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)境應力比試驗對象整個(gè)生命周期內，包括運輸、存儲及運行環(huán)境內，可能受到的環(huán)境應力大得多，以此來(lái)加速暴露試驗樣品的缺陷和薄弱環(huán)節，而后對暴露的缺陷和故障從設計、工藝和用料等諸方面進(jìn)行分析和改進(jìn)，從而達到快速提升可靠性的目的。

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

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

裕度(Margin)：產(chǎn)品運行環(huán)境應力的設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(dòng)項目中固定試樣的器具。振動(dòng)試驗必須使用夾具，使振臺振動(dòng)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(dòng)加速度大小的傳感器。在HALT試驗的振動(dòng)項目中使用加速度傳感器可以監視試驗箱振動(dòng)能量通過(guò)夾具有效傳遞給試樣的效率。

振動(dòng)功率譜密度(Vibrating Power Spectral Density)：也稱(chēng)為加速譜密度，衡量振動(dòng)在每個(gè)頻率點(diǎn)的加速度大小，單位為(g2/Hz)。

Grms(Gs in a root mean square)：振動(dòng)中衡量振動(dòng)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(dòng)功率譜密度在頻率上積分后的平方根。

熱電偶(Thermocouple)：利用“不同導體結合在一起產(chǎn)生與溫度成比例的電壓”這一物理規律制作的溫度傳感器。在HALT試驗的熱應力測試項目中，利用熱電偶監視產(chǎn)品各點(diǎn)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)境下完成規定的功能，性能是否下降。一般是通過(guò)測量試樣的關(guān)鍵參數是否達到指標或利用診斷模式測試試樣的內部性能。

1、HALT試驗基本要求

1.1對試驗設備的要求

1.1.1對試驗箱的要求

做HALT試驗的設備必須能夠提供振動(dòng)應力和熱應力，并滿(mǎn)足下列指標：

振動(dòng)應力：必須能夠提供6個(gè)自由度的隨機振動(dòng);振動(dòng)能量帶寬為2Hz～10000Hz;振臺在無(wú)負載情況下至少能產(chǎn)生65Grms的振動(dòng)輸出。

熱應力：目標是為產(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對輔助試驗設備的要求

在HALT試驗中，必須記錄試樣的響應數據。這些數據包括熱響應、振動(dòng)響應以及產(chǎn)品的性能響應。測量產(chǎn)品的這些響應的試驗輔助設備必須滿(mǎn)足以下要求。

(1)熱響應的測試設備

在試驗過(guò)程中必須測量、記錄試樣的熱響應，用以確認熱應力被合理地施加到試樣上?？梢酝ㄟ^(guò)熱電偶來(lái)測量各點(diǎn)的溫度值。熱電偶在【-100℃,+200℃】的溫度范圍內應該有足夠的穩定性，以保證測試數據的準確性。

(2)振動(dòng)響應的測試設備

為了保證振動(dòng)臺的振動(dòng)能量高效地傳遞給試樣，并保證試樣的安全性，必須用適當的夾具把試樣固定在振動(dòng)臺上，并且?jiàn)A具必須滿(mǎn)足以下要求：

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

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

③夾具的使用不應影響樣品的散熱，不應阻礙試驗箱的熱應力有效地傳遞給樣品;

④夾具的使用不應對樣品造成傷害。

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

①加速計可以測量的頻率范圍至少為【2Hz，10KHz】;

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

③加速計的體積應盡可能的小，以便可以粘貼于試樣的各個(gè)合適部位;

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

(3)試樣性能的測試設備

用于監視樣品性能的測試設備必須能夠在HALT試驗過(guò)程中記錄樣品對環(huán)境的反映，實(shí)時(shí)監視試樣性能。

①監控設備必須能夠實(shí)時(shí)(或在較短時(shí)間內)獲取試樣的關(guān)鍵參數，用以判斷試樣的性能是否下降或試樣是否失效。

②監控設備必須能夠實(shí)時(shí)(或在較短時(shí)間內)記錄或主動(dòng)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(mǎn)足產(chǎn)品規格規定的一切指標;

(2)用于HALT試驗的樣品數不少于3個(gè);系統級別的HALT試驗樣品不少于3個(gè)獨立的系統;子架或單板級別的HALT試驗，每種單板數目不少于3塊;根據試驗結果，可能追加樣本個(gè)數;

(3)樣品的尺寸、重量應滿(mǎn)足試驗箱的要求;

(4)試驗樣品應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)、測試人員應對試驗樣品盡可能熟悉，保證試樣過(guò)程中出現問(wèn)題時(shí)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備、試驗應力條件等，保證能夠根據試驗現場(chǎng)情況控制試驗過(guò)程，并協(xié)助研發(fā)、測試人員定位、解決問(wèn)題。

2、HALT試驗總體過(guò)程

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

2.1試驗前的準備

2.1.1試驗前會(huì )議

在試驗前應召開(kāi)由研發(fā)人員、測試人員及專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室負責該試驗的可靠性測試工程師參加的試驗準備會(huì )議。議題包括

(1)根據實(shí)驗資源等情況確定試驗大概日期;

(2)討論試驗樣品準備;

(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力，如上下電沖擊、電源電壓變化等，根據具體的產(chǎn)品而異;

(5)確定監測的參數和失效判據或失效判斷標準;

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

(7)分析測試設備、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試驗資源準備

(1)針對試樣的性能監控，編寫(xiě)必要的測試用例;

(2)提交試驗申請，確定試驗具體日期;

(3)根據試驗計劃準備各種試驗資源：樣品、測試設備、連接電纜等;

(4)準備其它資源。

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(gè)試驗項目過(guò)程中，時(shí)刻監控樣品性能;

(4)如果樣品出現任何形式的故障，盡可能詳細地記錄故障信息;初步判斷故障類(lèi)型，可能的話(huà)，現場(chǎng)分析故障原因，實(shí)施臨時(shí)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，則增加樣本繼續做后續試驗項目。

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

2.3試驗問(wèn)題的分析定位和解決

2.3.1試驗結果分析定位

必須分析每一個(gè)問(wèn)題在設計上或生產(chǎn)上的根本原因。如果可能，在HALT試驗期間即開(kāi)始問(wèn)題分析定位，以提高效率。分析過(guò)程必須有詳細的記錄，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(guò)程，輸出過(guò)程報告。

在初始HALT試驗結束后盡快召開(kāi)試驗結果分析會(huì )議，議題包括：

(1)試驗中發(fā)現的問(wèn)題總結，并提交CMM監控;

(2)確定每個(gè)問(wèn)題的嚴重等級，即確定問(wèn)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(gè)問(wèn)題分析定位、改進(jìn)措施的責任人，時(shí)間安排等。

2.3.2故障定位試驗過(guò)程

必要的話(huà)，利用試驗資源啟動(dòng)故障定位試驗，盡快實(shí)施改進(jìn)措施。

(1)按故障發(fā)生條件時(shí)的條件搭建試驗環(huán)境;

(2)按故障發(fā)生時(shí)試驗應力進(jìn)行試驗，力求重現故障;

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

(4)請負責試樣故障部分的設計人員到場(chǎng)協(xié)助定位。

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

2.3.3改進(jìn)措施的實(shí)施

(1)制定改進(jìn)計劃;

(2)問(wèn)題原因、影響以及改進(jìn)的總結報告要提交決策人員審閱，并提交CMM監控。

(3)確定改進(jìn)方案，實(shí)施改進(jìn)。

2.4試驗問(wèn)題解決后的回歸測試

(1)按故障發(fā)生條件時(shí)的條件搭建試驗環(huán)境;

(2)按故障發(fā)生時(shí)試驗應力進(jìn)行試驗;

(3)如果確認問(wèn)題已經(jīng)解決，則視情況繼續增加試驗應力，以求發(fā)現樣品新的缺陷;

(4)如果故障依舊，繼續定位、分析故障，直至問(wèn)題得到解決。

(5)建議進(jìn)行完整的HALT試驗過(guò)程，必要時(shí)試驗步進(jìn)應力的步長(cháng)可以為原來(lái)HALT實(shí)驗的2倍。

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

3、HALT試驗過(guò)程

3.1HALT試驗中的試驗項目分類(lèi)

HALT試驗中的試驗項目分為以下各類(lèi)，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(dòng)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(dòng)試驗;

(7)高低溫循環(huán)與步進(jìn)隨機振動(dòng)結合的綜合試驗;

(8)低溫與隨機振動(dòng)結合的綜合試驗(選做);

(9)高溫與隨機振動(dòng)結合的綜合試驗(選做);

3.2HALT試驗的實(shí)際試驗過(guò)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備好試驗設備、測試設備、試驗樣品等資源，然后開(kāi)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，如果是振動(dòng)試驗，必須用夾具固定樣品;

(2)把電源線(xiàn)、信號線(xiàn)及監視用電纜、光纖等引線(xiàn)通過(guò)試驗箱出線(xiàn)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(guò)程的記錄;

(4)樣品上電，研發(fā)、測試人員負責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(dòng)關(guān)鍵檢測點(diǎn)粘貼必要的熱電偶和振動(dòng)加速計(注意，由于加速計在高溫時(shí)容易損壞，在有高溫的振動(dòng)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，對樣品持續進(jìn)行一段時(shí)間的測試。有兩個(gè)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(guān)鍵部位的溫升。

3.2.3步進(jìn)低溫工作試驗

從樣品低溫規格限開(kāi)始，步進(jìn)降溫，步進(jìn)步長(cháng)一般為10℃，接近極限時(shí)步長(cháng)取5 ℃;如果已有其它樣品做過(guò)本試驗項目，并確定失效溫度點(diǎn)距離規格限較遠，為縮短試驗時(shí)間，步長(cháng)可以為20℃。

每個(gè)溫度臺階的停留時(shí)間應足夠長(cháng)，使得產(chǎn)品的每個(gè)器件的溫度穩定下來(lái)，通常是產(chǎn)品溫度達到溫度設定點(diǎn)后5～15分鐘。

每個(gè)溫度臺階必須進(jìn)行完整的功能測試。

試驗中滿(mǎn)足以下任意一個(gè)條件，本項目即可停止：一是，低溫達到或超過(guò)了零下90℃，或試驗樣品在某個(gè)溫度點(diǎn)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(chǎn)品發(fā)生了失效，溫度回升至上一個(gè)溫度臺階，判斷失效為運行限還是破壞限。

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

3.2.4低溫啟動(dòng)試驗

低溫啟動(dòng)試驗一般和步進(jìn)低溫工作試驗結合在一起做。

低溫啟動(dòng)從-20℃開(kāi)始，如果啟動(dòng)成功，則以10℃為步長(cháng)降溫，接近極限時(shí)步長(cháng)為5℃;如果啟動(dòng)不成功，以10℃為步長(cháng)升溫，接近樣品低溫規格時(shí)，步長(cháng)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(yè)務(wù)，并監視樣品性能，根據性能指標判斷是否啟動(dòng)成功。

3.2.5步進(jìn)高溫工作試驗

從樣品高溫規格限開(kāi)始，步進(jìn)升溫，步進(jìn)步長(cháng)一般為10℃，接近極限時(shí)步長(cháng)取5 ℃;如果已有同種產(chǎn)品的其它樣品做過(guò)本試驗項目，并確定失效溫度點(diǎn)距離規格限較遠，為縮短試驗時(shí)間，步長(cháng)可以為20℃。

每個(gè)溫度臺階的停留時(shí)間應足夠長(cháng)，使得產(chǎn)品的每個(gè)器件的溫度穩定下來(lái)，通常是產(chǎn)品溫度達到溫度設定點(diǎn)后10～15分鐘。

每個(gè)溫度臺階必須進(jìn)行完整的功能測試。

試驗中滿(mǎn)足以下任意一個(gè)條件，本項目即可停止：一是，溫度達到或超過(guò)了高溫150℃，或試驗樣品在某個(gè)溫度點(diǎn)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(chǎn)品發(fā)生了失效，溫度下降至上一個(gè)溫度臺階，判斷失效為運行限還是破壞限。

如果試驗滿(mǎn)足終止條件后試樣依然沒(méi)有失效，則把當時(shí)最高的溫度試驗條件定為試樣的運行限;如果找到了某個(gè)樣品的運行限或操作限，但還沒(méi)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(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散熱，以發(fā)現樣品其它部分的缺陷。