HALT/HASS試驗技術在電子電工產品的應用

廣州廣電計量檢測股份有限公司 趙家華

由于加速可靠性試驗可使用戶很快確定電子電工產品的可靠性，它是有效的實際質量控制手段。高加速壽命試驗（HALT）和高加速篩選試驗（HASS）是非常有效的加速可靠性技術，在制造行業被廣泛使用。其中，HALT是在電子電工產品設計階段使用，它可快速暴露設計缺陷以便更改設計，消除缺陷，從而減少維修費用。HASS是在電子電工產品的生產階段使用，它可快速暴露任何工藝缺陷。傳統的環境試驗和可靠性試驗，基本屬于模擬試驗，試驗應力的考慮都是盡量模擬真實的環境。傳統模擬試驗的環境應力與電子電工產品未來實際使用的應力相當，其至多把技術條件中實測環境應力適當提高，以確保電子電工產品耐環境應力的余量。環境適應性和可靠性令人滿意，但事實并非如此，很多通過鑒定、驗收的電子電工產品潛在缺陷還是很多，可靠性差和返修率較高，維修費用成為電子電工產品生產商考慮的重點。從而我們要大幅提高電子電工產品可靠性的裕度，在不提高試驗費用的同時只能提高試驗應力，而HALT和HASS成為即快捷、成本比較低的試驗工具，圖1是HALT/HASS試驗設備。

一、可靠性測試中的HALT & HASS

HALT & HASS是由美國軍方所延伸出的設計質量驗證與制造質量驗證的試驗方法，現已成為美國電子業界的標準電子電工產品驗證方法。它將原需花費6個月甚至1年的新電子電工產品可靠性試驗周期縮短至一周，且在這一周中所發現的電子電工產品問題幾乎與客戶應用后所發現的問題一致，故HALT & HASS的試驗方式已成為新電子電工產品上市前所必需通過的驗證。在美國之外的其他國家，許多國際的3C電子電工產品大廠也都使用相同或類似的手法來提升電子電工產品質量，圖2是HALT和HASS與電子電工產品設計和生產周期的關系。

HALT是一種通過讓被測物承受不同的應力，進而發現其設計上的缺限，以及潛在弱點的實驗方法。其主要目的是通過增加被測物的極限值，進而增加其堅固性及可靠性。HALT利用階梯應力的方式加諸于電子電工產品，能夠在早期發現電子電工產品缺陷、操作設計邊際及結構強度極限。其加諸于電子電工產品的應力有振動、高低溫、溫度循環、電力開關循環、電壓邊際及頻率邊際測試等。利用該測試可迅速找出電子電工產品設計及制造的缺陷，改善設計缺陷，增加電子電工產品可靠性并縮短其上市周期，同時還可建立設計能力、電子電工產品可靠性的基礎數據及日后研發的重要依據。簡單地說，HALT是以連續的測試、分析、驗證及改正構成了整個程序，關鍵在于分析所有故障的根本原因。

HASS是專為清除生產過程中引入電子電工產品的缺陷而設計的最快最有效地篩選過程，需要100%的電子電工產品參加篩選。HASS不是采用步進的形式施加應力，而選用比未來使用過程中更高的恒定環境應力和其它應力，在較短時間內激發出電子電工產品在外場可能出現的各種早期失效形式，從而大大縮短篩選時間，表1是HALT & HASS對比。

二、HALT & HASS可靠性測試步驟

1.HALT可靠性測試步驟

HALT可靠性測試步驟共分為4個主要試程，如圖3所示。

在HALT試驗中可找到被測物在溫度及振動應力下的可操作界限與破壞界限。此試驗所用設備為QualMark公司所設計的綜合環境試驗機，溫度范圍為-100℃～+200℃，溫度變化最大速率為60℃/min，最大加速度可到60Grms。以下就四個試程的一般情況分別加以說明。

（1）溫度步進

如圖4所示，此項試驗分為低溫及高溫兩個階段應力。首先執行低溫階段應力，設定起始溫度為20℃，每階段降溫10℃，階段溫度穩定后維持10min，之后在階段穩定溫度下執行至少一次的功能測試，如一切正常則將溫度再降10℃，并待溫度穩定后維持10min再執行功能，依此類推直至發生功能故障，以判斷是否達到操作界限或破壞界限。在完成低溫應力試驗后，可依相同程序執行高溫應力試驗，即將綜合環境應力試驗機自20℃開始，每階段升溫10℃，待溫度穩定后維持10min，而后執行功能測試直到發現高溫操作界限及高溫破壞界限為止。

表1 HALT & HASS對比

圖1 HALT/HASS試驗設備

圖2 HALT和HASS與電子電工產品設計和生產周期的關系

圖3 HALT可靠性測試步驟流程圖

圖4 溫度步進循環剖面示意圖

圖5 溫度循環試驗剖面示意圖

圖6 振動步進試驗剖面示意圖

圖7 溫度及振動綜合應力試驗剖面示意圖

圖8 HASS可靠性測試步驟流程圖

圖9 篩選試驗流程示意圖

（2）高速溫度循環

如圖5所示，此項試驗將先前在溫度階段應力測試中所得到的低溫及高溫操控界限作為此處的高低溫度界限，并以每分鐘60℃的快速溫度變化率在此區間內進行6個循環的高低溫度變化。在每個循環的最高溫度及最低溫度都要停留10min，并使溫度穩定后再執行功能測試。檢查待測物是否發生可回復性故障，尋找其可操作界限。在此試驗中不需尋找破壞界限。

（3）振動步進

如圖6所示，此項試驗是將G值自5g開始，且每階段增加5g，并在每個階段維持10min后在振動持續的條件下執行功能測試，以判斷其是否達到可操作界限或破壞界限。

（4）溫度及振動綜合應力

如圖7所示，此項試驗將高速溫度傳導及隨機振動測試合并同時進行，使加速老化的效果更加顯著。此處使用先前的快速溫變循環條件及溫變率，并將隨機振動自5g開始配合每個循環遞增5g，且使每個循環的最高及最低溫度持續10min，待溫度穩定后執行功能測試，如此重復進行直至達到可操作界限及破壞界限為止。

對在以上四個試程中被測物所產生的任何異常狀態進行記錄，分析是否可由更改設計克服這些問題，加以修改后再進行下一步驟的測試。通過提高電子電工產品的可操作界限及破壞界限，從而達到提升可靠性的目的。

2.HASS可靠性測試步驟

應用HASS的目的是要在極短的時間內發現批量生產的成品是否存在生產質量上的隱患，該試驗包括三個主要試程發，如圖8所示。

（1）試驗計劃階段

HASS試驗計劃必須參考前面HALT試驗所得到的結果。一般是將溫度及振動合并應力中的高、低溫度的可操作界限一般為80%，而振動條件則以破壞界限G值的50%做為HASS試驗計劃的初始條件。然后再依據此條件開始執行溫度及振動合并應力測試，并觀察被測物是否有故障出現。如有故障出現，須先判斷是因過大的環境應力造成的，還是由被測物本身的質量引起的。屬前者時應再放寬溫度及振動應力10%再進行測試，屬后者時表示目前測試條件有效。如無故障情況發生，則須再加嚴測試環境應力10%再進行測試。

（2）計劃驗證階段

在建立HASS Profile（HASS程序）時應注意兩個原則：首先，須能檢測出可能造成設備故障的隱患；其次，經試驗后不致造成設備損壞或“內傷”。為了確保HASS試驗計劃階段所得到的結果符合上述兩個原則，必須準備3個試驗品，并在每個試品上制作一些未依標準工藝制造或組裝的缺陷，如零件浮插、空焊及組裝不當等。以HASS試驗計劃階段所得到的條件測試各試驗品，并觀察各試品上的人造缺陷是否能被檢測出來，以決定是否加嚴或放寬測試條件，而能使HASS Profile達到預期效果。

在完成有效性測試后，應再以新的試驗品，以調整過的條件測試30～50次，如皆未發生因應力不當而被破壞的現象，此時即可判定HASS Profile通過計劃驗證階段測試，并可做為執行階段之用。反之則須再檢討，調整測試條件以求獲得最佳的組合。

（3）執行階段

任何一個經過試驗計劃階段考驗過的HASS Profile皆被視為快速有效的質量篩選利器，但仍須配合電子電工產品經客戶使用后所回饋的異常再做適當的調整。另外，當設計變更時，亦相應修改測試條件。

圖9是篩選試驗流程示意圖。

三、HALT/HASS應用

從20世紀80年代末到90年初開始，國外特別是美國在各工業部門開始推廣應用HALT/HASS試驗技術，到目前已廣泛地應用于通訊、電子、電腦、醫療、能源、交通、航空、航天和軍事等領域，呈現出蓬勃發展的趨勢，取得了巨大的成功。首先，國外大多數為機械、電子工業提供設計、制造和試驗服務的公司，已經把HALT/HASS作為一項很重要的服務內容。其次，國外機械、通訊、交通運輸、航空航天、國防等行業的設備，特別是電子電子電工產品的供應商們，已經高度認識到HALT/HASS在其電子電工產品質量和可靠性保障方面的重要性，把HAL T/HASS作為改進和優化電子電工產品、加快新電子電工產品研制步伐、提高電子電工產品質量、贏得用戶和市場的重要技術手段。總之，在國外一些工業發達的國家特別是美國，HALT/HASS試驗技術由于它本身的魅力和激烈的市場競爭，已經被商家廣泛的接受，并得到普遍的應用。

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