电子产品整机高加速寿命试验技术应用分析

2012-06-03钟升华邱福来

电子产品可靠性与环境试验 2012年5期

钟升华，邱福来

（工业和信息化部电子第五研究所，广东广州 510610）

0 引言

高加速寿命试验（HALT：Highly Accelerated Life Test）技术是一项目前国际上非常流行并被逐步推广的可靠性试验技术，由美国G.K.Hobbs等人在20世纪80年代末研究发展而来[1]，现已广泛应用于民用与国防工业领域。通过它可以快速发现产品潜在的缺陷以助于提升产品耐环境适应能力，极大地缩短了产品的研发周期。

1 原理概述

HALT是一种激发试验方法[2]，它采用对试件系统地施加步进应力的方法，在试验中对试件施加远大于正常使用条件的高强度环境应力，从而达到快速激发产品缺陷，提高试验效率的目的[3]。

2 应用实例

为了便于对产品的故障模式列举与分析，本文以下实例均为高加速寿命试验中某阶段的部分内容。

2.1 试验一

a）试验样品与试验设备

受试样品为已处定型阶段的三相费控智能电能表，样品试验前完成了常规的性能测试；主要试验设备为美国环测公司生产的Galaxy 44-X型HALT试验箱。试验照片见图1。

b）试验剖面设计

高加速寿命试验第一阶段：低温步进应力测试，曲线图见图2。

1）温度在20～30℃，区间步进步长为-10℃，而在-30℃以下，区间步进步长缩至-5℃，因为考虑到此时温度已接近于产品的设计指标；

2）采用液氮制冷，以温变率高达40℃/min来快速降温；

3）每个温度台阶保持10min并完成测试；

4）试验一直持续至发现受试样机的故障限为止。

试验中的测试项目：

1）产品自检；

2）读写数据；

3）脉冲输出；

4）时钟输出；

5）带负载工作。

测试界面见图3。

c）部分试验过程与结果分析（如表1所示）

表1 电能表低温步进应力测试结果

从-45℃开始，样品报警时断时续，恢复温度后，样机能够正常工作，可确定-45℃为样品故障限。由表1可见，在-45℃阶段，1#电能表断续出现硬件功能报警，2#和3#电能表正常；在-50℃阶段，除1#样品外，2#电能表也断续出现硬件功能报警。此报警功能表征CPU外围闪存工作异常。虽然此时故障温度已略超过产品设计指标，但经沟通与分析后我们发现，产品的生产在采购环节出现了问题，出现此故障原因极可能是生产厂家的元部件供货商将民品级闪存作为工业级闪存供货造成。

2.2 试验二

a）试验样品与试验设备

受试样品为尚处研发阶段的民用某型对讲机，样品试验前完成了常规性能测试；样品在进行本文所分析的振动步进应力测试之前已依次进行过高加速寿命试验中的低温步进应力测试、高温步进应力测试和快速热循环测试。主要试验设备为美国环测公司生产的Galaxy 44-X型HALT试验箱。试验照片见图4。

b）试验剖面设计

高加速寿命试验的振动步进应力测试阶段有：

1）由气锤敲击台体，产生三轴六自由度的类随机振动激励，振动频率带宽设在2～2000Hz范围内；

2）起始振动量级为5Grms，步进步长为5Grms；

3）本试验的目的是寻找产品的物理故障限与破坏限，运用循环渐进振动方式进行试验，每个振动台阶保持10min后停止振动，然后进行性能测试，完成性能测试后重新加振（试验曲线见图5）；

4）试验一直持续直到发现产品的故障限或破坏限为止。

性能测试时对样品通电DC7.4V，具体的性能测试项目参见表2。

c）部分试验过程与结果分析

故障分析与处理：35Grms振动结束后2#对讲机无法正常开机，见表2测试数据。将产品拆机后检测、查找发现，保险丝F601开路，BAT++极接地2.3Ω，电容C802的GND引脚与铝壳防水测试孔突起处因碰撞而导致电容引脚部分机械损伤，出现两端短路故障致保险丝F601开路，如图6所示。此处为产品设计之薄弱环节，应后续重新优化改进。更换F601和C802后2#对讲机恢复正常，继续后续测试。