張文昌，劉海鵬，于功山，范志超

（1.浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，山東 濟南 250101；2.軍委裝備發(fā)展部軍事代表局駐天津地區(qū)軍代室，天津 300000；3.山東天岳晶體材料有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

壽命試驗是為了測定產(chǎn)品在規(guī)定的應(yīng)力條件下的壽命所開展的試驗，是可靠性試驗中重要且基礎(chǔ)的試驗。將產(chǎn)品的樣本置于規(guī)定的應(yīng)力條件下，在試驗期間記錄每次的失效時間，以便定量分析失效時間和分布規(guī)律，以便將其作為可靠性優(yōu)化設(shè)計提高產(chǎn)品可靠性的依據(jù)。

1 HALT技術(shù)介紹

HALT是按照預(yù)定的試驗方法對試驗樣件逐漸施加應(yīng)力條件，直到施加應(yīng)力條件超過其承受極限條件，從而暴露出相應(yīng)的故障。HALT主要是運用故障物理學(xué)激發(fā)產(chǎn)品故障的一種模式，是將產(chǎn)品在超過其承受應(yīng)力條件極限條件時失效作為主要研究對象，從而找出它的缺陷來對產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 HALT技術(shù)原理

HALT技術(shù)的主要原理是通過遞進式增加應(yīng)力條件的方式，找出被試樣件的“工作極限應(yīng)力條件”和“破壞極限應(yīng)力條件”。如圖1所示，產(chǎn)品的工作極限對試驗樣件施加的環(huán)境應(yīng)力條件超過了試驗樣件能承受的最大應(yīng)力條件，從而激發(fā)試驗樣件發(fā)生故障，導(dǎo)致試驗樣件不能正常工作。環(huán)境應(yīng)力條件恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)條件后，試驗樣件又恢復(fù)正常工作。產(chǎn)品破壞極限，對試驗樣件施加的環(huán)境應(yīng)力條件遠遠超過了試驗樣件能承受的最大應(yīng)力條件范圍，試驗樣件遭到破壞，環(huán)境應(yīng)力條件恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)條件后仍不能工作，試驗樣件遭到了徹底破壞。

圖1 3種應(yīng)力條件下的極限確定

3 HALT分類及HALT技術(shù)特點

3.1 HALT的分類

HALT大致可分為3種，即恒定應(yīng)力條件HALT、步進應(yīng)力條件HALT和序進應(yīng)力條件HALT[1]，如圖2所示。

圖2 HALT應(yīng)力條件

3.1.1 恒定應(yīng)力條件HALT

將一定數(shù)量的試驗樣品分成幾組，每組固定在一個應(yīng)力條件下做HALT，如圖2（a）所示。選用的最高應(yīng)力條件應(yīng)保證試驗樣品失效機理不改變，最低應(yīng)力條件要高于正常工作條件下的應(yīng)力條件。

3.1.2 步進應(yīng)力條件HALT

用一定數(shù)量的試驗樣品做試驗，施加應(yīng)力條件的方式以臺階式由低到高逐步提高，一直到試驗樣品大量失效時為止。選定一組應(yīng)力條件S1、S2、…、Sn，設(shè)S0是正常工作條件下的應(yīng)力條件，使S0＜S1＜S2＜…＜Sn。試驗開始時，使一定數(shù)量的產(chǎn)品在S1條件下進行試驗，達到規(guī)定應(yīng)力條件的時間ts時，可能已有試驗樣品失效；這時把應(yīng)力條件提高到S2，未失效的產(chǎn)品在應(yīng)力條件S2下繼續(xù)進行試驗，又有些試驗樣品失效；如此繼續(xù)下去，直到大量試驗樣品失效為止。如圖2（b）所示。

3.1.3 序進應(yīng)力條件HALT

對一定數(shù)量的試驗樣品，在施加應(yīng)力條件大小隨時間等速直線上升的條件下做HALT，直至大量試驗樣品失效為止，如圖2（c）所示。

3.2 HALT技術(shù)特點

HALT是以逐漸遞增的形式來對產(chǎn)品施加不斷加大的環(huán)境應(yīng)力條件，使產(chǎn)品發(fā)生故障，從故障中找出產(chǎn)品的缺陷。HALT中對產(chǎn)品施加應(yīng)力條件后產(chǎn)品出現(xiàn)的失效情況，是通過遠遠超過產(chǎn)品設(shè)計時的最大環(huán)境應(yīng)力條件承受度來激發(fā)的，且這些失效模式是在實際現(xiàn)場使用中出現(xiàn)的失效形式[2]。

4 HALT試驗時對性能、功能進行測試

開展HALT試驗前，需要制定試驗大綱作為整個試驗的技術(shù)支撐。HALT試驗與普通的鑒定試驗不同，實驗中要進行相應(yīng)的性能、功能測試，并對試驗樣件的狀態(tài)進行實時檢測及有效的監(jiān)控，及時準(zhǔn)確獲取故障發(fā)生時的應(yīng)力條件。實時的功能檢測可以知道試驗樣件發(fā)生故障時的應(yīng)力條件，可以及時掌握發(fā)生故障時試驗樣件具體的狀態(tài)，通過定量分析，制定相關(guān)的優(yōu)化提升方案[3]。

5 試驗結(jié)果評判方案

HALT試驗是假定某一個隨機變量為Sn，服從相應(yīng)的分布參數(shù)n（正整數(shù)）以及P（成功概率）的二項式分布。對于任何一個正整數(shù)K（K的取值范圍{0,1,2,…,+∞}），可以表示為：

式中：n為樣本實際數(shù)量；Sn表示n次試驗時已經(jīng)成功的次數(shù)。

β是使用方風(fēng)險，是將實際的責(zé)任故障率（責(zé)任故障率=ND/NT，分子是檢測到的責(zé)任故障，分母是故障總數(shù)）降低到最低過程中可能接受的數(shù)值P1而最終使試驗通過的概率；α是供方風(fēng)險，指產(chǎn)品本身的責(zé)任故障率已經(jīng)達到設(shè)計目標(biāo)P0但是沒有被接受的概率，理應(yīng)滿足：

不等式計算后得出的解可能無窮多，一般選擇試驗費用盡量少的解，即n求最小解。

6 結(jié) 論

HALT可以縮短常規(guī)應(yīng)力條件壽命試驗所需的時間，但它有局限性，不能完全代替正常使用應(yīng)力條件下的壽命試驗，是一種破壞性試驗，只能取小部分試驗樣本進行試驗，存在置信度問題，只能對產(chǎn)品壽命做一個近似估計。由于HALT在理論上有一定的根據(jù)，在實踐中能節(jié)省時間，尤其是硬件本身的故障所引發(fā)的問題，HALT是最直接、最高效的試驗方法之一。所以，該方法被廣泛重視和應(yīng)用，但是需要有長期常規(guī)應(yīng)力條件壽命試驗作補充來檢驗HALT的準(zhǔn)確性，且為試驗積累數(shù)據(jù)信息。