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可靠性测试中的HALT试验与HASS试验

HALT & HASS是由美国军方所延伸出的设计质量验证与制造质量验证的试验方法,现已成为美国电子业界的标准产品验证方法。它将原需花费6个月甚至1年的新产品可靠性试验缩短至一周,且在这一周中所发现的产品问题几乎与客户应用后所发现的问题一致,故HALT & HASS的试验方式已成为新产品上市前所必需通过的验证。在美国之外,许多国际的3C电子产品大厂也都使用相同或类似的手法来提升产品质量。

1HALT

HALT是一种通过让被测物承受不同的应力,进而发现其设计上的缺限,以及潜在弱点的实验方法。HALT的主要目的是通过增加被测物的极限值,进而增加其坚固性及可靠性。HALT利用阶梯应力的方式加诸于产品,能够在早期发现产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限的方法。其加诸于产品的应力有振动、高低温、温度循环、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。利用该测试可迅速找出产品设计及制造的缺陷、改善设计缺陷、增加产品可靠性并缩短其上市周期,同时还可建立设计能力、产品可靠性的基础数据及日后研发的重要依据。

简单地说,HALT是以连续的测试、分析、验证及改正构成了整个程序,关键在于分析所有故障的根本原因。

HALT 的主要测试功能如下:

利用高环境应力将产品设计缺陷激发出来,并加以改善;

了解产品的设计能力及失效模式;

作为高应力筛选及稽核规格制定的参考;

快速找出产品制造过程的瑕疵;

增加产品的可靠性,减少维修成本;

建立产品设计能力数据库,为研发提供依据并可缩短设计制造周期。

HALT应用于产品的研发阶段,能够及早发现产品可靠性的薄弱环节。其所施加的应力要远远高于产品在正常运输﹑贮藏﹑使用时的应力。

HALT包含的如下内容:

逐步施加应力直到产品失效或出现故障;

采取临时措施,修正产品的失效或故障;

继续逐步施加应力直到产品再次失效或出现故障,并再次加以修正;

重复以上应力-失效-修正的步骤;

找出产品的基本操作界限和基本破坏界限。

2HASS

HASS应用于产品的生产阶段,以确保所有在HALT中找到的改进措施能够得已实施。HASS还能够确保不会由于生产工艺和元器件的改动而引入新的缺陷。

HASS包含如下内容:

进行预筛选,剔除可能发展为明显缺陷的隐性缺陷;

进行探测筛选,找出明显缺陷;

故障分析;

改进措施。

HALT & HASS 可靠性测试的步骤

1HALT

HALT共分为4个主要试程,即:

温度应力;

高速温度传导;

随机振动;

温度及振动合并应力。

HALT试验中可找到被测物在温度及振动应力下的可操作界限与破坏界限。一通检测实验室对以下就四个试程的一般情況分别加以说明:

1)温度应力(HL高低温试验箱)

此项试验分为低温及高温两个阶段应力。首先执行低温阶段应力,设定起始温度为20℃,每阶段降温10℃,阶段温度稳定后维持10min,之后在阶段稳定温度下执行至少一次的功能测试,如一切正常则将温度再降10℃,并待温度稳定后维持10min再执行功能,依此类推直至发生功能故障,以判断是否达到操作界限或破坏界限;在完成低温应力试验后,可依相同程序执行高温应力试验,即将综合环境应力试验机自20℃开始,每阶段升温10℃,待温度稳定后维持10min,而后执行功能测试直到发现高温操作界限及高温破坏界限为止。

2)高速温度传导

此项试验将先前在温度阶段应力测试中所得到的低温及高温操控界限作为此处的高低温度界限,并以每分钟60℃的快速温度变化率在此区间内进行6个循环的高低温度变化。在每个循环的最高温度及最低温度都要停留10min,并使温度稳定后再执行功能测试。检查待测物是否发生可回复性故障,寻找其可操作界限。在此试验中不需寻找破坏界限。

3)随机振动

此项试验是将G值自5g开始,且每阶段增加5g,并在每个阶段维持10min后在振动持续的条件下执行功能测试,以判断其是否达到可操作界限或破坏界限。

4)温度及振动合并应力(ASLI温度湿度振动三综合试验机)

此项试验将高速温度传导及随机振动测试合并同时进行,使加速老化的效果更加显著。此处使用先前的快速温变循环条件及温变率,并将随机振动自5g开始配合每个循环递增5g,且使每个循环的最高及最低温度持续10min,待温度稳定后执行功能测试,如此重复进行直至达到可操作界限及破坏界限为止。

对在以上四个试程中被测物所产生的任何异常状态进行记录,分析是否可由更改设计克服这些问题,加以修改后再进行下一步骤的测试。通过提高产品的可操作界限及破坏界限,从而达到提升可靠性的目的。

2HASS

应用HASS的目的是要在极短的时间内发现批量生产的成品是否存在生产质量上的隐患,该试验包括三个主要试程:

HASS Development HASS试验计划阶段);

Proof-of-Screen(计划验证阶段);

Production HASSHASS执行阶段)。

以下就一般电子产品的测试过程分别加以说明:

1HASS Development

HASS试验计划必须参考前面HALT试验所得到的结果。一般是将温度及振动合并应力中的高、低温度的可操作界限缩小20%,而振动条件则以破坏界限G值的50%做为HASS试验计划的初始条件。然后再依据此条件开始执行温度及振动合并应力测试,并观察被测物是否有故障出现。如有故障出现,须先判断是因过大的环境应力造成的,还是由被测物本身的质量引起的。属前者时应再放宽温度及振动应力10%再进行测试,属后者时表示目前测试条件有效。如无故障情况发生,则须再加严测试环境应力10%再进行测试。

2Proof-of-Screen

在建立HASS ProfileHASS 程序)时应注意两个原则:首先,须能检测出可能造成设备故障的隐患;其次,经试验后不致造成设备损坏或"内伤"。为了确保HASS试验计划阶段所得到的结果符合上述两个原则,必须准备3个试验品,并在每个试品上制作一些未依标准工艺制造或组装的缺陷,如零件浮插、空焊及组装不当等。以HASS试验计划阶段所得到的条件测试各试验品,并观察各试品上的人造缺陷是否能被检测出来,以决定是否加严或放宽测试条件,而能使HASS Profile达到预期效果。

在完成有效性测试后,应再以新的试验品,以调整过的条件测试3050次,如皆未发生因应力不当而被破坏的现象,此时即可判定HASS Profile通过计划验证阶段测试,并可做为Production HASS之用。反之则须再检讨,调整测试条件以求获得最佳的组合。

3Production HASS

任何一个经过Proof-of-Screen考验过的HASS Profile皆被视为快速有效的质量筛选利器,但仍须配合产品经客户使用后所回馈的异常再做适当的调整。另外,当设计变更时,亦相应修改测试条件。