什么是HALT試驗？

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HALT（Highly Accelerated Life Test）的全稱是高加速壽命試驗，是一種試驗方法（思想），采用的環境應力比加速試驗更加嚴酷。主要應用于產品開發階段，它能以較短的時間促使產品的設計和工藝缺陷暴露出來，從而為我們做設計改進，提升產品可靠性提供依據。

 

 

HALT試驗其實是硬件工程比較恐懼的試驗：因為往往實驗過程中，會出現不少問題。會有一種深陷泥潭不能自拔的感覺。

 

1、由于HALT試驗是產品開發階段，產品相對穩定度還不夠的時間段，出問題的概率還是比較高的。

2、而且是不按照器件規格進行的試驗，如果不出問題，則會一直做到試驗設備的極限。直到找到產品的薄弱點，并且分析出原因，給出整改意見。直到達到現有設計的極限。

3、問題往往難復現，根因難于挖掘。

 

高加速壽命試驗(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獲得推廣應用。HALT的最大特點是時間上的壓縮,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，開發階段發現和解決硬件問題的成本代價，要比發貨后發現問題再去解決，成本代價要小很多。

 

此時設計師頭疼去發現和解決問題，是為了未來產品上市的良好質量保證，需要嚴謹態度去面對問題，感謝問題。不能捂問題。

 

與傳統的可靠性試驗相比,HALT試驗的目的是激發故障,即把產品潛在的缺陷激發成可觀測的故障。因此,它不是采用一般模擬實際使用環境進行的試驗 , 而是人為施加步進應力 ,在遠大于技術條件規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壞極限。目前,雖然還沒有相關的試驗標準 ,但國外在航空、汽車及電子等高科技產業都廣泛開展了 HALT 項目 ,已有相當成效。

 

HALT具有如下優點 :

1、利用高環境應力 ,提早使產品設計缺 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性 ,使 產品具有高的外場可靠性 ;改善后可延長產 品早夭期(浴盆曲線后段延伸 ) ; 

2、產品的設計周期大大減少 ;

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能找出產品的工作極限和破壞 極限 ,為制定 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 ,鑒定試驗已不重要 ,僅是一種形式而已。

 

今天的產品更耐用 ,為了更好的提高產品競爭力，所以有必要開展HALT 去改進產品的可靠性。 HALT利用高環境應力 ,提早使產品設計和工藝缺陷激發來 ,從而消除設計和工藝缺陷 , 加速產品設計的成熟 ,大大提高產品可靠性。 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，并滿足下列指標：

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；振臺在無負載情況下至少能產生65Grms的振動輸出。

（注：g值是一個重力加速度值，就是1G=9.8m/s2, 而Grms是個積累的物理量，類似于能量一樣，在一定的頻率范圍內對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；溫度許可范圍至少為－90℃～＋170℃。

 

試驗中的試驗項目分類

HALT試驗中的試驗項目分為以下各類，試驗中按下面的順序進行試驗：

（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結合的綜合試驗；

（8）低溫與隨機振動結合的綜合試驗（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、試驗樣品等資源，然后開始搭建試驗環境：

（1）把試驗樣品有針對性地置于試驗箱內，如果是振動試驗，必須用夾具固定樣品；

（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，與外面電源、監視設備等正確相連；

（3）對試驗樣品按規律編號，以便于試驗過程的記錄；

（4）樣品上電，研發、測試人員負責按測試用例對樣品組網、配置業務并配置儀表，使樣品工作正常。

（5）樣品掉電，給樣品的溫度、振動關鍵檢測點粘貼必要的熱電偶和振動加速計（注意，由于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，即在搭建試驗環境完成后，對樣品持續進行一段時間的測試。有兩個目的：一是，確認試樣在正常工作條件下是符合規格要求；二是，測量常溫工作條件下試樣關鍵部位的溫升。

 

3、步進低溫工作試驗

從樣品低溫規格限開始，步進降溫，步進步長一般為10℃，接近極限時步長取5 ℃；如果已有其它樣品做過本試驗項目，并確定失效溫度點距離規格限較遠，為縮短試驗時間，步長可以為20℃。

每個溫度臺階的停留時間應足夠長，使得產品的每個器件的溫度穩定下來，通常是產品溫度達到溫度設定點后5～15分鐘。

每個溫度臺階必須進行完整的功能測試。

試驗中滿足以下任意一個條件，本項目即可停止：一是，低溫達到或超過了零下90℃，或試驗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應力的物理極限。

如果產品發生了失效，溫度回升至上一個溫度臺階，判斷失效為運行限還是破壞限。

如果試驗滿足終止條件后試樣依然沒有失效，則把當時最低的溫度試驗條件定為試樣的運行限；如果找到了某個樣品運行限或操作限，但還不滿足試驗結束條件，則更換樣品，繼續試驗。

 

4、低溫啟動試驗

低溫啟動試驗一般和步進低溫工作試驗結合在一起做。

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℃；如果啟動不成功，以10℃為步長升溫，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，直至溫度平衡，再停留10分鐘，保證芯片內部被冷透。

樣品上電，配置業務，并監視樣品性能，根據性能指標判斷是否啟動成功。

 

5、步進高溫工作試驗

從樣品高溫規格限開始，步進升溫，步進步長一般為10℃，接近極限時步長取5 ℃；如果已有同種產品的其它樣品做過本試驗項目，并確定失效溫度點距離規格限較遠，為縮短試驗時間，步長可以為20℃。

每個溫度臺階的停留時間應足夠長，使得產品的每個器件的溫度穩定下來，通常是產品溫度達到溫度設定點后10～15分鐘。

每個溫度臺階必須進行完整的功能測試。

試驗中滿足以下任意一個條件，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應力的物理極限，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臺階，判斷失效為運行限還是破壞限。

如果試驗滿足終止條件后試樣依然沒有失效，則把當時最高的溫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，繼續試驗。

如果電路有一些已知的熱的敏感點，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，最少要進行3個溫度循環，除非產品發生破壞性失效；溫度變化速率取試驗箱的最大溫變能力，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達溫度設定點后再停留5分鐘，如果產品體積很大或熱容量很大，比如體積超過0.05立方米，應適當延長停留時間。

盡可能在溫度變化時完成完整的功能測試。

如果試驗時間緊急，可以不做此項測試，因為后面的溫度循環與振動的綜合試驗中包含了此種應力。但推薦盡可能做此項測試。

 

7、步進隨機振動試驗

首先了解產品對振動的大致響應，然后用合適的夾具把樣品固定在振臺上，在樣品合適部位安裝加速度計。選擇加速計安裝部位的原則為：

（1）用有限數量（6通道）的加速計，監視樣品盡可能全面的振動情況。

（2）步進起始振動為1～10Grms，推薦5Grms；

（3）步進步長為1～10Grms，推薦5Grms；

（4）每個振動臺階停留5分鐘，并完成完整的功能測試；

（5）在振動強度超過20Grms時，每個振動臺階完畢，把振動值調至5±3Grms，并做功能測試，有利于故障的暴露；

（6）試驗中滿足以下任意一個條件，本項目即可停止：一是，振動達到或超過了50G，或試驗樣品在某個振動點附近一致失效；二是，達到了試驗箱的極限；三是，達到了樣品材料所能承受應力的物理極限，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臺階，判斷該失效為運行限還是破壞限。

如果試驗滿足終止條件后試樣依然沒有失效，則把當時最低的試驗條件定為試樣的振動運行限；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，繼續試驗。

 

8、高低溫循環與步進隨機振動結合的綜合試驗

振動極限值取步進振動試驗中的操作限。

（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）第一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分之一；

（4）推薦每個振動臺階完畢，把振動值調至5±3Grms，并做功能測試，有利于故障的暴露；

（5）在每個溫度停留點進行完整的功能測試，可能的話全程監視產品性能。

ͼ1

ͼ1 溫度循環＋振動的綜合環境應力剖面

 

9、低溫與隨機振動結合的綜合試驗（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，則可以開展本試驗項目，用于試驗問題的定位。試驗分為兩類：

（1）步進振動的低溫試驗

溫度取低溫操作限或略高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）步進低溫的振動試驗

振動取振動操作限或略低5G，進行步進低溫試驗，試驗步驟與“步進低溫工作試驗”相同。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）

如果在溫度循環與隨機振動的綜合試驗中試樣在溫度循環的高溫段出現軟故障，則可以開展本試驗項目，用于試驗問題的定位。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）步進高溫的振動試驗

振動取振動操作限或略低5G，進行步進高溫試驗，試驗步驟與“步進高溫工作試驗”相同。溫度極限值取試樣的溫度運行限或略低5℃。