电子产品的高加速寿命试验

石庆国，翁 榕，范秋涛

（中国电子科技集团公司第49 研究所，哈尔滨 150001）

引言

进入二十一世纪以来，科学技术取得了非常大的发展，在这样的大背景下，如何提高科技产品的市场占有率，是众多科技企业所关注的问题。实际上，要想提高科技展品的市场占有率，不仅需要生产符合市场需要的科技产品，而且还要提高科技产品自身的质量，离开了产品的质量，想要占有市场就只能是一句空话。国内科技产品厂商无论是在资金水平上还是在设计单位方面都还赶不上欧美发达国家大型企业的水平，生产的产品质量也远不及发达国家的科技企业。上个世纪五十年代，在检验产品可靠性方面，通常采用的是传统的可靠性试验方法，该方法曾一度产生了非常积极的效果。但是随着科技的不断发展，科技产品的生产和更新速度越来越快，传统检验技术的试验周期长，效率不高的缺点被暴露出来，在这样的情况下，迫切需要找到一种试验周期短、花费小、效率高的检验方法，正因为如此，高加速寿命试验得到了广泛的重视。到了上个世纪九十年代，美国大型的飞机生产企业波音公司首先推出了可靠性强化试验，该试验包括两个阶段，第一阶段是HALT；第二阶段是HASS，前者主要是对产品设计阶段进行检验，后者则是对产品生产阶段进行检验。

1 高加速寿命试验(HALT)概述

高加速寿命试验(HALT)是一种全新的可靠性试验技术，该技术是对传统可靠性检验技术的突破，采用该技术，试验周期能够得到很大的缩短，试验的效率得到了很大的提高，耗费的成本也得到了降低。高加速寿命试验的核心主要是对产品施加超过规范应力的外力，并且逐步增加应力，从而排除故障。HALT的目的主要是快速激发产品故障，尽可能快地找到产品的问题，从而采取措施予以纠正，从而最大程度上提高产品的可靠性。

通过查阅大量的文献资料，可总结HALT试验的主要意义如下：第一，提高设计可靠性，延长产品早夭期。HALT试验主要是通过施加外部压力，从而尽早将产品缺陷激发出来，进而采取有效过失对产品缺陷进行修补，从而提高产品的可靠性；第二，缩短产品设计周期。通过HALT试验可以及时发现产品设计阶段存在的问题，避免设计阶段时间过长，从而缩短设计周期；第三，降低生产费用。采用HALT试验的费用比传统检验方法少，且能够提高检验的效率，有利于节约费用；第四，能为制定HASS方案、确定HASS的应力量级提供依据；第五，有利于设计者和生产者及时掌握产品的设计能力和失效模式；第六，降低企业的维修费用，采用HALT试验进行检验后，产品有问题之处能够尽快发现并进行修改，从而提高了交付给客户产品的质量，避免产品出现问题需要花费大量的维修费用；第七，有利于减少鉴定实验时的故障。

2 浴盆曲线

浴盆曲线图（如图1）就是设备故障率曲线，因设备构成是多系统或多部件的，如果局部发生故障将导致整个系统不能运作，由其故障发生情况所绘制的曲线，因形似浴盆，故称为浴盆曲线。产品筛选（HASS）可以消除由于生产的产品本身缺陷所造成早期失效来降低曲线的第一部分的早期故障期。可靠性好的产品（HALT）可以降低曲线第二部分由外来负载造成的故障率。HALT将使磨损段远远地向右延伸。

3 应用案例

某航空机载电子产品HALT和HASS试验采用空军装备环境与可靠性试验中心的GALAXY28-X型HALT和HASS试验系统，该试验系统主要技术指标为有效容积1.4m3，频率范围2Hz～10000Hz，最大加速度60g，加速度稳定度±1g，温度范围为-100℃～200℃，最大温变率±70℃/min（液氮制冷）。

产品HALT&HASS试验过程如图2所示。

整个实验过程分为实验前和实验中两个阶段：在实验前，先要对各个单板进行预测试，从而确保实验进行过程中单板的质量合格；在对单板进行与测试之后，对单板进行具体的编号，确保每一块单板都有其对应的槽位。经过预实验后，有利于确保实验的正常进行，有利于实验结果的记录和故障定位。在实验进行中，对产品进行通电，使产品正常工作，并且向产品输入广电信号，采用数据采集与处理系统来查看系统误码等性能。在整个实验的过程中，必须要加强监测，一旦出现问题要及时记录，并采取有效的处理措施。

图1 浴盆曲线

图2 产品HALT&HASS 试验过程

针对产品采用了以下HALT、HASS试验：1）高低温极限试验。该实验主要是通过提高或者降低产品所处环境的温度来测试产品在不同温度下的工作情况，从而确定产品在不同温度下的工作极限，及时发现产品的缺陷；2）大温变率温循试验。该试验的目的也就是及时发现产品存在的缺陷；3）全轴随机振动试验。该实验的主要目的是查看产品的抗震能力，看在剧烈震动下产品存在何种缺陷；4）全轴随机振动大温变率综合应力试验，该实验的主要目的也是为了发现产品的潜在缺陷。

针对该产品采用步进应力试验方法开展了以下典型HALT和HASS试验，剖面如图3所示。

从图中可以看出，必须要先确定试验对象的材料最高和最低温度，并且确保温度台阶上保持一定的时间，确保关键器件的温度能够达到预定的值，从而发掘产品的温度和震动极限。

通过HALT试验发现产品存在结构设计方面的缺陷以及焊接方面的缺陷。针对这些缺陷，本文推出了以下几个措施来进行修正：第一，改进结构设计，对之前的接地方式进行彻底的修改，并且要对电路板作进一步的加固处理；第二，导线的连接受限要采用线接方式，然后再采用焊接，从而确保线路的可靠性。对改正后的产品再次进行HALT试验，发现产品的质量得到了有效改善。

通过上述实验发现，在激发产品潜在缺陷方面，振动步进与快速温变最容易激发产品的缺陷，快速温变的激发效果稍差一些；最差的是温度步进应力实验。

4 结论

图3 典型HALT 和HASS 试验剖面图

通过本文的研究发现，采用HALT试验能够有效发现硬件本身的故障问题，该实验方式比传统的试验方式要更为高效，更为直接，试验的周期也更短，对于企业来说是非常可取的。随着科学技术的不断进步以及电子科技产品的不断丰富，HALT试验技术将得到更广泛的应用，并且该技术也会随着应用的增加而不断得到改进，HALT试验最终将极大地提高电子产品整体的可靠性水平。

[1]Charles Felkins. HALT-HASS Tutorial[C]. The 43rd AnnualTechnical Meeting, 2008, 02.

[2]祝耀昌,土欣,郝文涛.环境适应性设计与高加速寿命试验 [J].航空标准化与质量, 2002, (1).