HALT試驗在各領域中的應用

李 娜

摘要:HALT試驗是故障激發(fā)類試驗,利用高溫度應力、振動應力、溫度沖擊應力及電壓拉偏應力,在短時間內激發(fā)出產品潛在缺陷,為產品的優(yōu)化設計提供依據(jù)。本文較詳細地介紹了HALT試驗的產生、原理及運用。

關鍵詞:HALT試驗;基本機理;運用

1前言

隨著科學技術的發(fā)展,現(xiàn)代電子設備的復雜程度越來越高,發(fā)展速度越來越快,可靠性問題也越來越尖銳。激發(fā)試驗就是在克服環(huán)境模擬試驗,試驗周期長、試驗效率低、試驗耗費大等缺點的基礎上發(fā)展起來的一種新的可靠性試驗技術。HALT作為一種激發(fā)試驗方法,其理論依據(jù)是故障物理學。它把故障或失效當作研究的主要對象,通過激發(fā)、研究和根治產品缺陷達到提高可靠性的目的。

HALT試驗就是在產品上施加遠遠高出規(guī)格的溫度應力、振動應力及溫變應力等,在最短的時間內將產品的潛在設計缺陷激發(fā)出來,找到產品的短木板,通過FMEA分析,將設計缺陷進行改正,從而實現(xiàn)可靠性強化的目的。HALT試驗技術的基本機理是在試驗中對試件施加遠遠大于正常使用條件的環(huán)境下,快速激發(fā)出產品缺陷,從而提高試驗效率。

2HALT試驗方法

2.1基本概念

2.1.1HALT:Highly accelerated life test,高加速壽命試驗。

2.1.2工作極限:是指在定量確定有關應力對可靠性影響的加速試驗過程中,施加于產品的工作應力極限。當環(huán)境應力超過該極限值,產品失效,不能正常工作,當環(huán)境應力恢復正常值時,產品又恢復正常,并能正常工作。

2.1.3破壞極限:是指產品能在其范圍內工作而不出現(xiàn)不可逆失效的應力極限。當環(huán)境應力超過該極限值時,產品破壞,即使恢復到正常條件,產品也不再能正常工作。

2.2失效機理

圖1是由G.K.Hobbs 建立的缺陷/ 激勵關系模型圖,對激勵類型與缺陷類型之間的關系做了直觀說明,它表示電子產品缺陷和能把缺陷激發(fā)出變?yōu)榭捎^察缺陷的環(huán)境激勵之間的關系。

在溫度循環(huán)過程中,高熱應力和熱疲勞交互作用在產品上,影響著產品的機械、物理化學和電氣性能。在機械方面,由于產品由不同的材料組成,材料膨脹系數(shù)的差異產生機械應力,在承受高低溫雙向變化的熱應力時,應力差變化在結合部產生有效作用,使缺陷暴露;在物理化學方面,產品中的橡膠和有機塑料等材料在低溫時變硬發(fā)脆,高溫時軟化松弛,超出使用溫度范圍時,其機械性能和抗減振特性均會發(fā)生變化,導致產品失效;在電氣性能方面,高溫能夠導致電路發(fā)生溫漂,增大電路發(fā)熱量,加速絕緣體的老化甚至熱擊穿,影響半導體器件如三極管的放大倍數(shù)和穿透電,從而造成產品失效。

溫度循環(huán)透發(fā)的故障模式主要有以下幾種:(1)參數(shù)漂移與電路穩(wěn)定性;(2)電路板開路、短路、分層等缺陷;(3)電路板腐蝕;(4)電路板裂紋、表面和過孔缺陷;(5)元器件缺陷;(6)元器件松動、裝配不當或錯裝;(7)結擊穿;(8)開焊、冷焊、焊料不足或沒有等焊接缺陷;(9)連線伸張或松脫以及電線掉頭、連接不好等;(10)接觸不良;(11)黏結不牢;(12)緊固件缺陷;(13)脆性斷裂;(14)電遷移;(15)熱匹配;(16)浪涌電流;(17)金屬化;(18)密封失效。

振動是直接用外力激起產品內部的元器件及其結合部的諧振來達到暴露產品潛在缺陷的目的。振動激發(fā)的失效分為3種:①產品性能超差或失效:振動應力作用于產品時,一方面改變了產品中各元器件、部件之間的相對關系,使產品的結合部的相對位置發(fā)生變化,導致產品失效;另一方面,振動時產生干擾信號,干擾電流、電壓太大影響了電路的工作點或工作狀態(tài),使產品性能超差或混亂。②產品在振動應力反復作用下,造成產品的部分結構、引線松動或磨損甚至脫落。③振動使產品原來具有的微小缺陷和損傷經多次交變應力作用使其擴大,造成材料電氣、機械性能發(fā)生變化或使產品的結構破壞。振動誘發(fā)的主要故障模式有:

(1)電路板開、短路;(2)元器件裝配不當或松脫;(3)相鄰元器件短路;(4)元器件管腳或導線斷裂或有缺陷;(5)IC 插座缺陷;(6)虛焊、開焊、冷焊、焊料不足或沒有等焊接缺陷;(7)黏結不牢;(8)連線松脫或連接不好;(9)硬件松脫;(10)緊固件或護墊松動;(11)晶體缺陷;(12)機械缺陷。

2.3測試方法

測試分為低溫步進、高溫步進、快速溫變、振動及綜合5步,具體應力施加如表。

3HALT試驗應用及小結

要成功實施一個產品的HALT試驗,需從以下幾個方面進行保障:

3.1HALT試驗開展的前提是單板/模塊/整機具有較強的定量檢測手段和監(jiān)測功能,必要的時候需要專門針對測試開發(fā)軟件,使得測試盡可能的覆蓋到所有電路和功能;

3.2HALT試驗后的故障定位分析是HALT試驗是否有效的關鍵點;

3.3因為HALT試驗關鍵在于找問題、定位問題,因此需要經驗豐富的測試人員與開發(fā)人員參與。

目前HALT試驗發(fā)現(xiàn)了不少問題,發(fā)現(xiàn)問題的應力通常都遠遠超出了產品規(guī)格或器件規(guī)格,因此開發(fā)人員往往會以應力超出器件規(guī)格為由而拒絕分析。而實際上問題產生往往并非應力超出器件規(guī)格所致,器件資料中提供的規(guī)格都有很大的裕量,很多情況下是由于模擬電路所設計的容限容差不夠所致,通過修改電阻或電容有時就可以解決問題。

參考文獻

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