HALT試驗方法注意事項

HALT(High Accelerated Life Test)：高加速壽命試驗，即試驗中對試驗對象施加的環(huán)境應(yīng)力比試驗對象整個生命周期內(nèi)，包括運輸、存儲及運行環(huán)境內(nèi)，可能受到的環(huán)境應(yīng)力大得多，以此來加速暴露試驗樣品的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，而后對暴露的缺陷和故障從設(shè)計、工藝和用料等諸方面進(jìn)行分析和改進(jìn)，從而達(dá)到快速提升可靠性的目的。

運行限或操作限(Operation Limit)：指產(chǎn)品某應(yīng)力水平上失效(樣品不工作或其工作指標(biāo)超限)，但當(dāng)應(yīng)力值略有降低或回復(fù)初始值時，試樣又恢復(fù)正常工作，則樣品能夠恢復(fù)正常的最高應(yīng)力水平值稱為運行限。

破壞限(Destruct Limit)：在某應(yīng)力水平上升到某值時，樣品失效，即使當(dāng)應(yīng)力回落到低于運行限時，試樣仍然不能恢復(fù)正常工作，這時的應(yīng)力水平值稱為破壞限。

裕度(Margin)：產(chǎn)品運行環(huán)境應(yīng)力的設(shè)計限與運行限或破壞限的差值。產(chǎn)品的裕度越大，則其可靠性越高。

夾具(Fixture)：在HALT試驗的振動項目中固定試樣的器具。振動試驗必須使用夾具，使振臺振動能量有效地傳遞給試樣。

加速度傳感器(Accelerometer)：在某方向測量試樣振動加速度大小的傳感器。在HALT試驗的振動項目中使用加速度傳感器可以監(jiān)視試驗箱振動能量通過夾具有效傳遞給試樣的效率。

振動功率譜密度(Vibrating Power Spectral Density)：也稱為加速譜密度，衡量振動在每個頻率點的加速度大小，單位為(g2/Hz)。

Grms(Gs in a root mean square)：振動中衡量振動強度大小的物理單位，與加速度單位相同，物理含義為對振動功率譜密度在頻率上積分后的平方根。

熱電偶(Thermocouple)：利用“不同導(dǎo)體結(jié)合在一起產(chǎn)生與溫度成比例的電壓”這一物理規(guī)律制作的溫度傳感器。在HALT試驗的熱應(yīng)力測試項目中，利用熱電偶監(jiān)視產(chǎn)品各點的溫度分布。

功能測試(Functional Test)：對試樣的測試，用以判斷試樣能否在測試環(huán)境下完成規(guī)定的功能，性能是否下降。一般是通過測量試樣的關(guān)鍵參數(shù)是否達(dá)到指標(biāo)或利用診斷模式測試試樣的內(nèi)部性能。

1、HALT試驗基本要求

1.1對試驗設(shè)備的要求

1.1.1對試驗箱的要求

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。

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℃。

1.1.2對輔助試驗設(shè)備的要求

在HALT試驗中，必須記錄試樣的響應(yīng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括熱響應(yīng)、振動響應(yīng)以及產(chǎn)品的性能響應(yīng)。測量產(chǎn)品的這些響應(yīng)的試驗輔助設(shè)備必須滿足以下要求。

(1)熱響應(yīng)的測試設(shè)備

在試驗過程中必須測量、記錄試樣的熱響應(yīng)，用以確認(rèn)熱應(yīng)力被合理地施加到試樣上。可以通過熱電偶來測量各點的溫度值。熱電偶在【-100℃,+200℃】的溫度范圍內(nèi)應(yīng)該有足夠的穩(wěn)定性，以保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(2)振動響應(yīng)的測試設(shè)備

為了保證振動臺的振動能量高效地傳遞給試樣，并保證試樣的安全性，必須用適當(dāng)?shù)膴A具把試樣固定在振動臺上，并且夾具必須滿足以下要求：

①夾具本身應(yīng)盡可能的輕，其本身質(zhì)量不應(yīng)明顯影響試樣對振動的響應(yīng);

②夾具應(yīng)具有足夠的強度，以便能高效地把振臺的振動能量傳遞給樣品;

③夾具的使用不應(yīng)影響樣品的散熱，不應(yīng)阻礙試驗箱的熱應(yīng)力有效地傳遞給樣品;

④夾具的使用不應(yīng)對樣品造成傷害。

在HALT試驗中必須測量樣品對振動應(yīng)力的響應(yīng)，用以確認(rèn)振動應(yīng)力被合理的施加到試樣上?？梢酝ㄟ^使用多個加速計測量各點的振動量級。用于測量的加速計必須滿足以下要求：

①加速計可以測量的頻率范圍至少為【2Hz，10KHz】;

②加速計本身應(yīng)盡可能的輕，其本身質(zhì)量不應(yīng)影響到試樣對振動的響應(yīng);

③加速計的體積應(yīng)盡可能的小，以便可以粘貼于試樣的各個合適部位;

④用于粘貼加速計的膠應(yīng)該有足夠的粘貼強度，以免在振動過程中脫落。

(3)試樣性能的測試設(shè)備

用于監(jiān)視樣品性能的測試設(shè)備必須能夠在HALT試驗過程中記錄樣品對環(huán)境的反映，實時監(jiān)視試樣性能。

①監(jiān)控設(shè)備必須能夠?qū)崟r(或在較短時間內(nèi))獲取試樣的關(guān)鍵參數(shù)，用以判斷試樣的性能是否下降或試樣是否失效。

②監(jiān)控設(shè)備必須能夠?qū)崟r(或在較短時間內(nèi))記錄或主動獲取試樣的故障信息。

1.2對試驗樣品的要求

HALT試驗的試驗對象為處于研發(fā)階段的產(chǎn)品原型機。建議針對PCB級別的樣品進(jìn)行試驗。

(1)所有用于HALT試驗的樣品必須保證在正常環(huán)境條件下正常工作，即滿足產(chǎn)品規(guī)格規(guī)定的一切指標(biāo);

(2)用于HALT試驗的樣品數(shù)不少于3個;系統(tǒng)級別的HALT試驗樣品不少于3個獨立的系統(tǒng);子架或單板級別的HALT試驗，每種單板數(shù)目不少于3塊;根據(jù)試驗結(jié)果，可能追加樣本個數(shù);

(3)樣品的尺寸、重量應(yīng)滿足試驗箱的要求;

(4)試驗樣品應(yīng)具有良好的故障信息輸出能力，即具有良好的可測性。

1.3對參加試驗人員的要求

參加HALT試驗人員不少于3人，其中至少有一名研發(fā)人員、一名測試人員和一名可靠性測試工程師。

(1)參加HALT試驗的研發(fā)、測試人員應(yīng)對試驗樣品盡可能熟悉，保證試樣過程中出現(xiàn)問題時盡可能快地得到解決，或者獲得盡可能多的故障信息。

(2)參加HALT試驗的可靠性測試工程師必須熟悉試驗設(shè)備、試驗應(yīng)力條件等，保證能夠根據(jù)試驗現(xiàn)場情況控制試驗過程，并協(xié)助研發(fā)、測試人員定位、解決問題。

2、HALT試驗總體過程

一個完整的試驗周期應(yīng)該包括試驗前準(zhǔn)備、初始HALT試驗、試驗問題的分析定位和解決(可能包含故障定位試驗)、試驗問題解決后的回歸測試及試驗總結(jié)等部分。

2.1試驗前的準(zhǔn)備

2.1.1試驗前會議

在試驗前應(yīng)召開由研發(fā)人員、測試人員及專業(yè)實驗室負(fù)責(zé)該試驗的可靠性測試工程師參加的試驗準(zhǔn)備會議。議題包括

(1)根據(jù)實驗資源等情況確定試驗大概日期;

(2)討論試驗樣品準(zhǔn)備;

(3)確定參加試驗的人員;

(4)制定具體試驗計劃，包括確定試驗項目，確定可采用的可以促進(jìn)樣品缺陷暴露的附加應(yīng)力，如上下電沖擊、電源電壓變化等，根據(jù)具體的產(chǎn)品而異;

(5)確定監(jiān)測的參數(shù)和失效判據(jù)或失效判斷標(biāo)準(zhǔn);

(6)對試樣的已知薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，確定在HALT試驗中的屏蔽措施;

(7)分析測試設(shè)備、信號接頭、電纜等在試驗中對試驗的影響，確定屏蔽措施。

2.1.2HALT試驗資源準(zhǔn)備

(1)針對試樣的性能監(jiān)控，編寫必要的測試用例;

(2)提交試驗申請，確定試驗具體日期;

(3)根據(jù)試驗計劃準(zhǔn)備各種試驗資源：樣品、測試設(shè)備、連接電纜等;

(4)準(zhǔn)備其它資源。

2.2初始HALT試驗

(1)按試驗計劃搭建試驗環(huán)境;

(2)按照試驗計劃中的試驗項目、測試用例，順次完成試驗;

(3)在每個試驗項目過程中，時刻監(jiān)控樣品性能;

(4)如果樣品出現(xiàn)任何形式的故障，盡可能詳細(xì)地記錄故障信息;初步判斷故障類型，可能的話，現(xiàn)場分析故障原因，實施臨時改進(jìn)措施，以便進(jìn)一步試驗;

(5)如果產(chǎn)品發(fā)生硬故障，則增加樣本繼續(xù)做后續(xù)試驗項目。

(6)每天的試驗結(jié)束后，由測試人員完成當(dāng)天的試驗日志，對當(dāng)天的試驗及時總結(jié)，并通報相關(guān)人員。

2.3試驗問題的分析定位和解決

2.3.1試驗結(jié)果分析定位

必須分析每一個問題在設(shè)計上或生產(chǎn)上的根本原因。如果可能，在HALT試驗期間即開始問題分析定位，以提高效率。分析過程必須有詳細(xì)的記錄，形成文檔，包括失效模式、失效的確切原因或可懷疑的原因。跟蹤分析過程，輸出過程報告。

在初始HALT試驗結(jié)束后盡快召開試驗結(jié)果分析會議，議題包括：

(1)試驗中發(fā)現(xiàn)的問題總結(jié)，并提交CMM監(jiān)控;

(2)確定每個問題的嚴(yán)重等級，即確定問題必須改進(jìn)還是只需要分析原因;

(3)下一步工作安排，包括確定每個問題分析定位、改進(jìn)措施的責(zé)任人，時間安排等。

2.3.2故障定位試驗過程

必要的話，利用試驗資源啟動故障定位試驗，盡快實施改進(jìn)措施。

(1)按故障發(fā)生條件時的條件搭建試驗環(huán)境;

(2)按故障發(fā)生時試驗應(yīng)力進(jìn)行試驗，力求重現(xiàn)故障;

(3)必要的話，采取特殊的定位手段，比如加大試驗應(yīng)力，把軟故障變成硬故障;

(4)請負(fù)責(zé)試樣故障部分的設(shè)計人員到場協(xié)助定位。

(5)每天的試驗結(jié)束后，由測試人員完成當(dāng)天的試驗日志，對當(dāng)天的試驗及時總結(jié)，并通報相關(guān)人員。

2.3.3改進(jìn)措施的實施

(1)制定改進(jìn)計劃;

(2)問題原因、影響以及改進(jìn)的總結(jié)報告要提交決策人員審閱，并提交CMM監(jiān)控。

(3)確定改進(jìn)方案，實施改進(jìn)。

2.4試驗問題解決后的回歸測試

(1)按故障發(fā)生條件時的條件搭建試驗環(huán)境;

(2)按故障發(fā)生時試驗應(yīng)力進(jìn)行試驗;

(3)如果確認(rèn)問題已經(jīng)解決，則視情況繼續(xù)增加試驗應(yīng)力，以求發(fā)現(xiàn)樣品新的缺陷;

(4)如果故障依舊，繼續(xù)定位、分析故障，直至問題得到解決。

(5)建議進(jìn)行完整的HALT試驗過程，必要時試驗步進(jìn)應(yīng)力的步長可以為原來HALT實驗的2倍。

(6)每天的試驗結(jié)束后，由測試人員完成當(dāng)天的試驗日志，對當(dāng)天的試驗及時總結(jié)，并通報相關(guān)人員。

3、HALT試驗過程

3.1HALT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，試驗中推薦按下面的順序進(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(選做);

(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);

3.2HALT試驗的實際試驗過程

3.2.1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)。

3.2.2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。

3.2.3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。

3.2.4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。

3.2.5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。