HALT(Highly Accelerated Life Test)的全稱是高加速壽命試驗(yàn),是一種試驗(yàn)方法(思想),采用的環(huán)境應(yīng)力比加速試驗(yàn)更加嚴(yán)酷。主要應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)階段,它能以較短的時(shí)間促使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝缺陷暴露出來,從而為我們做設(shè)計(jì)改進(jìn),提升產(chǎn)品可靠性提供依據(jù)。
HALT試驗(yàn)其實(shí)是硬件工程比較恐懼的試驗(yàn):因?yàn)橥鶎?shí)驗(yàn)過程中,會(huì)出現(xiàn)不少問題。會(huì)有一種深陷泥潭不能自拔的感覺。
1、由于HALT試驗(yàn)是產(chǎn)品開發(fā)階段,產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定度還不夠的時(shí)間段,出問題的概率還是比較高的。
2、而且是不按照器件規(guī)格進(jìn)行的試驗(yàn),如果不出問題,則會(huì)一直做到試驗(yàn)設(shè)備的極限。直到找到產(chǎn)品的薄弱點(diǎn),并且分析出原因,給出整改意見。直到達(dá)到現(xiàn)有設(shè)計(jì)的極限。
3、問題往往難復(fù)現(xiàn),根因難于挖掘。
高加速壽命試驗(yàn)(HALT)是由美國Hobbs工程公司總裁GreggKHobbs博士首先提出來的。從90年代開始,HALT獲得推廣應(yīng)用。HALT的特點(diǎn)是時(shí)間上的壓縮,即在短短的幾天內(nèi)模擬一個(gè)產(chǎn)品的整個(gè)壽命期間可能遇到的情況。
但其實(shí)HALT試驗(yàn)?zāi)鼙┞冻霎a(chǎn)品的短板,開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和解決硬件問題的成本代價(jià),要比發(fā)貨后發(fā)現(xiàn)問題再去解決,成本代價(jià)要小很多。
此時(shí)設(shè)計(jì)師頭疼去發(fā)現(xiàn)和解決問題,是為了未來產(chǎn)品上市的良好質(zhì)量保證,需要嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度去面對(duì)問題,感謝問題。不能捂問題。
與傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)相比,HALT試驗(yàn)的目的是激發(fā)故障,即把產(chǎn)品潛在的缺陷激發(fā)成可觀測(cè)的故障。因此,它不是采用一般模擬實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行的試驗(yàn) , 而是人為施加步進(jìn)應(yīng)力 ,在遠(yuǎn)大于技術(shù)條件規(guī)定的極限應(yīng)力下快速進(jìn)行試驗(yàn) ,找出產(chǎn)品的各種工作極限與破壞極限。目前,雖然還沒有相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) ,但國外在航空、汽車及電子等高科技產(chǎn)業(yè)都廣泛開展了
HALT 項(xiàng)目 ,已有相當(dāng)成效。
HALT具有如下優(yōu)點(diǎn) :
1、利用高環(huán)境應(yīng)力 ,提早使產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺 陷激發(fā)出來 ,從而消除設(shè)計(jì)缺陷 ,大大提高設(shè) 計(jì)可靠性 ,確保產(chǎn)品能獲得早期高可靠性 ,使 產(chǎn)品具有高的外場(chǎng)可靠性 ;可延長(zhǎng)產(chǎn) 品早夭期(浴盆曲線后段延伸 ) ; 2、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期大大減少 ;
3、生產(chǎn)費(fèi)用大大降低 ;
4、維修費(fèi)用大大降低 ,因?yàn)榻桓兜漠a(chǎn)品 具有更高的可靠性 ;
5、了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力及失效模式 ;
6、HALT能找出產(chǎn)品的工作極限和破壞 極限 ,為制定 HASS(高加速應(yīng)力篩選) 方案 , 確定 HASS 的應(yīng)力量級(jí)提供依據(jù) ;
7、大大減少鑒定試驗(yàn)時(shí)的故障 ,經(jīng)過
HALT的產(chǎn)品 ,鑒定試驗(yàn)已不重要 ,僅是一種形式而已。
今天的產(chǎn)品更耐用 ,為了更好的提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,所以有必要開展HALT 去改進(jìn)產(chǎn)品的可靠性。 HALT利用高環(huán)境應(yīng)力 ,提早使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝缺陷激發(fā)來 ,從而消除設(shè)計(jì)和工藝缺陷 , 加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成熟 ,大大提高產(chǎn)品可靠性。 在加速把產(chǎn)品潛在的故障以失效形式暴露出來 ,隨機(jī)振動(dòng)比溫度循環(huán)更有效 ,綜合試驗(yàn)比單個(gè)試驗(yàn)更有效。
試驗(yàn)條件的要求
做HALT試驗(yàn)的設(shè)備必須能夠提供振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力,并滿足下列指標(biāo):
振動(dòng)應(yīng)力:必須能夠提供6個(gè)自由度的隨機(jī)振動(dòng);振動(dòng)能量帶寬為2Hz~10000Hz;振臺(tái)在無負(fù)載情況下至少能產(chǎn)生65Grms的振動(dòng)輸出。
(注:g值是一個(gè)重力加速度值,就是1G=9.8m/s2, 而Grms是個(gè)積累的物理量,類似于能量一樣,在一定的頻率范圍內(nèi)對(duì)PSD積分(PSD:功率譜密度(power
spectral density)、近似的算法就是求面積,在將面積開方就是你所需要的了),然后將積分的結(jié)果開方,也叫加速度總均方根值。)
熱應(yīng)力:目標(biāo)是為產(chǎn)品創(chuàng)造快速溫度變化的環(huán)境,要求至少45℃/min的溫變率;溫度許可范圍至少為-90℃~+170℃。
試驗(yàn)中的試驗(yàn)項(xiàng)目分類
HALT試驗(yàn)中的試驗(yàn)項(xiàng)目分為以下各類,試驗(yàn)中按下面的順序進(jìn)行試驗(yàn):
(1)試驗(yàn)前常溫工作測(cè)試;
(2)步進(jìn)低溫工作試驗(yàn);
(3)低溫啟動(dòng)試驗(yàn);
(4)步進(jìn)高溫工作試驗(yàn);
(5)高低溫循環(huán)試驗(yàn);
(6)步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn);
(7)高低溫循環(huán)與步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)結(jié)合的綜合試驗(yàn);
(8)低溫與隨機(jī)振動(dòng)結(jié)合的綜合試驗(yàn)(選做);
(9)高溫與隨機(jī)振動(dòng)結(jié)合的綜合試驗(yàn)(選做)。
HALT試驗(yàn)的實(shí)際試驗(yàn)過程
1、搭建試驗(yàn)環(huán)境
試驗(yàn)人員首先按上述試驗(yàn)基本要求準(zhǔn)備好試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、試驗(yàn)樣品等資源,然后開始搭建試驗(yàn)環(huán)境:
(1)把試驗(yàn)樣品有針對(duì)性地置于試驗(yàn)箱內(nèi),如果是振動(dòng)試驗(yàn),必須用夾具固定樣品;
(2)把電源線、信號(hào)線及監(jiān)視用電纜、光纖等引線通過試驗(yàn)箱出線口引出,與外面電源、監(jiān)視設(shè)備等正確相連;
(3)對(duì)試驗(yàn)樣品按規(guī)律編號(hào),以便于試驗(yàn)過程的記錄;
(4)樣品上電,研發(fā)、測(cè)試人員負(fù)責(zé)按測(cè)試用例對(duì)樣品組網(wǎng)、配置業(yè)務(wù)并配置儀表,使樣品工作正常。
(5)樣品掉電,給樣品的溫度、振動(dòng)關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)粘貼必要的熱電偶和振動(dòng)加速計(jì)(注意,由于加速計(jì)在高溫時(shí)容易損壞,在有高溫的振動(dòng)試驗(yàn)中,不要使用加速計(jì))。
2、試驗(yàn)前常溫工作測(cè)試
試驗(yàn)前的常溫工作測(cè)試,即在搭建試驗(yàn)環(huán)境完成后,對(duì)樣品持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間的測(cè)試。有兩個(gè)目的:一是,確認(rèn)試樣在正常工作條件下是符合規(guī)格要求;二是,測(cè)量常溫工作條件下試樣關(guān)鍵部位的溫升。
3、步進(jìn)低溫工作試驗(yàn)
從樣品低溫規(guī)格限開始,步進(jìn)降溫,步進(jìn)步長(zhǎng)一般為10℃,接近極限時(shí)步長(zhǎng)取5 ℃;如果已有其它樣品做過本試驗(yàn)項(xiàng)目,并確定失效溫度點(diǎn)距離規(guī)格限較遠(yuǎn),為縮短試驗(yàn)時(shí)間,步長(zhǎng)可以為20℃。
每個(gè)溫度臺(tái)階的停留時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng),使得產(chǎn)品的每個(gè)器件的溫度穩(wěn)定下來,通常是產(chǎn)品溫度達(dá)到溫度設(shè)定點(diǎn)后5~15分鐘。
每個(gè)溫度臺(tái)階必須進(jìn)行完整的功能測(cè)試。
試驗(yàn)中滿足以下任意一個(gè)條件,本項(xiàng)目即可停止:一是,低溫達(dá)到或超過了零下90℃,或試驗(yàn)樣品在某個(gè)溫度點(diǎn)附近一致失效;二是,達(dá)到了試驗(yàn)箱的極限;三是,達(dá)到了樣品材料所能承受應(yīng)力的物理極限。
如果產(chǎn)品發(fā)生了失效,溫度回升至上一個(gè)溫度臺(tái)階,判斷失效為運(yùn)行限還是破壞限。
如果試驗(yàn)滿足終止條件后試樣依然沒有失效,則把當(dāng)時(shí)的溫度試驗(yàn)條件定為試樣的運(yùn)行限;如果找到了某個(gè)樣品運(yùn)行限或操作限,但還不滿足試驗(yàn)結(jié)束條件,則更換樣品,繼續(xù)試驗(yàn)。
4、低溫啟動(dòng)試驗(yàn)
低溫啟動(dòng)試驗(yàn)一般和步進(jìn)低溫工作試驗(yàn)結(jié)合在一起做。
低溫啟動(dòng)從-20℃開始,如果啟動(dòng)成功,則以10℃為步長(zhǎng)降溫,接近極限時(shí)步長(zhǎng)為5℃;如果啟動(dòng)不成功,以10℃為步長(zhǎng)升溫,接近樣品低溫規(guī)格時(shí),步長(zhǎng)為5℃。
樣品斷電,試驗(yàn)箱保持某一低溫,監(jiān)視樣品內(nèi)部溫度,直至溫度平衡,再停留10分鐘,保證芯片內(nèi)部被冷透。
樣品上電,配置業(yè)務(wù),并監(jiān)視樣品性能,根據(jù)性能指標(biāo)判斷是否啟動(dòng)成功。
5、步進(jìn)高溫工作試驗(yàn)
從樣品高溫規(guī)格限開始,步進(jìn)升溫,步進(jìn)步長(zhǎng)一般為10℃,接近極限時(shí)步長(zhǎng)取5 ℃;如果已有同種產(chǎn)品的其它樣品做過本試驗(yàn)項(xiàng)目,并確定失效溫度點(diǎn)距離規(guī)格限較遠(yuǎn),為縮短試驗(yàn)時(shí)間,步長(zhǎng)可以為20℃。
每個(gè)溫度臺(tái)階的停留時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng),使得產(chǎn)品的每個(gè)器件的溫度穩(wěn)定下來,通常是產(chǎn)品溫度達(dá)到溫度設(shè)定點(diǎn)后10~15分鐘。
每個(gè)溫度臺(tái)階必須進(jìn)行完整的功能測(cè)試。
試驗(yàn)中滿足以下任意一個(gè)條件,本項(xiàng)目即可停止:一是,溫度達(dá)到或超過了高溫150℃,或試驗(yàn)樣品在某個(gè)溫度點(diǎn)附近一致失效;二是,達(dá)到了試驗(yàn)箱的極限;三是,達(dá)到了樣品材料所能承受應(yīng)力的物理極限,比如塑料熔化。
如果產(chǎn)品發(fā)生了失效,溫度下降至上一個(gè)溫度臺(tái)階,判斷失效為運(yùn)行限還是破壞限。
如果試驗(yàn)滿足終止條件后試樣依然沒有失效,則把當(dāng)時(shí)的溫度試驗(yàn)條件定為試樣的運(yùn)行限;如果找到了某個(gè)樣品的運(yùn)行限或操作限,但還沒有達(dá)到試驗(yàn)結(jié)束條件,則更換樣品,繼續(xù)試驗(yàn)。
如果電路有一些已知的熱的敏感點(diǎn),在升溫中采用必要方法屏蔽掉這些部位,比如局部制冷或加強(qiáng)散熱,以發(fā)現(xiàn)樣品其它部分的缺陷。
6、高低溫循環(huán)試驗(yàn)(選做)
一般進(jìn)行5個(gè)循環(huán),少要進(jìn)行3個(gè)溫度循環(huán),除非產(chǎn)品發(fā)生破壞性失效;溫度變化速率取試驗(yàn)箱的溫變能力,如果在溫度變化時(shí)試樣失效,則降低溫度變化率。
溫度循環(huán)的溫度極點(diǎn)取【低溫操作限+5℃,高溫操作限-5℃】。
在兩個(gè)溫度極點(diǎn)至少等產(chǎn)品到達(dá)溫度設(shè)定點(diǎn)后再停留5分鐘,如果產(chǎn)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(dāng)延長(zhǎng)停留時(shí)間。
盡可能在溫度變化時(shí)完成完整的功能測(cè)試。
如果試驗(yàn)時(shí)間緊急,可以不做此項(xiàng)測(cè)試,因?yàn)楹竺娴臏囟妊h(huán)與振動(dòng)的綜合試驗(yàn)中包含了此種應(yīng)力。但推薦盡可能做此項(xiàng)測(cè)試。
7、步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)
首先了解產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)的大致響應(yīng),然后用合適的夾具把樣品固定在振臺(tái)上,在樣品合適部位安裝加速度計(jì)。選擇加速計(jì)安裝部位的原則為:
(1)用有限數(shù)量(6通道)的加速計(jì),監(jiān)視樣品盡可能全面的振動(dòng)情況。
(2)步進(jìn)起始振動(dòng)為1~10Grms,推薦5Grms;
(3)步進(jìn)步長(zhǎng)為1~10Grms,推薦5Grms;
(4)每個(gè)振動(dòng)臺(tái)階停留5分鐘,并完成完整的功能測(cè)試;
(5)在振動(dòng)強(qiáng)度超過20Grms時(shí),每個(gè)振動(dòng)臺(tái)階完畢,把振動(dòng)值調(diào)至5±3Grms,并做功能測(cè)試,有利于故障的暴露;
(6)試驗(yàn)中滿足以下任意一個(gè)條件,本項(xiàng)目即可停止:一是,振動(dòng)達(dá)到或超過了50G,或試驗(yàn)樣品在某個(gè)振動(dòng)點(diǎn)附近一致失效;二是,達(dá)到了試驗(yàn)箱的極限;三是,達(dá)到了樣品材料所能承受應(yīng)力的物理極限,比如表貼器件管腳斷裂。
如果產(chǎn)品發(fā)生故障,將振動(dòng)強(qiáng)度降回上一個(gè)臺(tái)階,判斷該失效為運(yùn)行限還是破壞限。
如果試驗(yàn)滿足終止條件后試樣依然沒有失效,則把當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)條件定為試樣的振動(dòng)運(yùn)行限;如果找到了某個(gè)樣品的運(yùn)行限或操作限,但還沒有達(dá)到試驗(yàn)結(jié)束條件,則更換樣品,繼續(xù)試驗(yàn)。
8、高低溫循環(huán)與步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)結(jié)合的綜合試驗(yàn)
振動(dòng)極限值取步進(jìn)振動(dòng)試驗(yàn)中的操作限。
(1)高、低溫極限值與純粹的高低溫循環(huán)試驗(yàn)相同;
(2)共計(jì)5個(gè)循環(huán);
(3)個(gè)循環(huán)的振動(dòng)設(shè)定值為振動(dòng)極限值的五分之一,步長(zhǎng)同樣為振動(dòng)極限值的五分之一;
(4)推薦每個(gè)振動(dòng)臺(tái)階完畢,把振動(dòng)值調(diào)至5±3Grms,并做功能測(cè)試,有利于故障的暴露;
(5)在每個(gè)溫度停留點(diǎn)進(jìn)行完整的功能測(cè)試,可能的話全程監(jiān)視產(chǎn)品性能。
9、低溫與隨機(jī)振動(dòng)結(jié)合的綜合試驗(yàn)(選做)
如果在溫度循環(huán)與隨機(jī)振動(dòng)的綜合試驗(yàn)中試樣在溫度循環(huán)的低溫段出現(xiàn)軟故障,則可以開展本試驗(yàn)項(xiàng)目,用于試驗(yàn)問題的定位。試驗(yàn)分為兩類:
(1)步進(jìn)振動(dòng)的低溫試驗(yàn)
溫度取低溫操作限或略高5℃,進(jìn)行步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)步驟與“步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)”相同。振動(dòng)極限值取試樣的振動(dòng)運(yùn)行限或略低5G。
(2)步進(jìn)低溫的振動(dòng)試驗(yàn)
振動(dòng)取振動(dòng)操作限或略低5G,進(jìn)行步進(jìn)低溫試驗(yàn),試驗(yàn)步驟與“步進(jìn)低溫工作試驗(yàn)”相同。溫度極限值取試樣的溫度運(yùn)行限或略低5℃。
10、高溫與隨機(jī)振動(dòng)結(jié)合的綜合試驗(yàn)(選做)
如果在溫度循環(huán)與隨機(jī)振動(dòng)的綜合試驗(yàn)中試樣在溫度循環(huán)的高溫段出現(xiàn)軟故障,則可以開展本試驗(yàn)項(xiàng)目,用于試驗(yàn)問題的定位。試驗(yàn)分為兩類:
(1)步進(jìn)振動(dòng)的高溫試驗(yàn)
溫度取高溫操作限或略低5℃,進(jìn)行步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)步驟與“步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)”相同。振動(dòng)極限值取試樣的振動(dòng)運(yùn)行限或略低5G。
(2)步進(jìn)高溫的振動(dòng)試驗(yàn)
振動(dòng)取振動(dòng)操作限或略低5G,進(jìn)行步進(jìn)高溫試驗(yàn),試驗(yàn)步驟與“步進(jìn)高溫工作試驗(yàn)”相同。溫度極限值取試樣的溫度運(yùn)行限或略低5℃。