Halt Test_高加速寿命试验

什么是HALT/HASSHALT:HighlyAcceleratedLifeTestingHASS:HighlyAcceleratedStressScreen徐小冬：[e-mail]•在研发的DVT阶段，将振动、温度、电及湿度等应力，进行各种不同的整合，并以阶梯应力的方式，依序或同时施加在待测物体上面。Howitworks•运用比一般环境更高的应力，有次序地加载在测试物上，目的是发掘出新开发设计出的产品的设计弱点，而能使负责设计与开发的工程师，能够针对这项被暴露出的弱点，进行评估，在必要的状况下，能够准确地进一步改善在设计及制程上的这项弱点，进而提升产品的可靠度。•这种方法就是所谓的加速或加速应力试验（HAST），是可靠度试验的重要一环。HALT/HASS/HASA的目的加速产品上市提升产品可靠度HALT/HASS技术摘要•观念上：重点在改善、提升可靠度，而非评估（因此，并非Go/NoGoTest）。•方法上，必须深入掌握下列方法：高加速及疲劳理论。多应力之量测、分析、加载。激励vs.模拟。实时监控待测物反应。多元的弱点及极限探讨。失效物理、根因关系。•技巧上：设备的操作及结果的判断。基本原理–为何会失效？•应力：引起零组件失效的因素。–单位面积上所承受的作用力大小。–如拉伸应力、剪切应力、弯曲应力、动态应力。–应力为随机变量，以统计分布来描述。•强度：阻止零组件失效的因素。–单位面积上所承受的作用力大小。–如拉伸应力、剪切应力、弯曲应力、动态应力。–应力为随机变量，以统计分布来描述。FFA應力?強度基本原理–为何会失效？•应力强度失效或不可靠。應力強度tf(t)不可靠區域基本原理–为何会失效？•产品因退化而强度降低失效。t0t1tn...強度應力不可靠區域基本原理–为何会失效？•即使强度有所提升，但潜在疵病仍可能引致失效。應力強度tf(t)不可靠區域潛在疵病基本原理–如何不失效？•ESS或HASS剔除潜在疵病所引起的早夭期失效。•RET或HALT提升产品强度。應力強度tf(t)不可靠區域潛在疵病ESSHASSRETHALT基本原理–如何促发失效？•施加加速应力，促使潜在疵病或脆弱设计成失效，以提升产品强度。加速應力#1原始強度tf(t)脆弱設計潛在疵病加速應力#2提昇強度原始應力OverviewofHALT&HASS•HALT–获得产品操作以及破坏极限。–挖掘设计弱点及制程疵病所引致失效。–进行失效RCA，开发CA，并改正失效，提升可靠度。•HASS研發–订定HASS规格底线。–HASS验证：•剔除疵病效益的验证。•不损及太多使用寿命的验证。•HASS生产–监控生产的筛选效益。HALT&HASS的原理•7075-T6铝的疲劳损伤S-N曲线：–应力在40KSI时，疲劳断裂循环数为2,000,000。–应力在80KSI时，疲劳断裂循环数为2,000。•例如对铝制零组件插脚施加1,000Hz的振动，当应力为40,000psi时，则将会在2,000sec后失效，而当应力为80,000psi时，则将会在2sec后失效。1031041051061072040608010應力(KSI)疲勞循環數(N)7075-T6鋁HALT&HASS的原理•温变率和筛选时间的关系：–温变率5oC/min需要筛选时间440hr。–温变率40oC/min需要筛选时间0.1hr。110102101001溫變率(oC/min)溫度循環數103Y=40X-0.347HALT&HASS的原理•若振动位准降低为原來的1/2，则–在新位准下，需要1000倍的时间，或–在原来时间下，需要1000部振动机，才能发现等价的失效数。•若温变率从40oC/min降低5oC/min，则–在5oC/min下，需要4400倍的时间，或–在原来时间下，需要4400部温度柜，才能发现等价的失效数。环境试验和HALT的主要差別•观念（鉴定vs.强化）•方法（模拟vs.激励）•技巧（微观vs.巨观）基本原理–模拟or激励•模拟(Simulation)–模拟操作环境–试验：产品研发•研发•加速寿命试验(ALT)•品质鉴定试验(QT)•可靠度•可靠强化试验(RET)•TAAF：可靠度成长–环境条件：•自然环境•诱发环境•复合环境•加速应力–试验裁适•激勵(Stimulation)–促发疵病成失效–筛选：制程•零件及制程疵病•零组件•电路板•单机•系统•SAAF：制程精进–环境应力筛选•温度循环•随机振动•湿度•电力循环•复合环境–应力筛选裁适产品品质•产品品质的特性：–产品离开生产线的性能。–产品在使用操作中保持其离开生产性能之能力。•品质保证(1940~)环境试验产品环境适应性。•可靠度保证(1960~)可靠度试验产品可靠性。•确保产品品质及可靠度，环境试验及可靠度试验缺一不可。设计制造试验HALT/HASS和可靠度工程的关系HALT/HASS/HASA的目的加速产品上市提升产品可靠度基本原理–浴缸曲线失效率時間磨耗隨機失效早夭ALTRETHALTESS&RETHASS&HALT早夭期使用期磨耗期加速可靠度工程(1990~)•HALT:HighlyAcceleratedLifeTesting•HASS:HighlyAcceleratedStressScreenHALT产品强化HASS过程检测设计阶段生产阶段HALT的产品研发DVT1…DVTn進入生產15101520012345花費成本時間HALT節省成本Non-HALTv.s.HALT失效率產品壽命工藝瑕疵磨耗失效設計瑕疵失效率產品壽命工藝瑕疵磨耗失效HALTHALTHALTHASS执行HALT的产品寿命无执行HALT的产品寿命经济上的考量•尽早在产品设计阶段发现设计弱点，可以获得许多好处。阶段花费设计阶段$35采购之前$175生产之前$368装船之前$17,000顾客使用$690,000及早发现，提早治疗！HALTv.s.DVT•不同的目的，不同的结果。DVT验证产品符合规格。验证产品于所遭遇环境內可发挥功能。当产品通过所有试验，且没有发生失效时，它才算成功。HALT对产品施加超出规格的应力。对产品持续施加应力，直到弱点变成失效。決定操作及破坏界限。当产品失效被促发、获悉失效模式、已采取CA且消除以及界限已被决定，它才算成功。HALTv.s.DVT–关键性的差异•DVT是一种“通过/不通过”试验。•HALT则不是，故无所谓的“通过/不通过”问题，此乃因它没有预设的界限来提供跨越。目的不同，应力不同DVT是模拟！•使用环境条件。•缓慢的温变率。•传统正弦或随机振动。HALT是激发！•温度极值。•温变率极值。•6自由度重复冲击式的振动(RSV)。HALT能否用來取代DVT？HALT、HASS和传统方法的比较阶段設計先導生產生產試驗類別品質鑑定HALT壽命試驗HASS研發HASS安全性可靠度展示HASSHASS最佳化目的符合顧客需求最大邊際最少試件展示壽命選擇規格及設備出廠許可確認量測可靠度精進可靠度最少成本最大效益期望顧客能接受精進邊際獲得所需MTBF最少成本及最大可靠度HASS後仍有足夠壽命通過根本原因修正行動最少成本最大效益方法依序模擬實地環境階梯應力至失效實地模擬最大時間壓縮多次重複但無磨耗實地模擬加速激發重複HASS修訂輪廓時間數週數天數週數天數天數月數分數週應力位準實地超過實地實地超過實地超過實地實地超過實地超過實地HALT和传统试验•成本/时程的比较产品#1-HALT•试验设备成本-$8,000。•三个试验样本。•一个整合实验柜。•不需振动夹具。•5天完成。产品#2–传统•试验设备成本-$65,000•二个试验样本。•二个温度柜，二个振动台。•二个振动夹具。•7周完成。结论：HALT提供较快速的上市时间(降低试验时间)、降低工程成本及较统试验方法为佳的试验结果。高加速寿命试验HighlyAcceleratedLifeTest(HALT)HALT三部曲•HALT之前：–试验及设计工程师在HALT执行之前，需召开HALT委员会，考量测试软硬体、夹具、电缆线、数据截取设备及资源分配等事宜，并开会商议HALT试验计划及开始时间。•HALT：–依据HALT委员会所律定试验计划，执行HALT。•HALT之后：–HALT报告完成后，HALT委员会成员再次集会，研讨HALT期间所发现的议题，以指定各议题的负责人员。各负责人必须随后向HALT委员会报告各议题的根本原因及修正行动，以利安排后续HALT的时程，再次验证修正行动是否奏效。HALT的议题•为何执行HALT？–使产品成熟地进入市场，即更高的顾客满意度、降低保固与服务成本及具有竞争优势，且使设计研发成本花费最少。•HALT的优缺点为何？–优点：提升可靠度、节省成本、具竞争力、比预期早上市、提高市场占有率。–缺点：需投资筹建HALT及HASS专用设备。•为何对好产品施加应力极值？–尽快发掘失效，并加以改正。–获得产品操作及破坏界限。HALT的好处•迅速发现设计及制程的限制。•评估及精进设计边际。•获得边际的统计资讯。•提升产品可靠度(MTBF)。•降低开发时间及成本。•在制造前消除设计问题。•评估产品变更的工具。HALT为设计工程师的设计强化工具，它没有预设的界限。