HALT試驗(yàn)方法注意事項(xiàng)

HALT(High Accelerated Life Test)：高加速壽命試驗(yàn)，即試驗(yàn)中對(duì)試驗(yàn)對(duì)象施加的環(huán)境應(yīng)力比試驗(yàn)對(duì)象整個(gè)生命周期內(nèi)，包括運(yùn)輸、存儲(chǔ)及運(yùn)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(yàn)樣品的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，而后對(duì)暴露的缺陷和故障從設(shè)計(jì)、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(yùn)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(shí)，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(yùn)行限。

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

裕度(Margin)：產(chǎn)品運(yùn)行環(huán)境應(yīng)力的設(shè)計(jì)限與運(yùn)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(yàn)的振動(dòng)項(xiàng)目中固定試樣的器具。振動(dòng)試驗(yàn)必須使用夾具，使振臺(tái)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(yàn)的振動(dòng)項(xiàng)目中使用加速度傳感器可以監(jiān)視試驗(yàn)箱振動(dòng)能量通過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(qiáng)度大小的物理單位，與加速度單位相同，物理含義為對(duì)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(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(yàn)的熱應(yīng)力測試項(xiàng)目中，利用熱電偶監(jiān)視產(chǎn)品各點(diǎn)的溫度分布。

功能測試(Functional Test)：對(duì)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(yàn)基本要求

1.1對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求

1.1.1對(duì)試驗(yàn)箱的要求

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。

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(duì)輔助試驗(yàn)設(shè)備的要求

在HALT試驗(yàn)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(dòng)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(yàn)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(yàn)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(diǎn)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(dòng)響應(yīng)的測試設(shè)備

為了保證振動(dòng)臺(tái)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(dāng)?shù)膴A具把試樣固定在振動(dòng)臺(tái)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(duì)振動(dòng)的響應(yīng);

②夾具應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以便能高效地把振臺(tái)的振動(dòng)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(yàn)箱的熱應(yīng)力有效地傳遞給樣品;

④夾具的使用不應(yīng)對(duì)樣品造成傷害。

在HALT試驗(yàn)中必須測量樣品對(duì)振動(dòng)應(yīng)力的響應(yīng)，用以確認(rèn)振動(dòng)應(yīng)力被合理的施加到試樣上。可以通過使用多個(gè)加速計(jì)測量各點(diǎn)的振動(dòng)量級(jí)。用于測量的加速計(jì)必須滿足以下要求：

①加速計(jì)可以測量的頻率范圍至少為【2Hz，10KHz】;

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

③加速計(jì)的體積應(yīng)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(jì)的膠應(yīng)該有足夠的粘貼強(qiáng)度，以免在振動(dòng)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(yàn)過程中記錄樣品對(duì)環(huán)境的反映，實(shí)時(shí)監(jiān)視試樣性能。

①監(jiān)控設(shè)備必須能夠?qū)崟r(shí)(或在較短時(shí)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(shí)(或在較短時(shí)間內(nèi))記錄或主動(dòng)獲取試樣的故障信息。

1.2對(duì)試驗(yàn)樣品的要求

HALT試驗(yàn)的試驗(yàn)對(duì)象為處于研發(fā)階段的產(chǎn)品原型機(jī)。建議針對(duì)PCB級(jí)別的樣品進(jìn)行試驗(yàn)。

(1)所有用于HALT試驗(yàn)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(yàn)的樣品數(shù)不少于3個(gè);系統(tǒng)級(jí)別的HALT試驗(yàn)樣品不少于3個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng);子架或單板級(jí)別的HALT試驗(yàn)，每種單板數(shù)目不少于3塊;根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可能追加樣本個(gè)數(shù);

(3)樣品的尺寸、重量應(yīng)滿足試驗(yàn)箱的要求;

(4)試驗(yàn)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(duì)參加試驗(yàn)人員的要求

參加HALT試驗(yàn)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(yàn)的研發(fā)、測試人員應(yīng)對(duì)試驗(yàn)樣品盡可能熟悉，保證試樣過程中出現(xiàn)問題時(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(yàn)的可靠性測試工程師必須熟悉試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)應(yīng)力條件等，保證能夠根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場情況控制試驗(yàn)過程，并協(xié)助研發(fā)、測試人員定位、解決問題。

2、HALT試驗(yàn)總體過程

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

2.1試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

2.1.1試驗(yàn)前會(huì)議

在試驗(yàn)前應(yīng)召開由研發(fā)人員、測試人員及專業(yè)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)該試驗(yàn)的可靠性測試工程師參加的試驗(yàn)準(zhǔn)備會(huì)議。議題包括

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)資源等情況確定試驗(yàn)大概日期;

(2)討論試驗(yàn)樣品準(zhǔn)備;

(3)確定參加試驗(yàn)的人員;

(4)制定具體試驗(yàn)計(jì)劃，包括確定試驗(yàn)項(xiàng)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(duì)試樣的已知薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，確定在HALT試驗(yàn)中的屏蔽措施;

(7)分析測試設(shè)備、信號(hào)接頭、電纜等在試驗(yàn)中對(duì)試驗(yàn)的影響，確定屏蔽措施。

2.1.2HALT試驗(yàn)資源準(zhǔn)備

(1)針對(duì)試樣的性能監(jiān)控，編寫必要的測試用例;

(2)提交試驗(yàn)申請(qǐng)，確定試驗(yàn)具體日期;

(3)根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃準(zhǔn)備各種試驗(yàn)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(yàn)

(1)按試驗(yàn)計(jì)劃搭建試驗(yàn)環(huán)境;

(2)按照試驗(yàn)計(jì)劃中的試驗(yàn)項(xiàng)目、測試用例，順次完成試驗(yàn);

(3)在每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目過程中，時(shí)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(shí)施臨時(shí)改進(jìn)措施，以便進(jìn)一步試驗(yàn);

(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(yàn)項(xiàng)目。

(6)每天的試驗(yàn)結(jié)束后，由測試人員完成當(dāng)天的試驗(yàn)日志，對(duì)當(dāng)天的試驗(yàn)及時(shí)總結(jié)，并通報(bào)相關(guān)人員。

2.3試驗(yàn)問題的分析定位和解決

2.3.1試驗(yàn)結(jié)果分析定位

必須分析每一個(gè)問題在設(shè)計(jì)上或生產(chǎn)上的根本原因。如果可能，在HALT試驗(yàn)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(bào)告。

在初始HALT試驗(yàn)結(jié)束后盡快召開試驗(yàn)結(jié)果分析會(huì)議，議題包括：

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

(2)確定每個(gè)問題的嚴(yán)重等級(jí)，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(gè)問題分析定位、改進(jìn)措施的責(zé)任人，時(shí)間安排等。

2.3.2故障定位試驗(yàn)過程

必要的話，利用試驗(yàn)資源啟動(dòng)故障定位試驗(yàn)，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(yàn)環(huán)境;

(2)按故障發(fā)生時(shí)試驗(yàn)應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)，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(yàn)應(yīng)力，把軟故障變成硬故障;

(4)請(qǐng)負(fù)責(zé)試樣故障部分的設(shè)計(jì)人員到場協(xié)助定位。

(5)每天的試驗(yàn)結(jié)束后，由測試人員完成當(dāng)天的試驗(yàn)日志，對(duì)當(dāng)天的試驗(yàn)及時(shí)總結(jié)，并通報(bào)相關(guān)人員。

2.3.3改進(jìn)措施的實(shí)施

(1)制定改進(jìn)計(jì)劃;

(2)問題原因、影響以及改進(jìn)的總結(jié)報(bào)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(shí)施改進(jìn)。

2.4試驗(yàn)問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(yàn)環(huán)境;

(2)按故障發(fā)生時(shí)試驗(yàn)應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn);

(3)如果確認(rèn)問題已經(jīng)解決，則視情況繼續(xù)增加試驗(yàn)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(yàn)過程，必要時(shí)試驗(yàn)步進(jìn)應(yīng)力的步長可以為原來HALT實(shí)驗(yàn)的2倍。

(6)每天的試驗(yàn)結(jié)束后，由測試人員完成當(dāng)天的試驗(yàn)日志，對(duì)當(dāng)天的試驗(yàn)及時(shí)總結(jié)，并通報(bào)相關(guān)人員。

3、HALT試驗(yàn)過程

3.1HALT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)中推薦按下面的順序進(jìn)行試驗(yàn)：

(1)試驗(yàn)前常溫工作測試;

(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)(選做);

(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);

3.2HALT試驗(yàn)的實(shí)際試驗(yàn)過程

3.2.1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)、測試人員負(fù)責(zé)按測試用例對(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))。

3.2.2試驗(yàn)前常溫工作測試

試驗(yàn)前的常溫工作測試，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(yàn)

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(shí)步長取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，步長可以為20℃。

每個(gè)溫度臺(tái)階的停留時(shí)間應(yīng)足夠長，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)最低的溫度試驗(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)。

3.2.4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℃為步長降溫，接近極限時(shí)步長為5℃;如果啟動(dòng)不成功，以10℃為步長升溫，接近樣品低溫規(guī)格時(shí)，步長為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。

3.2.5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)步長一般為10℃，接近極限時(shí)步長取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，步長可以為20℃。

每個(gè)溫度臺(tái)階的停留時(shí)間應(yīng)足夠長，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)最高的溫度試驗(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。