HALT试验在各领域中的应用

李 娜

摘要:HALT试验是故障激发类试验,利用高温度应力、振动应力、温度冲击应力及电压拉偏应力,在短时间内激发出产品潜在缺陷,为产品的优化设计提供依据。本文较详细地介绍了HALT试验的产生、原理及运用。

关键词:HALT试验;基本机理;运用

1前言

随着科学技术的发展,现代电子设备的复杂程度越来越高,发展速度越来越快,可靠性问题也越来越尖锐。激发试验就是在克服环境模拟试验,试验周期长、试验效率低、试验耗费大等缺点的基础上发展起来的一种新的可靠性试验技术。HALT作为一种激发试验方法,其理论依据是故障物理学。它把故障或失效当作研究的主要对象,通过激发、研究和根治产品缺陷达到提高可靠性的目的。

HALT试验就是在产品上施加远远高出规格的温度应力、振动应力及温变应力等,在最短的时间内将产品的潜在设计缺陷激发出来,找到产品的短木板,通过FMEA分析,将设计缺陷进行改正,从而实现可靠性强化的目的。HALT试验技术的基本机理是在试验中对试件施加远远大于正常使用条件的环境下,快速激发出产品缺陷,从而提高试验效率。

2HALT试验方法

2.1基本概念

2.1.1HALT:Highly accelerated life test,高加速寿命试验。

2.1.2工作极限:是指在定量确定有关应力对可靠性影响的加速试验过程中,施加于产品的工作应力极限。当环境应力超过该极限值,产品失效,不能正常工作,当环境应力恢复正常值时,产品又恢复正常,并能正常工作。

2.1.3破坏极限:是指产品能在其范围内工作而不出现不可逆失效的应力极限。当环境应力超过该极限值时,产品破坏,即使恢复到正常条件,产品也不再能正常工作。

2.2失效机理

图1是由G.K.Hobbs 建立的缺陷/ 激励关系模型图,对激励类型与缺陷类型之间的关系做了直观说明,它表示电子产品缺陷和能把缺陷激发出变为可观察缺陷的环境激励之间的关系。

在温度循环过程中,高热应力和热疲劳交互作用在产品上,影响着产品的机械、物理化学和电气性能。在机械方面,由于产品由不同的材料组成,材料膨胀系数的差异产生机械应力,在承受高低温双向变化的热应力时,应力差变化在结合部产生有效作用,使缺陷暴露;在物理化学方面,产品中的橡胶和有机塑料等材料在低温时变硬发脆,高温时软化松弛,超出使用温度范围时,其机械性能和抗减振特性均会发生变化,导致产品失效;在电气性能方面,高温能够导致电路发生温漂,增大电路发热量,加速绝缘体的老化甚至热击穿,影响半导体器件如三极管的放大倍数和穿透电,从而造成产品失效。

温度循环透发的故障模式主要有以下几种:(1)参数漂移与电路稳定性;(2)电路板开路、短路、分层等缺陷;(3)电路板腐蚀;(4)电路板裂纹、表面和过孔缺陷;(5)元器件缺陷;(6)元器件松动、装配不当或错装;(7)结击穿;(8)开焊、冷焊、焊料不足或没有等焊接缺陷;(9)连线伸张或松脱以及电线掉头、连接不好等;(10)接触不良;(11)黏结不牢;(12)紧固件缺陷;(13)脆性断裂;(14)电迁移;(15)热匹配;(16)浪涌电流;(17)金属化;(18)密封失效。

振动是直接用外力激起产品内部的元器件及其结合部的谐振来达到暴露产品潜在缺陷的目的。振动激发的失效分为3种:①产品性能超差或失效:振动应力作用于产品时,一方面改变了产品中各元器件、部件之间的相对关系,使产品的结合部的相对位置发生变化,导致产品失效;另一方面,振动时产生干扰信号,干扰电流、电压太大影响了电路的工作点或工作状态,使产品性能超差或混乱。②产品在振动应力反复作用下,造成产品的部分结构、引线松动或磨损甚至脱落。③振动使产品原来具有的微小缺陷和损伤经多次交变应力作用使其扩大,造成材料电气、机械性能发生变化或使产品的结构破坏。振动诱发的主要故障模式有:

(1)电路板开、短路;(2)元器件装配不当或松脱;(3)相邻元器件短路;(4)元器件管脚或导线断裂或有缺陷;(5)IC 插座缺陷;(6)虚焊、开焊、冷焊、焊料不足或没有等焊接缺陷;(7)黏结不牢;(8)连线松脱或连接不好;(9)硬件松脱;(10)紧固件或护垫松动;(11)晶体缺陷;(12)机械缺陷。

2.3测试方法

测试分为低温步进、高温步进、快速温变、振动及综合5步,具体应力施加如表。

3HALT试验应用及小结

要成功实施一个产品的HALT试验,需从以下几个方面进行保障:

3.1HALT试验开展的前提是单板/模块/整机具有较强的定量检测手段和监测功能,必要的时候需要专门针对测试开发软件,使得测试尽可能的覆盖到所有电路和功能;

3.2HALT试验后的故障定位分析是HALT试验是否有效的关键点;

3.3因为HALT试验关键在于找问题、定位问题,因此需要经验丰富的测试人员与开发人员参与。

目前HALT试验发现了不少问题,发现问题的应力通常都远远超出了产品规格或器件规格,因此开发人员往往会以应力超出器件规格为由而拒绝分析。而实际上问题产生往往并非应力超出器件规格所致,器件资料中提供的规格都有很大的裕量,很多情况下是由于模拟电路所设计的容限容差不够所致,通过修改电阻或电容有时就可以解决问题。

参考文献

[1] 王锡吉.电子设备可靠性工程[M].西安:陕西科学技术出版社,1999.

[2] 陆廷孝,郑鹏洲.可靠性设计与分析[M].北京:国防工业出版社,1995.

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[4] 王锡吉.可靠性工程技术[M].北京:电子工业出版社,1995.