如何進(jìn)行HALT試驗設(shè)計
什么是HALT試驗
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(huán)境應(yīng)力比加速試驗更加嚴(yán)酷。主要應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)階段，它能以較短的時間促使產(chǎn)品的設(shè)計和工藝缺陷暴露出來，從而為我們做設(shè)計改進(jìn)，提升產(chǎn)品可靠性提供依據(jù)。
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(xiàn)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(chǎn)品開發(fā)階段，產(chǎn)品相對穩(wěn)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(guī)格進(jìn)行的試驗，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(chǎn)品的薄弱點，并且分析出原因，給出整改意見。直到達(dá)到現(xiàn)有設(shè)計的極限。
3、問題往往難復(fù)現(xiàn)，根因難于挖掘。
高加速壽命試驗(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的最大特點是時間上的壓縮,即在短短的幾天內(nèi)模擬一個產(chǎn)品的整個壽命期間可能遇到的情況。
但其實HALT試驗?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，要比發(fā)貨后發(fā)現(xiàn)問題再去解決，成本代價要小很多。
此時設(shè)計師頭疼去發(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)度去面對問題，感謝問題。不能捂問題。
與傳統(tǒng)的可靠性試驗相比,HALT試驗的目的是激發(fā)故障,即把產(chǎn)品潛在的缺陷激發(fā)成可觀測的故障。因此,它不是采用一般模擬實際使用環(huán)境進(jìn)行的試驗 , 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 ,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 項目 ,已有相當(dāng)成效。
HALT具有如下優(yōu)點 :
1、利用高環(huán)境應(yīng)力 ,提早使產(chǎn)品設(shè)計缺 陷激發(fā)出來 ,從而消除設(shè)計缺陷 ,大大提高設(shè) 計可靠性 ,確保產(chǎn)品能獲得早期高可靠性 ,使 產(chǎn)品具有高的外場可靠性 ;改善后可延長產(chǎn) 品早夭期(浴盆曲線后段延伸 ) ; 2、產(chǎn)品的設(shè)計周期大大減少 ;
3、生產(chǎn)費用大大降低 ;
4、維修費用大大降低 ,因為交付的產(chǎn)品 具有更高的可靠性 ;
5、了解產(chǎn)品的設(shè)計能力及失效模式 ;
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)力量級提供依據(jù) ;
7、大大減少鑒定試驗時的故障 ,經(jīng)過 HALT的產(chǎn)品 ,鑒定試驗已不重要 ,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)品競爭力，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)計和工藝缺陷激發(fā)來 ,從而消除設(shè)計和工藝缺陷 , 加速產(chǎn)品設(shè)計的成熟 ,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 ,隨機振動比溫度循環(huán)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(shè)備必須能夠提供振動應(yīng)力和熱應(yīng)力，并滿足下列指標(biāo)：
振動應(yīng)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(fù)載情況下至少能產(chǎn)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(nèi)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(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(jìn)行試驗：
（1）試驗前常溫工作測試；
（2）步進(jìn)低溫工作試驗；
（3）低溫啟動試驗；
（4）步進(jìn)高溫工作試驗；
（5）高低溫循環(huán)試驗；
（6）步進(jìn)隨機振動試驗；
（7）高低溫循環(huán)與步進(jìn)隨機振動結(jié)合的綜合試驗；
（8）低溫與隨機振動結(jié)合的綜合試驗（選做）；
（9）高溫與隨機振動結(jié)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
試驗人員首先按上述試驗基本要求準(zhǔn)備好試驗設(shè)備、測試設(shè)備、試驗樣品等資源，然后開始搭建試驗環(huán)境：
（1）把試驗樣品有針對性地置于試驗箱內(nèi)，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(jiān)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(jiān)視設(shè)備等正確相連；
（3）對試驗樣品按規(guī)律編號，以便于試驗過程的記錄；
（4）樣品上電，研發(fā)、測試人員負(fù)責(zé)按測試用例對樣品組網(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、振動關(guān)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(huán)境完成后，對樣品持續(xù)進(jìn)行一段時間的測試。有兩個目的：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
從樣品低溫規(guī)格限開始，步進(jìn)降溫，步進(jìn)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(guī)格限較遠(yuǎn)，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(yīng)足夠長，使得產(chǎn)品的每個器件的溫度穩(wěn)定下來，通常是產(chǎn)品溫度達(dá)到溫度設(shè)定點后5～15分鐘。
每個溫度臺階必須進(jìn)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(dá)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(dá)到了試驗箱的極限；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(dāng)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(jié)束條件，則更換樣品，繼續(xù)試驗。
4、低溫啟動試驗
低溫啟動試驗一般和步進(jìn)低溫工作試驗結(jié)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(guī)格時，步長為5℃。
樣品斷電，試驗箱保持某一低溫，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)判斷是否啟動成功。
5、步進(jìn)高溫工作試驗
從樣品高溫規(guī)格限開始，步進(jìn)升溫，步進(jìn)步長一般為10℃，接近極限時步長取5 ℃；如果已有同種產(chǎn)品的其它樣品做過本試驗項目，并確定失效溫度點距離規(guī)格限較遠(yuǎn)，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(yīng)足夠長，使得產(chǎn)品的每個器件的溫度穩(wěn)定下來，通常是產(chǎn)品溫度達(dá)到溫度設(shè)定點后10～15分鐘。
每個溫度臺階必須進(jìn)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(dá)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(dá)到了試驗箱的極限；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(dāng)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(dá)到試驗結(jié)束條件，則更換樣品，繼續(xù)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(fā)現(xiàn)樣品其它部分的缺陷。
6、高低溫循環(huán)試驗（選做）
一般進(jìn)行5個循環(huán)，最少要進(jìn)行3個溫度循環(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(huán)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(chǎn)品到達(dá)溫度設(shè)定點后再停留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(huán)與振動的綜合試驗中包含了此種應(yīng)力。但推薦盡可能做此項測試。
7、步進(jìn)隨機振動試驗
首先了解產(chǎn)品對振動的大致響應(yīng)，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(shù)量（6通道）的加速計，監(jiān)視樣品盡可能全面的振動情況。
（2）步進(jìn)起始振動為1～10Grms，推薦5Grms；
（3）步進(jìn)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(diào)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(dá)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(dá)到了試驗箱的極限；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(dāng)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(dá)到試驗結(jié)束條件，則更換樣品，繼續(xù)試驗。
8、高低溫循環(huán)與步進(jìn)隨機振動結(jié)合的綜合試驗
振動極限值取步進(jìn)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(huán)試驗相同；
（2）共計5個循環(huán)；
（3）第一個循環(huán)的振動設(shè)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(diào)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(jìn)行完整的功能測試，可能的話全程監(jiān)視產(chǎn)品性能。
í?1
í?1 溫度循環(huán)＋振動的綜合環(huán)境應(yīng)力剖面
9、低溫與隨機振動結(jié)合的綜合試驗（選做）
如果在溫度循環(huán)與隨機振動的綜合試驗中試樣在溫度循環(huán)的低溫段出現(xiàn)軟故障，則可以開展本試驗項目，用于試驗問題的定位。試驗分為兩類：
（1）步進(jìn)振動的低溫試驗
溫度取低溫操作限或略高5℃，進(jìn)行步進(jìn)隨機振動試驗，試驗步驟與“步進(jìn)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(jìn)低溫的振動試驗
振動取振動操作限或略低5G，進(jìn)行步進(jìn)低溫試驗，試驗步驟與“步進(jìn)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(jié)合的綜合試驗（選做）
如果在溫度循環(huán)與隨機振動的綜合試驗中試樣在溫度循環(huán)的高溫段出現(xiàn)軟故障，則可以開展本試驗項目，用于試驗問題的定位。試驗分為兩類：
（1）步進(jìn)振動的高溫試驗
溫度取高溫操作限或略低5℃，進(jìn)行步進(jìn)隨機振動試驗，試驗步驟與“步進(jìn)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(jìn)高溫的振動試驗
振動取振動操作限或略低5G，進(jìn)行步進(jìn)高溫試驗，試驗步驟與“步進(jìn)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℃。
