電子產品整機高加速壽命試驗技術應用分析

鐘升華，邱福來

（工業和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

0 引言

高加速壽命試驗（HALT：Highly Accelerated Life Test）技術是一項目前國際上非常流行并被逐步推廣的可靠性試驗技術，由美國G.K.Hobbs等人在20世紀80年代末研究發展而來[1]，現已廣泛應用于民用與國防工業領域。通過它可以快速發現產品潛在的缺陷以助于提升產品耐環境適應能力，極大地縮短了產品的研發周期。

1 原理概述

HALT是一種激發試驗方法[2]，它采用對試件系統地施加步進應力的方法，在試驗中對試件施加遠大于正常使用條件的高強度環境應力，從而達到快速激發產品缺陷，提高試驗效率的目的[3]。

2 應用實例

為了便于對產品的故障模式列舉與分析，本文以下實例均為高加速壽命試驗中某階段的部分內容。

2.1 試驗一

a）試驗樣品與試驗設備

受試樣品為已處定型階段的三相費控智能電能表，樣品試驗前完成了常規的性能測試；主要試驗設備為美國環測公司生產的Galaxy 44-X型HALT試驗箱。試驗照片見圖1。

b）試驗剖面設計

高加速壽命試驗第一階段：低溫步進應力測試，曲線圖見圖2。

1）溫度在20～30℃，區間步進步長為-10℃，而在-30℃以下，區間步進步長縮至-5℃，因為考慮到此時溫度已接近于產品的設計指標；

2）采用液氮制冷，以溫變率高達40℃/min來快速降溫；

3）每個溫度臺階保持10min并完成測試；

4）試驗一直持續至發現受試樣機的故障限為止。

試驗中的測試項目：

1）產品自檢；

2）讀寫數據；

3）脈沖輸出；

4）時鐘輸出；

5）帶負載工作。

測試界面見圖3。

c）部分試驗過程與結果分析（如表1所示）

表1 電能表低溫步進應力測試結果

從-45℃開始，樣品報警時斷時續，恢復溫度后，樣機能夠正常工作，可確定-45℃為樣品故障限。由表1可見，在-45℃階段，1#電能表斷續出現硬件功能報警，2#和3#電能表正常；在-50℃階段，除1#樣品外，2#電能表也斷續出現硬件功能報警。此報警功能表征CPU外圍閃存工作異常。雖然此時故障溫度已略超過產品設計指標，但經溝通與分析后我們發現，產品的生產在采購環節出現了問題，出現此故障原因極可能是生產廠家的元部件供貨商將民品級閃存作為工業級閃存供貨造成。

2.2 試驗二

a）試驗樣品與試驗設備

受試樣品為尚處研發階段的民用某型對講機，樣品試驗前完成了常規性能測試；樣品在進行本文所分析的振動步進應力測試之前已依次進行過高加速壽命試驗中的低溫步進應力測試、高溫步進應力測試和快速熱循環測試。主要試驗設備為美國環測公司生產的Galaxy 44-X型HALT試驗箱。試驗照片見圖4。

b）試驗剖面設計

高加速壽命試驗的振動步進應力測試階段有：

1）由氣錘敲擊臺體，產生三軸六自由度的類隨機振動激勵，振動頻率帶寬設在2～2000Hz范圍內；

2）起始振動量級為5Grms，步進步長為5Grms；

3）本試驗的目的是尋找產品的物理故障限與破壞限，運用循環漸進振動方式進行試驗，每個振動臺階保持10min后停止振動，然后進行性能測試，完成性能測試后重新加振（試驗曲線見圖5）；

4）試驗一直持續直到發現產品的故障限或破壞限為止。

性能測試時對樣品通電DC7.4V，具體的性能測試項目參見表2。

c）部分試驗過程與結果分析

故障分析與處理：35Grms振動結束后2#對講機無法正常開機，見表2測試數據。將產品拆機后檢測、查找發現，保險絲F601開路，BAT++極接地2.3Ω，電容C802的GND引腳與鋁殼防水測試孔突起處因碰撞而導致電容引腳部分機械損傷，出現兩端短路故障致保險絲F601開路，如圖6所示。此處為產品設計之薄弱環節，應后續重新優化改進。更換F601和C802后2#對講機恢復正常，繼續后續測試。

4 結束語

a）由于不同的電子產品設計參數和有效試驗剖面設計的多樣性，以及高加速壽命試驗方法本身與傳統模擬環境試驗的迥異思路，HALT不便形成系統的試驗標準，它具有開放性并需要一定的實際經驗，為工程技術人員提供了廣闊的實踐天地。

b）高加速壽命試驗技術一般更多地應用于印制電路板組件、模塊級產品，通過本文應用實例分析表明 將其應用于小型電子產品整機 對于故障的激發與分析也是卓有成效的。

表2 對講機振動步進應力的測試數據

[1]陳奇妙.美國可靠性強化試驗技術發展點評 [J].質量與可靠性， 1998，（4）： 44－47.

[2]HOBBS G K.Accelerated reliability engineering,HALT and HASS[M].New York：John Wiley&Sons Ltd.,2000.

[3]褚衛華，陳循，陶俊勇，等.高加速壽命試驗（HALT）與高加速應力篩選（HASS） [J].強度與環境，2002， 29（4）： 23－37.