高加速寿命测试

高加速寿命测试(highly accelerated life test)简称HALT,是一种应力测试英语stress testing的测试方法,为了强化产品的可靠度,让样品在预期使用的条件(如温度变化、振动等)要严苛许多的条件下测试,以确认产品设计或是制造上弱点的测试方式[1]。电子、电脑、医疗、军事产品的制造及研发部门都可以用HALT来提升产品的可靠度。

在产品的开发生命周期中,可以有效的多次使用HALT。在产品开发时,可以用HALT在产品生命周期初期就找到设计的弱点,此时进行修改的成本也比较低,因此提早找到产品弱点,及早变更,也可以节省开发成本,提早上市时机英语time to market。产品要导入市场销售时,也可以用HALT来发现新制造流程产生的问题。若产品已经上市,则可以用HALT来确认零件、制造制程、供应商的变化,是否有影响产品的可靠度。

简介

高加速寿命测试(HALT)是新产品要找出弱点时的重要工具。透过加严的应力条件,这类探索性的测试可以快速的找到产品的弱点。HALT的目的是主动的找到产品弱点并且进行修正,以提升产品的可靠度。高加速寿命测试本身有加速的特性,一般来说会比传统的测试方式要快,也比较节省成本。

HALT属于test-to-fail的测试,测试产品直到其失效为止。HALT不会确定产品的可靠度数值,或是实际使用时的失效机率。许多的加速测试是test-to-pass的测试,用来确认产品的寿命以及可靠度。

强烈建议在产品开发的初期就进行HALT测试,来找到产品的弱点,此时是比较适合修改产品、提升品质的时机,也比较有时间进行修改。

HALT会使用许多的应力因子(由可靠度工程师提供),也可能将不同的因子组合进行测试。电子及机械产品常见的应力因子包括有温度及振动。其他的因子有电压、电流、开关机循环等。

标准的HALT流程

在HALT流程中会对产品施加环境应力[2],其程度会比正常使用的条件要大很多。HALT用的应力常常是高低温、温度循环、随机振动、功率裕度,以及断送电。在HALT进行时,会让被测器件正常运作,并且持续监控其失效。当应力引发失效时,应该要确认其失效的原因,若可能的话,需修正此问题,让测试可以继续进行,找到其他的弱点。

透过HALT可以得到:

  1. 产品的多重失效模式,包括其失效的元件,以及失效的原因,可以和预期的结果相比对。
  2. 产品的操作限度(上限及下限)。这可以和设计裕度以及供应商的规格相比对。
  3. 产品的破坏性限度,是指产品功能失效,且无法修复的运作条件。

测试柜

HALT需要可设定特殊温湿度条件的测试柜(test chamber),也要可以用给定的不同频率提供伪随机的振动。HALT测试柜要可以在六个自由度以2至10,000Hz的频率振动,温度从-100度到+200度[3]。有时也会将HALT测试柜称为repetitive shock chamber,因为其中会有气动的气锤来产生振动。测试柜也要可以快速的变化温度,温度变化率至少要到每分钟50度。一般会用高功率的电阻电热装置来加热,用液氮来冷却。

治具

测试治具英语Test fixture要可以将振动传递给被测器件,治具本身的设计会是开放式的,或是用空气对流来为内部温度快速变化的元件散热。测试治具的设计可以简单,固定被测器件即可,也有些会设计更复杂的治具。

监控和失效分析

HALT过程中,需要对被测器件监控,若测试过程出现失效,可以及时侦测。监控用的设备一般会有热电偶感测器、振动加速规多用电表数据记录器。失效一般会依元件(例如电阻器电容器二极体印刷电路板等)而有不同的原因。HALT找到的失效类型是在浴缸曲线中的“早期失效”[1]

军事应用

若在军事相关的应用,HALT会在合格测试(qualification testing)之前进行。这样可以提早找到失效,在允收流程的初期就找到问题,避免后面多次的审核。

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参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 Fundamentals of HALT/HASS Testing (PDF). Keithley Instruments, Inc. (Cleveland, Ohio). 2000. 
  2. ^ Staff. What is HALT HASS » Performing HALT. Qualmark. Qualmark Corporation. 1998–2012 [10 June 2012]. (原始内容存档于March 1, 2012). 
  3. ^ Doertenbach, Neill. The Application of Accelerated Testing Methods and Theory (HALT and HASS). QualMark Corporation. (原始内容存档于2012-03-01). 

延伸阅读