通过高低温试验箱及快温变三综合试验箱等设备完成HALT高加速寿命试验-丹泊仪器技术探讨

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一、概述

HALT(Highly accelerated life test)高加速寿命试验不是Pass/Fail测试。是通过高低温试验箱、快温变试验箱及温湿度振动三综合试验箱来完成各种应力筛选试验。
HALT是一种发现缺陷的方法,它通过设置逐级递增的加严的环境应力,来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱点,而后对暴露的缺陷和故障从设计、工艺和用料等诸方面进行分析和改进,从而达到提升可靠性的目的,最大的特点是设置高于样品设计运行限的环境应力,从而使暴露故障的时间大大短于正常可靠性应力条件下的所需时间。
Gregg K·Hobbs曾设计了一种金属试件,就强化应力对疲劳寿命的影响效果进行了研究,发现当应力增加1倍时,疲劳寿命降低为原来的1/1000.对于有缺陷的产品,缺陷处应力集中系数高达2~3倍,疲劳寿命就相应降低了好几个数量级,这样就有缺陷元器件和无缺陷元器件在相同的强化应力作用下疲劳寿命拉大了档次,使有缺陷元器件迅速暴露同时无缺陷元件损伤甚小.这一试验结果也清楚的说明了HALT试验技术的基本原理.另外,强化应力激发产品缺陷的有效性以及所激发出的缺陷与正常使用环境下导致产品失效的各类缺陷相关性也通过试验和实践得到证实。

二、技术特点和试验目的

1、HALT试验技术特点
1)HALT试验施加的环境应力是以递增的形式变化的,其试验过程是通过施加不断加大的应力来激发不品设计中潜伏的各种缺陷,直到产品的破坏极限;
2)HALT试验是在超出规范极限以外进行,具有很高的试验效率;
3)在HALT过程中出现的失效模式是在远远超过设计规格的环境应力下激发出来的,但这些失效模式都是在实际现场使用中所出现的失效形式,否则HALT试验是无效的。
4)HALT试验的主要目的是查明和排除设计的薄弱环节,评价产品设计可靠性,那么因制造(工艺)缺陷所造成的失效自然不相关的,不是主要试验目的。
2、HALT试验目的
1)通过系统地施加工作应力和逐步增大的环境应力,来激发故障,暴露产品设计中的薄弱环节,为开发人员改进产品设计方案提供依据,以对产品设计缺陷进行及时的修正。
2)提高产品在使用过程中的壮实度,保证产品圆满的无故障的完成任务;
3)估计产品的工作极限和破坏极限,评估产品在实际使用条件下的可靠性,并为HASS的应力类型和应力量级的选择提供依据。

三、HALT试验应力

一)产品的设计余量
HASS应力试验箱
操作极限:指产品某应力水平上失效(样品不工作或者其工作指标超标),但当应力值略有降低或回复初始值时,试样又恢复正常工作.则样品能够恢复正常的最高应力水平值称为操作极限。
破坏极限:在某应力水平上升到某值时,样品失效,即便当应力回落到低于操作极限时,试样仍不能恢复正常工作,这时的应力水平值称为破坏极限。
二)HALT试验应力施加顺序
为了保护HALT试验中所选的试验样本,以保证从这些样本中获得尽可能多的信息,各种应力类型的试验顺序遵守一个这样的原则:先试验破坏性比较弱的应力类型,然后再试验破坏性比较强的应力。我们一般是:
低温-高温-快速热循环-振动-温度与振动综合应力
三)各种应力对产品的影响
1、低温应力对产品的影响
• 低温应力能激发的缺陷类型有元器件参数漂移、环路稳定性、 PCB上板过孔缺陷、冷焊等。
• 使材料硬化及脆化。不同材料的不同膨胀特性而使零件卡死。
2、高温应力对产品的影响
• 高温应力能激发的缺陷类型有粘结不牢、电容泄露、化学腐蚀、器件固定不紧、器件参数漂移、绝缘部分出现裂痕、环路稳定、机械缺陷、氧化缺陷、虚焊、假焊。
• 不同材料的不同膨胀特性而使零件卡死。试件全体或部分改变尺寸。
3、热循环应力对产品的影响
在温度循环过程中,高热应力和热疲劳交互作用在产品上,影响着产品的机械、物理化学和电气性能.在机械方面,由于产品由不同的材料组成,材料膨胀系数的差异产生机械应力,在承受高低温双向变化的热应力时,应力差变化在结合部产生有效作用,使缺陷暴露;在物理化学方面,产品中的橡胶和有机塑料在低温时变硬发脆,高温时软化松驰,超出使用温度范围时,其机械性能和抗减振特性均会发生变化,导致产品失效;在电气性能方面,高温能够导致电路发生温漂,增大电路发热量,加速绝缘体的老化甚至热击穿,影响半导体如三极管的放大倍数和穿透电,从而造成产品失效。
温试循环透发的故障模式主要有以下种:1)参数漂移与电路稳定性;2)电路板开路、短路、分层等缺陷;3)电路板蚀;4)电路板裂纹、表面和过孔缺陷;5)元器件缺陷;6)元器件松动、装配不当或错装;7)结击穿;8)开焊、冷焊、焊料不足或没有等焊接缺陷;9)连线伸张或松脱以及电线掉头、连接不好等;10)接触不良;11)粘结不牢;12)紧固件缺陷;13)脆性断裂;14)电迁移;15)热匹配;16)浪涌电流; 17)密封失效;等等。
4、振动应力对产品的影响
• 振动是直接用外力激起产品的内部的元器件及其结合部的谐振来达到暴露产品潜在缺陷的目的.振动发的失效分为三种:
1)产品性能超差或失效:振动应力作用于产品时,一方面改变了产品中各元器件、部件之间的相对关系,使产品的结合部的相对位置发生变化,导致产品失效;另一方面,振动时产生干扰信号,干扰电流、电压太大影响了电路的工作点或工作状态,使产品性能超差或混乱。
2)产品在振动应力反复作用下,造成产品的部分结构、引线松动或磨损甚至脱落。
3)振动使产品原来具有的微小缺陷和损伤经多次交应力作用使其扩大,造成材料电气、机械性能发生变化或使产品的结构破坏。
• 振动诱发的主要故障模式有:1)电路板开、短路;2)元器件装配不当或松脱;3)相邻元器件短路;4)元器件管脚或导线断裂或有缺陷;5)IC插座缺陷;6)虚焊、开焊、冷焊、焊料不足或没有等焊接缺陷;7)粘接不牢;8)边线松脱或连接不好;9)硬件松脱;10)紧固件或护垫松动;11)机械缺陷;12)包装缺陷;13)外来物;等等。
5、电压拉偏对产品的影响
电压的高低循环可以诱发那些对电压变化比较敏感的部件的故障.一般情况下,这种应力影响电子产品中的稳压器件.对于非调整性器件,在电压高低循环过程中,高压有利于暴露二极管、晶体管的缺陷,低压有利于暴露继电器以及其他开关和电路的故障.电压拉偏诱发的主要故障模式有:1)间歇失效;2)冷却回火;3)半导体性能减弱;4)电路误动作;5)电气短路;等等。

四、HALT试验项目示例

1、低温步进应力试验
起始0℃,步长-10℃,温变率40℃~60/min,温度稳定后每个台阶保持10分钟后进行5次上下电。
三综合试验箱1
2、高温步进应力试验
起始50℃,步长10℃,温变率40~60℃/min,温度稳定后每个台阶保持10分钟后进行5次上下电。如果被测样品具有OTP功能,应监控 OTP点的温度,试验过程中找到每个样品的OTP起作用时的温度,然后去掉OTP功能继续测试。
三综合试验箱2
3、快速热循环试验
80%温度操作限,循环5次,温度变化率40~60℃/min。温度稳定后每个台阶保持5分钟再1次上下电。同时进行输入电压裕量测试。
三综合试验箱3
4、振动步进应力试验
25℃,起始5Grms,步长5Grms。每个台阶保持10分钟后5次上下电。振动频率带宽在10Hz – 5KHz。
三综合试验箱4
5、综合应力试验
80%操作限温度,50%操作限,振动循环5次,温度变化率40℃/min。温度稳定后每个台阶保持10分钟后5次上下电。最后一个周期振动减少为5Grms。同时进行输出电压测试。
三综合试验箱5
6、工作应力测试(包含开/关机,电压位偏,频率拉偏)
• 开关机施加时机:一般在主要器件温度基本稳定时.
• 电压拉偏:
• 频率拉偏:
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2018年12月18日 09:40
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