HALT高加速壽命試驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書

1、HALT高加速壽命試驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書高加速壽命試驗(yàn)（Highly accelerated life test,HALT），是一種發(fā)現(xiàn)缺陷的工序，它通過設(shè)置逐級遞增的加嚴(yán)的環(huán)境應(yīng)力，來加速暴露試驗(yàn)樣品的缺陷和薄弱點(diǎn)，而后對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)到提升可靠性的目的，最大的特點(diǎn)是設(shè)置高于樣品設(shè)計(jì)運(yùn)行限的環(huán)境應(yīng)力，從而使暴露故障的時(shí)間大大短于正?？煽啃詰?yīng)力條件下的所需時(shí)間?！竟ぷ髟怼縂reggK.Hobbs曾設(shè)計(jì)了一種金屬試件，就強(qiáng)化應(yīng)力對疲勞壽命的影響效果進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)力增加1倍時(shí)，疲勞壽命降低為原來1/1000。對于有缺陷的產(chǎn)品，缺陷處應(yīng)力集中系數(shù)高達(dá)

2、23倍，疲勞壽命就相應(yīng)降低了好幾個(gè)數(shù)量級，這樣就有缺陷元器件和無缺陷元器件在相同的強(qiáng)化應(yīng)力作用下疲勞壽命拉大了檔次，使有缺陷元器件迅速暴露同時(shí)無缺陷元件損傷甚小。這一試驗(yàn)結(jié)果也清楚的說明了HALT試驗(yàn)技術(shù)的基本原理。另外，強(qiáng)化應(yīng)力激發(fā)產(chǎn)品缺陷的有效性以及所激發(fā)出的缺陷與正常使用環(huán)境下導(dǎo)致產(chǎn)品失效的各類缺陷相關(guān)性也通過試驗(yàn)和實(shí)踐得到證實(shí)。一、目的本文檔主要用于指導(dǎo)企業(yè)實(shí)施高加速壽命實(shí)驗(yàn)過程。如果嚴(yán)格按照本指南實(shí)施，可以得到一個(gè)理想的高加速應(yīng)力壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推廣更多具有可靠性的產(chǎn)品到市場。二、范圍在本文檔中，成功執(zhí)行和實(shí)施HALT過程的基本原理將被詳細(xì)描述。它明確了技術(shù)人員職責(zé)、工具和設(shè)備需求以及

3、測試試驗(yàn)資質(zhì)。如果堅(jiān)持按照本文檔實(shí)施，就能夠獲得最基本的指南以執(zhí)行和完成一個(gè)成功的HALT試驗(yàn)。本指南可用于各種產(chǎn)品部件，包括電子產(chǎn)品、電子機(jī)械產(chǎn)品或者單純的機(jī)械產(chǎn)品。三、定義寬頻振動(dòng)：在寬頻率范圍內(nèi)包含能量的振動(dòng)(2010,000Hz)。糾正措施：這里是指為了消除產(chǎn)品缺陷而進(jìn)行的設(shè)計(jì)或者過程的改變。糾正措施可以包括部件或者材料改變，也包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程的變化。破壞極限：是指讓一個(gè)或者多個(gè)產(chǎn)品不再擁有產(chǎn)品規(guī)范里規(guī)定的產(chǎn)品功能特性，即使應(yīng)力降低，產(chǎn)品也不能恢復(fù)。如我們常見的硬失效。功能測試：產(chǎn)品的一種測試，通過測量產(chǎn)品的功能性能、產(chǎn)品使用或者邊界參數(shù)來評判產(chǎn)品是否實(shí)效（不能完成產(chǎn)品規(guī)定的功能

4、）或者退化是否發(fā)生，這種測試也可以包括內(nèi)部診斷。功能性測試貫穿于HALT試驗(yàn)的整個(gè)環(huán)境應(yīng)力過程。Grms：以均方根表示的振動(dòng)G，其中G是重力加速度。高加速壽命試驗(yàn)：一種利用步進(jìn)應(yīng)力的過程，通過不同的加速應(yīng)力發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)局限。HALT主要用于暴露產(chǎn)品的應(yīng)力極限和確認(rèn)產(chǎn)品的缺陷。功能極限：是指使得產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定的一個(gè)或者多個(gè)產(chǎn)品功能特性實(shí)效的之前的應(yīng)力。當(dāng)這個(gè)應(yīng)力降低的時(shí)候，產(chǎn)品能夠回復(fù)，就如同我們常見的軟失效。功率譜密度：一種描述隨機(jī)振動(dòng)譜幅度和頻率的測量單位，常用單位G2/Hz表示。通常也指加速譜密度（ASD）偽隨機(jī)振動(dòng)：非周期振動(dòng)，包含帶寬內(nèi)的所有頻率，在相位和幅度上連續(xù)變化。重復(fù)沖擊振動(dòng)

5、：一種源于重復(fù)振動(dòng)沖擊激勵(lì)的振動(dòng)。通常是由氣錘產(chǎn)生，反饋到振動(dòng)臺上。失效分析：確認(rèn)缺陷或者瑕疵真實(shí)原因的過程。全面理解如何失效和為什么失效。這個(gè)過程可能需要失效分析工具，如電子顯微鏡掃描等六自由度隨機(jī)振動(dòng)：一種同時(shí)包含三個(gè)水平方向和三個(gè)垂直方向加速能量的振動(dòng)。步進(jìn)應(yīng)力：一種持續(xù)增加應(yīng)力水平直到確認(rèn)產(chǎn)品極限的過程。熱電偶：溫度傳感器，通常由兩種不同的金屬材料連接起來制成?？梢酝ㄟ^測量熱電流和產(chǎn)生的與溫度成正比的潛在電壓來測量溫度。四、人員要求高加速壽命試驗(yàn)小組必須包括那些獨(dú)立的，不與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測試有關(guān)的人員。HALT測試通常需要多個(gè)學(xué)科之間的相互合作。這些學(xué)科包含設(shè)計(jì)工程和測試工程專家技術(shù)。設(shè)計(jì)

6、工程師將能幫助產(chǎn)品功能測試的開發(fā)。這包含確認(rèn)增加應(yīng)力從而使得發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)效。他們也可以在HALT測試和實(shí)效分析過程中提供幫助，如發(fā)現(xiàn)并修理故障缺陷。這些獨(dú)立的人員并不需要跟蹤整個(gè)HALT試驗(yàn)過程，但是一旦有需要就能發(fā)生作用。其他學(xué)科也包含可靠性工程，制造工程和運(yùn)行HALT系統(tǒng)的職員，如果他們不是上述幾個(gè)組的成員的話。每一個(gè)學(xué)科的人員在HALT結(jié)果提出的時(shí)候在各自的專家領(lǐng)域負(fù)責(zé)。實(shí)效分析試驗(yàn)室也可能在HALT過程中用于確認(rèn)實(shí)效的根本原因。交叉功能評審會(huì)：這個(gè)評審委員會(huì)應(yīng)按照規(guī)定的基礎(chǔ)，通過會(huì)議確認(rèn)HALT的測試需求、評審過去的HALT結(jié)論并且開發(fā)新的測試計(jì)劃用于將來的試驗(yàn)。會(huì)議作出的結(jié)論應(yīng)該被記錄

7、并保存。這個(gè)會(huì)議應(yīng)該在產(chǎn)品的HLAT之前和之后進(jìn)行。HALT準(zhǔn)備會(huì)日程：會(huì)議關(guān)鍵的議題包含確認(rèn)HALT測試的規(guī)程、功能測試需求和產(chǎn)品固定到臺面的方法、產(chǎn)品部件或者本地的熱電偶探頭或者加速計(jì)。HALT總結(jié)會(huì)日程：會(huì)議主要對HALT結(jié)果進(jìn)行評審，包括討論失效和糾正措施計(jì)劃。五、試驗(yàn)設(shè)備要求HALT試驗(yàn)箱要求：被用于執(zhí)行HALT試驗(yàn)的設(shè)備必要要求能夠產(chǎn)生溫度和振動(dòng)應(yīng)力（在下文中確定的）。設(shè)備必須能夠在同一時(shí)間同一試驗(yàn)箱中產(chǎn)生這些應(yīng)力（必須是綜合應(yīng)力箱）。振動(dòng)：HALT試驗(yàn)箱的技術(shù)指標(biāo)是：具有6自由度的（3水平和3垂直）的重復(fù)沖擊振動(dòng)和偽隨機(jī)振動(dòng)。帶寬從10赫茲到10000赫茲。振動(dòng)臺空載時(shí)最小要達(dá)到

8、35Grms。溫度：其目標(biāo)是強(qiáng)迫產(chǎn)品得到快速的溫度變化率。試驗(yàn)箱擁有足夠的空氣流動(dòng)率來產(chǎn)生所期望的快速溫度變化率和保持溫度穩(wěn)定是非常重要的。溫變率最小應(yīng)能達(dá)到45C/min。溫度范圍為-80C到170C。試驗(yàn)室測試設(shè)備：HALT過程中產(chǎn)品的響應(yīng)數(shù)據(jù)應(yīng)能被收集。這些數(shù)據(jù)包括溫度、振動(dòng)和產(chǎn)品功能性能。溫度數(shù)據(jù)（施加于產(chǎn)品上面的溫度應(yīng)力）的收集和存儲應(yīng)該能被證明是真實(shí)可信的。這些可以利用HALT系統(tǒng)上面的可靠的熱電偶探頭通道或者通過使用多通道的測試設(shè)備來獲取數(shù)據(jù)。振動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)（施加于產(chǎn)品上面的振動(dòng)應(yīng)力）的收集和存儲應(yīng)該能被證明是真實(shí)可信的。這些可以利用HALT系統(tǒng)上面的可靠的加速計(jì)探頭通道或者使用頻

9、譜分析儀通過傳感器來分析并顯示數(shù)據(jù)。加速計(jì)用于測量振動(dòng)時(shí)產(chǎn)品的響應(yīng)。這些加速計(jì)應(yīng)該是小質(zhì)量類型的（如4號Grams），頻率響應(yīng)范圍為2Hz到10KHz，測量范圍為500gs。加速必須足夠小，以便于安裝在期望的位置，而且必須足夠輕，以致于不能產(chǎn)品明顯的影響或者改變測試樣本振動(dòng)動(dòng)態(tài)特性。熱電偶用于測量產(chǎn)品的溫度響應(yīng)。熱電偶線的使用是必須的。在HALT試驗(yàn)中使用的熱電偶必須有足夠的穩(wěn)定特性在整個(gè)試驗(yàn)箱溫度范圍內(nèi)（近似在-100C到+200C）。熱電偶線纜的直徑不應(yīng)該超過22口徑。六、測試設(shè)備安裝要求HALT系統(tǒng)，輔助測試設(shè)備的安裝與使用必須滿足設(shè)備制造商的指示說明一致。確認(rèn)用于HALT測試所有的測試

10、設(shè)備均是經(jīng)過校準(zhǔn)計(jì)量和可用的。在測試報(bào)告文檔中的測試設(shè)備文檔內(nèi)容部分應(yīng)該包含設(shè)備說明、型號、序列號和校準(zhǔn)計(jì)量情況。七、測試樣本測試樣本必須是用序列號或者其他標(biāo)識方法能夠相互區(qū)別。確保熱電偶（控制熱電偶）被正確的安裝在測試樣本上，以便于提供參考給試驗(yàn)箱溫度設(shè)置調(diào)整點(diǎn)。用于HALT系統(tǒng)溫度控制通道的熱電偶通常使用無循環(huán)反饋的溫度測量。產(chǎn)品的熱電偶安裝在能夠獲得較為精確的樣本平均溫度的位置。產(chǎn)品的熱電偶必須放置在測試單元的外表面，最好放在低熱量聚集的地方。這些熱電偶不應(yīng)該放置在產(chǎn)生熱量的器件附近或者產(chǎn)品密封部分的內(nèi)部。確保安裝在振動(dòng)臺的測試樣本使用了合適的樣本夾具，從而能夠使得測試樣本獲得最大的溫度

11、和振動(dòng)應(yīng)力。由于測試的目的是激勵(lì)產(chǎn)品，加速疲勞損傷從而暴露產(chǎn)品缺陷。因此，最大的應(yīng)力加在產(chǎn)品上面是有益的。產(chǎn)品尺寸和重量應(yīng)當(dāng)被考慮，尤其在確定某些特定的試驗(yàn)箱產(chǎn)生正確的應(yīng)力。施加在樣本上面的溫度變化率應(yīng)能通過修改樣本測試底架得到改善。比如，去掉面板或者蓋子，產(chǎn)生一個(gè)開放的空氣通道，通過樣本測試底架的測試洞。產(chǎn)品的響應(yīng)熱電偶應(yīng)當(dāng)被安裝在能夠充分評估樣本在溫度環(huán)境下響應(yīng)的位置。建議安裝位置包括產(chǎn)生主要熱量的器件、溫敏器件。設(shè)計(jì)用于響應(yīng)溫度變化的部件和為了獲得溫度穩(wěn)定性，提供對時(shí)間的累積效應(yīng)而進(jìn)行測量的部位。振動(dòng)的目的就是要一對一的轉(zhuǎn)換振動(dòng)臺的能量到樣本上。產(chǎn)品響應(yīng)加速計(jì)應(yīng)該被安裝在能夠充分評估產(chǎn)品

12、對輸出振動(dòng)響應(yīng)的位置。建議安裝位置：靠近固定硬件、最大的反饋點(diǎn)（PCB中央）或者疑似的薄弱位置。試驗(yàn)中的樣本功能性測試應(yīng)該應(yīng)該保證足夠的覆蓋性以確定樣本的全面性能，并且能測出實(shí)效模式的多種類型。這種測試必須包含產(chǎn)品的主要功能，通過對每個(gè)功能性能的反饋進(jìn)行測量。功能性測量的目的是完成百分之百的測試覆蓋，或者盡可能的完成試驗(yàn)過程中的樣本測試。八、功能性測試要求產(chǎn)品特定應(yīng)力：這些特定的應(yīng)力用于產(chǎn)品的測試或者在每個(gè)步進(jìn)應(yīng)力時(shí)執(zhí)行，用以增強(qiáng)實(shí)效激發(fā)和檢測。這些應(yīng)力可以為電應(yīng)力循環(huán)，也可以包括線性電壓極限值、線性頻率極限值、直流電壓極限、裝車振蕩器極限、輸出負(fù)載和其他適用的應(yīng)力。這些特定應(yīng)力在整個(gè)HALT

13、過程的每一個(gè)應(yīng)力水平上的功能性測試中都應(yīng)該進(jìn)行。樣本的功能性測試必須進(jìn)行記錄。這些記錄應(yīng)該明確的提供測試覆蓋性的數(shù)量，百分比，也應(yīng)該包括測試實(shí)施過程的詳細(xì)描述。必須明確產(chǎn)品是如何測試和測試了什么。文檔必須能夠提供證據(jù)表明在HALT準(zhǔn)備會(huì)中提出的功能性測試目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況。在開始HALT之前，測試樣本必須獨(dú)立地進(jìn)行一個(gè)或者多個(gè)循環(huán)的功能性測試，以保證測試安裝的完整性和獲取測試樣本的性能基線。在每一個(gè)應(yīng)力水平，功能性測試都必須進(jìn)行以評估樣本的功能。文檔必須詳細(xì)的記錄樣本退化的發(fā)生和發(fā)生條件，包括樣品的使用極限和破壞極限和其他重要的注釋。九、測試報(bào)告和文檔數(shù)據(jù)收集和存儲要求試驗(yàn)數(shù)據(jù)必須充分詳盡的進(jìn)行匯集和存儲，以便于在需要的時(shí)候能夠輕易的再現(xiàn)試驗(yàn)的過程和順序。產(chǎn)品響應(yīng)測量和HALT系統(tǒng)數(shù)據(jù)（包含溫度數(shù)據(jù)和振動(dòng)數(shù)據(jù)）應(yīng)在整個(gè)測試過程中進(jìn)行收集。文檔應(yīng)該準(zhǔn)確而清晰，呈現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果和其他與測試有關(guān)的信息。文檔應(yīng)該包含：明確是由誰實(shí)施的H