HALT試驗在各領(lǐng)域中的應(yīng)用

李 娜

摘要:HALT試驗是故障激發(fā)類試驗,利用高溫度應(yīng)力、振動應(yīng)力、溫度沖擊應(yīng)力及電壓拉偏應(yīng)力,在短時間內(nèi)激發(fā)出產(chǎn)品潛在缺陷,為產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。本文較詳細(xì)地介紹了HALT試驗的產(chǎn)生、原理及運用。

關(guān)鍵詞:HALT試驗;基本機(jī)理;運用

1前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代電子設(shè)備的復(fù)雜程度越來越高,發(fā)展速度越來越快,可靠性問題也越來越尖銳。激發(fā)試驗就是在克服環(huán)境模擬試驗,試驗周期長、試驗效率低、試驗耗費大等缺點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的可靠性試驗技術(shù)。HALT作為一種激發(fā)試驗方法,其理論依據(jù)是故障物理學(xué)。它把故障或失效當(dāng)作研究的主要對象,通過激發(fā)、研究和根治產(chǎn)品缺陷達(dá)到提高可靠性的目的。

HALT試驗就是在產(chǎn)品上施加遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出規(guī)格的溫度應(yīng)力、振動應(yīng)力及溫變應(yīng)力等,在最短的時間內(nèi)將產(chǎn)品的潛在設(shè)計缺陷激發(fā)出來,找到產(chǎn)品的短木板,通過FMEA分析,將設(shè)計缺陷進(jìn)行改正,從而實現(xiàn)可靠性強(qiáng)化的目的。HALT試驗技術(shù)的基本機(jī)理是在試驗中對試件施加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常使用條件的環(huán)境下,快速激發(fā)出產(chǎn)品缺陷,從而提高試驗效率。

2HALT試驗方法

2.1基本概念

2.1.1HALT:Highly accelerated life test,高加速壽命試驗。

2.1.2工作極限:是指在定量確定有關(guān)應(yīng)力對可靠性影響的加速試驗過程中,施加于產(chǎn)品的工作應(yīng)力極限。當(dāng)環(huán)境應(yīng)力超過該極限值,產(chǎn)品失效,不能正常工作,當(dāng)環(huán)境應(yīng)力恢復(fù)正常值時,產(chǎn)品又恢復(fù)正常,并能正常工作。

2.1.3破壞極限:是指產(chǎn)品能在其范圍內(nèi)工作而不出現(xiàn)不可逆失效的應(yīng)力極限。當(dāng)環(huán)境應(yīng)力超過該極限值時,產(chǎn)品破壞,即使恢復(fù)到正常條件,產(chǎn)品也不再能正常工作。

2.2失效機(jī)理

圖1是由G.K.Hobbs 建立的缺陷/ 激勵關(guān)系模型圖,對激勵類型與缺陷類型之間的關(guān)系做了直觀說明,它表示電子產(chǎn)品缺陷和能把缺陷激發(fā)出變?yōu)榭捎^察缺陷的環(huán)境激勵之間的關(guān)系。

在溫度循環(huán)過程中,高熱應(yīng)力和熱疲勞交互作用在產(chǎn)品上,影響著產(chǎn)品的機(jī)械、物理化學(xué)和電氣性能。在機(jī)械方面,由于產(chǎn)品由不同的材料組成,材料膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力,在承受高低溫雙向變化的熱應(yīng)力時,應(yīng)力差變化在結(jié)合部產(chǎn)生有效作用,使缺陷暴露;在物理化學(xué)方面,產(chǎn)品中的橡膠和有機(jī)塑料等材料在低溫時變硬發(fā)脆,高溫時軟化松弛,超出使用溫度范圍時,其機(jī)械性能和抗減振特性均會發(fā)生變化,導(dǎo)致產(chǎn)品失效;在電氣性能方面,高溫能夠?qū)е码娐钒l(fā)生溫漂,增大電路發(fā)熱量,加速絕緣體的老化甚至熱擊穿,影響半導(dǎo)體器件如三極管的放大倍數(shù)和穿透電,從而造成產(chǎn)品失效。

溫度循環(huán)透發(fā)的故障模式主要有以下幾種:(1)參數(shù)漂移與電路穩(wěn)定性;(2)電路板開路、短路、分層等缺陷;(3)電路板腐蝕;(4)電路板裂紋、表面和過孔缺陷;(5)元器件缺陷;(6)元器件松動、裝配不當(dāng)或錯裝;(7)結(jié)擊穿;(8)開焊、冷焊、焊料不足或沒有等焊接缺陷;(9)連線伸張或松脫以及電線掉頭、連接不好等;(10)接觸不良;(11)黏結(jié)不牢;(12)緊固件缺陷;(13)脆性斷裂;(14)電遷移;(15)熱匹配;(16)浪涌電流;(17)金屬化;(18)密封失效。

振動是直接用外力激起產(chǎn)品內(nèi)部的元器件及其結(jié)合部的諧振來達(dá)到暴露產(chǎn)品潛在缺陷的目的。振動激發(fā)的失效分為3種:①產(chǎn)品性能超差或失效:振動應(yīng)力作用于產(chǎn)品時,一方面改變了產(chǎn)品中各元器件、部件之間的相對關(guān)系,使產(chǎn)品的結(jié)合部的相對位置發(fā)生變化,導(dǎo)致產(chǎn)品失效;另一方面,振動時產(chǎn)生干擾信號,干擾電流、電壓太大影響了電路的工作點或工作狀態(tài),使產(chǎn)品性能超差或混亂。②產(chǎn)品在振動應(yīng)力反復(fù)作用下,造成產(chǎn)品的部分結(jié)構(gòu)、引線松動或磨損甚至脫落。③振動使產(chǎn)品原來具有的微小缺陷和損傷經(jīng)多次交變應(yīng)力作用使其擴(kuò)大,造成材料電氣、機(jī)械性能發(fā)生變化或使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)破壞。振動誘發(fā)的主要故障模式有:

(1)電路板開、短路;(2)元器件裝配不當(dāng)或松脫;(3)相鄰元器件短路;(4)元器件管腳或?qū)Ь€斷裂或有缺陷;(5)IC 插座缺陷;(6)虛焊、開焊、冷焊、焊料不足或沒有等焊接缺陷;(7)黏結(jié)不牢;(8)連線松脫或連接不好;(9)硬件松脫;(10)緊固件或護(hù)墊松動;(11)晶體缺陷;(12)機(jī)械缺陷。

2.3測試方法

測試分為低溫步進(jìn)、高溫步進(jìn)、快速溫變、振動及綜合5步,具體應(yīng)力施加如表。

3HALT試驗應(yīng)用及小結(jié)

要成功實施一個產(chǎn)品的HALT試驗,需從以下幾個方面進(jìn)行保障:

3.1HALT試驗開展的前提是單板/模塊/整機(jī)具有較強(qiáng)的定量檢測手段和監(jiān)測功能,必要的時候需要專門針對測試開發(fā)軟件,使得測試盡可能的覆蓋到所有電路和功能;

3.2HALT試驗后的故障定位分析是HALT試驗是否有效的關(guān)鍵點;

3.3因為HALT試驗關(guān)鍵在于找問題、定位問題,因此需要經(jīng)驗豐富的測試人員與開發(fā)人員參與。

目前HALT試驗發(fā)現(xiàn)了不少問題,發(fā)現(xiàn)問題的應(yīng)力通常都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了產(chǎn)品規(guī)格或器件規(guī)格,因此開發(fā)人員往往會以應(yīng)力超出器件規(guī)格為由而拒絕分析。而實際上問題產(chǎn)生往往并非應(yīng)力超出器件規(guī)格所致,器件資料中提供的規(guī)格都有很大的裕量,很多情況下是由于模擬電路所設(shè)計的容限容差不夠所致,通過修改電阻或電容有時就可以解決問題。

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