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(chǎn)品的可靠性，它是有效的實際質(zhì)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(shù)，在制造行業(yè)被廣泛使用。其中，HALT是在電子電工產(chǎn)品設(shè)計階段使用，它可快速暴露設(shè)計缺陷以便更改設(shè)計，消除缺陷，從而減少維修費用。HASS是在電子電工產(chǎn)品的生產(chǎn)階段使用，它可快速暴露任何工藝缺陷。傳統(tǒng)的環(huán)境試驗和可靠性試驗，基本屬于模擬試驗，試驗應(yīng)力的考慮都是盡量模擬真實的環(huán)境。傳統(tǒng)模擬試驗的環(huán)境應(yīng)力與電子電工產(chǎn)品未來實際使用的應(yīng)力相當，其至多把技術(shù)條件中實測環(huán)境應(yīng)力適當提高，以確保電子電工產(chǎn)品耐環(huán)境應(yīng)力的余量。環(huán)境適應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)品生產(chǎn)商考慮的重點。從而我們要大幅提高電子電工產(chǎn)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(yīng)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(shè)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(shè)計質(zhì)量驗證與制造質(zhì)量驗證的試驗方法，現(xiàn)已成為美國電子業(yè)界的標準電子電工產(chǎn)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(chǎn)品可靠性試驗周期縮短至一周，且在這一周中所發(fā)現(xiàn)的電子電工產(chǎn)品問題幾乎與客戶應(yīng)用后所發(fā)現(xiàn)的問題一致，故HALT & HASS的試驗方式已成為新電子電工產(chǎn)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(chǎn)品大廠也都使用相同或類似的手法來提升電子電工產(chǎn)品質(zhì)量，圖2是HALT和HASS與電子電工產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)周期的關(guān)系。

HALT是一種通過讓被測物承受不同的應(yīng)力，進而發(fā)現(xiàn)其設(shè)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(yīng)力的方式加諸于電子電工產(chǎn)品，能夠在早期發(fā)現(xiàn)電子電工產(chǎn)品缺陷、操作設(shè)計邊際及結(jié)構(gòu)強度極限。其加諸于電子電工產(chǎn)品的應(yīng)力有振動、高低溫、溫度循環(huán)、電力開關(guān)循環(huán)、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(chǎn)品設(shè)計及制造的缺陷，改善設(shè)計缺陷，增加電子電工產(chǎn)品可靠性并縮短其上市周期，同時還可建立設(shè)計能力、電子電工產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及日后研發(fā)的重要依據(jù)。簡單地說，HALT是以連續(xù)的測試、分析、驗證及改正構(gòu)成了整個程序，關(guān)鍵在于分析所有故障的根本原因。

HASS是專為清除生產(chǎn)過程中引入電子電工產(chǎn)品的缺陷而設(shè)計的最快最有效地篩選過程，需要100%的電子電工產(chǎn)品參加篩選。HASS不是采用步進的形式施加應(yīng)力，而選用比未來使用過程中更高的恒定環(huán)境應(yīng)力和其它應(yīng)力，在較短時間內(nèi)激發(fā)出電子電工產(chǎn)品在外場可能出現(xiàn)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(yīng)力下的可操作界限與破壞界限。此試驗所用設(shè)備為QualMark公司所設(shè)計的綜合環(huán)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(yīng)力。首先執(zhí)行低溫階段應(yīng)力，設(shè)定起始溫度為20℃，每階段降溫10℃，階段溫度穩(wěn)定后維持10min，之后在階段穩(wěn)定溫度下執(zhí)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(wěn)定后維持10min再執(zhí)行功能，依此類推直至發(fā)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(yīng)力試驗后，可依相同程序執(zhí)行高溫應(yīng)力試驗，即將綜合環(huán)境應(yīng)力試驗機自20℃開始，每階段升溫10℃，待溫度穩(wěn)定后維持10min，而后執(zhí)行功能測試直到發(fā)現(xiàn)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(shè)備

圖2 HALT和HASS與電子電工產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)周期的關(guān)系

圖3 HALT可靠性測試步驟流程圖

圖4 溫度步進循環(huán)剖面示意圖

圖5 溫度循環(huán)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(yīng)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(huán)

如圖5所示，此項試驗將先前在溫度階段應(yīng)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(qū)間內(nèi)進行6個循環(huán)的高低溫度變化。在每個循環(huán)的最高溫度及最低溫度都要停留10min，并使溫度穩(wěn)定后再執(zhí)行功能測試。檢查待測物是否發(fā)生可回復(fù)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(xù)的條件下執(zhí)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(yīng)力

如圖7所示，此項試驗將高速溫度傳導(dǎo)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(huán)條件及溫變率，并將隨機振動自5g開始配合每個循環(huán)遞增5g，且使每個循環(huán)的最高及最低溫度持續(xù)10min，待溫度穩(wěn)定后執(zhí)行功能測試，如此重復(fù)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(chǎn)生的任何異常狀態(tài)進行記錄，分析是否可由更改設(shè)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(chǎn)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(yīng)用HASS的目的是要在極短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)批量生產(chǎn)的成品是否存在生產(chǎn)質(zhì)量上的隱患，該試驗包括三個主要試程發(fā)，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(jié)果。一般是將溫度及振動合并應(yīng)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(jù)此條件開始執(zhí)行溫度及振動合并應(yīng)力測試，并觀察被測物是否有故障出現(xiàn)。如有故障出現(xiàn)，須先判斷是因過大的環(huán)境應(yīng)力造成的，還是由被測物本身的質(zhì)量引起的。屬前者時應(yīng)再放寬溫度及振動應(yīng)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(fā)生，則須再加嚴測試環(huán)境應(yīng)力10%再進行測試。

（2）計劃驗證階段

在建立HASS Profile（HASS程序）時應(yīng)注意兩個原則：首先，須能檢測出可能造成設(shè)備故障的隱患；其次，經(jīng)試驗后不致造成設(shè)備損壞或“內(nèi)傷”。為了確保HASS試驗計劃階段所得到的結(jié)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?shù)?。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(yù)期效果。

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

（3）執(zhí)行階段

任何一個經(jīng)過試驗計劃階段考驗過的HASS Profile皆被視為快速有效的質(zhì)量篩選利器，但仍須配合電子電工產(chǎn)品經(jīng)客戶使用后所回饋的異常再做適當?shù)恼{(diào)整。另外，當設(shè)計變更時，亦相應(yīng)修改測試條件。

圖9是篩選試驗流程示意圖。

三、HALT/HASS應(yīng)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(yè)部門開始推廣應(yīng)用HALT/HASS試驗技術(shù)，到目前已廣泛地應(yīng)用于通訊、電子、電腦、醫(yī)療、能源、交通、航空、航天和軍事等領(lǐng)域，呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢，取得了巨大的成功。首先，國外大多數(shù)為機械、電子工業(yè)提供設(shè)計、制造和試驗服務(wù)的公司，已經(jīng)把HALT/HASS作為一項很重要的服務(wù)內(nèi)容。其次，國外機械、通訊、交通運輸、航空航天、國防等行業(yè)的設(shè)備，特別是電子電子電工產(chǎn)品的供應(yīng)商們，已經(jīng)高度認識到HALT/HASS在其電子電工產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性保障方面的重要性，把HAL T/HASS作為改進和優(yōu)化電子電工產(chǎn)品、加快新電子電工產(chǎn)品研制步伐、提高電子電工產(chǎn)品質(zhì)量、贏得用戶和市場的重要技術(shù)手段。總之，在國外一些工業(yè)發(fā)達的國家特別是美國，HALT/HASS試驗技術(shù)由于它本身的魅力和激烈的市場競爭，已經(jīng)被商家廣泛的接受，并得到普遍的應(yīng)用。

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