電子產(chǎn)品整機(jī)高加速壽命試驗(yàn)（HALT）技術(shù)應(yīng)用

羅曉武

國家電子計(jì)算機(jī)外部設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，浙江杭州 310012

1 HALT 技術(shù)介紹

HALT 的工作原理是按照一定的規(guī)范程序?qū)Ξa(chǎn)品逐漸的施加應(yīng)力，直到產(chǎn)品應(yīng)力超過了其承受極限從而暴露出相應(yīng)的故障。HALT 主要是運(yùn)用故障物理學(xué)來作為一種激發(fā)出產(chǎn)品故障的模式，它是將產(chǎn)品在超過了其承受的應(yīng)力極限時(shí)失效作為主要的研究對象，從而找出它的缺陷來對產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的整改，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。另外在進(jìn)行HALT 實(shí)驗(yàn)時(shí)，還可以還可以對產(chǎn)品進(jìn)行測試，從而提高產(chǎn)品的測試性

2 HALT 的原理特點(diǎn)

2.1 HALT 技術(shù)原理

HALT 技術(shù)主要原理是通過步進(jìn)（或叫階梯）增加應(yīng)力的方式來找出或者說確定所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的“工作極限”和“破壞極限”，這里所說的應(yīng)力包括環(huán)境應(yīng)力（如高低溫、振動(dòng)、溫度循環(huán)以及溫度和振動(dòng)綜合）和工作應(yīng)力（如電源通斷、電壓拉偏、非正常負(fù)荷以及電壓和頻率邊際測試等）。

如上圖所示，產(chǎn)品的工作極限指的是在HALT 加速試驗(yàn)中，施加的環(huán)境應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該產(chǎn)品能承受的最大應(yīng)力，從而使產(chǎn)品發(fā)生了故障，不能進(jìn)行正常的工作，但是一旦將實(shí)驗(yàn)停止環(huán)境應(yīng)力恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)值以后，產(chǎn)品又能進(jìn)行正常工作的情況。而產(chǎn)品還有破壞極限，顧名思義，就是在環(huán)境應(yīng)力大大超過豈能承受的最大范圍時(shí)，產(chǎn)品遭到了破壞，停止工作，就算應(yīng)力恢復(fù)到正常值一樣不能工作，受到了徹底的破壞。

在HALT 中對產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力時(shí)還可以通過溫度來進(jìn)行，它的工作原理主要是運(yùn)用高熱應(yīng)力和熱疲勞輪流施加在產(chǎn)品上，使產(chǎn)品的物理性質(zhì)受到破壞。特別是在電子產(chǎn)品中，因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品種類繁多，其制造的材料也都大不相同，所在產(chǎn)品在進(jìn)行HALT 時(shí)承受了高低溫從不同方向襲來的熱應(yīng)力，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從而暴露出產(chǎn)品的缺陷。

2.2 HALT 技術(shù)特點(diǎn)

HALT 是以逐漸遞增的形式來對產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力以及工作應(yīng)力的，并在在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)要不斷對施加的的應(yīng)力進(jìn)行提高，從而使產(chǎn)品發(fā)生故障蠻好從故障中找出產(chǎn)品的缺陷。而HALT中對產(chǎn)品施加應(yīng)力后產(chǎn)品出現(xiàn)的失效情況是通過超過產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的最大環(huán)境應(yīng)力承受度來激發(fā)出來的，并且這些是小的情況都是產(chǎn)品在實(shí)際的使用過程之中可能會(huì)出現(xiàn)的問題，如果不然，那么HALT 試驗(yàn)就沒有多大的意義。

3 HALT 以及測試性驗(yàn)證

HALT 不僅試驗(yàn)時(shí)間（或周期）短，而且暴露的故障也很全面，并且在進(jìn)行HALT 試驗(yàn)過程中產(chǎn)品可能會(huì)出現(xiàn)的失效故障在實(shí)際使用過程中也會(huì)可能會(huì)出現(xiàn)的類似情況，這是因?yàn)镠ALT 的工作原理就是將產(chǎn)品的故障暴露在人們的眼前，并且對這些故障進(jìn)行相關(guān)的解決與改善。因而，HALT 和測試性驗(yàn)證是密不可分的。HALT 現(xiàn)今適合于各種不同層級的帶有PCB控制板的電子產(chǎn)品中，一方面來說HALT 試驗(yàn)可以將產(chǎn)品的缺點(diǎn)有效地暴露，同時(shí)還能對產(chǎn)品內(nèi)部的的BIT 系統(tǒng)（內(nèi)部自檢）的故障有效地暴露，從而從根本上對產(chǎn)品的可靠性以及相關(guān)的測試性進(jìn)行提高。那么這樣一來，在產(chǎn)品還處于設(shè)計(jì)階段時(shí)，HALT 就可以將BIT 設(shè)計(jì)中所存在的一些問題及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)工藝以及施工工藝的改進(jìn)。

3.1 HALT 試驗(yàn)的同時(shí)必須對相關(guān)功能進(jìn)行測試

當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)行HALT 試驗(yàn)時(shí)，就需要設(shè)定一個(gè)相對完善、健全的測試系統(tǒng)來作為整個(gè)試驗(yàn)的技術(shù)支持。HALT 試驗(yàn)與普通的鑒定試驗(yàn)有著極大的不同，所以當(dāng)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中就必須進(jìn)行相應(yīng)的性能測試以及功能測試，，并且對實(shí)件的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，這個(gè)過程是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，所以只有當(dāng)試驗(yàn)室有效地進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，才能對故障發(fā)生時(shí)的盈利水平及時(shí)準(zhǔn)確的獲取。

進(jìn)行實(shí)時(shí)的功能檢測一方面可以知道產(chǎn)品發(fā)生故障時(shí)的應(yīng)力水平，就可以對發(fā)生故障時(shí)具體的產(chǎn)品狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的掌握，其次再通過科學(xué)的分析，得到相關(guān)的改進(jìn)方案。另一方面來講，進(jìn)行實(shí)時(shí)的功能檢測還可以在試驗(yàn)的時(shí)間上一定程度的所見。如果試驗(yàn)結(jié)束以后才進(jìn)行相關(guān)的檢測，就很有可能出現(xiàn)整個(gè)HALT 試驗(yàn)結(jié)束了而試驗(yàn)樣品還沒有發(fā)生故障，或是試驗(yàn)還沒有結(jié)束，試驗(yàn)樣品就因已經(jīng)發(fā)生故障而停止結(jié)束的情況。

前一種情況會(huì)造成HALT 欠試驗(yàn)，最終無法得到完整的HALT 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的情況；后一種情況更直接會(huì)造成HALT試驗(yàn)的失敗。

3.2 HALT 和測試性驗(yàn)證的合理性

HALT 和測試性驗(yàn)證都有著一個(gè)共同的目標(biāo)，就是激發(fā)出產(chǎn)品的故障。但兩者之間的區(qū)別在于測試性是在測試中才能體現(xiàn)出來的性質(zhì)，而HALT 自始至終都在進(jìn)行功能測試或是性能測試。

在進(jìn)行HALT 之后，應(yīng)該重視其產(chǎn)品本身故障的同時(shí)，還應(yīng)該重視測試性驗(yàn)證和整改產(chǎn)品測試性設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。

4 對檢測率進(jìn)行驗(yàn)證

4.1 確定相關(guān)的檢測率試驗(yàn)方案

在進(jìn)行HALT 試驗(yàn)時(shí)，假設(shè)某一個(gè)隨機(jī)變量為Sn 并且服從相應(yīng)的分布參數(shù)n（正整數(shù)）以及P（成功概率）的二項(xiàng)分布，那么對于任何一個(gè)正整數(shù)K（注：k 的取值范圍{0，1，2～～+∞}），可以用下式表示：

式（1）中：n 為所依據(jù)的樣本實(shí)際數(shù)量；

Sn 表示的是第n 次獨(dú)立試驗(yàn)時(shí)已經(jīng)成功的次數(shù)。

因?yàn)樵趯Ζ?進(jìn)行使用得過程中，其實(shí)就是將實(shí)際的FDR降低到最低過程中可能接受的數(shù)值P1 而最終使試驗(yàn)通過的概率，但是承載方風(fēng)險(xiǎn)α 則是指的產(chǎn)品本身的FDR 已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)但是卻沒有被接受的概率，所以理應(yīng)滿足下面的式子：

經(jīng)過不等式計(jì)算后可能得出的答案可能無窮多，為了使得試驗(yàn)的費(fèi)用盡量的減少，所以一般情況下采用n 求最小解。

4.2 對檢測率相關(guān)的區(qū)間估計(jì)以及點(diǎn)估計(jì)

上面式子中只是給出了相應(yīng)的測試性驗(yàn)證的實(shí)際測驗(yàn)方法，并沒有對測試性相關(guān)參數(shù)的實(shí)際數(shù)值進(jìn)行說明。

檢測率為FDR=ND/Nr，分子是正確檢測到的故障，分母是故障總數(shù)。

基于二項(xiàng)分布的檢測區(qū)間估計(jì)：C 為置信度，F(xiàn) 為檢測失敗數(shù)，N 為故障總數(shù)。

單側(cè)置信下限估計(jì)：

當(dāng)處于一定置信度（C）下時(shí)對于兩側(cè)的置信區(qū)間進(jìn)行估值估計(jì)：

上面例子中的n 是能夠被確定的，并且是可以通過不等式進(jìn)行計(jì)算所最終取得的最小數(shù)值。

但是，我們知道HALT 方法并不能夠進(jìn)行提前的預(yù)知，因此，當(dāng)實(shí)際發(fā)生的故障數(shù)目無法被確定的時(shí)候。就可以通過等比例法對其進(jìn)行一定程度的壓縮，將HALT 試驗(yàn)中實(shí)際發(fā)生的故障數(shù)轉(zhuǎn)化成測試性驗(yàn)證試驗(yàn)方案中要求的故障數(shù)。

若是故障數(shù)目沒有要求的多，這是不能按等比列來擴(kuò)大故障數(shù)的，因?yàn)楣收蠑?shù)太少就會(huì)帶來很大的波動(dòng)性。

5 結(jié)論

在對電子產(chǎn)品進(jìn)行可靠性驗(yàn)證相關(guān)測試過程中，對于硬件本身的故障所引發(fā)的問題，應(yīng)用HALT 進(jìn)行試驗(yàn)，無疑是最直接、最高效的試驗(yàn)方法之一。

隨著科技的發(fā)展以及人們對HALT 技術(shù)的不斷探索研究，HALT 技術(shù)將會(huì)更加成熟、更加廣泛地應(yīng)用于電子產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)乃至定型試驗(yàn)過程中，HALT 試驗(yàn)最終將極大地提高電子產(chǎn)品整體的可靠性水平。

[1]王道震，邵家駿，王曉峰.基于HALT的測試性驗(yàn)證方法研究[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2010，28(1).

[2]史曉雯，徐劍峰，徐丹.HALT試驗(yàn)技術(shù)綜述[J].環(huán)境技術(shù)，2011，34(3).

[3]褚衛(wèi)華，陳循，陶俊勇，等.高加速壽命試驗(yàn)(HALT)與高加速應(yīng)力篩選(HASS)[J].強(qiáng)度與環(huán)境，2002，29(4).

[4]朱建華.HALT 測試綜述[J].電子測試，2008(7).

[5]王世濤.HALT與HASS技術(shù)原理及其應(yīng)用[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2009，30(12).