電子產(chǎn)品高加速壽命試驗(yàn)的實(shí)踐及案例分析

康京山，李科，任偉光，劉垚鑫

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

0 引言

高加速壽命試驗(yàn)（HALT：Highly Accelerated Life Testing），在有些場(chǎng)合也被稱為高加速極限試驗(yàn)、高加速應(yīng)力試驗(yàn)和可靠性增強(qiáng)試驗(yàn)[1]，與大多數(shù)傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法不同，其目的不是為了評(píng)估產(chǎn)品或產(chǎn)品組成部分的可靠性指標(biāo)，而是為了將產(chǎn)品可能存在的薄弱環(huán)節(jié)激發(fā)為可檢測(cè)的故障（或失效），從而組織分析改進(jìn)，提高產(chǎn)品的可靠性[2]。

為了大幅度地縮短試驗(yàn)時(shí)間或減少所需樣品的數(shù)量，在HALT過(guò)程中，會(huì)施加遠(yuǎn)超出產(chǎn)品預(yù)期使用的環(huán)境應(yīng)力即產(chǎn)品規(guī)范極限的應(yīng)力。這種過(guò)試驗(yàn)（Over-test）往往會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)不確定性。有可能在很短的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)（如幾天）暴露出原本需要長(zhǎng)期使用才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)的缺陷[3]。在研發(fā)早期，采取改進(jìn)措施的成本低，對(duì)研制計(jì)劃影響小。但不幸的是，也有可能出現(xiàn)最壞情況，即激發(fā)出正常使用不可能發(fā)生的故障模式。如果對(duì)于這樣的故障模式也采取改進(jìn)措施，則會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成過(guò)設(shè)計(jì)（Over-design），不僅對(duì)于可靠性的提升沒(méi)有實(shí)際意義，反過(guò)來(lái)，為了檢測(cè)、避免或補(bǔ)救這樣的故障模式而采取的措施可能導(dǎo)致軟硬件設(shè)計(jì)更復(fù)雜，反而會(huì)降低產(chǎn)品可靠性。另外，故障分析和處置難度大，耗時(shí)長(zhǎng)，將導(dǎo)致試驗(yàn)停滯，影響試驗(yàn)和研制進(jìn)度。

許多文獻(xiàn)給人的印象似乎HALT可以很簡(jiǎn)單地得到有意義的結(jié)果，但在現(xiàn)實(shí)中并非那么容易[4]，甚至充滿了不確定性。為了減少這種不確定性，取得對(duì)提高產(chǎn)品可靠性真正有價(jià)值的試驗(yàn)結(jié)果，要求試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和類似產(chǎn)品的數(shù)據(jù)作為支撐，對(duì)實(shí)施細(xì)節(jié)做出恰當(dāng)?shù)目紤]。筆者分享了HALT-分析-改進(jìn)（TAAF）實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)某小型電子設(shè)備試驗(yàn)情況進(jìn)行了案例分析。

1 HALT實(shí)施過(guò)程

1.1 受試品的確定

試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)不同，對(duì)于受試品（EUT）有不同的要求。可能的目標(biāo)有兩個(gè)，具體的試驗(yàn)可以有不同的側(cè)重之處。

a）發(fā)現(xiàn)缺陷

在研發(fā)階段的早期，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的外在缺陷，改進(jìn)設(shè)計(jì)并予以糾正。

b）測(cè)試裕度

產(chǎn)品的工作裕度或破壞裕度是指產(chǎn)品的工作極限或破壞極限與規(guī)范規(guī)定的應(yīng)力之差。通過(guò)HALT，可以測(cè)試出產(chǎn)品的工作極限和破壞極限，可以判斷裕度是否滿足要求；若不滿足則通過(guò)采用新設(shè)計(jì)、新工藝或新材料來(lái)拓寬裕度，也可為將來(lái)批量生產(chǎn)開(kāi)展高加速應(yīng)力篩選（HASS：Highly Accelerated Stress Screening）時(shí)合理地選取篩選參數(shù)提供依據(jù)。

外在缺陷（Extrinsic defect）也被稱為外部缺陷，是指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中造成的缺陷或者薄弱環(huán)節(jié)，如果能經(jīng)濟(jì)地消除該類型缺陷將有效地提升產(chǎn)品的裕度[5]。與之對(duì)應(yīng)的概念是固有缺陷（Intrinsic defect），指與元器件的設(shè)計(jì)、材料、工藝和裝配或封裝相關(guān)的，將在元器件的設(shè)計(jì)規(guī)范所允許的條件范圍內(nèi)引起的缺陷。

HALT重點(diǎn)要排除的是外在缺陷，通過(guò)改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝來(lái)提升可靠性水平。至于固有缺陷，是元器件自身的缺陷，雖然也可能會(huì)暴露出來(lái)，但只要試驗(yàn)條件沒(méi)有超出其許可范圍，則應(yīng)通過(guò)質(zhì)量控制體系解決。

EUT的選擇包括以下3個(gè)方面。

a）形態(tài)

選擇要在產(chǎn)品的哪一個(gè)裝配層次如電子模塊、電路板卡、裝置或設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。在成本、周期、試驗(yàn)或測(cè)試手段允許的情況下，盡可能地在較低的裝配層次進(jìn)行，有以下好處[4]：1）易以采取糾正措施；2）易以施加高應(yīng)力；3）易以監(jiān)測(cè)缺陷；4）易以采用通用試驗(yàn)技術(shù)。

b）狀態(tài)

首先，EUT應(yīng)能代表產(chǎn)品的質(zhì)量水平；其次，對(duì)于以尋找裕度為目標(biāo)的試驗(yàn)，宜選擇經(jīng)過(guò)前期HALT將產(chǎn)品的外在缺陷消除之后其技術(shù)狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的產(chǎn)品作為EUT。技術(shù)狀態(tài)頻繁變化時(shí)，測(cè)定裕度的實(shí)際意義不大。

c）數(shù)量

應(yīng)由擬進(jìn)行的應(yīng)力試驗(yàn)的數(shù)量及預(yù)期故障模式的數(shù)量來(lái)決定。從進(jìn)度角度考慮，出現(xiàn)故障后需要進(jìn)行故障分析時(shí)必須停止試驗(yàn)，而且并不是所有的故障都能修復(fù)，按每種試驗(yàn)至少保證1件EUT并且安排2～5件EUT作為整個(gè)試驗(yàn)備份來(lái)估計(jì)，推薦的總EUT數(shù)量為7～10件[6]。如不能提供，在出現(xiàn)故障時(shí)只能暫停試驗(yàn)組織維修，試驗(yàn)進(jìn)度的風(fēng)險(xiǎn)增大。從試驗(yàn)結(jié)果考慮，EUT數(shù)量越多，得到的故障模式將越完備，故障模式分析也將更準(zhǔn)確，得到的裕度也越可信。

1.2 試驗(yàn)應(yīng)力的選取

HALT可施加的應(yīng)力包括但不限于低溫、高溫、溫變、振動(dòng)、電源通斷切換、電源拉偏或反向偏壓、時(shí)鐘偏移、高壓高濕和靜電放電等。施加何種應(yīng)力，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的特點(diǎn)，按盡可能有效地激發(fā)產(chǎn)品敏感部位的故障模式為原則做出選擇?？刹捎谩懊舾悬c(diǎn)-應(yīng)力分析”方法[5]，即根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程經(jīng)驗(yàn)，列出EUT的主要敏感點(diǎn)，分析各種應(yīng)力對(duì)每個(gè)敏感點(diǎn)是否有激發(fā)作用，經(jīng)過(guò)歸納合并，選擇具有較高激發(fā)性的應(yīng)力。這些應(yīng)力可單獨(dú)施加，也可組合施加。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

HALT設(shè)計(jì)主要包括：確定試驗(yàn)項(xiàng)目并為每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目確定相關(guān)參數(shù)。

1.3.1 確定試驗(yàn)項(xiàng)目

根據(jù)選取的試驗(yàn)應(yīng)力，設(shè)計(jì)若干試驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)于一般電子產(chǎn)品，冷、熱、溫變、振動(dòng)和電源通斷具有較高的激發(fā)性，而且試驗(yàn)實(shí)施較為簡(jiǎn)單，常選為試驗(yàn)應(yīng)力[7]。與之相對(duì)應(yīng)，HALT一般包括低溫步進(jìn)、高溫步進(jìn)、快速溫度變化循環(huán)、振動(dòng)步進(jìn)、溫度循環(huán)和振動(dòng)綜合5個(gè)具體的試驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)進(jìn)行電源通斷切換。

1.3.2 選取試驗(yàn)參數(shù)

可以分為逐步增大應(yīng)力量級(jí)的步進(jìn)試驗(yàn)和應(yīng)力量級(jí)固定的多次循環(huán)試驗(yàn)，下面分別討論其參數(shù)的選取。

a）步進(jìn)試驗(yàn)參數(shù)

HALT步進(jìn)試驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)如圖1所示。

圖1 步進(jìn)試驗(yàn)的參數(shù)示意圖

1）應(yīng)力初始值Sstart。例如：對(duì)于低溫和高溫步進(jìn)試驗(yàn)，可選擇Sstart=常溫。

2）最高應(yīng)力界限Slimit。其含義是：步進(jìn)試驗(yàn)中應(yīng)力的最高限值，達(dá)到此限值時(shí)，試驗(yàn)即結(jié)束。

L試驗(yàn)設(shè)施為試驗(yàn)設(shè)施（包括試驗(yàn)箱、試驗(yàn)夾具和部署于試驗(yàn)箱內(nèi)的測(cè)試線纜等）的能力極限。L基本為EUT基本極限（Fundamental limit），即針對(duì)某種應(yīng)力，由于產(chǎn)品或產(chǎn)品的組成部分相關(guān)技術(shù)確定的固有極限（如塑料的融化溫度、半導(dǎo)體的最高結(jié)溫和材料的屈服極限等）。無(wú)論對(duì)產(chǎn)品造成破壞與否，該極限是無(wú)法逾越的，與外在缺陷無(wú)關(guān)。

該值的估計(jì)是難點(diǎn)。若取值過(guò)大，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且可能會(huì)激發(fā)大量的非相關(guān)故障甚至損壞EUT；若取值過(guò)小，則又可能造成故障模式激發(fā)不全面，裕度不能得到充分的探測(cè)。

以高溫為例，可按照產(chǎn)品組成表和工藝文件，查閱相應(yīng)的元器件手冊(cè)或規(guī)范得到各個(gè)元器件的允許最高溫度、各種工藝及材料的允許最高溫度，取這些值中的最小值，作為EUT基本極限的保守估計(jì)。元器件、工藝和材料在允許的應(yīng)力范圍內(nèi)是保證功能正常并且滿足規(guī)定的性能指標(biāo)，超出其范圍之外的一定幅度之內(nèi)可能仍能工作。但是，筆者認(rèn)為，如果所取的基本極限超過(guò)這些許可范圍，在為數(shù)不多的EUT上短時(shí)間內(nèi)得到的試驗(yàn)結(jié)果會(huì)缺乏代表性，不具有實(shí)際意義。

3）步長(zhǎng)Δstep。其含義是：從一個(gè)應(yīng)力水平向后一個(gè)應(yīng)力水平變化時(shí)應(yīng)力的增量。

若Δstep取值太大，一方面，可能在一個(gè)步進(jìn)中激發(fā)多個(gè)故障，造成故障之間的互相影響，給故障分析帶來(lái)困難，還會(huì)降低裕度的測(cè)量精度；若取值太小，由于每一個(gè)步進(jìn)都要進(jìn)行故障檢測(cè)和狀態(tài)監(jiān)視，則將造成工作量增大，周期過(guò)長(zhǎng)。因此，對(duì)于以激發(fā)潛在缺陷為目標(biāo)的試驗(yàn)，步進(jìn)值可取稍大一些，以節(jié)省總的試驗(yàn)時(shí)間；對(duì)于以確定裕度為目標(biāo)的試驗(yàn)，盡可能地選擇較小的步進(jìn)值，以提高實(shí)測(cè)結(jié)果的精度。

4）保持時(shí)間Δt。其含義是：應(yīng)力達(dá)到既定的應(yīng)力量值后持續(xù)的時(shí)間。

欲將EUT中的潛在缺陷或者薄弱環(huán)節(jié)激發(fā)為可檢測(cè)的、明顯的缺陷或故障，除了應(yīng)力量值足夠大之外，作用時(shí)間還必須足夠長(zhǎng)。該參數(shù)由兩個(gè)部分組成：

t傳遞是指試驗(yàn)箱中的應(yīng)力作用于EUT的電子元器件等達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間，不同的結(jié)構(gòu)形式和材料可能會(huì)導(dǎo)致該傳遞時(shí)間的差異較大。t作用是指希望應(yīng)力作用于EUT的各個(gè)元器件、零部件中發(fā)揮激發(fā)作用的時(shí)間。前者取值來(lái)源于特性調(diào)查試驗(yàn)，后者基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估計(jì)。

b）溫度變化試驗(yàn)參數(shù)

快速溫度變化試驗(yàn)也被稱為溫度循環(huán)試驗(yàn)，其試驗(yàn)參數(shù)的選取需要利用低溫步進(jìn)試驗(yàn)、高溫步進(jìn)試驗(yàn)得到的工作極限值，如圖2所示。其參數(shù)主要包括以下幾個(gè)。

圖2 溫度變化試驗(yàn)的參數(shù)示意圖

1）循環(huán)溫度上限和下限：利用高溫步進(jìn)和低溫步進(jìn)試驗(yàn)測(cè)得的高低溫工作極限，留出一定的余量（如5℃或5%）后作為溫度循環(huán)的上限和下限。

2）溫度變化速率：即升溫/降溫速率，對(duì)應(yīng)圖中溫度變化曲線的斜率。

3）保持時(shí)間：同前。

4）循環(huán)次數(shù)：需分析EUT的結(jié)構(gòu)形式、體積大小和復(fù)雜程度等因素并加以確定。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品越簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)形式越利于熱的傳導(dǎo)，需要的循環(huán)數(shù)就越少。

1.4 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.4.1 構(gòu)建檢測(cè)和監(jiān)視系統(tǒng)

選擇試驗(yàn)期間進(jìn)行功能性能檢測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目或內(nèi)容，明確判決準(zhǔn)則，構(gòu)建并驗(yàn)證檢測(cè)和監(jiān)視系統(tǒng)。應(yīng)分析檢測(cè)和監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)EUT各個(gè)組成部分及可能的故障模式的覆蓋能力。

由于在步進(jìn)試驗(yàn)的每一個(gè)應(yīng)力量值，以及在溫度變化試驗(yàn)的每一次循環(huán)的高溫和低溫停留期間，都要至少進(jìn)行一次測(cè)試和監(jiān)視，工作量大，而且要求在“保持時(shí)間”內(nèi)完成，因此，最好能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化。另外，由于HALT對(duì)EUT施加的應(yīng)力比較嚴(yán)酷，連接EUT與試驗(yàn)箱外部的儀器儀表等部件的線纜應(yīng)進(jìn)行必要的加固處理，減少由此引入的非責(zé)任故障。

1.4.2 確認(rèn)試驗(yàn)箱的能力和狀態(tài)

有研究表明[7-9]，傳統(tǒng)的環(huán)境試驗(yàn)箱、振動(dòng)臺(tái)或者綜合試驗(yàn)箱也能進(jìn)行HALT，只是與專門(mén)進(jìn)行HALT的六自由度非高斯寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)箱相比，能夠激發(fā)的故障模式數(shù)量大約損失20%。本文采用專門(mén)的HALT試驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4.3 EUT預(yù)處理

為了充分地激發(fā)產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)分析EUT對(duì)于試驗(yàn)應(yīng)力是否存在過(guò)于敏感的部位，若存在則進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理方法主要包括以下幾種。

a）去除防護(hù)措施。例如：去掉減震架、過(guò)溫、過(guò)壓保護(hù)和遮蓋物，為保證空氣流通做開(kāi)口處理等。

b）采取應(yīng)力隔離措施。例如：某產(chǎn)品采用鑲嵌于前面板的液晶屏作為人機(jī)交互手段，考慮到液晶屏的低溫耐受力差，可以采用隔熱保護(hù)、暫時(shí)拆除改用其他顯示方式、通過(guò)延長(zhǎng)線將液晶屏挪到試驗(yàn)箱外等措施。

1.4.4 進(jìn)行溫度特性調(diào)查試驗(yàn)

a）目的

1）在試驗(yàn)箱中合理地布置EUT和試驗(yàn)箱導(dǎo)風(fēng)管等，使得EUT的各個(gè)部位受到的應(yīng)力都是均衡、受控的。

2）了解EUT重要部位實(shí)際承受的應(yīng)力與試驗(yàn)箱施加的應(yīng)力之間的差值，可對(duì)修正基本極限估計(jì)提供參考，也可為故障分析提供支撐。

3）獲取應(yīng)力傳遞達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間，為HALT的“保持時(shí)間”參數(shù)的估計(jì)提供支撐。

b）特性調(diào)查內(nèi)容

1）均衡性試驗(yàn)。在產(chǎn)品不加電的情況下，在產(chǎn)品的不同部位（或內(nèi)外）部署傳感器來(lái)測(cè)量溫度值。當(dāng)實(shí)測(cè)值偏差超過(guò)預(yù)定的范圍時(shí)調(diào)整產(chǎn)品或?qū)эL(fēng)管在試驗(yàn)箱中的布置，直到偏差落在允許范圍內(nèi)為止。

2）傳遞特性試驗(yàn)。產(chǎn)品加電工作時(shí)，不同部位的功耗及散熱條件等存在差異。在產(chǎn)品的不同部位（或內(nèi)外）部署傳感器來(lái)測(cè)量溫度值，觀察這些值趨于穩(wěn)定所需的時(shí)間及其與施加的應(yīng)力量值的差值。

1.4.5 振動(dòng)試驗(yàn)的夾具

結(jié)合EUT、試驗(yàn)箱的特點(diǎn)，為振動(dòng)試驗(yàn)提供夾具，包括需求分析、夾具設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化、加工制造和驗(yàn)證評(píng)估等工作。

1.5 TAAF循環(huán)

HALT采用TAAF迭代循環(huán)的思想，如圖3所示。

圖3 TAAF循環(huán)在HALT中的應(yīng)用

a）試驗(yàn)

準(zhǔn)備就緒后按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)各個(gè)EUT按試驗(yàn)項(xiàng)目順序進(jìn)行試驗(yàn)。

b）分析

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)需進(jìn)行故障分析的故障時(shí)，采用故障樹(shù)分析（FTA）等方法進(jìn)行分析，找出故障根因或來(lái)源。

c）改進(jìn)

根據(jù)分析結(jié)果，改進(jìn)設(shè)計(jì)或工藝提高產(chǎn)品裕度，或修理樣品，或報(bào)廢樣品用備件替換等措施。

以激發(fā)缺陷為目標(biāo)的HALT步進(jìn)試驗(yàn)的TAAF循環(huán)流程圖如圖4所示。

圖4 以激發(fā)缺陷為目標(biāo)的步進(jìn)試驗(yàn)TAAF流程

2 案例分析

2.1 EUT介紹

某數(shù)據(jù)終端具有某波段數(shù)據(jù)接收與發(fā)送處理功能，經(jīng)射頻前端設(shè)備與其他遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端通信。設(shè)備由主控單元、供電單元、若干接口和信號(hào)處理單元組成。各個(gè)單元用金屬罩單獨(dú)屏蔽，單元間通過(guò)電纜組件互連，整機(jī)采用堆疊結(jié)構(gòu)，底部有減震架，可固定在搭載平臺(tái)的安裝平面。共3臺(tái)設(shè)備參加了HALT，編號(hào)為1#～3#。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程及分析

2.2.1 構(gòu)建監(jiān)視和檢測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)視和檢測(cè)系統(tǒng)由射頻前端、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端、頻譜儀、可變衰減器、攝像頭、直流電源和狀態(tài)監(jiān)控終端等構(gòu)成。

2.2.2 檢查HALT試驗(yàn)箱參數(shù)及狀態(tài)

試驗(yàn)箱的參數(shù)如下所示。

1）溫度范圍：-100～200℃；

2）溫度變化速率：70℃/min；

3）三軸振動(dòng)頻率：5～10 000 Hz；

4）振動(dòng)量級(jí)：≤100 grms。

按溫度預(yù)留5℃、振動(dòng)量級(jí)預(yù)留5 grms來(lái)確定試驗(yàn)設(shè)施的極限。經(jīng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，狀態(tài)良好。

2.2.3 EUT預(yù)處理

1）去掉減震架。

2）考慮到設(shè)備堆疊式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，若去除各個(gè)單元的屏蔽罩，將給EUT安裝緊固帶來(lái)不便，因此予以保留。

2.2.4 溫度均衡性調(diào)查

分析各個(gè)單元的作用、功耗和安裝位置，選取供電單元、主控單元為重點(diǎn)關(guān)注部位，分別在屏蔽罩內(nèi)部署溫度傳感器。溫箱溫度為40℃，測(cè)試結(jié)果如下所示。

1）1#：30 min，部位間的溫差為0.9℃；

2）2#：30 min，部位間的溫差為1.1℃。

2.2.5 溫度傳遞特性調(diào)查

仍選供電單元和主控單元作為重點(diǎn)部位，分別采集溫度。在高溫典型值55℃、低溫典型值-25℃下，測(cè)試結(jié)果（取偏差最大者）如下所示。

1）高溫：穩(wěn)定時(shí)間為20 min，溫差為3.4℃；

2）低溫：穩(wěn)定時(shí)間為25 min，溫差為8.5℃。

2.2.6 振動(dòng)試驗(yàn)夾具

制作夾具并進(jìn)行了仿真和實(shí)測(cè)，響應(yīng)曲線平坦無(wú)明顯的放大，滿足要求。

EUT及其在試驗(yàn)箱中的布置如圖5所示。

圖5 受試設(shè)備及其布置

2.2.7 低溫步進(jìn)試驗(yàn)

a）參數(shù)選取

以25℃作為起始試驗(yàn)溫度。前7個(gè)步進(jìn)以10℃為步進(jìn)值，后續(xù)步進(jìn)以5℃為步進(jìn)值降溫。溫變速率為5℃/min。持續(xù)時(shí)間為EUT低溫溫度達(dá)到穩(wěn)定后至少再持續(xù)10 min。持續(xù)地對(duì)EUT進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)試。

b）試驗(yàn)結(jié)果

1）故障

1#設(shè)備在-90℃時(shí) “上行失鎖”，應(yīng)力減弱到-55℃后故障不能消失。

經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)在低溫下射頻線纜組件（屬于EUT）的接線端子與同軸線纜主體之間接觸不良。改進(jìn)工藝包括增加灌膠處理并加厚防護(hù)套。對(duì)3臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了相同的處理。

2）裕度

改進(jìn)后，3臺(tái)設(shè)備的低溫工作極限為-55、-55、-60℃；破壞極限＜-95℃，即達(dá)到試驗(yàn)?zāi)芰O限后，均未出現(xiàn)不可恢復(fù)故障。

2.2.8 高溫步進(jìn)試驗(yàn)

a）參數(shù)選取

起始溫度為25℃，第一個(gè)步進(jìn)取20℃，第二個(gè)步進(jìn)取10℃，然后以5℃步進(jìn)地升溫，溫變速率為5℃/min。持續(xù)時(shí)間為EUT高溫溫度達(dá)到穩(wěn)定后至少再持續(xù)10 min。保持對(duì)EUT進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)試。

b）試驗(yàn)結(jié)果

1）故障

在測(cè)試破壞極限時(shí)，3臺(tái)設(shè)備的故障現(xiàn)象均為“設(shè)備死機(jī)”。

觀察發(fā)現(xiàn)射頻線纜組件中的線纜僵硬，測(cè)試發(fā)現(xiàn)其電性能異常。認(rèn)為目前裕度值滿足要求，而且線纜組件已無(wú)修理價(jià)值，因此停止TAAF循環(huán)，更換了線纜組件。

2）裕度

工作極限均為85℃，破壞極限依次為130、135、140℃。

2.2.9 快速溫度循環(huán)試驗(yàn)

a）參數(shù)選取

在來(lái)自多件樣品的工作極限實(shí)測(cè)值中，選絕對(duì)值最小者作為工作極限，再取5℃為余量，得到高溫為80℃、低溫為-50℃。溫變速率取60℃/min，高、低溫持續(xù)時(shí)間各35 min，循環(huán)5次后對(duì)EUT進(jìn)行檢測(cè)。

b）試驗(yàn)結(jié)果

3臺(tái)EUT均未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2.10 振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)

a）參數(shù)選取

起始量級(jí)為5 grms，步進(jìn)值為5 grms，持續(xù)時(shí)間為10 min。持續(xù)地進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)試。

b）試驗(yàn)結(jié)果

1）故障

1#設(shè)備在95 grms振動(dòng)應(yīng)力下，出現(xiàn)“下行失鎖”現(xiàn)象，減弱應(yīng)力直至停止振動(dòng)后故障不能消失。檢查發(fā)現(xiàn)某接口單元射頻輸出接口的焊盤(pán)脫落，無(wú)法修復(fù)且無(wú)可用備件，1#設(shè)備退出HALT。

2#設(shè)備在80 grms振動(dòng)應(yīng)力下，出現(xiàn)“不能正常顯示圖像”的現(xiàn)象，應(yīng)力減弱直至停止振動(dòng)后故障不能消失。經(jīng)檢查認(rèn)為是由于EUT與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的互連線纜松動(dòng)所致，全面緊固并復(fù)驗(yàn)。

2）裕度

工作極限依次為75、55、65 grms，破壞極限：1#為95 grms，2#為80 grms，3#＞95 grms（達(dá)到試驗(yàn)箱能力極限時(shí)仍未出現(xiàn)不可恢復(fù)故障）。

2.2.11 快速溫變循環(huán)與振動(dòng)步進(jìn)綜合試驗(yàn)

a）參數(shù)選取

根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的分析，取周期數(shù)=5?？焖贉刈冄h(huán)參數(shù)不變。振動(dòng)應(yīng)力最大值取75 grms，起始量級(jí)取15 grms，計(jì)算得到振動(dòng)應(yīng)力的步進(jìn)值為15 grms，以溫度循環(huán)周期作為振動(dòng)步進(jìn)的持續(xù)時(shí)間，循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行測(cè)試。

b）試驗(yàn)結(jié)果

2#設(shè)備出現(xiàn)“下行失鎖”現(xiàn)象，不能自行恢復(fù)。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，供電單元內(nèi)部的一款電源變換元器件失效且無(wú)現(xiàn)貨，修理周期長(zhǎng)，2#設(shè)備退出HALT。

3#設(shè)備出現(xiàn)與2#相同的故障現(xiàn)象。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有兩種不同的接口單元均出現(xiàn)了晶振模塊（同型號(hào)）從電路板中脫落。根據(jù)以往類似產(chǎn)品的實(shí)際使用質(zhì)量信息，認(rèn)為這屬于非預(yù)期故障模式，修理后進(jìn)行了驗(yàn)證。雖然是非預(yù)期故障，但也引起了設(shè)計(jì)人員的注意，分析發(fā)現(xiàn)與其他元器件相比，該晶振模塊自身的重量較大，而且管腳高，今后將在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中從選型和裝配工藝兩個(gè)方面加以注意。

2.3 討論

通過(guò)案例分析，總結(jié)了以下幾個(gè)注意事項(xiàng)。

a）HALT確實(shí)能夠在短時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)品的潛在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)激發(fā)為可檢測(cè)的故障，能夠獲得產(chǎn)品對(duì)各種應(yīng)力的裕度，對(duì)提高產(chǎn)品的可靠性有實(shí)際作用。

b）整個(gè)HALT的進(jìn)度存在不可控現(xiàn)象，每當(dāng)發(fā)生需要分析的故障時(shí)，都要做到定位準(zhǔn)確、機(jī)理清晰、故障復(fù)現(xiàn)、措施有效和舉一反三，技術(shù)難度大，耗時(shí)長(zhǎng)且不可預(yù)計(jì)。

c）溫度循環(huán)試驗(yàn)對(duì)于3臺(tái)設(shè)備都沒(méi)有激發(fā)出故障，這可能意味著循環(huán)次數(shù)偏少，可以考慮適當(dāng)?shù)卦龃蟆?/p>

d）振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)中出現(xiàn)焊盤(pán)脫落現(xiàn)象，有兩種可能：1）有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或?qū)嶋H加工裝配等可能存在缺陷，導(dǎo)致問(wèn)題發(fā)生，屬于產(chǎn)品設(shè)計(jì)或者加工質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)改進(jìn)產(chǎn)品；2）基本極限估值過(guò)高，導(dǎo)致應(yīng)力超出允許范圍，應(yīng)改進(jìn)試驗(yàn)。由于本案例樣本數(shù)量少，難以進(jìn)一步地定位。

e）綜合試驗(yàn)中出現(xiàn)非預(yù)期故障，分析其原因：1）振動(dòng)量級(jí)的最大值取值為75 grms，對(duì)于2#和3#設(shè)備而言取值偏大，今后考慮從工作極限實(shí)測(cè)值中取最小值；2）綜合試驗(yàn)中，振動(dòng)步進(jìn)的持續(xù)時(shí)間等于一個(gè)溫度循環(huán)周期，包括高、低溫持續(xù)時(shí)間各35 min、升降溫時(shí)間合計(jì)約5 min，總計(jì)約80 min，是常溫下振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間（10 min）的8倍，超長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)對(duì)EUT的作用過(guò)于嚴(yán)酷。

針對(duì)上述問(wèn)題，有以下兩種改進(jìn)方法。

1）改進(jìn)振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間參數(shù)選取方法，由目前獨(dú)立估計(jì)，改為與溫度循環(huán)周期保持一致，為綜合試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

2）將綜合試驗(yàn)看作在溫度循環(huán)應(yīng)力下的振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)。許多產(chǎn)品在溫度變化時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)為這種綜合環(huán)境激勵(lì)確定工作和破壞極限[7]。這雖然與目前HALT標(biāo)準(zhǔn)（如文獻(xiàn)[5]和[10]等）的提法不一致，但值得嘗試。

f）溫度循環(huán)和綜合試驗(yàn)采用的是循環(huán)結(jié)束后對(duì)EUT進(jìn)行檢測(cè)，不利于判定故障的具體發(fā)生時(shí)間或應(yīng)力水平，可以改為持續(xù)檢測(cè)和監(jiān)視。

3 結(jié)束語(yǔ)

HALT屬于“過(guò)試驗(yàn)”而且具有探索性，其結(jié)果具有不確定性，并非按照某種固化的、通用的規(guī)程執(zhí)行即可奏效，必須針對(duì)具體產(chǎn)品進(jìn)行分析，將在實(shí)踐中長(zhǎng)期積累形成的面向特定行業(yè)、產(chǎn)品領(lǐng)域或具體企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)，應(yīng)用于應(yīng)力選擇、試驗(yàn)參數(shù)選取、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)執(zhí)行、故障分析和設(shè)計(jì)改進(jìn)迭代循環(huán)全過(guò)程。