高加速壽命試驗(yàn)介紹

1、高加速壽命試驗(yàn)簡介高加速壽命試驗(yàn)HALT一詞是Gregg K. Hobbs 于1988年提出的。是一種利用階梯應(yīng)力加諸于試品，并在早期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷、操作設(shè)計(jì)邊際及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極限的方法。試品通過HALT所暴露的缺陷，涉及線路設(shè)計(jì)、工藝、元部件和結(jié)構(gòu)等方面。HALT的主要目的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試產(chǎn)階段，通過試驗(yàn)，快速發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在缺陷，并加以改進(jìn)和驗(yàn)證，從而增加產(chǎn)品的極限值，提高其堅(jiān)固性及可靠性。施加于試品的應(yīng)力，包括振動(dòng)、高低溫、溫度循環(huán)、電力開關(guān)循環(huán)、電壓邊際及頻率邊際測(cè)試等。 HALT試驗(yàn)是由美國軍方所延伸出的設(shè)計(jì)質(zhì)量驗(yàn)證與制造質(zhì)量驗(yàn)證的試驗(yàn)方法，現(xiàn)已成為美國電子業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品驗(yàn)證方法。它將原需花

2、費(fèi)6個(gè)月甚至1年的新產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)縮短至一周，且在這一周中所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品問題幾乎與客戶應(yīng)用后所發(fā)現(xiàn)的問題一致，故HALT的試驗(yàn)方式已成為新產(chǎn)品上市前所必需通過的驗(yàn)證。 在產(chǎn)品研制階段，為得出產(chǎn)品設(shè)計(jì)裕度和極限承載能力(破壞或損傷極限)而設(shè)計(jì)的一種試驗(yàn)，它應(yīng)用步進(jìn)的方法給產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力并檢測(cè)其性能，直到產(chǎn)品失效為止。為提高試驗(yàn)效率，所施應(yīng)力并非工作環(huán)境的模擬而是加速應(yīng)力，通常為高變溫率(至少應(yīng)大于25°C/min)的溫度循環(huán)和多軸隨機(jī)振動(dòng)，還包括有通電循環(huán)、電壓偏低、頻率偏差等電應(yīng)力。高加速壽命試驗(yàn)得到的應(yīng)力極限值可以作為確定高加速環(huán)境應(yīng)力篩選的應(yīng)力量值的依據(jù)。目前能進(jìn)行高加速壽命試驗(yàn)

3、的實(shí)驗(yàn)室有環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗(yàn)服務(wù)中心、航天環(huán)境可靠性試驗(yàn)與檢測(cè)中心等。功能HALT以連續(xù)的測(cè)試、失效分析、缺陷改進(jìn)及驗(yàn)證構(gòu)成了整個(gè)程序，而且可能是個(gè)閉環(huán)循環(huán)過程。往往一個(gè)測(cè)試計(jì)劃，需要重復(fù)進(jìn)行幾次，除非一次性能經(jīng)受加速應(yīng)力試驗(yàn)。其關(guān)鍵在于分析失效的根本原因。試驗(yàn)的主要功能如下： 1利用高環(huán)境應(yīng)力將產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷激發(fā)出來，并加以改善； 2. 了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力及失效模式； 3. 作為高應(yīng)力篩選及制定品質(zhì)核查規(guī)格的參考； 4. 快速找出產(chǎn)品制造過程的瑕疵； 5. 增加產(chǎn)品的可靠性，減少維修成本； 6. 建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力數(shù)據(jù)庫，為研發(fā)提供依據(jù)并縮短設(shè)計(jì)制造周期。內(nèi)容高加速壽命試驗(yàn)的具體測(cè)試內(nèi)容包

4、括以下幾點(diǎn)： 1. 逐步施加應(yīng)力直到產(chǎn)品失效或出現(xiàn)故障； 2. 采取臨時(shí)措施，修正產(chǎn)品的失效或故障； 3. 繼續(xù)逐步施加應(yīng)力直到產(chǎn)品再次失效或出現(xiàn)故障，并再次加以修正； 4. 重復(fù)以上試驗(yàn)失效改進(jìn)的步驟； 5. 找出產(chǎn)品的基本操作界限和基本破壞界限。意義HALT的可靠性測(cè)試技術(shù)在國內(nèi)外電子業(yè)界已得到廣泛關(guān)注和認(rèn)識(shí)。因其具有傳統(tǒng)的環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)難以媲美的功效，目前被國外眾多知名企業(yè)采用。該試驗(yàn)直接體現(xiàn)出來的重要性，有以下幾點(diǎn)： 1快速暴露產(chǎn)品潛在缺陷； 2通過試驗(yàn) 改進(jìn) 驗(yàn)證這一循環(huán)方式，有效增加產(chǎn)品的極限值； 3產(chǎn)品可靠性得到明顯提升； 4大大縮短產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和上市周期； 5長遠(yuǎn)來看，降

5、低產(chǎn)品成本。相關(guān)術(shù)語編制和執(zhí)行HALT和HASS測(cè)試文件時(shí)，常會(huì)接觸一些專業(yè)術(shù)語。下面對(duì)一些常見的術(shù)語進(jìn)行了解釋。 寬帶振動(dòng) 振動(dòng)能量分布在較寬的頻率范圍（如：2010000Hz）。 破壞極限 個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品的工作狀態(tài)不再滿足技術(shù)條件要求，且應(yīng)力降低后，產(chǎn)品也不能恢復(fù)正常工作的那個(gè)應(yīng)力強(qiáng)度值（硬故障）。 破壞極限包括：破壞極限上限值（Upper Destruct Limit, UDL） 破壞極限下限值（Lower Destruct Limit, LDL） 對(duì)于振動(dòng)實(shí)驗(yàn)只有上限。 功能監(jiān)測(cè) 監(jiān)測(cè)產(chǎn)品工作狀態(tài)、工作性能以及工作參數(shù)等，從而判斷產(chǎn)品是否失效或退化。監(jiān)測(cè)還可以包括內(nèi)部診斷（內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析）

6、。功能監(jiān)測(cè)貫穿于整個(gè)高加速壽命試驗(yàn)（HALT）過程。 工作（操作）極限 一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品的工作狀態(tài)不再滿足技術(shù)條件要求，但應(yīng)力降低后，產(chǎn)品仍能恢復(fù)正常工作的那個(gè)應(yīng)力強(qiáng)度值（軟故障）。工作（操作）極限包括： 工作（操作）極限上限值（Upper Operating Limit, UOL） 工作（操作）極限下限值（Lower Operating Limit, LOL） 對(duì)于振動(dòng)實(shí)驗(yàn)只有上限。 功率譜密度（Power Spectral Density, PSD） 在隨機(jī)振動(dòng)曲線中與頻率相對(duì)應(yīng)的量級(jí)參數(shù)，單位為g2/Hz. 通常情況下也可以與加速度譜密度相對(duì)應(yīng)（Acceleration Spectral

7、Density，ASD，單位為m2/s3） 重復(fù)沖擊振動(dòng) 一種由重復(fù)沖擊脈沖激勵(lì)所形成的振動(dòng)。由氣錘沖擊振動(dòng)臺(tái)面所產(chǎn)生的振動(dòng)為典型的重復(fù)沖擊振動(dòng)。 故障根本原因分析（Root Cause Analysis，RAC） 確定產(chǎn)品故障或失效的原因，全面理解故障模式和故障原因。分析過程可能需要運(yùn)用一些失效分析工具，例如掃描電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡等。 六自由度振動(dòng)（Six Degree of Freedom Vibration） 一種模擬三軸六個(gè)方向振動(dòng)的振動(dòng)方式。 步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn) 通過逐級(jí)增加試驗(yàn)應(yīng)力，確定產(chǎn)品極限的試驗(yàn)過程。 熱電偶 把兩種不同材料的金屬導(dǎo)線一端連接（例如：熔接）在一起，作為溫度測(cè)量點(diǎn)

8、的溫度傳感器。由于熱電偶隨著溫度不同產(chǎn)生不同的熱電流，形成電壓差，通過采集電壓值就可以得出相應(yīng)的溫度值。試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作1.形成試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)HALT測(cè)試，須由一個(gè)團(tuán)隊(duì)參與。為保證HALT順利進(jìn)行，并獲取良好的試驗(yàn)效果，此團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)由不同專業(yè)的技術(shù)人員組成，即涉及到與產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、制造工藝和質(zhì)控等專業(yè)技術(shù)人員。 設(shè)計(jì)工程師幫助開展產(chǎn)品功能測(cè)試，判斷由于試驗(yàn)應(yīng)力增加可能引發(fā)的產(chǎn)品突發(fā)故障。他們要在整個(gè)HALT試驗(yàn)和失效分析過程（例如：修復(fù)產(chǎn)品缺陷）中提供技術(shù)支持。其它方面的專業(yè)人員還應(yīng)當(dāng)包括可靠性工程師、制造工程師以及操作HALT試驗(yàn)設(shè)備的人員。無須所有的技術(shù)人員在整個(gè)HALT測(cè)試過程都要在現(xiàn)場(chǎng)，但在需要

9、的時(shí)候，應(yīng)該能夠及時(shí)加入團(tuán)隊(duì)。在HALT試驗(yàn)中出現(xiàn)問題時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)能在其技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮其作用。 2.失效分析平臺(tái)需要搭建相應(yīng)的失效分析平臺(tái)，配備適當(dāng)?shù)姆治龉ぞ?。?dāng)產(chǎn)品在HALT試驗(yàn)中出現(xiàn)故障時(shí)，分析并確定產(chǎn)品出現(xiàn)故障的根本原因。 3.HALT試驗(yàn)前的技術(shù)會(huì)議議程討論決定進(jìn)行HALT試驗(yàn)的相關(guān)測(cè)試細(xì)節(jié)： 1)HALT試驗(yàn)儀器及樣品監(jiān)測(cè)儀器等相關(guān)儀器的功能和參數(shù)的要求； 2)產(chǎn)品在臺(tái)面上的安裝方式； 3)監(jiān)測(cè)樣品狀態(tài)的熱電偶和加速度傳感器在產(chǎn)品上的安裝位置及方式； 4)確定HALT測(cè)試程式和試驗(yàn)嚴(yán)酷度。 （注：HALT試驗(yàn)后，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)進(jìn)行總結(jié)，討論分析HALT試驗(yàn)中出現(xiàn)的故障，尋找原因，從材料

10、、器件、工藝或線路設(shè)計(jì)等方面制定相應(yīng)的產(chǎn)品改進(jìn)方案。）試驗(yàn)的設(shè)備要求高加速壽命試驗(yàn)（HALT）設(shè)備，必須包括滿足以下要求的溫度試驗(yàn)和振動(dòng)試驗(yàn)兩項(xiàng)基本能力，并且能同時(shí)進(jìn)行溫度和振動(dòng)的組合試驗(yàn)。1.振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)1）6自由度（三軸向六個(gè)自由度）的重復(fù)沖擊振動(dòng)功能和準(zhǔn)隨機(jī)振動(dòng)功能； 2）振動(dòng)能量可分布帶寬：10Hz 10000Hz； 3）臺(tái)面的最大振動(dòng)輸出量級(jí)不小于35Grms（臺(tái)面不加負(fù)載）。2.溫度試驗(yàn)參數(shù)溫度試驗(yàn)是為了對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速的溫度變化試驗(yàn)，這就要求HALT試驗(yàn)設(shè)備的空氣循環(huán)系統(tǒng)能產(chǎn)生足夠大的風(fēng)速，達(dá)到產(chǎn)品快速溫變效果以及保持溫度穩(wěn)定。設(shè)備溫度試驗(yàn)參數(shù)要求如下： 快速溫變能力（最大溫變

11、速率不小于45/min）； 溫度變化范圍：-80+170。3.溫度數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)進(jìn)行高加速壽命試驗(yàn)（HALT）時(shí)，需采集并監(jiān)控試驗(yàn)樣品的響應(yīng)數(shù)據(jù)，包括溫度信息、振動(dòng)信息以及性能參數(shù)等。 須配備溫度采集裝置，收集并儲(chǔ)存溫度傳感器的數(shù)據(jù)信息，以驗(yàn)證試驗(yàn)過程中的溫度應(yīng)力是否真正施加到產(chǎn)品上。這可以通過HALT試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)本身的溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，還可以利用其它的多通道溫度采集系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。溫度采集裝置中的熱電偶，必須在（-100200）的溫變范圍內(nèi)有穩(wěn)定的溫度感應(yīng)特性，熱電偶的線徑（直徑）應(yīng)不大于0.3274mm。 4.振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)信息，是為了驗(yàn)證試驗(yàn)過程中的振動(dòng)應(yīng)力是

12、否真正的施加到樣品上。這可以通過HALT試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)本身的振動(dòng)頻譜采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，也可以利用能夠采集相關(guān)數(shù)據(jù)（例如：加速度，位移）和顯示振動(dòng)頻譜的振動(dòng)采集系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。加速度傳感器應(yīng)配備三軸傳感器，響應(yīng)頻率范圍為2Hz 10000Hz，加速度測(cè)量范圍為-500g+500g。傳感器的尺寸應(yīng)該足夠小，這樣能夠監(jiān)測(cè)樣品任何位置的振動(dòng)響應(yīng)。同時(shí)要求傳感器的質(zhì)量應(yīng)足夠輕，這樣他們的重量就不會(huì)明顯地影響樣品的振動(dòng)響應(yīng)，或改變樣品的響應(yīng)特征。5.其它輔助測(cè)試設(shè)備主要指產(chǎn)品的性能監(jiān)測(cè)設(shè)備，用以判斷產(chǎn)品是否發(fā)生故障。 6.液氮和壓縮空氣供應(yīng)進(jìn)行HALT試驗(yàn)，需準(zhǔn)備足夠的液氮，保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。另壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓力

13、應(yīng)與試驗(yàn)設(shè)備匹配，典型值為0.8MPa。壓縮空氣用于驅(qū)動(dòng)HALT試驗(yàn)機(jī)的氣錘，最好經(jīng)過干燥處理，避免因空氣中含有水分導(dǎo)致氣動(dòng)系統(tǒng)中的金屬部件銹蝕。壓縮空氣流量需保證，一般而言，流量達(dá)250m3/h是足夠的。對(duì)試驗(yàn)樣品的要求1.試驗(yàn)樣品應(yīng)該用序列號(hào)或其它標(biāo)識(shí)區(qū)分。 2.試驗(yàn)中要確認(rèn)有一個(gè)熱電偶粘貼在樣品上，作為試驗(yàn)中溫度校準(zhǔn)控制的熱電偶傳感器。試驗(yàn)溫度校準(zhǔn)控制系統(tǒng)為一個(gè)閉環(huán)的溫度感應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)。熱電偶感應(yīng)溫度應(yīng)該盡量接近試驗(yàn)的平均溫度，應(yīng)該粘貼在樣品的外表面，盡量安裝在熱容量相對(duì)較低的位置。不應(yīng)把熱電偶安裝在發(fā)熱部件附件或樣品的密閉空間內(nèi)。 3.試驗(yàn)中，應(yīng)該盡量保證溫度應(yīng)力和振動(dòng)能量能最大化地傳導(dǎo)

14、給安裝在試驗(yàn)臺(tái)上的試驗(yàn)樣品。高加速壽命試驗(yàn)（HALT）的目的是以通過加速樣品疲勞的方法來發(fā)現(xiàn)樣品的弱點(diǎn)。為達(dá)到準(zhǔn)確的試驗(yàn)效果，需要確定最佳的試驗(yàn)樣品應(yīng)力極值。 4.需要考慮樣品的尺寸和重量，選擇合適的HALT試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)。 5.可以通過修改樣品的框架來提高樣品的熱傳導(dǎo)速率。例如，拆除樣品的面板或外殼，在樣品的底部開孔形成空氣的流通通道等。 6.試驗(yàn)中，要把監(jiān)測(cè)樣品溫度的熱電偶粘貼在合適的位置。一般放在以下幾個(gè)位置：發(fā)熱量大的元件與部件；對(duì)溫度敏感的電子元件和部件；高熱容量的部件。把熱電偶粘貼在高熱容量部件上，可以幫助確定必要的溫度極值點(diǎn)的試驗(yàn)停留時(shí)間，使樣品達(dá)到穩(wěn)定的溫度。 7.盡量使臺(tái)面振動(dòng)量1：1傳遞到試驗(yàn)樣品上。 8.測(cè)量試驗(yàn)樣品振動(dòng)響應(yīng)的加速度傳感器需要安裝在合適的位置，用來評(píng)估試驗(yàn)樣品的振動(dòng)響應(yīng)特性。建議安裝位置：靠近支架安裝器件附近；振動(dòng)最強(qiáng)的位置，如PCB板卡的中心位置；可能對(duì)振動(dòng)比較敏感、脆弱的位置。和加速壽命試驗(yàn)的比較高加速壽命試驗(yàn)不用于確定產(chǎn)品的壽命。因?yàn)槲覀冴P(guān)心的是使產(chǎn)品盡可能提高可靠性，可靠性量值的測(cè)定并不重要。然而，對(duì)于具有耗損時(shí)間的