電子產(chǎn)品的高加速壽命試驗(yàn)

石慶國，翁 榕，范秋濤

（中國電子科技集團(tuán)公司第49 研究所，哈爾濱 150001）

引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)取得了非常大的發(fā)展，在這樣的大背景下，如何提高科技產(chǎn)品的市場占有率，是眾多科技企業(yè)所關(guān)注的問題。實(shí)際上，要想提高科技展品的市場占有率，不僅需要生產(chǎn)符合市場需要的科技產(chǎn)品，而且還要提高科技產(chǎn)品自身的質(zhì)量，離開了產(chǎn)品的質(zhì)量，想要占有市場就只能是一句空話。國內(nèi)科技產(chǎn)品廠商無論是在資金水平上還是在設(shè)計(jì)單位方面都還趕不上歐美發(fā)達(dá)國家大型企業(yè)的水平，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也遠(yuǎn)不及發(fā)達(dá)國家的科技企業(yè)。上個世紀(jì)五十年代，在檢驗(yàn)產(chǎn)品可靠性方面，通常采用的是傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法，該方法曾一度產(chǎn)生了非常積極的效果。但是隨著科技的不斷發(fā)展，科技產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新速度越來越快，傳統(tǒng)檢驗(yàn)技術(shù)的試驗(yàn)周期長，效率不高的缺點(diǎn)被暴露出來，在這樣的情況下，迫切需要找到一種試驗(yàn)周期短、花費(fèi)小、效率高的檢驗(yàn)方法，正因?yàn)槿绱?，高加速壽命試?yàn)得到了廣泛的重視。到了上個世紀(jì)九十年代，美國大型的飛機(jī)生產(chǎn)企業(yè)波音公司首先推出了可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，該試驗(yàn)包括兩個階段，第一階段是HALT；第二階段是HASS，前者主要是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行檢驗(yàn)，后者則是對產(chǎn)品生產(chǎn)階段進(jìn)行檢驗(yàn)。

1 高加速壽命試驗(yàn)(HALT)概述

高加速壽命試驗(yàn)(HALT)是一種全新的可靠性試驗(yàn)技術(shù)，該技術(shù)是對傳統(tǒng)可靠性檢驗(yàn)技術(shù)的突破，采用該技術(shù)，試驗(yàn)周期能夠得到很大的縮短，試驗(yàn)的效率得到了很大的提高，耗費(fèi)的成本也得到了降低。高加速壽命試驗(yàn)的核心主要是對產(chǎn)品施加超過規(guī)范應(yīng)力的外力，并且逐步增加應(yīng)力，從而排除故障。HALT的目的主要是快速激發(fā)產(chǎn)品故障，盡可能快地找到產(chǎn)品的問題，從而采取措施予以糾正，從而最大程度上提高產(chǎn)品的可靠性。

通過查閱大量的文獻(xiàn)資料，可總結(jié)HALT試驗(yàn)的主要意義如下：第一，提高設(shè)計(jì)可靠性，延長產(chǎn)品早夭期。HALT試驗(yàn)主要是通過施加外部壓力，從而盡早將產(chǎn)品缺陷激發(fā)出來，進(jìn)而采取有效過失對產(chǎn)品缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，從而提高產(chǎn)品的可靠性；第二，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。通過HALT試驗(yàn)可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段存在的問題，避免設(shè)計(jì)階段時間過長，從而縮短設(shè)計(jì)周期；第三，降低生產(chǎn)費(fèi)用。采用HALT試驗(yàn)的費(fèi)用比傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法少，且能夠提高檢驗(yàn)的效率，有利于節(jié)約費(fèi)用；第四，能為制定HASS方案、確定HASS的應(yīng)力量級提供依據(jù)；第五，有利于設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者及時掌握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力和失效模式；第六，降低企業(yè)的維修費(fèi)用，采用HALT試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)后，產(chǎn)品有問題之處能夠盡快發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行修改，從而提高了交付給客戶產(chǎn)品的質(zhì)量，避免產(chǎn)品出現(xiàn)問題需要花費(fèi)大量的維修費(fèi)用；第七，有利于減少鑒定實(shí)驗(yàn)時的故障。

2 浴盆曲線

浴盆曲線圖（如圖1）就是設(shè)備故障率曲線，因設(shè)備構(gòu)成是多系統(tǒng)或多部件的，如果局部發(fā)生故障將導(dǎo)致整個系統(tǒng)不能運(yùn)作，由其故障發(fā)生情況所繪制的曲線，因形似浴盆，故稱為浴盆曲線。產(chǎn)品篩選（HASS）可以消除由于生產(chǎn)的產(chǎn)品本身缺陷所造成早期失效來降低曲線的第一部分的早期故障期。可靠性好的產(chǎn)品（HALT）可以降低曲線第二部分由外來負(fù)載造成的故障率。HALT將使磨損段遠(yuǎn)遠(yuǎn)地向右延伸。

3 應(yīng)用案例

某航空機(jī)載電子產(chǎn)品HALT和HASS試驗(yàn)采用空軍裝備環(huán)境與可靠性試驗(yàn)中心的GALAXY28-X型HALT和HASS試驗(yàn)系統(tǒng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)為有效容積1.4m3，頻率范圍2Hz～10000Hz，最大加速度60g，加速度穩(wěn)定度±1g，溫度范圍為-100℃～200℃，最大溫變率±70℃/min（液氮制冷）。

產(chǎn)品HALT&HASS試驗(yàn)過程如圖2所示。

整個實(shí)驗(yàn)過程分為實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)中兩個階段：在實(shí)驗(yàn)前，先要對各個單板進(jìn)行預(yù)測試，從而確保實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中單板的質(zhì)量合格；在對單板進(jìn)行與測試之后，對單板進(jìn)行具體的編號，確保每一塊單板都有其對應(yīng)的槽位。經(jīng)過預(yù)實(shí)驗(yàn)后，有利于確保實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行，有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄和故障定位。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中，對產(chǎn)品進(jìn)行通電，使產(chǎn)品正常工作，并且向產(chǎn)品輸入廣電信號，采用數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)來查看系統(tǒng)誤碼等性能。在整個實(shí)驗(yàn)的過程中，必須要加強(qiáng)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)問題要及時記錄，并采取有效的處理措施。

圖1 浴盆曲線

圖2 產(chǎn)品HALT&HASS 試驗(yàn)過程

針對產(chǎn)品采用了以下HALT、HASS試驗(yàn)：1）高低溫極限試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)主要是通過提高或者降低產(chǎn)品所處環(huán)境的溫度來測試產(chǎn)品在不同溫度下的工作情況，從而確定產(chǎn)品在不同溫度下的工作極限，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷；2）大溫變率溫循試驗(yàn)。該試驗(yàn)的目的也就是及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在的缺陷；3）全軸隨機(jī)振動試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的主要目的是查看產(chǎn)品的抗震能力，看在劇烈震動下產(chǎn)品存在何種缺陷；4）全軸隨機(jī)振動大溫變率綜合應(yīng)力試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的主要目的也是為了發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在缺陷。

針對該產(chǎn)品采用步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)方法開展了以下典型HALT和HASS試驗(yàn)，剖面如圖3所示。

從圖中可以看出，必須要先確定試驗(yàn)對象的材料最高和最低溫度，并且確保溫度臺階上保持一定的時間，確保關(guān)鍵器件的溫度能夠達(dá)到預(yù)定的值，從而發(fā)掘產(chǎn)品的溫度和震動極限。

通過HALT試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的缺陷以及焊接方面的缺陷。針對這些缺陷，本文推出了以下幾個措施來進(jìn)行修正：第一，改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對之前的接地方式進(jìn)行徹底的修改，并且要對電路板作進(jìn)一步的加固處理；第二，導(dǎo)線的連接受限要采用線接方式，然后再采用焊接，從而確保線路的可靠性。對改正后的產(chǎn)品再次進(jìn)行HALT試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量得到了有效改善。

通過上述實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在激發(fā)產(chǎn)品潛在缺陷方面，振動步進(jìn)與快速溫變最容易激發(fā)產(chǎn)品的缺陷，快速溫變的激發(fā)效果稍差一些；最差的是溫度步進(jìn)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)論

圖3 典型HALT 和HASS 試驗(yàn)剖面圖

通過本文的研究發(fā)現(xiàn)，采用HALT試驗(yàn)?zāi)軌蛴行Оl(fā)現(xiàn)硬件本身的故障問題，該實(shí)驗(yàn)方式比傳統(tǒng)的試驗(yàn)方式要更為高效，更為直接，試驗(yàn)的周期也更短，對于企業(yè)來說是非?？扇〉摹ｋS著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及電子科技產(chǎn)品的不斷豐富，HALT試驗(yàn)技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用，并且該技術(shù)也會隨著應(yīng)用的增加而不斷得到改進(jìn)，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]Charles Felkins. HALT-HASS Tutorial[C]. The 43rd AnnualTechnical Meeting, 2008, 02.

[2]祝耀昌,土欣,郝文濤.環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與高加速壽命試驗(yàn) [J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量, 2002, (1).