如何進(jìn)行HALT試驗(yàn)設(shè)計(jì)

什么是HALT試驗(yàn)

HALT（Highly Accelerated Life Test）的全稱是高加速壽命試驗(yàn)，是一種試驗(yàn)方法（思想），采用的環(huán)境應(yīng)力比加速試驗(yàn)更加嚴(yán)酷。主要應(yīng)用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，它能以較短的時(shí)間促使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝缺陷暴露出來(lái)，從而為我們做設(shè)計(jì)改進(jìn)，提升產(chǎn)品可靠性提供依據(jù)。

HALT試驗(yàn)其實(shí)是硬件工程比較恐懼的試驗(yàn)：因?yàn)橥鶎?shí)驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)不少問(wèn)題。會(huì)有一種深陷泥潭不能自拔的感覺(jué)。

1、由于HALT試驗(yàn)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定度還不夠的時(shí)間段，出問(wèn)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(yàn)，如果不出問(wèn)題，則會(huì)一直做到試驗(yàn)設(shè)備的極限。直到找到產(chǎn)品的薄弱點(diǎn)，并且分析出原因，給出整改意見(jiàn)。直到達(dá)到現(xiàn)有設(shè)計(jì)的極限。

3、問(wèn)題往往難復(fù)現(xiàn)，根因難于挖掘。

高加速壽命試驗(yàn)(HALT)是由美國(guó)Hobbs工程公司總裁GreggKHobbs博士首先提出來(lái)的。從90年代開(kāi)始,HALT獲得推廣應(yīng)用。HALT的最大特點(diǎn)是時(shí)間上的壓縮,即在短短的幾天內(nèi)模擬一個(gè)產(chǎn)品的整個(gè)壽命期間可能遇到的情況。

但其實(shí)HALT試驗(yàn)?zāi)鼙┞冻霎a(chǎn)品的短板，開(kāi)發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和解決硬件問(wèn)題的成本代價(jià)，要比發(fā)貨后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再去解決，成本代價(jià)要小很多。

此時(shí)設(shè)計(jì)師頭疼去發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，是為了未來(lái)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(duì)問(wèn)題，感謝問(wèn)題。不能捂問(wèn)題。

與傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)相比,HALT試驗(yàn)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(cè)的故障。因此,它不是采用一般模擬實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行的試驗(yàn) , 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(yàn) ,找出產(chǎn)品的各種工作極限與破壞極限。目前,雖然還沒(méi)有相關(guān)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) ,但國(guó)外在航空、汽車及電子等高科技產(chǎn)業(yè)都廣泛開(kāi)展了 HALT 項(xiàng)目 ,已有相當(dāng)成效。

HALT具有如下優(yōu)點(diǎn) :

1、利用高環(huán)境應(yīng)力 ,提早使產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺 陷激發(fā)出來(lái) ,從而消除設(shè)計(jì)缺陷 ,大大提高設(shè) 計(jì)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(chǎng)可靠性 ;改善后可延長(zhǎng)產(chǎn) 品早夭期(浴盆曲線后段延伸 ) ; 2、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期大大減少 ;

3、生產(chǎn)費(fèi)用大大降低 ;

4、維修費(fèi)用大大降低 ,因?yàn)榻桓兜漠a(chǎn)品 具有更高的可靠性 ;

5、了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jí)提供依據(jù) ;

7、大大減少鑒定試驗(yàn)時(shí)的故障 ,經(jīng)過(guò) HALT的產(chǎn)品 ,鑒定試驗(yàn)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(jìng)爭(zhēng)力，所以有必要開(kāi)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(jì)和工藝缺陷激發(fā)來(lái) ,從而消除設(shè)計(jì)和工藝缺陷 , 加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(lái) ,隨機(jī)振動(dòng)比溫度循環(huán)更有效 ,綜合試驗(yàn)比單個(gè)試驗(yàn)更有效。

試驗(yàn)條件的要求

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(wú)負(fù)載情況下至少能產(chǎn)生65Grms的振動(dòng)輸出。

（注：g值是一個(gè)重力加速度值，就是1G=9.8m/s2, 而Grms是個(gè)積累的物理量，類似于能量一樣，在一定的頻率范圍內(nèi)對(duì)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(kāi)方就是你所需要的了），然后將積分的結(jié)果開(kāi)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(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)中按下面的順序進(jìn)行試驗(yàn)：

（1）試驗(yàn)前常溫工作測(cè)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)；

（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）；

HALT試驗(yàn)的實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程

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(cè)試設(shè)備、試驗(yàn)樣品等資源，然后開(kāi)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(guò)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(guò)程的記錄；

（4）樣品上電，研發(fā)、測(cè)試人員負(fù)責(zé)按測(cè)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(cè)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)）。

2、試驗(yàn)前常溫工作測(cè)試

試驗(yàn)前的常溫工作測(cè)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(cè)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(cè)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(yàn)

從樣品低溫規(guī)格限開(kāi)始，步進(jìn)降溫，步進(jìn)步長(zhǎng)一般為10℃，接近極限時(shí)步長(zhǎng)取5 ℃；如果已有其它樣品做過(guò)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(zhǎng)可以為20℃。

每個(gè)溫度臺(tái)階的停留時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，使得產(chǎn)品的每個(gè)器件的溫度穩(wěn)定下來(lái)，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(cè)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(guò)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(méi)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)。

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(kāi)始，如果啟動(dòng)成功，則以10℃為步長(zhǎng)降溫，接近極限時(shí)步長(zhǎng)為5℃；如果啟動(dòng)不成功，以10℃為步長(zhǎng)升溫，接近樣品低溫規(guī)格時(shí)，步長(zhǎng)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。

5、步進(jìn)高溫工作試驗(yàn)

從樣品高溫規(guī)格限開(kāi)始，步進(jìn)升溫，步進(jìn)步長(zhǎng)一般為10℃，接近極限時(shí)步長(zhǎng)取5 ℃；如果已有同種產(chǎn)品的其它樣品做過(guò)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(zhǎng)可以為20℃。

每個(gè)溫度臺(tái)階的停留時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，使得產(chǎn)品的每個(gè)器件的溫度穩(wěn)定下來(lái)，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(cè)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(guò)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(méi)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(méi)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。

6、高低溫循環(huán)試驗(yàn)（選做）

一般進(jìn)行5個(gè)循環(huán)，最少要進(jìn)行3個(gè)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(yàn)箱的最大溫變能力，如果在溫度變化時(shí)試樣失效，則降低溫度變化率。

溫度循環(huán)的溫度極點(diǎn)取【低溫操作限＋5℃，高溫操作限－5℃】。

在兩個(gè)溫度極點(diǎn)至少等產(chǎn)品到達(dá)溫度設(shè)定點(diǎn)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(guò)0.05立方米，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)停留時(shí)間。

盡可能在溫度變化時(shí)完成完整的功能測(cè)試。

如果試驗(yàn)時(shí)間緊急，可以不做此項(xiàng)測(cè)試，因?yàn)楹竺娴臏囟妊h(huán)與振動(dòng)的綜合試驗(yàn)中包含了此種應(yīng)力。但推薦盡可能做此項(xiàng)測(cè)試。

7、步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)

首先了解產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)的大致響應(yīng)，然后用合適的夾具把樣品固定在振臺(tái)上，在樣品合適部位安裝加速度計(jì)。選擇加速計(jì)安裝部位的原則為：

（1）用有限數(shù)量（6通道）的加速計(jì)，監(jiān)視樣品盡可能全面的振動(dòng)情況。

（2）步進(jìn)起始振動(dòng)為1～10Grms，推薦5Grms；

（3）步進(jìn)步長(zhǎng)為1～10Grms，推薦5Grms；

（4）每個(gè)振動(dòng)臺(tái)階停留5分鐘，并完成完整的功能測(cè)試；

（5）在振動(dòng)強(qiáng)度超過(guò)20Grms時(shí)，每個(gè)振動(dòng)臺(tái)階完畢，把振動(dòng)值調(diào)至5±3Grms，并做功能測(cè)試，有利于故障的暴露；

（6）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，振動(dòng)達(dá)到或超過(guò)了50G，或試驗(yàn)樣品在某個(gè)振動(dòng)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，比如表貼器件管腳斷裂。

如果產(chǎn)品發(fā)生故障，將振動(dòng)強(qiáng)度降回上一個(gè)臺(tái)階，判斷該失效為運(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(méi)有失效，則把當(dāng)時(shí)最低的試驗(yàn)條件定為試樣的振動(dòng)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(méi)有達(dá)到試驗(yàn)結(jié)束條件，則更換樣品，繼續(xù)試驗(yàn)。

8、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)

振動(dòng)極限值取步進(jìn)振動(dòng)試驗(yàn)中的操作限。

（1）高、低溫極限值與純粹的高低溫循環(huán)試驗(yàn)相同；

（2）共計(jì)5個(gè)循環(huán)；

（3）第一個(gè)循環(huán)的振動(dòng)設(shè)定值為振動(dòng)極限值的五分之一，步長(zhǎng)同樣為振動(dòng)極限值的五分之一；

（4）推薦每個(gè)振動(dòng)臺(tái)階完畢，把振動(dòng)值調(diào)至5±3Grms，并做功能測(cè)試，有利于故障的暴露；

（5）在每個(gè)溫度停留點(diǎn)進(jìn)行完整的功能測(cè)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(dòng)的綜合環(huán)境應(yīng)力剖面

9、低溫與隨機(jī)振動(dòng)結(jié)合的綜合試驗(yàn)（選做）

如果在溫度循環(huán)與隨機(jī)振動(dòng)的綜合試驗(yàn)中試樣在溫度循環(huán)的低溫段出現(xiàn)軟故障，則可以開(kāi)展本試驗(yàn)項(xiàng)目，用于試驗(yàn)問(wèn)題的定位。試驗(yàn)分為兩類：

（1）步進(jìn)振動(dòng)的低溫試驗(yàn)

溫度取低溫操作限或略高5℃，進(jìn)行步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟與“步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)”相同。振動(dòng)極限值取試樣的振動(dòng)運(yùn)行限或略低5G。

（2）步進(jìn)低溫的振動(dòng)試驗(yàn)

振動(dòng)取振動(dòng)操作限或略低5G，進(jìn)行步進(jìn)低溫試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟與“步進(jìn)低溫工作試驗(yàn)”相同。溫度極限值取試樣的溫度運(yùn)行限或略低5℃。

10、高溫與隨機(jī)振動(dòng)結(jié)合的綜合試驗(yàn)（選做）

如果在溫度循環(huán)與隨機(jī)振動(dòng)的綜合試驗(yàn)中試樣在溫度循環(huán)的高溫段出現(xiàn)軟故障，則可以開(kāi)展本試驗(yàn)項(xiàng)目，用于試驗(yàn)問(wèn)題的定位。試驗(yàn)分為兩類：

（1）步進(jìn)振動(dòng)的高溫試驗(yàn)

溫度取高溫操作限或略低5℃，進(jìn)行步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟與“步進(jìn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)”相同。振動(dòng)極限值取試樣的振動(dòng)運(yùn)行限或略低5G。

（2）步進(jìn)高溫的振動(dòng)試驗(yàn)

振動(dòng)取振動(dòng)操作限或略低5G，進(jìn)行步進(jìn)高溫試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟與“步進(jìn)高溫工作試驗(yàn)”相同。溫度極限值取試樣的溫度運(yùn)行限或略低5℃。