高加速寿命试验和高加速应力筛选技术综述

高加速寿命试验和高加速应力筛选技术综述

张先文

(工业和信息化部电子第五研究所,广东广州510610)

摘要:介绍高加速寿命试验和高加速应力筛师技术的概念、测试步骤.并举例说明HALT和HASS试验箱的性能指标和详细参数、HALT和HASS试验系统的校准方法及注意事项。

关键词:高加速寿命试验;高加速应力筛选试验;试验设备;校准

中图分类号:TB24文献标识码:A文章编号:1672-5468(2009)06-0066-04

OverviewofHALT&HASSTestingTechnology

ZHANGXian—wen

(CEPREL,Guangzhou510610,China)

Abstract:TheconceptandprocedureofHALT&HASSareintroduced.TheperformanceanddetailedparametersofHALT&HASSchambers.andthecalibrationoftheHALT&HASStestingsystemsayeillustratedwithexamples.

Keywords:HALT;HASS;testingsystem;calibration

1引言

目前.高加速寿命试验和高加速应力筛选试验(HALT和HASS)技术在美国已经被广泛地应用到电子产品的可靠性分析中.成为很先进的产品耐环境设计工具。这种可靠性试验方法是由美国HOBBS工程公司的Gregg.k.Hobbs博士研究提出的。HALT是产品研制的工具.HASS是筛选的工具.将它们结合使用并分别应用于产品设计阶段和制造阶段.成为一种非常先进的可靠性测试技术。

2HALT和HASS测试技术概述

2.1HALT技术

HALT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。它是一种发现缺陷的工序.它通过设置逐级递增的、加严的环境应力来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱点,而后对暴露的缺陷和故障从设计、工艺和用料等方面进行分析和改进.从而达到提升可靠性的目的。最大的特点是设置高于样品设计运行限的环境应力.从而使暴露故障的时间大大短于正常可靠性应力条件下的所需时间。

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。它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。其加诸于产品的应力有振动、高低温、温度循环、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。利用该测试可以迅速地找出产品设计及制造的缺陷,改善设计缺陷、增加产品可靠性并缩短其上市周期,同时还可提供设计能力、产品可靠性的基础数据以及日后研发的重要依

收稿日期:2009-08—12修回日期:2009—11-10

作者简介:张先文(1975一),男,安徽桐城人,工业和信息化部电子第五研究所华东分所中国赛宝实验室计量检测部工程师,从事电子产品的热力校准工作。

第6期张先文:高加速寿命试验和高加速应力筛选测试技术综述

据。

简单地说.HALT是以连续的测试、分析、验证及改正而构成了整个程序.关键在于分析所有故障的根本原因。HALT的主要测试功能如下:1)利用高环境应力将产品设计缺陷激发出来.并加以改善:

2)了解产品的设计能力及失效模式:

3)作为高应力筛选及稽核规格制定的参考:

4)快速找出产品制造过程的瑕疵:

5)增加产品的可靠性,减少维修成本;

6)建立产品设计能力数据库.为研发提供依据并可缩短设计制造周期。

HALT应用于产品的研发阶段.能够及早发现产品可靠性的薄弱环节。其所施加的应力要远远高于产品在正常运输、贮藏和使用时的应力。HALT包含如下内容:

1)逐步施加应力直到产品失效或出现故障:

2)采取临时措施,修正产品的失效或故障;

3)继续逐步施加应力直到产品再次失效或出现故障,并再次加以修正:

4)重复以上应力一失效一修正的步骤:

5)找出产品的基本操作界限和基本破坏界限。2.2HASS技术

HASS是产品通过HALT试验得出操作或破坏极限值后在生产线上做高加速应力筛选。要求100%的产品参加筛选。其目的是为了使得生产的产品不存在任何隐含的缺陷或者至少在产品还没有出厂前找到并解决这些缺陷.HASS就是通过加速应力方式以期在短时间内找到有缺陷的产品.缩短纠正措施的周期.并找到具有同样问题的产品。

HASS应用于产品的生产阶段.以确保所有在HALT中找到的改进措施能够得以实施。HASS还能够确保不会由于生产工艺和元器件的改动而引入新的缺陷。HASS包含如下内容:

1)进行预筛选.剔除可能发展为明显缺陷的隐性缺陷;

2)进行探测筛选,找出明显的缺陷;

3)故障分析:

4)改进措施。2.3HALT和HASS可靠性测试的步骤

2.3.1HAIJ

在HALT试验中。可以找到被测物在温度及振动应力下的可操作界限与破坏界限。此实验所用的设备为QualMark公司所设计的综合环境试验机(OVSCombinedStressSystem)。温度范围为一100~+200℃.温度变化最大速率为60。C/min。最大加速度可到60Grms.而且振动机与温度箱合二为一的设计可同时对被测物施加温度与振动应力。HALT共分为4个主要试程.即:

a)温度应力

此项试验分为低温及高温两个阶段的应力。首先执行低温阶段应力,设定起始温度为20℃,每阶段降温10℃.阶段温度稳定后维持10min。之后在阶段稳定温度下执行至少一次的功能测试:如一切正常则将温度再降10℃.并待温度稳定后维持10血n再执行功能:依此类推直至发生功能故障.以判断是否达到操作界限或破坏界限。在完成低温应力试验后.可依相同的程序执行高温应力试验,即将综合环境应力试验机自20℃开始。每阶段升温10℃.待温度稳定后维持10min:而后执行功能测试直到发现高温操作界限及高温破坏界限为止。

b)高速温度传导

此项试验将先前在温度阶段应力测试中所得到的低温及高温操控界限作为此处的高低温度界限.并以每分钟60c|C的快速温度变化率在此区间内进行6个循环的高低温度变化测试。在每个循环的最高温度及最低温度都要停留10min.并使温度稳定后再执行功能测试。检查待测物是否发生可回复性故障,寻找其可操作界限。在此试验中不需寻找破坏界限。

c)随机振动

此项试验是将G值自5g开始.且每阶段增加5g,并在每个阶段维持10min后在振动持续的条件下执行功能测试.以判断其是否达到可操作界限或破坏界限.

d)温度及振动合并应力

此项试验将高速温度传导及随机振动测试合并同时进行.使加速老化的效果更加显著。此处使用先前的快速温变循环条件及温变率.并将随机振动自5g开始配合每个循环递增5g,且使每个循环的最高及最低温度持续10min.待温度稳定后执

电子产品可靠性与环境试验2009在

行功能测试,如此重复进行直至达到可操作界限及破坏界限为止。

对在以上4个试程中被测物所产生的任何异常状态进行记录.分析是否可由更改设计克服这些问题。加以修改后再进行下一步骤的测试。通过提高产品的可操作界限及破坏界限.从而达到提升可靠性的目的.

2.3.2HASS

应用HASS的目的是要在极短的时间内发现批量生产的成品是否存在生产质量上的隐患。该试验包括3个主要试程:

a)HASS试验计划阶段(HASSDevelopment)

HASS试验计划必须参考前面HALT试验所得到的结果。一般是将温度及振动合并应力中的高、低温度的可操作界限缩小20%.而振动条件则以破坏界限G值的50%作为HASS试验计划的初始条件.然后再依据此条件开始执行温度及振动合并应力测试.并观察被测物是否有故障出现。如有故障出现,须先判断是因过大的环境应力造成的,还是由被测物本身的质量引起的。属前者时应再放宽温度及振动应力10%再进行测试。属后者时表示目前测试条件有效。如无故障情况发生,则须再加严测试环境应力10%后继续进行测试。

b)计划验证阶段(Proof-of-Screen)

在建立HASSProfile(HASS程序)时应注意两个原则:首先,须能检测出可能造成设备故障的隐患:其次,经试验后不致造成设备损坏或“内伤”。为了确保HASS试验计划阶段所得到的结果符合上述两个原则.必须准备3个试验品,并在每个试品上制作一些未依标准工艺制造或组装的缺陷.如零件浮插、空焊及组装不当等。以HASS试验计划阶段所得到的条件来测试各试验品.并观察各试品上的人造缺陷是否能被检测出来,以决定是否加严或放宽测试条件.而能使HASSProfile达到预期的效果。

在完成有效性测试后,应再以新的试验品.以调整过的条件测试30。50次.如皆未发生因应力不当而被破坏的现象.此时即可判定HASSProfile通过计划验证阶段测试.并可做为ProductionHASS之用。反之则须再检讨.调整测试条件以求获得最佳的组合.

C)HASS执行阶段(ProductionHASS)

任何一个经过Proof_of_Screen考验过的HASSProfile皆被视为快速、有效的质量筛选利器,但仍须配合产品经客户使用后所回馈的异常再做适当的调整。另外,当设计变更时,亦相应地修改测试条件。

3HALT和HASS实验室设备介绍目前常见的HALT和HASS设备是美国QUALMARK公司的Typhoon系列产品.它使用液氮降温.有快速的温变速率。产品上的温变速率可达到70oC/min.温度操作范围为一100。+200oC,反复冲击式振动6自由度.3轴向同时施力;同时可以达成三轴(X,Y,Z)旋转(转,抛,偏),能快速地将设计缺陷显示出来:涵盖频率范围广(2~5kHz);复合应力环境:温度和振动;低环境噪音<73dba。

下面举例介绍Typhoon3.0机箱的详细参数:

1)高速率、高流量Typhoon温度系统;

2)强化低频(xLF)振动台;

3)(2X)真空液态歧管;

4)桌上型电脑配备17”显示器:

5)Typhoon管理者软件;

6)内部操作空间上震台位置:1120mm×l143mmx635mm(宽×深×高);

7)下震台位置:1120millxl143mmx889mm(宽×深x高);

8)外部尺寸:1420mmxl758mmx2134mm(宽×深×高);

9)温度范围:+200—.100℃;

10)振台尺寸:914mmx914mm:

11)加速度Over60宰(接受特别订制更高GRMS);

12)振台容量建议450磅(204.13kg)最大限度*900磅(408.23kg);

13)电源需求380、400、440、480V3qb50/60Hz80A(3m)(ServiceRating)(需要客户选配)。4HALT和HASS试验系统的校准方法HALT和HASS试验设备是多应力、多试验参数的试验设备.由高温变率温箱和3轴6自由度(6DOF)振动台组成.高温变率用液氮致冷取得,主要技术参数包括3个轴向振动的加速度总均方根值误差、加速度总均方根值均匀度、温度误差、快速变温的速率误差、试验空间内温度的均匀度、波

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动度等。如何对该类设备进行科学、规范的校准.对于科研机构来说是非常重要的。

校准系统由如下几部分构成:数据采集仪、热电偶(铂电阻)温度传感器、加速度传感器、电荷放大器、测量放大器和振动分析仪.如图1所示。

图1温度,湿度校准分系统

由于HALT和HASS试验是新的试验技术.其试验设备的技术参数比较复杂.应通过调研来了解、综合不同制造商的试验设备的技术参数,并针对这些参数来设计相应的校准方案.使校准方法能适用于不同的制造商的试验设备。振动分系统的校准可参照GB/T5170.14—1985.温度/湿度分系统的校准可参照GB/T5170.2—2008、GB/T5170.5—2008。

在HALT和HASS试验系统的校准过程中应注

意如下问题:在同时进行振动、温度/湿度的校准时.振动试验可能会使温度传感器的位置发生变化、跌落和损坏;同样。高低温湿热试验可能会使振动传感器损坏、传感器与台体的连接松脱、传感器连接线损坏。所以,在不影响测量数据的情况下应单独进行振动和温度/湿度的校准。

5结束语

HALT和HASS技术目前被国际上许多知名公司广泛采用。HALT工作较为复杂.不单单是操作设备进行试验就能获得效果.要想得到满意的效果,得到准确、可信的数据,对于试验技术、失效模型分析和确定问题后改善设计技术.都有环环相扣的关系。本文详细介绍了HALT和HASS的概念、主要性能指标及测试技术并举例说明HALT&HASS试验箱性能指标和详细参数.有助于读者了解这项新的试验技术并应用于产品的设计中。

参考文献:

【l】GB/T5170.14—1985,电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动(正弦)试验用电动振动台【S】.

[2]GB/T5170.2—2008,电工电子产品环境试验设备检验方法温度试验设备fSl.

f3]GB/T5170.5—2008,电工电子产品环境试验设备湿热试验设备『S1.

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FCC主席:美国移动行业将出现频谱危机

2009年10月初.美国联邦通讯委员会(FCC)主席朱利叶斯?格纳考斯基(JuliusGena—chowskil在美国蜂窝式电信网络协会演讲时提出这样的警告.如果美国政府不能找到为移动设备提供更多带宽的途径。就会出现频谱危机。

格纳考斯基说.美国政府将把商业用户使用的频谱增加3倍。但是,许多行业专家却预测,由于’在线视频和其它需要大量带宽的应用程序的使用,无线通讯量将增长30倍。

格纳考斯基许诺要战略性地全面研究如何填补供应与需求的缺口。并认为这是FCC的当务之急。FCC将考虑如何重新分配目前正在使用的频谱问题以及鼓励开发如何更有效地利用频谱的新技术。为此,FCC将广泛地征求意见。

格纳考斯基还要求移动行业的官员设想一下.当具有移动宽带网功能的电脑数量增长4倍.或者当每一个手机用户都升级到iPhone、PalmPre、黑莓或其它需要大量带宽的智能手机的时候会出现什么情况。他认为,美国移动未来最大的威胁是即将出现的频谱危机。(本刊讯1

高加速寿命试验和高加速应力筛选技术综述

高加速寿命试验和高加速应力筛选技术综述

作者:张先文, ZHANG Xian-wen

作者单位:工业和信息化部电子第五研究所,广东,广州,510610

刊名:

电子产品可靠性与环境试验

英文刊名:ELECTRONIC PRODUCT RELIABILITY AND ENVIRONMENTAL TESTING

年,卷(期):2009,27(6)

参考文献(3条)

1.GB/T 5170.5-2008,电工电子产品环境试验设备湿热试验设备[期刊论文]-

2.GB/T 5170.2-2008,电工电子产品环境试验设备检验方法温度试验设备[期刊论文]-

3.GB/T 5170.14-1985,电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动(正弦)试验用电动振动台[期刊论文]-本文链接:http://m.doczj.com/doc/3745f6c4aef8941ea76e0585.html/Periodical_dzcpkkxyhjsy200906016.aspx

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