可靠性測試中的HALT實驗與HASS實驗

可靠性測試中的HALT實驗與HASS實驗

        可靠性測試中的HALT實驗與HASS實驗 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(xiàn)已成為美國電子業(yè)界的標準產(chǎn)品驗證方法。它將原需花費6個月甚至1年的新產(chǎn)品可靠性試驗縮短至一周，且在這一周中所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品問題幾乎與客戶應用。
 

可靠性測試中的HALT實驗與HASS實驗

        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(xiàn)已成為美國電子業(yè)界的標準產(chǎn)品驗證方法。它將原需花費6個月甚至1年的新產(chǎn)品可靠性試驗縮短至一周，且在這一周中所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品問題幾乎與客戶應用后所發(fā)現(xiàn)的問題一致，故HALT & HASS的試驗方式已成為新產(chǎn)品前所必需通過的驗證。在美國之外，許多的3C電子產(chǎn)品大廠也都使用相同或類似的手法來提升產(chǎn)品質量。
 
1、HALT
 
        HALT是一種通過讓被測物承受不同的應力，進而發(fā)現(xiàn)其設計上的缺限，以及潛在弱點的實驗方法。HALT的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產(chǎn)品，能夠在早期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷、操作設計邊際及結構強度極限的方法。其加諸于產(chǎn)品的應力有振動、高低溫、溫度循環(huán)、電力開關循環(huán)、電壓邊際及頻率邊際測試等。利用該測試可迅速找出產(chǎn)品設計及制造的缺陷、改善設計缺陷、增加產(chǎn)品可靠性并縮短其周期，同時還可建立設計能力、產(chǎn)品可靠性的基礎數(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、驗證及改正構成了整個程序，關鍵在于分析所有故障的根本原因。
 
        HALT 的主要測試功能如下：
利用高環(huán)境應力將產(chǎn)品設計缺陷激發(fā)出來，并加以改善；
了解產(chǎn)品的設計能力及失效模式；
作為高應力篩選及稽核規(guī)格制定的參考；
快速找出產(chǎn)品制造過程的瑕疵；
增加產(chǎn)品的可靠性，減少維修成本；
建立產(chǎn)品設計能力數(shù)據(jù)庫，為研發(fā)提供依據(jù)并可縮短設計制造周期。
         HALT應用于產(chǎn)品的研發(fā)階段，能夠及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。其所施加的應力要遠遠高于產(chǎn)品在正常運輸﹑貯藏﹑使用時的應力。

HALT包含的如下內容：

逐步施加應力直到產(chǎn)品失效或出現(xiàn)故障；
采取臨時措施，修正產(chǎn)品的失效或故障；
繼續(xù)逐步施加應力直到產(chǎn)品再次失效或出現(xiàn)故障，并再次加以修正；
重復以上應力-失效-修正的步驟；
找出產(chǎn)品的基本操作界限和基本破壞界限。
2、HASS
 
        HASS應用于產(chǎn)品的生產(chǎn)階段，以確保所有在HALT中找到的改進措施能夠得已實施。HASS還能夠確保不會由于生產(chǎn)工藝和元器件的改動而引入新的缺陷。
 
HASS包含如下內容：

進行預篩選，剔除可能發(fā)展為明顯缺陷的隱性缺陷；
進行探測篩選，找出明顯缺陷；
故障分析；
改進措施。
HALT & HASS 可靠性測試的步驟

1、HALT

HALT共分為4個主要試程，即：

溫度應力；
高速溫度傳導；
隨機振動；
溫度及振動合并應力。
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。此實驗所用設備為QualMark公司所設計的綜合環(huán)境試驗機（OVS Combined Stress System），溫度范圍為-100℃～+200℃，溫度變化大速率為60℃/min，大加速度可到60Grms，而且振動機與溫度箱合二為一的設計可同時對被測物施加溫度與振動應力。以下就四個試程的一般情況分別加以說明：
 
（1）溫度應力（艾思荔HL高低溫試驗箱）
 
此項試驗分為低溫及高溫兩個階段應力。先執(zhí)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(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；在完成低溫應力試驗后，可依相同程序執(zhí)行高溫應力試驗，即將綜合環(huán)境應力試驗機自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。
 
（2）高速溫度傳導
 
 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(qū)間內進行6個循環(huán)的高低溫度變化。在每個循環(huán)的高溫度及低溫度都要停留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）隨機振動（艾思荔振動試驗機）
 
 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）溫度及振動合并應力（ASLI溫度濕度振動三綜合試驗機）
 
 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(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)的高及低溫度持續(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

應用HASS的目的是要在極短的時間內發(fā)現(xiàn)批量生產(chǎn)的成品是否存在生產(chǎn)質量上的隱患，該試驗包括三個主要試程：

HASS Development （HASS試驗計劃階段）；
Proof-of-Screen（計劃驗證階段）；
Production HASS（HASS執(zhí)行階段）。
以下就一般電子產(chǎn)品的測試過程分別加以說明：
 
（1）HASS Development
 
 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縮小20％，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*情況發(fā)生，則須再加嚴測試環(huán)境應力10%再進行測試。
 
（2）Proof-of-Screen
 
 在建立HASS Profile（HASS 程序）時應注意兩個原則：先，須能檢測出可能造成設備故障的隱患；其次，經(jīng)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?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(fā)生因應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Production HASS之用。反之則須再檢討，調整測試條件以求獲得的組合。
 
（3）Production HASS

任何一個經(jīng)過Proof-of-Screen考驗過的HASS Profile皆被視為快速有效的質量篩選利器，但仍須配合產(chǎn)品經(jīng)客戶使用后所回饋的異常再做適當?shù)恼{整。另外，當設計變更時，亦相應修改測試條件。