎn)測點粘(zhān)貼必要的熱電(diàn)偶(ǒu)和振動加速(sù)計(注意,由於加(jiā)速計在高溫時(shí)容易損壞,在(zài)有高溫的振動試驗中,不要使用加速計)。
2、試驗前(qián)常溫工作測試
試驗(yàn)前(qián)的(de)常溫工作測試(shì),即在搭(dā)建試驗環境完成後,對樣品持續進行一段時(shí)間的(de)測試。有兩個目的:一是,確認試樣在(zài)正常工作條件下(xià)是符合規格要求;二是,測量常溫工作條(tiáo)件(jiàn)下試樣關鍵部位的(de)溫升(shēng)。
3、步進低溫工作試驗
從樣品低溫規格限開(kāi)始,步進降溫,步(bù)進步長(zhǎng)一般為10℃,接近極限(xiàn)時步長取5 ℃;如果已有其它樣品做過本試驗(yàn)項目,並確定失效(xiào)溫度點距離規格限較遠,為縮短試驗時間,步(bù)長可以為20℃。
每個溫度台階的停留(liú)時間應足夠長,使得產品的每個器件的溫度穩定下來,通常是產(chǎn)品溫度達到(dào)溫度設定點後5~15分鍾。
每個溫度台階必須進行(háng)完整的功能測試。
試驗中滿足以下任意一個條(tiáo)件,本項目(mù)即(jí)可(kě)停止:一(yī)是,低(dī)溫達(dá)到或超過了零下90℃,或試(shì)驗(yàn)樣(yàng)品在某個溫(wēn)度點附近一致失效;二(èr)是,達到了試驗箱的極(jí)限;三是,達到了樣品材料所能承受應力的物理極(jí)限。
如果(guǒ)產品發生了失效,溫度(dù)回升至上一個(gè)溫度台階,判斷(duàn)失效為運行限還是破壞限。
如果試驗滿足終止條(tiáo)件後試(shì)樣依然沒(méi)有失效,則把(bǎ)當時的溫度試驗條件定為試樣的運行限;如果找(zhǎo)到了某(mǒu)個樣品運行限或操(cāo)作限,但還不滿(mǎn)足試驗結束條件,則更換樣品,繼續試(shì)驗。
4、低溫啟動試驗
低溫啟動試驗一般和(hé)步進低溫工作試驗結合在一起做(zuò)。
低溫(wēn)啟(qǐ)動從(cóng)-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℃;如果啟動不成功,以10℃為(wéi)步(bù)長升溫,接近樣(yàng)品低溫規格時(shí),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,直至溫度平衡,再停(tíng)留10分鍾,保證芯片內部(bù)被冷透。
樣品上電(diàn),配置業務,並監視樣品(pǐn)性能,根據性能指標判斷是(shì)否啟動成(chéng)功。
5、步進高溫工作試驗
從樣品高溫規格限(xiàn)開始,步進(jìn)升溫,步(bù)進步長一般為10℃,接近極限(xiàn)時(shí)步(bù)長取5 ℃;如果已有同種產品的其它樣品做過本試驗項目,並確定失效溫度點距離(lí)規格限較遠,為縮(suō)短試(shì)驗時間,步長可以為20℃。
每個溫度台階的停(tíng)留(liú)時間應足夠長,使得產品的(de)每個器件的溫度(dù)穩定下來,通常是產(chǎn)品溫度達到溫度設定點後10~15分鍾。
每個(gè)溫度台階必須進行(háng)完整(zhěng)的功能測試。
試驗中滿足(zú)以下任意一個條件,本項目即(jí)可停止:一是,溫度達到或超過了高溫150℃,或試驗樣(yàng)品在某個溫度點附近(jìn)一致失效;二是,達到了試驗箱的極限;三是,達到了樣品材(cái)料所能承受應力的物理極限,比如塑料熔化。
如果(guǒ)產品發生了(le)失效,溫度下降至上一個溫度台(tái)階,判斷失(shī)效為運行限還是破壞限。
如果試驗滿足終止條件後試樣依然(rán)沒有失效,則把當時的(de)溫(wēn)度試驗條件定為試樣的運行限;如果找到了某個樣品的運行限或操作限,但還沒有達到試驗結束條件,則更換樣品,繼續試(shì)驗。
如果電路有一些已知的熱的敏感點,在(zài)升溫中采(cǎi)用必(bì)要(yào)方法屏蔽掉這些部位,比如局部(bù)製冷或加強散(sàn)熱,以(yǐ)發現樣品(pǐn)其它部分的缺陷。
6、高低溫循環試驗(選(xuǎn)做)
一般進(jìn)行(háng)5個循環,少要進行3個溫度循環,除(chú)非產品發生破壞性(xìng)失效;溫度變化速率取試驗箱的溫變能力,如(rú)果在溫度變化時試樣失效,則降低溫度變化率。
溫度循環的溫度極點取【低溫操作限+5℃,高溫操作(zuò)限-5℃】。
在兩個溫度極點至少等產品到達溫度設定點後再(zài)停留5分鍾,如果產品體積很(hěn)大或熱容量很大,比如體積超過(guò)0.05立方米,應適當延長停(tíng)留時間(jiān)。
盡可(kě)能在溫度變化時完成完整的功能測試。
如果試驗時間緊(jǐn)急,可以不做此項(xiàng)測試(shì),因為後麵的溫度循環與振動的綜合試驗中包含了此種應力。但推(tuī)薦盡可能做此項測試(shì)。
7、步進隨機振動試驗
首先了解產(chǎn)品對振動的大致(zhì)響應,然後用合適的夾具把樣(yàng)品固定在振台上,在樣品合適部位(wèi)安(ān)裝加速度計。選擇加速計安裝部位的原則為(wéi):
(1)用有限數量(6通道)的加速計,監(jiān)視樣品(pǐn)盡可能全麵的振動情況。
(2)步進起始振動為1~10Grms,推薦5Grms;
(3)步進步長為1~10Grms,推薦(jiàn)5Grms;
(4)每個振動台(tái)階停留5分鍾,並完成完整的功能測試;
(5)在振動強度(dù)超過20Grms時,每個振(zhèn)動台階完畢,把振(zhèn)動值調至5±3Grms,並做功能測試,有(yǒu)利於故障的暴露;
(6)試驗中滿足(zú)以下任意一個條件,本項目即可停止:一是,振動達(dá)到(dào)或超過了50G,或試驗樣品在某個振動點(diǎn)附近一致失效;二是,達到了試驗箱的極限;三是,達(dá)到了樣(yàng)品材料所能承受應力(lì)的物理極限,比如表貼器件管腳斷裂。
如果產品發生故障,將振動強度降回上一個(gè)台階,判斷該失效為運行限還是(shì)破壞限。
如果試驗(yàn)滿足終止條件後試(shì)樣依(yī)然沒有失效,則把當時的試驗(yàn)條件定為試樣的振動運行限;如果找到了某個樣品的運行(háng)限(xiàn)或操(cāo)作限,但(dàn)還沒有達到試驗結束條(tiáo)件,則更換(huàn)樣品,繼續試驗。
8、高低溫循環與步進隨機(jī)振動結合的(de)綜合試驗(yàn)
振動極限(xiàn)值取步(bù)進振(zhèn)動試驗(yàn)中(zhōng)的操作限。
(1)高、低溫極(jí)限(xiàn)值與純粹的(de)高低溫循環(huán)試驗相同;
(2)共計5個循(xún)環;
(3)個循環的振動設定值為振動極限值的五分之一(yī),步長同(tóng)樣為振動極限值的五分之一;
(4)推薦每(měi)個振動台(tái)階完畢,把振動值調至5±3Grms,並(bìng)做功(gōng)能測試,有利於(yú)故(gù)障的暴露;
(5)在每個(gè)溫度停留點進行完(wán)整的功能(néng)測試,可能的話全程監視產品性能。
9、低溫與隨機振動結合的(de)綜合試驗(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循環的低溫段出現軟故障,則可以開展本試(shì)驗項目,用於試(shì)驗問(wèn)題的定位(wèi)。試驗分為兩類:
(1)步進振動的低溫試驗
溫度(dù)取低溫操作限或略高5℃,進行步進隨機振動試(shì)驗,試驗步驟與“步進隨機振動試(shì)驗”相同。振動極(jí)限值取試樣的振動運行限或略低5G。
(2)步進低溫的振動試驗(yàn)
振動取(qǔ)振動操作限或略低5G,進行步(bù)進低溫(wēn)試驗(yàn),試驗步(bù)驟與“步進低溫(wēn)工作試驗”相(xiàng)同。溫度(dù)極(jí)限值取試樣的(de)溫度運行限或略低5℃。
10、高溫與隨機振動(dòng)結合的綜合(hé)試驗(選做)
如(rú)果在溫(wēn)度循環與隨機振動的綜合試驗(yàn)中試樣在溫度循環的高溫段(duàn)出現軟故障,則(zé)可以開展本試驗(yàn)項目,用於試驗問題的(de)定(dìng)位。試驗分為兩類:
(1)步進振動的高溫試驗
溫度取高溫操作限或略低5℃,進行步進隨機振動試驗,試驗步驟與“步進隨機振動試驗”相同。振動極限值取試樣的振動運行限或略低5G。
(2)步進高溫(wēn)的振動試驗(yàn)
振動取振動(dòng)操作限或略低5G,進行步進高溫試驗(yàn),試驗(yàn)步驟與“步進高溫工作試驗”相(xiàng)同。溫度極限(xiàn)值取試樣的溫度運行限或略(luè)低5℃。