電子產品的高加速壽命試驗

石慶國，翁 榕，范秋濤

（中國電子科技集團公司第49 研究所，哈爾濱 150001）

引言

進入二十一世紀以來，科學技術取得了非常大的發展，在這樣的大背景下，如何提高科技產品的市場占有率，是眾多科技企業所關注的問題。實際上，要想提高科技展品的市場占有率，不僅需要生產符合市場需要的科技產品，而且還要提高科技產品自身的質量，離開了產品的質量，想要占有市場就只能是一句空話。國內科技產品廠商無論是在資金水平上還是在設計單位方面都還趕不上歐美發達國家大型企業的水平，生產的產品質量也遠不及發達國家的科技企業。上個世紀五十年代，在檢驗產品可靠性方面，通常采用的是傳統的可靠性試驗方法，該方法曾一度產生了非常積極的效果。但是隨著科技的不斷發展，科技產品的生產和更新速度越來越快，傳統檢驗技術的試驗周期長，效率不高的缺點被暴露出來，在這樣的情況下，迫切需要找到一種試驗周期短、花費小、效率高的檢驗方法，正因為如此，高加速壽命試驗得到了廣泛的重視。到了上個世紀九十年代，美國大型的飛機生產企業波音公司首先推出了可靠性強化試驗，該試驗包括兩個階段，第一階段是HALT；第二階段是HASS，前者主要是對產品設計階段進行檢驗，后者則是對產品生產階段進行檢驗。

1 高加速壽命試驗(HALT)概述

高加速壽命試驗(HALT)是一種全新的可靠性試驗技術，該技術是對傳統可靠性檢驗技術的突破，采用該技術，試驗周期能夠得到很大的縮短，試驗的效率得到了很大的提高，耗費的成本也得到了降低。高加速壽命試驗的核心主要是對產品施加超過規范應力的外力，并且逐步增加應力，從而排除故障。HALT的目的主要是快速激發產品故障，盡可能快地找到產品的問題，從而采取措施予以糾正，從而最大程度上提高產品的可靠性。

通過查閱大量的文獻資料，可總結HALT試驗的主要意義如下：第一，提高設計可靠性，延長產品早夭期。HALT試驗主要是通過施加外部壓力，從而盡早將產品缺陷激發出來，進而采取有效過失對產品缺陷進行修補，從而提高產品的可靠性；第二，縮短產品設計周期。通過HALT試驗可以及時發現產品設計階段存在的問題，避免設計階段時間過長，從而縮短設計周期；第三，降低生產費用。采用HALT試驗的費用比傳統檢驗方法少，且能夠提高檢驗的效率，有利于節約費用；第四，能為制定HASS方案、確定HASS的應力量級提供依據；第五，有利于設計者和生產者及時掌握產品的設計能力和失效模式；第六，降低企業的維修費用，采用HALT試驗進行檢驗后，產品有問題之處能夠盡快發現并進行修改，從而提高了交付給客戶產品的質量，避免產品出現問題需要花費大量的維修費用；第七，有利于減少鑒定實驗時的故障。

2 浴盆曲線

浴盆曲線圖（如圖1）就是設備故障率曲線，因設備構成是多系統或多部件的，如果局部發生故障將導致整個系統不能運作，由其故障發生情況所繪制的曲線，因形似浴盆，故稱為浴盆曲線。產品篩選（HASS）可以消除由于生產的產品本身缺陷所造成早期失效來降低曲線的第一部分的早期故障期。可靠性好的產品（HALT）可以降低曲線第二部分由外來負載造成的故障率。HALT將使磨損段遠遠地向右延伸。

3 應用案例

某航空機載電子產品HALT和HASS試驗采用空軍裝備環境與可靠性試驗中心的GALAXY28-X型HALT和HASS試驗系統，該試驗系統主要技術指標為有效容積1.4m3，頻率范圍2Hz～10000Hz，最大加速度60g，加速度穩定度±1g，溫度范圍為-100℃～200℃，最大溫變率±70℃/min（液氮制冷）。

產品HALT&HASS試驗過程如圖2所示。

整個實驗過程分為實驗前和實驗中兩個階段：在實驗前，先要對各個單板進行預測試，從而確保實驗進行過程中單板的質量合格；在對單板進行與測試之后，對單板進行具體的編號，確保每一塊單板都有其對應的槽位。經過預實驗后，有利于確保實驗的正常進行，有利于實驗結果的記錄和故障定位。在實驗進行中，對產品進行通電，使產品正常工作，并且向產品輸入廣電信號，采用數據采集與處理系統來查看系統誤碼等性能。在整個實驗的過程中，必須要加強監測，一旦出現問題要及時記錄，并采取有效的處理措施。

圖1 浴盆曲線

圖2 產品HALT&HASS 試驗過程

針對產品采用了以下HALT、HASS試驗：1）高低溫極限試驗。該實驗主要是通過提高或者降低產品所處環境的溫度來測試產品在不同溫度下的工作情況，從而確定產品在不同溫度下的工作極限，及時發現產品的缺陷；2）大溫變率溫循試驗。該試驗的目的也就是及時發現產品存在的缺陷；3）全軸隨機振動試驗。該實驗的主要目的是查看產品的抗震能力，看在劇烈震動下產品存在何種缺陷；4）全軸隨機振動大溫變率綜合應力試驗，該實驗的主要目的也是為了發現產品的潛在缺陷。

針對該產品采用步進應力試驗方法開展了以下典型HALT和HASS試驗，剖面如圖3所示。

從圖中可以看出，必須要先確定試驗對象的材料最高和最低溫度，并且確保溫度臺階上保持一定的時間，確保關鍵器件的溫度能夠達到預定的值，從而發掘產品的溫度和震動極限。

通過HALT試驗發現產品存在結構設計方面的缺陷以及焊接方面的缺陷。針對這些缺陷，本文推出了以下幾個措施來進行修正：第一，改進結構設計，對之前的接地方式進行徹底的修改，并且要對電路板作進一步的加固處理；第二，導線的連接受限要采用線接方式，然后再采用焊接，從而確保線路的可靠性。對改正后的產品再次進行HALT試驗，發現產品的質量得到了有效改善。

通過上述實驗發現，在激發產品潛在缺陷方面，振動步進與快速溫變最容易激發產品的缺陷，快速溫變的激發效果稍差一些；最差的是溫度步進應力實驗。

4 結論

圖3 典型HALT 和HASS 試驗剖面圖

通過本文的研究發現，采用HALT試驗能夠有效發現硬件本身的故障問題，該實驗方式比傳統的試驗方式要更為高效，更為直接，試驗的周期也更短，對于企業來說是非常可取的。隨著科學技術的不斷進步以及電子科技產品的不斷豐富，HALT試驗技術將得到更廣泛的應用，并且該技術也會隨著應用的增加而不斷得到改進，HALT試驗最終將極大地提高電子產品整體的可靠性水平。

[1]Charles Felkins. HALT-HASS Tutorial[C]. The 43rd AnnualTechnical Meeting, 2008, 02.

[2]祝耀昌,土欣,郝文濤.環境適應性設計與高加速壽命試驗 [J].航空標準化與質量, 2002, (1).