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HALT试验方法注意事项

作者:时间:2018-08-08来源:网络收藏

(High Accelerated Life Test):高加速寿命试验,即试验中对试验对象施加的环境应力比试验对象整个生命周期内,包括运输、存储及运行环境内,可能受到的环境应力大得多,以此来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱环节,而后对暴露的缺陷和故障从设计、工艺和用料等诸方面进行分析和改进,从而达到快速提升可靠性的目的。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/385797.htm

运行限或操作限(Operation Limit):指产品某应力水平上失效(样品不工作或其工作指标超限),但当应力值略有降低或回复初始值时,试样又恢复正常工作,则样品能够恢复正常的最高应力水平值称为运行限。

破坏限(Destruct Limit):在某应力水平上升到某值时,样品失效,即使当应力回落到低于运行限时,试样仍然不能恢复正常工作,这时的应力水平值称为破坏限。

裕度(Margin):产品运行环境应力的设计限与运行限或破坏限的差值。产品的裕度越大,则其可靠性越高。

夹具(Fixture):在试验的振动项目中固定试样的器具。振动试验必须使用夹具,使振台振动能量有效地传递给试样。

加速度传感器(Accelerometer):在某方向测量试样振动加速度大小的传感器。在试验的振动项目中使用加速度传感器可以监视试验箱振动能量通过夹具有效传递给试样的效率。

振动功率谱密度(Vibrating Power Spectral Density):也称为加速谱密度,衡量振动在每个频率点的加速度大小,单位为(g2/Hz)。

Grms(Gs in a root mean square):振动中衡量振动强度大小的物理单位,与加速度单位相同,物理含义为对振动功率谱密度在频率上积分后的平方根。

热电偶(Thermocouple):利用“不同导体结合在一起产生与温度成比例的电压”这一物理规律制作的温度传感器。在HALT试验的热应力测试项目中,利用热电偶监视产品各点的温度分布。

功能测试(Functional Test):对试样的测试,用以判断试样能否在测试环境下完成规定的功能,性能是否下降。一般是通过测量试样的关键参数是否达到指标或利用诊断模式测试试样的内部性能。

1、HALT试验基本要求

1.1对试验设备的要求

1.1.1对试验箱的要求

做HALT试验的设备必须能够提供振动应力和热应力,并满足下列指标:

振动应力:必须能够提供6个自由度的随机振动;振动能量带宽为2Hz~10000Hz;振台在无负载情况下至少能产生65Grms的振动输出。

热应力:目标是为产品创造快速温度变化的环境,要求至少45℃/min的温变率;温度许可范围至少为-90℃~+170℃。

1.1.2对辅助试验设备的要求

在HALT试验中,必须记录试样的响应数据。这些数据包括热响应、振动响应以及产品的性能响应。测量产品的这些响应的试验辅助设备必须满足以下要求。

(1)热响应的测试设备

在试验过程中必须测量、记录试样的热响应,用以确认热应力被合理地施加到试样上。可以通过热电偶来测量各点的温度值。热电偶在【-100℃,+200℃】的温度范围内应该有足够的稳定性,以保证测试数据的准确性。

(2)振动响应的测试设备

为了保证振动台的振动能量高效地传递给试样,并保证试样的安全性,必须用适当的夹具把试样固定在振动台上,并且夹具必须满足以下要求:

①夹具本身应尽可能的轻,其本身质量不应明显影响试样对振动的响应;

②夹具应具有足够的强度,以便能高效地把振台的振动能量传递给样品;

③夹具的使用不应影响样品的散热,不应阻碍试验箱的热应力有效地传递给样品;

④夹具的使用不应对样品造成伤害。

在HALT试验中必须测量样品对振动应力的响应,用以确认振动应力被合理的施加到试样上。可以通过使用多个加速计测量各点的振动量级。用于测量的加速计必须满足以下要求:

①加速计可以测量的频率范围至少为【2Hz,10KHz】;

②加速计本身应尽可能的轻,其本身质量不应影响到试样对振动的响应;

③加速计的体积应尽可能的小,以便可以粘贴于试样的各个合适部位;

④用于粘贴加速计的胶应该有足够的粘贴强度,以免在振动过程中脱落。

(3)试样性能的测试设备

用于监视样品性能的测试设备必须能够在HALT试验过程中记录样品对环境的反映,实时监视试样性能。

①监控设备必须能够实时(或在较短时间内)获取试样的关键参数,用以判断试样的性能是否下降或试样是否失效。

②监控设备必须能够实时(或在较短时间内)记录或主动获取试样的故障信息。

1.2对试验样品的要求

HALT试验的试验对象为处于研发阶段的产品原型机。建议针对PCB级别的样品进行试验。

(1)所有用于HALT试验的样品必须保证在正常环境条件下正常工作,即满足产品规格规定的一切指标;

(2)用于HALT试验的样品数不少于3个;系统级别的HALT试验样品不少于3个独立的系统;子架或单板级别的HALT试验,每种单板数目不少于3块;根据试验结果,可能追加样本个数;

(3)样品的尺寸、重量应满足试验箱的要求;

(4)试验样品应具有良好的故障信息输出能力,即具有良好的可测性。

1.3对参加试验人员的要求

参加HALT试验人员不少于3人,其中至少有一名研发人员、一名测试人员和一名可靠性测试工程师。

(1)参加HALT试验的研发、测试人员应对试验样品尽可能熟悉,保证试样过程中出现问题时尽可能快地得到解决,或者获得尽可能多的故障信息。

(2)参加HALT试验的可靠性测试工程师必须熟悉试验设备、试验应力条件等,保证能够根据试验现场情况控制试验过程,并协助研发、测试人员定位、解决问题。

2、HALT试验总体过程

一个完整的试验周期应该包括试验前准备、初始HALT试验、试验问题的分析定位和解决(可能包含故障定位试验)、试验问题解决后的回归测试及试验总结等部分。

2.1试验前的准备

2.1.1试验前会议

在试验前应召开由研发人员、测试人员及专业实验室负责该试验的可靠性测试工程师参加的试验准备会议。议题包括

(1)根据实验资源等情况确定试验大概日期;

(2)讨论试验样品准备;

(3)确定参加试验的人员;

(4)制定具体试验计划,包括确定试验项目,确定可采用的可以促进样品缺陷暴露的附加应力,如上下电冲击、电源电压变化等,根据具体的产品而异;

(5)确定监测的参数和失效判据或失效判断标准;

(6)对试样的已知薄弱环节进行分析,确定在HALT试验中的屏蔽措施;

(7)分析测试设备、信号接头、电缆等在试验中对试验的影响,确定屏蔽措施。

2.1.2HALT试验资源准备

(1)针对试样的性能监控,编写必要的测试用例;

(2)提交试验申请,确定试验具体日期;

(3)根据试验计划准备各种试验资源:样品、测试设备、连接电缆等;

(4)准备其它资源。

2.2初始HALT试验

(1)按试验计划搭建试验环境;

(2)按照试验计划中的试验项目、测试用例,顺次完成试验;

(3)在每个试验项目过程中,时刻监控样品性能;

(4)如果样品出现任何形式的故障,尽可能详细地记录故障信息;初步判断故障类型,可能的话,现场分析故障原因,实施临时改进措施,以便进一步试验;

(5)如果产品发生硬故障,则增加样本继续做后续试验项目。

(6)每天的试验结束后,由测试人员完成当天的试验日志,对当天的试验及时总结,并通报相关人员。

2.3试验问题的分析定位和解决

2.3.1试验结果分析定位

必须分析每一个问题在设计上或生产上的根本原因。如果可能,在HALT试验期间即开始问题分析定位,以提高效率。分析过程必须有详细的记录,形成文档,包括失效模式、失效的确切原因或可怀疑的原因。跟踪分析过程,输出过程报告。

在初始HALT试验结束后尽快召开试验结果分析会议,议题包括:

(1)试验中发现的问题总结,并提交CMM监控;

(2)确定每个问题的严重等级,即确定问题必须改进还是只需要分析原因;

(3)下一步工作安排,包括确定每个问题分析定位、改进措施的责任人,时间安排等。

2.3.2故障定位试验过程

必要的话,利用试验资源启动故障定位试验,尽快实施改进措施。

(1)按故障发生条件时的条件搭建试验环境;

(2)按故障发生时试验应力进行试验,力求重现故障;

(3)必要的话,采取特殊的定位手段,比如加大试验应力,把软故障变成硬故障;

(4)请负责试样故障部分的设计人员到场协助定位。

(5)每天的试验结束后,由测试人员完成当天的试验日志,对当天的试验及时总结,并通报相关人员。

2.3.3改进措施的实施

(1)制定改进计划;

(2)问题原因、影响以及改进的总结报告要提交决策人员审阅,并提交CMM监控。

(3)确定改进方案,实施改进。

2.4试验问题解决后的回归测试

(1)按故障发生条件时的条件搭建试验环境;

(2)按故障发生时试验应力进行试验;

(3)如果确认问题已经解决,则视情况继续增加试验应力,以求发现样品新的缺陷;

(4)如果故障依旧,继续定位、分析故障,直至问题得到解决。

(5)建议进行完整的HALT试验过程,必要时试验步进应力的步长可以为原来HALT实验的2倍。

(6)每天的试验结束后,由测试人员完成当天的试验日志,对当天的试验及时总结,并通报相关人员。

3、HALT试验过程

3.1HALT试验中的试验项目分类

HALT试验中的试验项目分为以下各类,试验中推荐按下面的顺序进行试验:

(1)试验前常温工作测试;

(2)步进低温工作试验;

(3)低温启动试验;

(4)步进高温工作试验;

(5)高低温循环试验(选做);

(6)步进随机振动试验;

(7)高低温循环与步进随机振动结合的综合试验;

(8)低温与随机振动结合的综合试验(选做);

(9)高温与随机振动结合的综合试验(选做);

3.2HALT试验的实际试验过程

3.2.1搭建试验环境

试验人员首先按上述试验基本要求准备好试验设备、测试设备、试验样品等资源,然后开始搭建试验环境:

(1)把试验样品有针对性地置于试验箱内,如果是振动试验,必须用夹具固定样品;

(2)把电源线、信号线及监视用电缆、光纤等引线通过试验箱出线口引出,与外面电源、监视设备等正确相连;

(3)对试验样品按规律编号,以便于试验过程的记录;

(4)样品上电,研发、测试人员负责按测试用例对样品组网、配置业务并配置仪表,使样品工作正常。

(5)样品掉电,给样品的温度、振动关键检测点粘贴必要的热电偶和振动加速计(注意,由于加速计在高温时容易损坏,在有高温的振动试验中,不要使用加速计)。

3.2.2试验前常温工作测试

试验前的常温工作测试,即在搭建试验环境完成后,对样品持续进行一段时间的测试。有两个目的:一是,确认试样在正常工作条件下是符合规格要求;二是,测量常温工作条件下试样关键部位的温升。

3.2.3步进低温工作试验

从样品低温规格限开始,步进降温,步进步长一般为10℃,接近极限时步长取5 ℃;如果已有其它样品做过本试验项目,并确定失效温度点距离规格限较远,为缩短试验时间,步长可以为20℃。

每个温度台阶的停留时间应足够长,使得产品的每个器件的温度稳定下来,通常是产品温度达到温度设定点后5~15分钟。

每个温度台阶必须进行完整的功能测试。

试验中满足以下任意一个条件,本项目即可停止:一是,低温达到或超过了零下90℃,或试验样品在某个温度点附近一致失效;二是,达到了试验箱的极限;三是,达到了样品材料所能承受应力的物理极限。

如果产品发生了失效,温度回升至上一个温度台阶,判断失效为运行限还是破坏限。

如果试验满足终止条件后试样依然没有失效,则把当时最低的温度试验条件定为试样的运行限;如果找到了某个样品运行限或操作限,但还不满足试验结束条件,则更换样品,继续试验。

3.2.4低温启动试验

低温启动试验一般和步进低温工作试验结合在一起做。

低温启动从-20℃开始,如果启动成功,则以10℃为步长降温,接近极限时步长为5℃;如果启动不成功,以10℃为步长升温,接近样品低温规格时,步长为5℃。

样品断电,试验箱保持某一低温,监视样品内部温度,直至温度平衡,再停留10分钟,保证芯片内部被冷透。

样品上电,配置业务,并监视样品性能,根据性能指标判断是否启动成功。

3.2.5步进高温工作试验

从样品高温规格限开始,步进升温,步进步长一般为10℃,接近极限时步长取5 ℃;如果已有同种产品的其它样品做过本试验项目,并确定失效温度点距离规格限较远,为缩短试验时间,步长可以为20℃。

每个温度台阶的停留时间应足够长,使得产品的每个器件的温度稳定下来,通常是产品温度达到温度设定点后10~15分钟。

每个温度台阶必须进行完整的功能测试。

试验中满足以下任意一个条件,本项目即可停止:一是,温度达到或超过了高温150℃,或试验样品在某个温度点附近一致失效;二是,达到了试验箱的极限;三是,达到了样品材料所能承受应力的物理极限,比如塑料熔化。

如果产品发生了失效,温度下降至上一个温度台阶,判断失效为运行限还是破坏限。

如果试验满足终止条件后试样依然没有失效,则把当时最高的温度试验条件定为试样的运行限;如果找到了某个样品的运行限或操作限,但还没有达到试验结束条件,则更换样品,继续试验。

如果电路有一些已知的热的敏感点,在升温中采用必要方法屏蔽掉这些部位,比如局部制冷或加强散热,以发现样品其它部分的缺陷。



关键词: HALT 试验方法

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