可靠性测试产品高加速寿命试验方法指南解析

术语和定义

HALT（High Accelerated Life Test）：高加速寿命试验，即试验中对试验对象施加的环境应力比试验对象整个生命周期内，包括运输、存储及运行环境内，可能受到的环境应力大得多，以此来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱环节，而后对暴露的缺陷和故障从设计、工艺和用料等诸方面进行分析和改进，从而达到快速提升可靠性的目的。

运行限或操作限（Operation Limit）：指产品某应力水平上失效（样品不工作或其工作指标超限），但当应力值略有降低或回复初始值时，试样又恢复正常工作，则样品能够恢复正常的最高应力水平值称为运行限。

破坏限（Destruct Limit）：在某应力水平上升到某值时，样品失效，即使当应力回落到低于运行限时，试样仍然不能恢复正常工作，这时的应力水平值称为破坏限。

裕度（Margin）：产品运行环境应力的设计限与运行限或破坏限的差值。产品的裕度越大，则其可靠性越高。

夹具（Fixture）：在HALT试验的振动项目中固定试样的器具。振动试验必须使用夹具，使振台振动能量有效地传递给试样。

加速度传感器（Accelerometer）：在某方向测量试样振动加速度大小的传感器。在HALT试验的振动项目中使用加速度传感器可以监视试验箱振动能量通过夹具有效传递给试样的效率。

振动功率谱密度（Vibrating Power Spectral Density）：也称为加速谱密度，衡量振动在每个频率点的加速度大小，单位为（g2/Hz）。

Grms（Gs in a root mean square）：振动中衡量振动强度大小的物理单位，与加速度单位相同，物理含义为对振动功率谱密度在频率上积分后的平方根。

热电偶（Thermocouple）：利用“不同导体结合在一起产生与温度成比例的电压”这一物理规律制作的温度传感器。在HALT试验的热应力测试项目中，利用热电偶监视产品各点的温度分布。

功能测试（Functional Test）：对试样的测试，用以判断试样能否在测试环境下完成规定的功能，性能是否下降。一般是通过测量试样的关键参数是否达到指标或利用诊断模式测试试样的内部性能。

摘要：本文围绕产品HALT试验，详细介绍HALT试验基本要求、总体过程及试验过程。

关键词：HALT试验、基本要求、试验过程

1、HALT试验基本要求

1.1对试验设备的要求

1.1.1对试验箱的要求

做HALT试验的设备必须能够提供振动应力和热应力，并满足下列指标：

振动应力：必须能够提供6个自由度的随机振动；振动能量带宽为2Hz～10000Hz；振台在无负载情况下至少能产生65Grms的振动输出。

热应力：目标是为产品创造快速温度变化的环境，要求至少45℃/min的温变率；温度许可范围至少为－90℃～＋170℃。

1.1.2对辅助试验设备的要求

在HALT试验中，必须记录试样的响应数据。这些数据包括热响应、振动响应以及产品的性能响应。测量产品的这些响应的试验辅助设备必须满足以下要求。

（1）热响应的测试设备

在试验过程中必须测量、记录试样的热响应，用以确认热应力被合理地施加到试样上。可以通过热电偶来测量各点的温度值。热电偶在【－100℃,＋200℃】的温度范围内应该有足够的稳定性，以保证测试数据的准确性。

（2）振动响应的测试设备

为了保证振动台的振动能量高效地传递给试样，并保证试样的安全性，必须用适当的夹具把试样固定在振动台上，并且夹具必须满足以下要求：

①夹具本身应尽可能的轻，其本身质量不应明显影响试样对振动的响应；

②夹具应具有足够的强度，以便能高效地把振台的振动能量传递给样品；

③夹具的使用不应影响样品的散热，不应阻碍试验箱的热应力有效地传递给样品；

④夹具的使用不应对样品造成伤害。

在HALT试验中必须测量样品对振动应力的响应，用以确认振动应力被合理的施加到试样上。可以通过使用多个加速计测量各点的振动量级。用于测量的加速计必须满足以下要求：

①加速计可以测量的频率范围至少为【2Hz，10KHz】；

②加速计本身应尽可能的轻，其本身质量不应影响到试样对振动的响应；

③加速计的体积应尽可能的小，以便可以粘贴于试样的各个合适部位；

④用于粘贴加速计的胶应该有足够的粘贴强度，以免在振动过程中脱落。

（3）试样性能的测试设备

用于监视样品性能的测试设备必须能够在HALT试验过程中记录样品对环境的反映，实时监视试样性能。

①监控设备必须能够实时（或在较短时间内）获取试样的关键参数，用以判断试样的性能是否下降或试样是否失效。

②监控设备必须能够实时（或在较短时间内）记录或主动获取试样的故障信息。

1.2对试验样品的要求

HALT试验的试验对象为处于研发阶段的产品原型机。建议针对PCB级别的样品进行试验。

（1）所有用于HALT试验的样品必须保证在正常环境条件下正常工作，即满足产品规格规定的一切指标；

（2）用于HALT试验的样品数不少于3个；系统级别的HALT试验样品不少于3个独立的系统；子架或单板级别的HALT试验，每种单板数目不少于3块；根据试验结果，可能追加样本个数；

（3）样品的尺寸、重量应满足试验箱的要求；

（4）试验样品应具有良好的故障信息输出能力，即具有良好的可测性。

1.3对参加试验人员的要求

参加HALT试验人员不少于3人，其中至少有一名研发人员、一名测试人员和一名可靠性测试工程师。

（1）参加HALT试验的研发、测试人员应对试验样品尽可能熟悉，保证试样过程中出现问题时尽可能快地得到解决，或者获得尽可能多的故障信息。

（2）参加HALT试验的可靠性测试工程师必须熟悉试验设备、试验应力条件等，保证能够根据试验现场情况控制试验过程，并协助研发、测试人员定位、解决问题。

2、HALT试验总体过程

一个完整的试验周期应该包括试验前准备、初始HALT试验、试验问题的分析定位和解决（可能包含故障定位试验）、试验问题解决后的回归测试及试验总结等部分。

2.1试验前的准备

2.1.1试验前会议

在试验前应召开由研发人员、测试人员及专业实验室负责该试验的可靠性测试工程师参加的试验准备会议。议题包括

（1）根据实验资源等情况确定试验大概日期；

（2）讨论试验样品准备；

（3）确定参加试验的人员；

（4）制定具体试验计划，包括确定试验项目，确定可采用的可以促进样品缺陷暴露的附加应力，如上下电冲击、电源电压变化等，根据具体的产品而异；

（5）确定监测的参数和失效判据或失效判断标准；

（6）对试样的已知薄弱环节进行分析，确定在HALT试验中的屏蔽措施；

（7）分析测试设备、信号接头、电缆等在试验中对试验的影响，确定屏蔽措施。

2.1.2HALT试验资源准备

（1）针对试样的性能监控，编写必要的测试用例；

（2）提交试验申请，确定试验具体日期；

（3）根据试验计划准备各种试验资源：样品、测试设备、连接电缆等；

（4）准备其它资源。