HALT／HASS试验技术在电子电工产品的应用
HALTHASS试验技术在电子电工产品的应用
-26-/2013.02/HALT/HASS试验技术在电子电工产品的应用广州广电计量检测股份有限公司 赵家华【摘要】本文基于高加速寿命试验（HALT）和高加速筛选试验（HASS）的详细介绍，重点分析两种试验方法的可靠性测试步骤，并揭示其应用领域及实用价值。
由于加速可靠性试验可使用户很快确定电子电工产品的可靠性，它在实际质量控制中成为比较有效地手段。
高加速寿命试验HALT和高加速筛选试验HASS是非常有效地加速可靠性技术，它已在制造业中推广。
其中HALT是在电工产品设计阶段使用，它可快速暴露设计缺陷以便重更改设计，消除缺陷，从而减少维修费用。
HASS是在电子电工产品的生产阶段使用，它可快速暴露任何工艺缺陷。
【关键词】加速可靠性试验；设计缺陷；应力；温度循环由于加速可靠性试验可使用户很快确定电子电工产品的可靠性，它是有效的实际质量控制手段。
高加速寿命试验（HALT）和高加速筛选试验（HASS）是非常有效的加速可靠性技术，在制造行业被广泛使用。
其中，HALT是在电子电工产品设计阶段使用，它可快速暴露设计缺陷以便更改设计，消除缺陷，从而减少维修费用。
HASS是在电子电工产品的生产阶段使用，它可快速暴露任何工艺缺陷。
传统的环境试验和可靠性试验，基本属于模拟试验，试验应力的考虑都是尽量模拟真实的环境。
传统模拟试验的环境应力与电子电工产品未来实际使用的应力相当，其至多把技术条件中实测环境应力适当提高，以确保电子电工产品耐环境应力的余量。
环境适应性和可靠性令人满意，但事实并非如此，很多通过鉴定、验收的电子电工产品潜在缺陷还是很多，可靠性差和返修率较高，维修费用成为电子电工产品生产商考虑的重点。
从而我们要大幅提高电子电工产品可靠性的裕度，在不提高试验费用的同时只能提高试验应力，而HALT和HASS 成为即快捷、成本比较低的试验工具，图1是HALT/HASS试验设备。
一、可靠性测试中的HALT & HASS 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电子电工产品验证方法。
MilHDBK217与HALT和HASS试验
Mil-HDBK-217与HALT和HASS试验过去，MIL－HDBK－217已经广泛用来预计产品可靠性。
不过，今天高加速寿命试验(HALT)和高加速应力筛选(HALT)试验被公认为强化产品可靠性的有效工具。
军用标准和HALT／HALT试验包括可靠性的各个方面。
那么，两者之间究竟有什么关联呢？在产品制造或投入市场之前，制造商通常要根据MIL－HDBK－217、Bellcore TR－332或其它模型中所述的失效模型，来作可靠性预计。
但是，当产品被交付给客户，接着作失效报告时，原先的失效预计因实际世界的失效报告而无效。
有些厂家曾经说过，当与现场的性能相比时，预计模型很不准确。
那么，可靠性预计与失效报告之间有什么差异呢？－HDBK－217的目的这个军用手册用来按元器件失效数据去估计电子设备和系统的内在可靠性，它包括2个基本预计模型：1.1、元器件数量分析法该模型要求较少的系统信息量，在考虑元器件质量和碰到的环境条件的情况下，首先使用各种元器件数。
一般来说，该方法适用于早期设计阶段，以获得系统可靠性的初始估计值。
在该阶段中，详细的电路设计是未知的。
1.2、元器件应力预计法该预计方法采用包括诸如环境、质量应用、最大额定值、复杂度、温度、结构之类的详细信息以及其它应用因素在内的复杂模型。
该方法往往在设计周期接近结束时和实际电路设计已经确定时使用。
MIL－HDBK－217和BellcoreTR－332的一般失效模型具有下列表达式：λ=λbπQπＥπA…其中：λb为阿列尼斯(Arrhenius)所述的基本失效率；πＱπＥπＡ…为元器件质量、环境和应用应力相关的因素；阿列尼斯公式描述了元件的失效率与温度之间的关系。
从观测到的化学反应、气体扩散和迁移率对温度的依赖性中推论出下列关系式λb=EkT--------- 此处为数学行列式或矩阵其中：λb为元器件失效率；E为激活能；k为波尔兹曼常数；T为绝对温度；K为常数。
(电子产品)可靠性试验-高加速试验(HALT)简介
高加速试验（HALT）
不同阶段可靠性工作对成本的影响差异巨大
问题发现越早，所需成本越少
高加速试验
HALT 高加速寿命试验 -High Accelerated Life Test
HASS 高加速应力筛选 -High Accelerated Stress Screen
HASA 高加速应力抽选 -High Accelerated Stress Audit
HAST 高加速应力试验 -High Accelerated Stress Test
HALT的作用
快速发现产品的设计缺陷 评估和改善产品的设计裕度 减少产品的研发时间和成本 在产品销售前消除设计问题 降低评估产品的成本
HALT的作用就是帮助公司省钱和赚钱
为什么进行HALT
任何产品皆有缺点 故障发生时往往已超过时效, 且须付出昂贵的代价. 所以,必须借增加环境应力,早期发现故障 解決问题, 必先发现问题 一定要改进产品，消除故障 产品可靠性成长,基于早期发现问题，解决问ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ. 反馈/沟通时测量和改善可靠性的第一要务 HALT是快速发现产品缺陷，提高产品可靠性的有效手段
综合应力试验方法
试验中温度变化程序 为快速温变的参数；
温度试验中配合步进 的振动参数
试验中样品开机并进 行功能测试
以上试验参数为建议值
综合应力试验方法
综合应力试验
综合应力试验故障
综合应力试验故障
前期试验中的故障在综合应力试验中都有出现的可能。
综合应力试验中，前期试验中的故障在综合应力试 验中都有出现的可能。
HALT的目的
HALT的目的就是在于提高产品的整体可靠性水平
HALT/HASS设备
HALT试验在各领域中的应用
HALT试验在各领域中的应用摘要: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。
可靠性试验HALT
可靠性试验 HALT & HASS前言 Foreword任何产品都有其缺陷所在，当这些故障发生时产品往往已超过了时效，尤其是配套应用在汽车上的电子产品，如DVD、汽车音响、多媒体接收系统等。
如果不能在早期发现并解决潜藏在这些电子产品中的问题，而等其装配到汽车上，用户使用一段时间后才让问题慢慢显露出来，则会给制造商和用户带来极大的损失。
解决问题，首先要发现问题的所在，借由增加外部环境应力、强迫故障提早暴露出来，是早期发现和解决问题的一个有效方法。
目前，国内汽车电子产品通用的可靠性测试手段，一般是在研发时采用传统的性能各异的温湿度箱来验证提高产品的可靠性性能；在线生产采用的是老化寿命（即高温等）的传统测试方法。
仅依靠以上这些传统的测试手段，要达到目前国外汽车电子产品高质量的技术指标，尚存在着一定的困难。
HALT （ Highly Accelerated Life Test ，高加速寿命试验） & HASS （ Highly Accelerated Stress Screening ，高加速应力筛选），这是一种行之有效的能够提高产品可靠性的测试手段。
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。
概念 Definition1、 HALTHALT 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。
HALT与HASS技术原理概述
电子产品可靠性与环境试验
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征应用在筛选过程中呢 & 答案是肯定的 % $%)) 技 术正是应用了这些特征数据 " 并将其作为筛选应力 的选择依据 % 其应力值的选取一般为 $%&’ 中破坏 极限和工作极限之间的应力值 % 如图 * 所示 %
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交变应力试验曲线图
况! 在得到以上数据后 " 通过分析造成首发故障的 故障机理并加以改善 " 就能使产品可靠性得到一定 的提升 ! 如果产品在技术指标要求的应力范围内存 在故障模式 " 则还需要对这些故障模式加以改善 " 使其发生的应力高于技术要求 " 并留出足够余量以 满足实际使用的需要 ! 对 于 改 进 后 的 产 品 " 同 样 需 要 经 受 $%&’ 试 验 " 以确认改进效果 ! 但此时的起始应力值可适当 调升 ! $%&’ 试验结果 " 如图 # 所示 ! 当然 " 这也取决于产品的类型 % 为避免产品受 到破坏" 该应力值必须经过仔细分析" 并通过
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图9
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9 ?"*8 技术
?"*8 是由加速寿命试验 # "*8$ 技术发展而
来 ( 虽然其名称是寿命试验 ! 但在实际的应用中 ! 却往往充当着极限验证者的功能 ( 产品都存在多种故障模式 ! 而这些故障模式的 出现一般都对应着相关的应力环境 ! 它们在时间应 力轴上的排列顺序直接表征着产品的可靠性水平 ( 如果故障模式发生的时间越短 ) 应力值越低 ! 那么 产品的可靠性水平也就越低 " 因此 ! 了解故障模式 的分布会有利于对产品进行可靠性评估和进行有目
电工电子产品加速寿命试验
电工电子产品加速寿命试验之一1概述寿命试验是基本的可靠性试验方法，在正常工作条件下，常常采用寿命试验方法去评估产品的各种可靠性特征。
但是这种方法对寿命特别长的产品来说，不是一种合适的方法。
因为它需要花费很长的试验时间，甚至来不及作完寿命试验，新的产品又设计出来，老产品就要被淘汰了。
因此，在寿命试验的基础上形成的加大应力、缩短时间的加速寿命试验方法逐渐取代了常规的寿命试验方法。
加速寿命试验是用加大试验应力(诸如热应力、电应力、机械应力等)的方法，激发产品在短时间内产生跟正常应力水平下相同的失效，缩短试验周期。
然后运用加速寿命模型，评估产品在正常工作应力下的可靠性特征。
加速环境试验是近年来快速发展的一项可靠性试验技术。
该技术突破了传统可靠性试验的技术思路，将激发的试验机制引入到可靠性试验，可以大大缩短试验时间，提高试验效率，降低试验耗损。
2 常见的物理模型元器件的寿命与应力之间的关系，通常是以一定的物理模型为依据的，下面简单介绍一下常用的几个物理模型。
2.1失效率模型失效率模型是将失效率曲线划分为早期失效、随机失效和磨损失效三个阶段，并将每个阶段的产品失效机理与其失效率相联系起来，形成浴盆曲线。
该模型的主要应用表现为通过环境应力筛选试验，剔除早期失效的产品，提高出厂产品的可靠性。
2.1 失效率模型图示：O1典型的失效率曲线规定的失效率随机失效早期失效磨损失效t2.2应力与强度模型该模型研究实际环境应力与产品所能承受的强度的关系。
应力与强度均为随机变量，因此，产品的失效与否将决定于应力分布和强度分布。
随着时间的推移，产品的强度分布将逐渐发生变化，如果应力分布与强度分布一旦发生了干预，产品就会出现失效。
因此，研究应力与强度模型对了解产品的环境适应能力是很重要的。
2.3最弱链条模型最弱链条模型是基于元器件的失效是发生在构成元器件的诸因素中最薄弱的部位这一事实而提出来的。
该模型对于研究电子产品在高温下发生的失效最为有效，因为这类失效正是由于元器件内部潜在的微观缺陷和污染，在经过制造和使用后而逐渐显露出来的。
HALTHASS试验箱原理概述
HALT/HASS 试验箱原理概述江志炜1,2,周启杜1,2(1.工业和信息化部电子第五研究所,广东广州510610;2.广州五所环境仪器有限公司,广东广州510800)摘要:结合国内外相关试验标准介绍了HALT/HASS 试验的步骤和方法,分别从结构原理、液氮控制方法和振动台控制方法几个方面介绍了广州五所环境仪器有限公司新研制生产的HALT/HASS 试验箱。
此系列环境试验设备能够帮助HALT/HASS 试验领域的技术人员很好地完成试验,高效地暴露产品的可靠性问题,对于提高电子行业及其他行业产品的可靠性具有重要的意义。
关键词:高加速寿命试验;高加速应力筛选;环境试验设备;液氮控制;振动台控制中图分类号:TH 879文献标志码:A 文章编号:1672-5468(2020)S1-0055-05doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2020.S1.016表3零部件品牌系统零部件名称品牌备注制冷系统制冷压缩机德国Copeland 等品牌板式换热器瑞典Alfa Laval 或SWEP蒸发器GWS 电子膨胀阀日本鹭宫电磁阀丹麦DANFOSS 干燥过滤器丹麦DANFOSS 冷凝压力调节阀日本鹭宫控制系统控制器GWS ,TFT 彩色LCD 触摸屏PLC GWS ,R -PLC 模块测量板GWS导线保护开关德国Moeller 或法国施耐德固态继电器CRYDOM 或日本松下或欧姆龙交流继电器厦门宏发交流接触器法国施耐德温度传感器GWS温度熔断器爱默生MICROTEMP图9控制器段和保证,是制冷系统机电一体的象征。
广五所公司有十余年的电子膨胀阀(步进电机驱动)的成熟运用经验,电子膨胀阀达到无级调节,制冷机控制系统根据试验条件自动调节制冷机运行最佳节能工况,比起传统毛细管或者热力膨胀阀,有以下优势:1)减少了压缩机的能耗,延长了压缩机的寿命;2)比传统的热力膨胀阀节省电耗约30%;3)控制精度高,设备曲线更加贴切于实际状况。
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用 ，它 可 快 速暴 露任 何 工 艺缺 陷 。传 统 的 限 。 其 加 诸 于 电子 电 工 产 品 的 应 力 有 振 所 设 计 的 综 合 环 境 试 验 机 ， 温 度 范 围 环 境 试验 和 可靠 性试 验 ，基 本 属 于模 拟试 动 、 高低 温 、温 度循 环 、 电力 开关 循 环 、 为一 １ ０ ０ ℃￣＋ ２ ０ ０ ℃ ，温 度变 化 最大 速 率 为
便 更 改设 计 ，消 除缺 陷，从 而 减少 维 修 费 于 电子 电工产 品， 能够在 早 期 发现 电子 电 度 及 振 动 应 力 下 的 可 操 作 界 限 与 破 坏 界 用 。Ｈ Ａ Ｓ Ｓ 是 在 电子 电工 产 品 的生产 阶 段使 工 产 品缺 陷 、操 作 设计边 际及 结构 强度 极 限 。 此 试 验 所 用 设 备 为 Ｏ ｕ ａ １ Ｍ ａ ｒ ｋ 公 司
验，试验应力的考虑都是尽量模拟真实的 电压 边际 及频 率 边 际测 试 等 。利用 该 测试 ６ Ｏ ℃／ ｍ ｉ ｎ ，最 大 加速 度 可￣ Ｊ ｌ ６ ０ Ｇ ｒ ｍ ｓ 。 以下 环 境 。传 统 模拟 试验 的环境 应 力 与 电子 电 可 迅速 找 出电子 电工 产 品 设计 及制 造 的缺 就 四个 试程 的一般 情沉 分 别加 以说 明。
Ｈ Ａ Ｓ Ｓ 是 专 为 清 除 生 产 过 程 中 引入 电 温 度 稳 定 后 维持 ｌ Ｏ ｍ ｉ ｎ 再 执 行 功 能 ，依 此
工 产 品可 靠 性 的裕度 ，在 不提 高 试验 费用 子 电工产 品 的缺 陷而 设 计 的最 快最 有 效地 类 推直 至 发生 功 能故 障 ， 以判 断是 否 达 到
由于 加 速 可 靠 性 试 验 可 使 用 户 很 快 是Ｈ Ａ Ｌ Ｔ 和Ｈ Ａ Ｓ Ｓ 与 电子 电工产 品 设计 和 生产 期 失效 形 式 ，从而 大 大缩 短 筛 选时 间 ，表
确 定 电 子 电工 产 品 的 可 靠 性 ， 它 是 有 效 周 期 的关 系 。 的实 际 质 量 控 制手 段 。 高加 速 寿 命 试 验 Ｈ Ａ Ｌ Ｔ 是 一种 通 过 让 被 测 物 承 受 不 同 （ Ｈ Ａ Ｌ Ｔ ）和 高加 速筛 选 试验 （ Ｈ Ａ Ｓ Ｓ ）是非 的应 力 ，进而 发 现其 设 计上 的 缺 限 ，以及 常 有 效 的加 速可 靠性 技 术 ，在 制 造行 业被 潜 在 弱 点的 实验 方法 。其 主要 目的是 通过
境适应性和可靠性令人满意，但事实并非 及 日后研 发 的重 要依 据 。简 单 地说 ，Ｈ Ａ Ｌ Ｔ 力 ，设 定 起 始 温 度 为 ２ Ｏ ℃ ， 每 阶 段 降温 如 此 ，很 多 通过 鉴 定 、验 收 的 电子 电工产 是 以连续 的测 试 、分 析 、验 证 及 改正 构成 ｌ ０ ℃ ，阶 段 温度 稳 定 后 维 持 ｌ Ｏ ｍ ｉ ｎ ，之 后
Ｉ ． ． 叟 蕴 ………………………
…一ຫໍສະໝຸດ Ｈ ＡＬＴ／ ＨＡＳ Ｓ 放 验 孜 术 在 电 子 电 工 产 品 的 应 用
广 州广 电计量检 测股份有限公 司 赵 家华
【 摘要 】本文基 于高加速寿命试验 （ Ｈ Ａ Ｌ Ｔ ）和 高加 速筛选试验 （ ＨＡ Ｓ Ｓ ） 的详 细介绍 ，重点分析两种试 验方法 的可 靠性测试步骤 ，并揭示其 应用领域及 实用价 值 。由于加速 可靠性试验可使用户很快 确定电子电工产 品的可 靠性，它在 实际质量控制 中成为 比较有 效地手段。高加速寿命试验ＨＡ Ｌ ］ ｒ 和 高加速 筛选试验Ｈ Ａ ｓ ｓ 是
非常有效地加速可 靠性技术 ，它已在制造 业中推广。其 中ＨＡ Ｉ 是在 电工产 品设计 阶段使用 ，它可快速暴 露设计缺 陷以便重更改设计 ，消除缺陷 ，从而减少维修费
用。Ｈ ＡＳ Ｓ 是在电子电工产品的生产阶段使用，它可快速暴露任何 工艺缺陷。
【 关键词】加速可靠性试验 ；设计缺 陷；应力 ；温度循环
的 同时 只能 提高 试验 应 力 ，而Ｈ Ａ Ｌ Ｔ ￣Ｈ Ａ Ｓ Ｓ 筛 选 过程 ，需要 １ ０ ０ ％ 的 电子 电工产 品参加 操 作 界 限 或 破 坏 界 限 。在 完 成 低 温 应 力
品潜在 缺 陷 还是 很 多 ，可靠 性 差和 返 修率 了整个 程 序 ，关 键在 于 分析 所 有故 障 的根 在 阶段 稳 定温 度 下执 行 至少 一 次 的功 能测 较 高 ，维 修 费用 成 为 电子 电工 产 品生 产 商 本 原 因 。 考 虑 的 重点 。从 而 我们 要 大 幅提 高 电子 电 试 ，如 一 切 正常 则将 温 度再 降Ｉ Ｏ ￣ Ｃ，并待
工 产 品 未来 实 际使 用 的应 力相 当 ，其 至 多 陷 ，改善 设计 缺 陷 ，增 加 电子 电工 产 品可
（ ｉ ）温度 步 进
把 技 术条 件 中实 测环 境 应 力适 当提 高 ， 以 靠 性 并缩 短其 上 市周 期 ， 同时 还可 建 立设 如 图４ 所 示 ，此 项试 验 分 为 低 温及 高 确 保 电子 电工产 品耐 环 境应 力 的余 量 。环 计 能力 、 电子 电工产 品可 靠 性 的基 础 数据 温 两 个 阶 段 应 力 。 首 先 执 行 低 温 阶 段 应
１ 是Ｈ Ａ Ｌ Ｔ＆ Ｈ Ａ Ｓ Ｓ 对 比。
二 、Ｈ Ａ Ｌ Ｔ ＆Ｈ Ａ Ｓ Ｓ 可靠 性测 试 步骤 １ ． Ｈ Ａ Ｌ Ｔ 可 靠性 测试 步 骤
Ｈ Ａ Ｌ Ｔ 可 靠 性 测试 步 骤 共 分 为４ 个 主 要 广 泛 使用 。其 中，Ｈ Ａ Ｌ Ｔ 是在 电子 电工产 品 增加 被 测 物 的极 限值 ，进 而增加 其 坚 固性 试程 ，如 图３ 所示。 设 计 阶段 使用 ，它可 快 速暴 露 设计 缺 陷 以 及 可靠 性 。Ｈ Ａ Ｌ Ｔ ￣ ｊ 用 阶梯 应 力 的方 式 加诸 在Ｈ Ａ Ｌ Ｔ 试 验 中 可 找 到 被 测 物 在 温