HALT/HASS试验技术在电子电工产品的应用

广州广电计量检测股份有限公司 赵家华

由于加速可靠性试验可使用户很快确定电子电工产品的可靠性，它是有效的实际质量控制手段。高加速寿命试验（HALT）和高加速筛选试验（HASS）是非常有效的加速可靠性技术，在制造行业被广泛使用。其中，HALT是在电子电工产品设计阶段使用，它可快速暴露设计缺陷以便更改设计，消除缺陷，从而减少维修费用。HASS是在电子电工产品的生产阶段使用，它可快速暴露任何工艺缺陷。传统的环境试验和可靠性试验，基本属于模拟试验，试验应力的考虑都是尽量模拟真实的环境。传统模拟试验的环境应力与电子电工产品未来实际使用的应力相当，其至多把技术条件中实测环境应力适当提高，以确保电子电工产品耐环境应力的余量。环境适应性和可靠性令人满意，但事实并非如此，很多通过鉴定、验收的电子电工产品潜在缺陷还是很多，可靠性差和返修率较高，维修费用成为电子电工产品生产商考虑的重点。从而我们要大幅提高电子电工产品可靠性的裕度，在不提高试验费用的同时只能提高试验应力，而HALT和HASS成为即快捷、成本比较低的试验工具，图1是HALT/HASS试验设备。

一、可靠性测试中的HALT & HASS

HALT & HASS是由美国军方所延伸出的设计质量验证与制造质量验证的试验方法，现已成为美国电子业界的标准电子电工产品验证方法。它将原需花费6个月甚至1年的新电子电工产品可靠性试验周期缩短至一周，且在这一周中所发现的电子电工产品问题几乎与客户应用后所发现的问题一致，故HALT & HASS的试验方式已成为新电子电工产品上市前所必需通过的验证。在美国之外的其他国家，许多国际的3C电子电工产品大厂也都使用相同或类似的手法来提升电子电工产品质量，图2是HALT和HASS与电子电工产品设计和生产周期的关系。

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。其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。HALT利用阶梯应力的方式加诸于电子电工产品，能够在早期发现电子电工产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限。其加诸于电子电工产品的应力有振动、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。利用该测试可迅速找出电子电工产品设计及制造的缺陷，改善设计缺陷，增加电子电工产品可靠性并缩短其上市周期，同时还可建立设计能力、电子电工产品可靠性的基础数据及日后研发的重要依据。简单地说，HALT是以连续的测试、分析、验证及改正构成了整个程序，关键在于分析所有故障的根本原因。

HASS是专为清除生产过程中引入电子电工产品的缺陷而设计的最快最有效地筛选过程，需要100%的电子电工产品参加筛选。HASS不是采用步进的形式施加应力，而选用比未来使用过程中更高的恒定环境应力和其它应力，在较短时间内激发出电子电工产品在外场可能出现的各种早期失效形式，从而大大缩短筛选时间，表1是HALT & HASS对比。

二、HALT & HASS可靠性测试步骤

1.HALT可靠性测试步骤

HALT可靠性测试步骤共分为4个主要试程，如图3所示。

在HALT试验中可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。此试验所用设备为QualMark公司所设计的综合环境试验机，温度范围为-100℃～+200℃，温度变化最大速率为60℃/min，最大加速度可到60Grms。以下就四个试程的一般情況分别加以说明。

（1）温度步进

如图4所示，此项试验分为低温及高温两个阶段应力。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10min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。

表1 HALT & HASS对比

图1 HALT/HASS试验设备

图2 HALT和HASS与电子电工产品设计和生产周期的关系

图3 HALT可靠性测试步骤流程图

图4 温度步进循环剖面示意图

图5 温度循环试验剖面示意图

图6 振动步进试验剖面示意图

图7 温度及振动综合应力试验剖面示意图

图8 HASS可靠性测试步骤流程图

图9 筛选试验流程示意图

（2）高速温度循环

如图5所示，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60℃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。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。

（3）振动步进

如图6所示，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。

（4）温度及振动综合应力

如图7所示，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。

对在以上四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。通过提高电子电工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.HASS可靠性测试步骤

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，该试验包括三个主要试程发，如图8所示。

（1）试验计划阶段

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一般为80%，而振动条件则以破坏界限G值的50%做为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%再进行测试。

（2）计划验证阶段

在建立HASS Profile（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HASS Profile达到预期效果。

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HASS Profile通过计划验证阶段测试，并可做为执行阶段之用。反之则须再检讨，调整测试条件以求获得最佳的组合。

（3）执行阶段

任何一个经过试验计划阶段考验过的HASS Profile皆被视为快速有效的质量筛选利器，但仍须配合电子电工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，亦相应修改测试条件。

图9是筛选试验流程示意图。

三、HALT/HASS应用

从20世纪80年代末到90年初开始，国外特别是美国在各工业部门开始推广应用HALT/HASS试验技术，到目前已广泛地应用于通讯、电子、电脑、医疗、能源、交通、航空、航天和军事等领域，呈现出蓬勃发展的趋势，取得了巨大的成功。首先，国外大多数为机械、电子工业提供设计、制造和试验服务的公司，已经把HALT/HASS作为一项很重要的服务内容。其次，国外机械、通讯、交通运输、航空航天、国防等行业的设备，特别是电子电子电工产品的供应商们，已经高度认识到HALT/HASS在其电子电工产品质量和可靠性保障方面的重要性，把HAL T/HASS作为改进和优化电子电工产品、加快新电子电工产品研制步伐、提高电子电工产品质量、赢得用户和市场的重要技术手段。总之，在国外一些工业发达的国家特别是美国，HALT/HASS试验技术由于它本身的魅力和激烈的市场竞争，已经被商家广泛的接受，并得到普遍的应用。

[1]祝耀昌.国外典型电子产品HALT和HASS结果浅析[A].国防科技工业可靠性技术交流会论文集,2003:779-786.

[2]陈循.可靠性强化试验与加速寿命试验综述[J].国防科技大学报,2002,24(4):29-32.

[3]褚卫华.高加速寿命试验和高加速应力筛选[J].强度与环境,2002,29(4):23-37

[4]Gre K.Hobbs.Highly Accelerated Stress Screens-HASS.Proceedings-Institute of Environmental Sciences,1992:100-106.