深圳勤達進出口有限公司HALT/HASS技術

HALT/HASS

技術培訓教材

Copyright:2009企業所關心的問題產品質量?如何縮短新產品的研發周期、降低研發成本？如何縮短新產品的上市時間?如何降低產品的返修率，減少售后服務成本?有什么好的方法及工具來解決以上所碰到的問題?影響質量的因素28%40%18%6%4%4%溫度振動濕度沙塵鹽堿其他各種應力類型的失效比率產品故障的2個機會設計時期故障缺陷;欠缺設計邊界HALT定位設計邊界生產的過程過程的變異,

包括您的上游供應商的生產過程HASS定位過程變異處理產品故障的ROI解決方案高加速壽命實驗HALT(HighlyAcceleratedLifeTest)

於設計期間暴露故障,

用於延伸操作極限的機會加速上市時間減少保修的要求高加速應力篩選HASS(HighlyAcceleratedStressScreen)

暴露於生產期間造成的故障保證供應鏈的可靠性加速應力測試=Qualmark開發的技術什么是HALT？

HALT是一種采用步進方式施加應力的工序，在產品設計階段可以完成。HALT是一種快速暴露產品設計缺陷的方法。不是一種合格/不合格的測試，鑒別低品質的元器件，執行根本故障分析和改正措施。HALT不是一種合格/不合格的測試。HALT是由一系列的試驗組成的。HALT有多種運行方式。

利用HALT，可以擴大產品的操作極限和破壞極限。HALT(HighlyAcceleratedLifeTest)定義HALT–高加速壽命測試(HighlyAcceleratedLifeTest)HASS–高加速應力篩選(HighlyAcceleratedStressScreen)OperatingLimit–操作極限測件失效點,環境應力消失后,即可恢復功能。DestructLimit–破壞極限測件失效點,環境應力消失后,還是無法恢復功能。基礎技術限制(FundamentalLimitofTechnology)元件階段：基礎技術限制為元件本身的操作與破壞極限。系統階段：達到基礎技術限制時,不管是在溫度或是振動的環境應力中,都無法找出缺陷的元件,待測系統無法繼續正常的工作。HALT核心－不斷施加應力及循環直至產品失效HALT目的

快速發現產品的裕度快速找出產品的失效模式和產品的薄弱環節

評估和改善產品的設計

提高產品的操作極限和破壞極限歷史應力以及其目標

應力目標時間表老化去除初步的失效因素加速化學反應1960’s-1985溫度循環加速化學反應 去除初步的失效因素剃除一些壽命失效

1980’s壽命應力成熟產品上市，加速產品耐用性1979-90’sHALT加速產品耐用性、成熟產品上市、加快產品上市、更低維修費用、提供HASS1980’s-90’sHASS監控制程1980’s-90’sHASA監控制程、成本效益、耕地維修成本1990審計BenefitsofHALTHistogram 操作極限越高則產品對生產工藝的離散性的要求就越低。-60-50-40-30-20-100102030405060708090100110120130OLLDLUDLTempC設計樣機1樣機2批量生產HALTVibrationHistogramO.L.D.L.2520151050設計樣機1樣機2批量生產3035404550你知道產品的設計余量(Margin)嗎?

Stress低操作限高操作限高破壞限低破壞限產品規格你知道產品的設計余量(Margin)嗎?StressMarginOperatingDestructMarginMarginOperatingDestructMargin低破壞限低操作限高操作限高破壞限產品規格HALT試驗是否可能預測產品的MTBF？—不可以。我們沒法知道加速因子，試驗時間又很短等…但是該試驗旨在提高MTBF值。為什么要把產品放在一種在使用中不可能遇到的應力條件下進行試驗？—HALT試驗為的是發現將來使用中會出現的失效故障。—通過提升產品的操作極限從而提高產品的可靠性。HALT試驗中的兩個最常見的問題HALT/HASS系統HALT/HASS-振動系統ZXY傳統的電磁式振動臺（ED）決定可用的樣品數

建議3-6個完整的備份組件

決定附加應力開關機測試輸入電壓變化測試負載變化測試頻率變化測試

HALT試驗的準備工作

HALT試驗的準備工作

確定合適的熱電偶放置點和電壓監測點制作一副適合被試產品的試驗夾具。將被試產品分解成子部件進行試驗。

決定HALT測試時,所要執行的功能測試.監測的參數

測試方法及相關的儀器

建立測試計劃

低溫測試（ColdTest）高溫試驗（HotTest）溫度沖擊（ThermalShock）振動（Vibration）溫度和振動的組合（Combinedtemperatureandvibration）

HALT中要進行的試驗項目

HALT試驗中溫度的應力步長

低溫應力步長10℃/步高溫應力步長10℃/步

增加電源開關、電壓拉偏等手段，以發現更多的失效，電壓拉偏的試驗要超出技術指標以暴露設計問題。HALT

TemperatureStepStressesFigure1Thermalstepstresstestaccompaniedbyproductpowercycling.低溫應力：+20oC開始,10oC為步長.持續到發現操作極限與破壞極限.

施加產品指定應力

功能測試與量測

(如果電路中有溫度保護裝置,先確認其操作正常,然后直至使其失效,找出產品真正的操作與破壞極限.)

低溫應力低溫應力故障模式：需執行故障排除。

元器件故障,原因不明。

電路設計因素。2個樣品之間有非常大的極限差異,原因不明。

元器件不良。

高溫應力高溫應力：+30oC開始,10oC為步長,持續到發現操作極限與破壞極限.施加產品指定應力

功能測試與量測

(如果電路中有溫度保護裝置,先確認其操作正常,然后直至使其失效,找出產品真正的操作與破壞極限.)

oC高溫應力故障模式：需執行故障排除。

元器件故障,原因不明。

電路設計因素。機殼變形。

元器件不良。

HALT熱沖擊試驗

HALT熱沖擊試驗實例：五個熱沖擊循環，溫度變化速率50℃/min（或更大）注重產品的澎脹系數試驗HALT

SampleThermalShockProfileFigure2

ThermalShockTestOperatinglimits+85and-45快速溫變溫度變化盡可能以箱子所能達到的最大溫變率執行.

以溫度階應力所達到的操作界限減少5°C為溫度變化的上下限.

一般執行5個周期施加產品指定應力

功能測試與量測

oC快速溫變應力故障模式：需執行故障排除。

元器件故障,原因不明。

間歇性零件。零件龜裂。

連接器脫離電路板

。

電子元器件的潛在故障一般在20Hz~3KHz的振動頻率范圍內即可暴露。潛在故障是指產品中的缺陷，目前存在但不會馬上顯現出來。如：虛焊點HALT振動試驗

HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)HALT試驗中振動步長的選取

通常振動能量從5gRMS開始，步長為2~5gRMS的增量來增加。

振動時間最少10分鐘，可根據診斷測試所需的時間而延長。

一旦一個診斷測試完成，振動測試就可以進入下一步。HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)Figure3

VibrationStepStressTest.振動應力故障模式：斷腳。

需故障排除。

固定螺絲松脫。插座影響。

接頭松脫。

零件脫落(未焊接)。偏差因素。電路卡松脫。零件短路。零件龜裂。螺絲折斷。RTV不正確

振動應力故障模式（續）：電位計轉動。

某應力點時,塑料龜裂。

接腳松脫。插座交互影響。

間歇性零件。

零件失效。接頭磨損。接頭發生間歇接觸。接頭與電路板連接處斷裂。斷線。HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)HALT的溫度振動綜合應力試驗以50C/min的變化速率（或更大）執行溫度循環。振動應力步長重復5個循環，以操作極限的20%為增量來增加。駐留時間15分鐘。HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)Figure4

CombinedThermalShockandVibration StepStressTest.溫度振動綜合測試復合環境應力故障模式：需故障排除。

斷腳。

零件脫落(未焊接)。零件失效,原因不明。

零件龜裂。

零件短路。焊接材質龜裂。焊接線脫離。電路設計因素。插座影響。當HALT試驗達到“基本的技術極限”時試驗停止。多個失效在短期內連續出現，而解決這些問題需要通過更改設計時，我們說已經達到材料或技術的最大值。系統中/被試產品上的薄弱部件（如硬盤）。HALT的限制

HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)許多公司的產品在－40℃~＋90℃的范圍內不會出現問題。如果在此溫度范圍內出現失效，一般認為是必須要解決；當溫度超過90℃時，某些產品的結構或產品中的塑料件開始可能出現永久性的變形。

低溫調試技術

處理因低溫而引起的失效：用一臺DC電源連接到一個電阻器兩端，再將此電阻器放置到可疑的部件上。提高流過電阻的電流給元件加熱，以提高可疑部件的溫度。可以對多個部件進行試驗，直到失效故障消失。ResistortoIsolateComponentFailure高溫調試技術

處理因高溫而引起的失效：通過塑料管給高溫器件加冷氣。增加冷氣來冷卻可疑部件，可以對多個部件進行試驗直到失效故障消失。

ColdSpraytoIsolateComponentFailureHALT中為什么要做熱沖擊?快速熱循環可以引起：產品中使用的各種材料會以不同的比率膨脹或收縮產生應力設計中的薄弱點被暴露出來每一步的駐留時間取決于其時間足以完成產品的全部診斷測試其時間足以使產品達到設置的溫度值振動傳遞性

從臺面到夾具再到產品上的能量傳遞是否合適？

在產品上放置加速度表測量加速度可以驗證你的夾具是否合適， —如果振動能量傳遞效率低于50%則說明夾具不合適。

一副好的夾具需要通過多次試驗才能確保傳遞效率。

VibrationFixtureonChassisAluminumU-ChannelwiththreadedrodAccelerometerMeasurementsPoorFixtureforRadioGoodFixtureforRadioCustomFixtureforPoleMountedRadioPoorFixtureforP.C.B.’sGoodFixtureforP.C.B.’sHALTFixtureforCellPhoneVibrationTransmissibilityinLargerProducts振動調試技術

振動—環氧樹酯，粘合劑等。

—扎線帶

對子部件進行試驗

對完整的產品進行試驗

—當你將整機拆成子部件時，產品的共振點將改變。

—公差問題。—評估連接器及連線的質量。對子部件進行試驗

—硬盤驅動器可以取出或放在試驗箱外用電纜連接。

HardDriveRemovedfromTest當一種失效出現時：確定是失效

使問題點顯現

從根本上找到失效的原因

繼續更高強度的應力試驗

HALT試驗后要進行的項目

停止測試&記錄故障模式&應力強度。使用隔離技術,找出故障位置。記錄故障位置。故障源分析。可能需要深入分析。可能需要F/A實驗室。執行暫時修復。繼續測試，嘗試找出其它潛在故障。HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)如何做好HALT試驗及步驟？

首先，必須組成一個HALT團隊，人員由下列部門抽取：

研發工程部

生產部

測試工程部

失效分析部

質量控制部器件工程師材料實驗室HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)步驟1：根據產品的設計情況和時間安排來確定HALT試驗的時間。步驟2：確定在HALT試驗時，產品可完成哪些功能。步驟3：準備一份正式的HALT計劃。

步驟4：確定試驗中所需的測試裝置、數據記錄和測試設備。

步驟5：在試驗開始之前，做一個全面的外觀檢查。HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)步驟6：6a)評估每一個出現的失效。 6b)修復這些失效，將問題固定，然后加大應力。步驟7：對HALT試驗中出現的所有問題，找出根源。步驟8：編寫一份正式的報告。步驟9：總結試驗過程中的經驗和教訓。HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)當產品出現失效時，我們將得到什么結論？將HALT試驗中的全部失效問題從根本上找到失效原因。由管理部門和HALT團隊最終裁定HALT其間發現的失效故障是否值得去解決。HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)HALT試驗有標準供參考嗎？沒有象其它可靠性試驗那樣有許多標準（如美軍標）可循。HALT試驗程序完全隨被試產品不同而不同。電源產品的HALT試驗

利用HALT試驗可以很容易發現電源的失效。測試裝置非常簡單

—電源輸入和電源輸出。電壓和頻率拉偏是發現更多失效的有效方法。

—±10%幅度拉偏和47Hz~63Hz的頻偏。—PCB的DC電壓偏差。

解決問題、失效分析和修復工作易于完成。比較不同供應商的產品質量的最佳方法。

HALTTestingonPowerSupplyACPowerAdapterHALTFixtureandComparison完整的HALT所需的步驟完整的HALT所需的步驟完整的HALT所需的步驟完整的HALT所需的步驟完整的HALT所需的步驟完整的HALT所需的步驟做HALT帶來的好處以最快的速度和最低的成本將設計問題和元器件問題在樣機階段充分暴露并得以糾正。改善產品的操作極限、破壞極限和提高產品的可靠性。縮短產品研發的周期，降低研發成本。縮短產品上市的時間。利用HALT，制造商可以在最短的時間內以最低的成本生產出“國際質量水準”的產品。可以降低企業的售后服務成本。提高品牌知名度。

CiscoHALT極限

vs返修率(RMArate)2002年發行

完整HALT&HASS

程序

Delphi,Siemens,Continental,ARTCLABtimeand/orOVSequipment.HALT

(HighlyAcceleratedLifeTest)完成HALT試驗后，下一步做什么？編寫正式的報告。使用HALT數據來確定HASS程序。HASS

(HighlyAcceleratedStressScreening)什么是HASS？HASS是一種加速生產測試，可以100%的產品測試或一定數量產品的抽樣測試。顯現那些因工藝不良而引入的潛在的或隱藏的缺陷。防止有缺陷的產品流入市場。從HALT到HASS

在美國硅谷，大多數公司在新設計產品中使用HALT已經超過5年。HALT和HASS是前后兩個試驗。—HALT用來改善產品的質量，而HASS則用來保證將出廠的產品的質量。

HASS篩選應力的選取。

—HASS振動應力強度一般取決于HALT強度的一半。—HASS溫度應力強度通常大于HALT強度的一半，典型的數值是80%。—HASS試驗中使用的振動、溫度應力強度總是比預計的產品實際使用中的強度要大。HASS

(HighlyAcceleratedStressScreening)HASS暴露生產工藝過程中引入的問題

—暴露元器件供應商的質量問題和批次性質量問題。暴露因軟件或固化軟件的更換而引起的問題。—HASS的目的是通過對產品施加足夠的應力以發現產品的故障，但是不會影響產品的使用壽命。HASS

(HighlyAcceleratedStressScreening)下列情況下應該做HASS

HALT結果表明產品的操作極限與破壞極限余量很小。HALT試驗中發現較多的工藝缺陷。為了滿足可靠性的要求，復雜單元需要篩選。為了獲得（掌握）產品裕度的統計信息。為了跟蹤產品的質量和可靠性，常常采用驗證篩選方法。當更換元器件或零部件的供應商時，為了確認試驗的一致性。一種全新的產品。低可靠度的現有的生產產品。HASS

(HighlyAcceleratedStressScreening)HASS的益處：去除了以后以為尋找產品失效而引入的額外費用。去除了耗費時間很長的“老化試驗”。降低了現場費用：—減少了售后服務費用—減少了維修費用加快了生產性問題或設計性問題的解決速度。如何完成HASS試驗

試驗步驟：在執行HASS之前，首先要做POS（Proofofscreen）注：通常將已定的HASS程序重復運行15到20次，以確保此程序的執行不會過多地消耗產品的實際壽命。選擇多少產品做HASS？

最好是對生產的全部產品做HASS。HASS

(HighlyAcceleratedStressScreening)當HASS試驗中發現失效時，我們希望得到什么結論呢？對于在HASS中出現的所有失效，都要進行失效分析，并從根本上尋找原因。生產工藝需要改進嗎？供應商提供的元器件或零部件有質量問題嗎？故障是單次顯現還是重復出現？

從HASS的結果中得出的結論會影響：元器件供應商制造方法HASS篩選本身

HASS

(HighlyAcceleratedStressScreening)HASS使用什么標準呢？和HALT一樣，HASS同樣沒有標準可循。HASS試驗程序完全隨被試產品的不同而不同HASS

(HighlyAcceleratedStressScreening)HASS試驗在電源產品中的應用。HASS篩選程序的開發在驗證HASS程序時，所加的樣品數一定要與HASS篩選時的樣品數量一致。（振動能量改變、發熱與散熱情況不同）振動量級與夾具有著緊密的關系。失效分析

HASS篩選程序的開發在驗證HASS程序時，所加的樣品數一定要與HASS篩選時的樣品數量一致。（振動能量改變、發熱與散熱情況不同）振動量級與夾具有著緊密的關系。失效分析在POS后，如果產品的功能正常，這就說明該HASS試驗程序不會影響產品的使用壽命。POS方法方框圖

初始試驗程序試驗準備“播種”缺陷篩選驗證3個樣品發現“缺陷”了嗎？試驗準備修改試驗程序完成POS過應力嗎？報告最終試驗程序進入HASS可靠性數據NYYNHASS流程方框圖

連續分析試驗數據定期報告HASS最終試驗程序準備可靠性數據修改試驗程序分析現場數據修改試驗程序定期報告產品的可靠性要求滿足要求嗎？重新做HALT/POS產品的可靠性要求可靠性數據滿足要求嗎？需要更改設計/工藝/試驗程序YYNNVibrationLevelandFixtureisCriticalZXY溫度步進應力試驗（ThermalstepstressTest）溫度沖擊（ThermalShock）振動（Vibration）溫度和振動的組合（Combinedtemperatureandvibration）HASS中要進行的試驗項目

=HALTTestLevels =HASSTest

Levels溫度步進應力試驗曲線1) Hotstepstressesfromin2

or5

Csteps(stopat?ofdestructlimit).a)

Powercyclingperformedat?ofminimumoperatingtemperature+5

C.Coldstepstressesfromin2

or5

Csteps(stopat?ofdestructlimit).Powercyclingperformedat?ofmaximumoperatingtemperature-5

C

溫度沖擊試驗曲線1) 10-15thermalcycleswiththermalchangeratesof15

Cperminute(orgreater).a)

Soaktimedeterminedbyproductresponse.

=HALTTestLevels=HASSTestLevels振動試驗曲線1) Stepstressvibrationfrom2gRMSto20gRMS(stopat?ofdestructlimit),in2gRMSsteps.Dwelltimesof5-10minutes.

=HALTVibeTestLevels =HASSVibeTestLevels

=HALTTempTestLevels =HASSTempTestLevels

溫度振動試驗曲線1) Performthermalcycleswiththermalchangeratesof15

Cperminute(orgreater).a)

Soaktimedeterminedbyproductresponse.2) Stepstressvibrationfrom2gRMSto20gRMS(stopat?ofdestructlimit),in2gRMSsteps.Dwelltimesof5-10minutes.

DevelopingaHASSScreenUpperOperatingLimitVibrationOperatingLimitLowerOperatingLi