如何规划和实施高加速寿命试验

评估电子产品的稳健性是成功设计和性能的组成部分。高加速寿命测试(HALT)是实现这一目标的重要测试工具，通过在安装前的仔细规划和详细执行，可以最大限度地提高其有效性。

什么是HALT?

HALT是对电子设备施加更大的压力，迫使其发生故障，并发现设计和施工缺陷的过程。应用的压力源通常远远超出预期的现场环境，以快速发现故障。这使工程师能够优化设计，维修或更换故障组件，并降低产品开发成本。

制定HALT计划

为实施HALT设定明确的期望和指令是一个多步骤的过程，从将设计工程师聚集在一起开始:

• 根据可靠性物理原理制定测试计划，包括了解潜在的失效模式和机制，并明确定义目标。
• 确定预期的环境，包括适用的应力，如温度、振动和冲击。
• 决定有多少待测设备(dut)可用于测试。一般使用一到五个样本。
• 选择要在测试期间运行的功能测试，例如设备应该做什么，哪些电路应该是活动的，哪些代码和传感器应该收集数据。
• 根据所需的功能测试和应用程序确定需要监视哪些参数。
• 定义什么是失败。这可能包括功能测试失败(在测试期间连续或定期监控)，观察到物理损坏，无法保持操作，等等。
• 考虑使用可靠性仿真软件来模拟振动和热负荷，这样就可以创建一个可能达到HALT极限的模型。

在制定基本纲要的同时，必须解决两个关键领域。

1.适用于压力

为测试选择适当的应力和应力水平:

• 振动
• 高温
• 低的温度
• 电压/频率加旁注
• 功率自行车
• 组合应力(即温度和振动)

选择适当的应力取决于应用和设备运行的环境。设备内的可疑部件或关注区域也可以帮助驱动在测试中应用的压力水平。

2.阶梯应力法

对于每个预期的重音，清楚地描述:

• 起始应力点。
• 在每一步中增加预期应力的量。
• 每个步骤的持续时间。
• 承受这种压力的装置或设备的极限。

通常，在测试之前不知道设备的操作和破坏极限。HALT测试可以通过步进应力法来确定这一点。如果在监控或功能测试期间发生故障，则随后减少压力，直到被测设备从故障中恢复。这种故障被称为操作极限。当应力增加到工作极限以上，且被测装置不进行修复就无法恢复时，即达到破坏极限。

设置暂停

为了获得准确的结果，必须特别注意HALT的配置:

• 设计振动夹具，确保振动能量被传递到产品中。
• 设计风道，确保热能被传递到产品中。这可以包括修改DUT，使设备内的气流畅通无阻。
• 调整被测样品的腔室。
• 确定热电偶和加速度计的位置，分别监测温度和加速度。
• 设置所有功能测试设备和电缆。

进行暂停

HALT是全面的，包括几个测试阶段，每个阶段都有特定的参数。

热阶跃应力

热阶应力测试在整个产品生命周期中应用增量温度应力水平，以确定产品失效模式。

• 将电源和功能测试设备连接到dut上。附加的产品特定压力可能会或可能不会根据应用而施加。
• 从冷步应力开始，然后是热步应力。
• 最初使用10°C增量，当接近极限时减少到5°C增量。
• 将最小停留时间设置为10分钟加上运行功能测试所需的时间。一旦DUT上被监测的温度达到设定值，就应该开始计时。
• 继续试验，直到确定了工作和破坏极限，或试验计划规定的最大应力为止。

热冲击循环

热冲击循环在上述DUT的工作限制范围内进行。这使被测件面临快速的热转变，有时达到每分钟60˚C，或达到测试设备/室允许的最快速度。

• 将电源和功能测试设备连接到dut上。附加的产品特定压力可能会或可能不会根据应用而施加。
• 保持温度范围在台阶应力测试确定的工作上限以下10℃和工作下限以上10℃之间。
• 如果样品不能承受最大的热转变，将转变速率每分钟降低10°C，直到找到允许的速率。
• 继续进行冷热转换，每个极端停留10分钟，共5个循环。

振动阶跃应力

振动阶跃应力测试采用增量振动应力水平，以确定产品的失效模式。

• 将电源和功能测试设备连接到dut上。额外的产品特定应力可能会或可能不会施加(功率循环，线路电压/频率余量等)，这取决于应用。
• 确定g水平的均方根(Grms)增量，通常在产品的3-5 Grms之间。
• 将最小停留时间设置为10分钟加上运行功能测试所需的时间。
• 在30克及以上时，在设定值振动之间进行“挠痒”振动。在进行功能检查时，在5克时进行挠性振动。
• 继续试验，直到确定了工作和破坏极限，或试验计划规定的最大应力为止。

结合振动和热冲击测试

合并测试结果和方法以进一步测试产品。

• 将电源和功能测试设备连接到dut上。额外的产品特定应力可能会或可能不会施加(功率循环，线路电压/频率余量等)，这取决于应用。
• 使用振动破坏极限并除以5来确定在此测试的五个热循环中的每一个的阶跃增加。
• 对五个热循环使用热冲击循环极限和斜坡率。
• 在30克及以上时，在设定值振动之间进行“挠”振动(以显示在高振动幅值或静态条件下不明显的故障模式)。在进行功能检查时，在5克时进行挠性振动。

Post-HALT过程

一旦HALT完成，设计工程师的重点就变成了确定所有故障的根本原因和纠正措施。这可以包括确定每种失效模式的失效地点和失效机制。之后，需要执行验证HALT来评估测试调整是否解决了问题。

Ansys夏洛克可以通过在任何物理样品修改或验证HALT发生之前创建基于测试模型的模拟来缩短此过程，从而节省时间和金钱。此外，我们的可靠性工程服务团队可以执行加速寿命试验一旦解决了设计中的弱点，需要进行最终测试。

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