高加速寿命试验

© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
2002 年第 4 期 环境技术 · 7 ·
它包括冷步进应力和热步进应力 : 1) 冷步进应力 :应力开始于 20 ℃,然后
不同应力下失效所占的百分比42不同应用类型的halt极限值见表1温度振动grms工作温度下限破坏温度下限工作温度上限破坏温度上限工作振动极限破坏振动极限军用6978116123121124民用487390953239野外577494115646643不同环境类型的halt极限值见表2温度振动grms工作温度下限破坏温度下限工作温度上限破坏温度上限工作振动极限破坏振动极限办公室6280921184652运输6978116123121124野外66811061246669飞机60901101101829环境技术2002年第4期19952004tsinghuatongfangopticaldiscco
快速温度变换试验一般进行十个循环 , 最少也不能低于五个循环 。 3. 3 振动步进应力
振动步进应力是 HALT 的第三部分 ,其 目的是为了在没有不当的温度应力下 (一般 选择环境温度为 20 ℃) ,确定产品的工作与 破坏振动极限 。振动源为六自由度的随机振 动 ,频率范围从 2 Hz 到 5000 Hz 。
◇能提供合适的振动传输率 、热均匀性 和均衡的温度变化率 。
夹具上标明产品的具体安装位置 ,并确 定每个产品位置的应力量级等等 。一般来 说 ,最高和最低振动响应处放置工作样本 ,非 功能性样本放在其它的位置 。 2. 2 试验剖面设计
在 HALT 开始时 ,必须设计一个非常有 效 、合理的试验剖面 。试验剖面包括产品将 暴露的环境应力类型 、各应力的量级 、步长及
温度剖面采用上下两个极端温度 ,这两 个极端温度接近于温度步进应力试验确定的 上下工作极限温度 。如果公司给出了产品的 贮存极限温度 ,那么温度极端值通常比贮存 极限温度恶劣 20 ℃,在每个极端温度处保持 20 分钟 。然而 ,还没有到达 - 60 ℃时 ,电解 电容就差不多“冻结”而无法工作了 。因此 , 如果是对带有电解电容的产品实施 HALT , 合理的下极限温度为 - 45 ℃(或接近) 。整个 综合环境试验最少进行 5 个温度循环 。
2002 年第 4 期 环境技术 · 5 · 文章编号 :1004 - 7204 (2002) 04 - 0005 - 05
谈谈高加速寿命试验
林震 , 张爱民 , 沈朝晖 , 谢再师
(四川绵阳市 919 信箱 528 分箱 , 四川绵阳 621900)
摘要 : 高加速寿命试验 ( HALT) 是一种新兴技术 ,它使用在产品的设计阶段 ,用于快 速暴露产品的缺陷和薄弱环节 。本文介绍了 HALT 的优点 、典型的 HALT 过程及 HAST 项目 ;对 HAST 项目中的温度步进应力 、6 自由度随机振动 、快速温度变换 、温度 与振动步进应力综合试验等方法进行了详细描述 。 关键词 : HALT; HASS ; 工作极限 ; 破坏极限 中图分类号 : TB 24 文献标识码 : A
Talk about Highly Accelerated Life Test
LIN Zhen , ZHANG Ai2min , SHEN Zhao2hui , XIE Zai2shi
Abstract : Highly Accelerated Life Test ( HALT) is an emerging technology , it is performed during design to find the weak reliability links in the product . This paper intrduces the merits of HALT , and describes the typical HALT process and items. The paper also describes detailedly the HALT items of temperature step stress , rapid temperature transitions , 6 degree2of2freedom random vibration and combined environment of temperature and vibration. Keywords : HALT; HASS ; Operating Limit ; Destruct Limit
温度以每步 10 ℃往下降 ,直到确定产品的工 作破坏温度下限为止 。
2) 热步进应力 :应力开始于 20 ℃,然后 温度以每步 10 ℃往上升 ,直到确定产品工作 与破坏温度上限为止 。
每步停留 20min (有的为 10min) ,这个时 间包括产品各部分的温度平衡时间与产品性 能的测试时间 。 3. 2 快速温度变换
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①利用高环境应力 ,提早使产品设计缺 陷激发出来 ,从而消除设计缺陷 ,大大提高设 计可靠性 ,确保产品能获得早期高可靠性 ,使 产品具有高的外场可靠性 ;改善后可延长产 品早夭期 (浴盆曲线后段延伸 ) ;
振动极限值基于上面振动步进应力试验 确定的工作极限值 。每个温度循环里面使用 不同量级的振动 。如果进行 5 个温度循环 , 振动极限值选择为 100 Grms ,那么第一个温 度循环里面振动剖面是这样的 :从 5 Grms 开 始 ,然后振动量级以 5 Grms 的步长往上加 , 直到 20 Grms (极限值除于循环次数) ,每步保 持 10 min ,保持期间对产品进行性能测试 ;同 样的 ,第二个温度循环里面振动剖面从 20 Grms 开始 ,然后振动量级以 5 Grms 的步长往 上加 ,直到 40 Grms ,每步保持 10 min ,保持期 间对产品进行性能测试 ; ……。如果可能的 话 ,我们可以找到温度与振动综合情况下的 工作与破坏极限 。
快速温度变换构成 HALT 的第二部分 , 其目的是为了在没有任何外部诱发的振动条 件下 ,在极端的高温与低温下 ,发现产品潜在 的一些问题 。其极端温度 (高温与低温) 值由 温度步 进 应 力 试 验 确 定 的 工 作 极 限 温 度 决 定 ,等于或稍高 (低) 于工作极限温度 。
在这个阶段 ,产品经受着持续的冷热变 换 ,其变换速度尽可能快 (不过 ,必须在产品 与箱子所允许的范围内) 。降温与升温速率 必须大于 40 ℃/ min 。在每个极端温度处 ,停 留 20min 。这个时间是为了使产品在该温度 下彻底“整定”,使产品的各个部分达到温度 平衡 。
◇应用步进应力 ,直到产品失效为止 ; ◇暂停试验 ,对失效进行根本原因分析 (Root Cause Analysis) ,维修产品 ; ◇从暂停处继续试验 (步进) ,直到产品 再次失效为止 ,接着失效分析 ,维修产品 ; ◇重复应力 —失效 —失效分析 —维修过 程; ◇找出产品的工作极限与破坏极限 ,确 定产品的工作裕度和破坏裕度 。 在 HALT 过程里面 ,故障根本原因分析 (RCA) 和 改 进 措 施 是 核 心 内 容 。因 此 , 在 HALT 过程中不能放过任何一个被激发出的 故障 ,是设计问题就要改进设计 ,是工艺问题 就要改进工艺 。只有采用有效的纠正措施 , 才能加速设计和工艺的成熟 ,才能充分发挥 HALT 的长处 。
收稿日期 : 2002 - 06 - 10 作者简介 : 林震 (1976 - ) ,男 ,广东梅县 ,本科 ,现从事环境试验技术研究工作 。
张爱民 (1971 - ) ,男 ,四川绵阳 ,硕士 ,现从事环境试验技术研究及管理工作 。
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2 HALT 过程
HALT 采用步进应力剖面 。它实际上就 是步进应力试验的增强形式 。美国波音公司 把 HALT 和步进应力试验统称为可靠性强化 试验 RET。 2. 1 试验夹具设计
在 HALT 设计开始前 ,必须设计一个特 殊 、专用的夹具 。这个夹具必须满足以下两 个要求 :
◇适用于振动和温度试验 ,并能同时试 验多个产品 (根据具体情况) ;
1 引言
高加速寿命试验 ( HALT) 是由美国 Hobbs 工程公司总裁 Gregg K Hobbs 博士首先提出 来的 。从 90 年代开始 ,HALT 获得推广应用 。 HALT 的最大特点是时间上的压缩 ,即在短 短的几天内模拟一个产品的整个寿命期间可 能遇到的情况 。与传统的可靠性试验相比 , HALT 试验的目的是激发故障 ,即把产品潜
3 HALT 试验项目
HALT 试 验 项 目 主 要 包 括 温 度 步 进 应 力 、6 自由度随机振动 、快速温度变换 、温度 与振动步进应力的综合等等 。 3. 1 温度步进应力试验
温度步 进 应 力 试 验 是 HALT 的 第 一 部 分 ,其目的是在没有任何外部诱发振动的情 况下 ,确定产品的工作和破坏温度上 、下限 。
由于持续的试验 ,破坏极限找到后 ,产品 需静放一段时间或大范围维修后再进行综合 应力试验 。但如果在整个范围的振动里 ,产 品一直运行良好 (没有破坏) ,那么可以立即 实施综合应力试验 。 3. 4 综合环境
综合环境试验构成 HALT 的第五部分 。 综合环境试验是用于测试产品在快速温变和 振动步进应力的复合下的强度 。这是很重要 的一部分 ,因为许多产品的振动响应随着温 度的变化而变化 。
停留时间等等 。 Hobbs 博士指出 :“HALT 剖面基于步进
应力试验 ,使用适当的应力 ,直到达到产品的 基本技术极限为止 。当故障出现时 ,必须弄 清楚它的失效模式和失效机理 ,而不是应力 和量 级 。”没 有 标 准 的 HALT 剖 面 。然 而 , Thermotron 工 业 的 一 位 应 用 工 程 师 Chris Scholten 指出 :“一个典型的 HALT 剖面开始 于 5 ℃到 10 ℃步长的冷步进应力试验 ,然后 是同样步长的热步进应力试验 ,接着是快速 温度变换 ,然后是振动步进应力试验 ,最后是 温度和振动的综合 。” 2. 3 产品试验
在的缺陷激发成可观测的故障 。因此 ,它不 是采用一般模拟实际使用环境进行的试验 , 而是人为施加步进应力 ,在远大于技术条件 规定的极限应力下快速进行试验 ,找出产品 的各种工作极限与破坏极限 。
目前 ,虽然还没有相关的试验标准 ,但国 外在航空 、汽车及电子等高科技产业都广泛 开展了 HALT 项目 ,已有相当成效 。HALT 具 有如下优点 :
当然 ,为了进一步加速 、暴露缺陷 ,有时
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还根据 产 品 各 自 的 特 点 选 择 其 它 的 一 些 应 力 ,例如功率循环 、电力开关循环 、电压容限 及频率容限等等 。事实上 ,实际的应力是在 HALT 之前和 HALT 期间的产品评估决定的 。 在 HALT 过程中 ,有些应力可能被删除掉 ,有 些应力可能被加了进来 ,有些应力可能综合 的进行 。
②产品的设计周期大大减少 ; ③生产费用大大降低 ; ④维修费用大大降低 ,因为交付的产品 具有更高的可靠性 ; ⑤了解产品的设计能力及失效模式 ; ⑥ HALT 能找出产品的工作极限和破坏 极限 ,为制定 HASS (高加速应力筛选) 方案 , 确定 HASS 的应力量级提供依据 ; ⑦大大减少鉴定试验时的故障 ,经过 HALT 的产品 ,鉴定试验已不重要 ,仅是一种 形式而已 。
试验开始于 5 Grms ,然后振动量级以 5 Grms 的步长往上加 ,每步保持 10 min ,保持 期间对产品进行性能测试 。如果应力等级达 到或超过 30 Grms ,产品的性能测试有两种方 法 。一种是在当前的应力下测试 ;另一种是 低一点的应力或 5 Grms 的温和振动下测试 ,
因为高应力造成的突然失效有时只能在低一 点的应力下才能测出来 。