HALT(High Accelerated Life Test)：高加速壽命試驗，即試驗中對試驗對象施加的環境應力比試驗對象整個生命周期內，包括運輸、存儲及運行環境內，可能受到的環境應力大得多，以此來加速暴露試驗樣品的缺陷和薄弱環節，而后對暴露的缺陷和故障從設計、工藝和用料等諸方面進行分析和改進，從而達到快速提升可靠性的目的。

運行限或操作限(Operation Limit)：指產品某應力水平上失效(樣品不工作或其工作指標超限)，但當應力值略有降低或回復初始值時，試樣又恢復正常工作，則樣品能夠恢復正常的最高應力水平值稱為運行限。

破壞限(Destruct Limit)：在某應力水平上升到某值時，樣品失效，即使當應力回落到低于運行限時，試樣仍然不能恢復正常工作，這時的應力水平值稱為破壞限。

裕度(Margin)：產品運行環境應力的設計限與運行限或破壞限的差值。產品的裕度越大，則其可靠性越高。

夾具(Fixture)：在HALT試驗的振動項目中固定試樣的器具。振動試驗必須使用夾具，使振臺振動能量有效地傳遞給試樣。

加速度傳感器(Accelerometer)：在某方向測量試樣振動加速度大小的傳感器。在HALT試驗的振動項目中使用加速度傳感器可以監視試驗箱振動能量通過夾具有效傳遞給試樣的效率。

振動功率譜密度(Vibrating Power Spectral Density)：也稱為加速譜密度，衡量振動在每個頻率點的加速度大小，單位為(g2/Hz)。

Grms(Gs in a root mean square)：振動中衡量振動強度大小的物理單位，與加速度單位相同，物理含義為對振動功率譜密度在頻率上積分后的平方根。

熱電偶(Thermocouple)：利用“不同導體結合在一起產生與溫度成比例的電壓”這一物理規律制作的溫度傳感器。在HALT試驗的熱應力測試項目中，利用熱電偶監視產品各點的溫度分布。

功能測試(Functional Test)：對試樣的測試，用以判斷試樣能否在測試環境下完成規定的功能，性能是否下降。一般是通過測量試樣的關鍵參數是否達到指標或利用診斷模式測試試樣的內部性能。

1、HALT試驗基本要求

1.1對試驗設備的要求

1.1.1對試驗箱的要求

做HALT試驗的設備必須能夠提供振動應力和熱應力，并滿足下列指標：

振動應力：必須能夠提供6個自由度的隨機振動;振動能量帶寬為2Hz～10000Hz;振臺在無負載情況下至少能產生65Grms的振動輸出。

熱應力：目標是為產品創造快速溫度變化的環境，要求至少45℃/min的溫變率;溫度許可范圍至少為-90℃～+170℃。

1.1.2對輔助試驗設備的要求

在HALT試驗中，必須記錄試樣的響應數據。這些數據包括熱響應、振動響應以及產品的性能響應。測量產品的這些響應的試驗輔助設備必須滿足以下要求。

(1)熱響應的測試設備

在試驗過程中必須測量、記錄試樣的熱響應，用以確認熱應力被合理地施加到試樣上?？梢酝ㄟ^熱電偶來測量各點的溫度值。熱電偶在【-100℃,+200℃】的溫度范圍內應該有足夠的穩定性，以保證測試數據的準確性。

(2)振動響應的測試設備

為了保證振動臺的振動能量高效地傳遞給試樣，并保證試樣的安全性，必須用適當的夾具把試樣固定在振動臺上，并且夾具必須滿足以下要求：

①夾具本身應盡可能的輕，其本身質量不應明顯影響試樣對振動的響應;

②夾具應具有足夠的強度，以便能高效地把振臺的振動能量傳遞給樣品;

③夾具的使用不應影響樣品的散熱，不應阻礙試驗箱的熱應力有效地傳遞給樣品;

④夾具的使用不應對樣品造成傷害。

在HALT試驗中必須測量樣品對振動應力的響應，用以確認振動應力被合理的施加到試樣上?？梢酝ㄟ^使用多個加速計測量各點的振動量級。用于測量的加速計必須滿足以下要求：

①加速計可以測量的頻率范圍至少為【2Hz，10KHz】;

②加速計本身應盡可能的輕，其本身質量不應影響到試樣對振動的響應;

③加速計的體積應盡可能的小，以便可以粘貼于試樣的各個合適部位;

④用于粘貼加速計的膠應該有足夠的粘貼強度，以免在振動過程中脫落。

(3)試樣性能的測試設備

用于監視樣品性能的測試設備必須能夠在HALT試驗過程中記錄樣品對環境的反映，實時監視試樣性能。

①監控設備必須能夠實時(或在較短時間內)獲取試樣的關鍵參數，用以判斷試樣的性能是否下降或試樣是否失效。

②監控設備必須能夠實時(或在較短時間內)記錄或主動獲取試樣的故障信息。

1.2對試驗樣品的要求

HALT試驗的試驗對象為處于研發階段的產品原型機。建議針對PCB級別的樣品進行試驗。

(1)所有用于HALT試驗的樣品必須保證在正常環境條件下正常工作，即滿足產品規格規定的一切指標;

(2)用于HALT試驗的樣品數不少于3個;系統級別的HALT試驗樣品不少于3個獨立的系統;子架或單板級別的HALT試驗，每種單板數目不少于3塊;根據試驗結果，可能追加樣本個數;

(3)樣品的尺寸、重量應滿足試驗箱的要求;

(4)試驗樣品應具有良好的故障信息輸出能力，即具有良好的可測性。

1.3對參加試驗人員的要求

參加HALT試驗人員不少于3人，其中至少有一名研發人員、一名測試人員和一名可靠性測試工程師。

(1)參加HALT試驗的研發、測試人員應對試驗樣品盡可能熟悉，保證試樣過程中出現問題時盡可能快地得到解決，或者獲得盡可能多的故障信息。

(2)參加HALT試驗的可靠性測試工程師必須熟悉試驗設備、試驗應力條件等，保證能夠根據試驗現場情況控制試驗過程，并協助研發、測試人員定位、解決問題。

2、HALT試驗總體過程

一個完整的試驗周期應該包括試驗前準備、初始HALT試驗、試驗問題的分析定位和解決(可能包含故障定位試驗)、試驗問題解決后的回歸測試及試驗總結等部分。

2.1試驗前的準備

2.1.1試驗前會議

在試驗前應召開由研發人員、測試人員及專業實驗室負責該試驗的可靠性測試工程師參加的試驗準備會議。議題包括

(1)根據實驗資源等情況確定試驗大概日期;

(2)討論試驗樣品準備;

(3)確定參加試驗的人員;

(4)制定具體試驗計劃，包括確定試驗項目，確定可采用的可以促進樣品缺陷暴露的附加應力，如上下電沖擊、電源電壓變化等，根據具體的產品而異;

(5)確定監測的參數和失效判據或失效判斷標準;

(6)對試樣的已知薄弱環節進行分析，確定在HALT試驗中的屏蔽措施;

(7)分析測試設備、信號接頭、電纜等在試驗中對試驗的影響，確定屏蔽措施。

2.1.2HALT試驗資源準備

(1)針對試樣的性能監控，編寫必要的測試用例;

(2)提交試驗申請，確定試驗具體日期;

(3)根據試驗計劃準備各種試驗資源：樣品、測試設備、連接電纜等;

(4)準備其它資源。

2.2初始HALT試驗

(1)按試驗計劃搭建試驗環境;

(2)按照試驗計劃中的試驗項目、測試用例，順次完成試驗;

(3)在每個試驗項目過程中，時刻監控樣品性能;

(4)如果樣品出現任何形式的故障，盡可能詳細地記錄故障信息;初步判斷故障類型，可能的話，現場分析故障原因，實施臨時改進措施，以便進一步試驗;

(5)如果產品發生硬故障，則增加樣本繼續做后續試驗項目。

(6)每天的試驗結束后，由測試人員完成當天的試驗日志，對當天的試驗及時總結，并通報相關人員。

2.3試驗問題的分析定位和解決

2.3.1試驗結果分析定位

必須分析每一個問題在設計上或生產上的根本原因。如果可能，在HALT試驗期間即開始問題分析定位，以提高效率。分析過程必須有詳細的記錄，形成文檔，包括失效模式、失效的確切原因或可懷疑的原因。跟蹤分析過程，輸出過程報告。

在初始HALT試驗結束后盡快召開試驗結果分析會議，議題包括：

(1)試驗中發現的問題總結，并提交CMM監控;

(2)確定每個問題的嚴重等級，即確定問題必須改進還是只需要分析原因;

(3)下一步工作安排，包括確定每個問題分析定位、改進措施的責任人，時間安排等。

2.3.2故障定位試驗過程

必要的話，利用試驗資源啟動故障定位試驗，盡快實施改進措施。

(1)按故障發生條件時的條件搭建試驗環境;

(2)按故障發生時試驗應力進行試驗，力求重現故障;

(3)必要的話，采取特殊的定位手段，比如加大試驗應力，把軟故障變成硬故障;

(4)請負責試樣故障部分的設計人員到場協助定位。

(5)每天的試驗結束后，由測試人員完成當天的試驗日志，對當天的試驗及時總結，并通報相關人員。

2.3.3改進措施的實施

(1)制定改進計劃;

(2)問題原因、影響以及改進的總結報告要提交決策人員審閱，并提交CMM監控。

(3)確定改進方案，實施改進。

2.4試驗問題解決后的回歸測試

(1)按故障發生條件時的條件搭建試驗環境;

(2)按故障發生時試驗應力進行試驗;

(3)如果確認問題已經解決，則視情況繼續增加試驗應力，以求發現樣品新的缺陷;

(4)如果故障依舊，繼續定位、分析故障，直至問題得到解決。

(5)建議進行完整的HALT試驗過程，必要時試驗步進應力的步長可以為原來HALT實驗的2倍。

(6)每天的試驗結束后，由測試人員完成當天的試驗日志，對當天的試驗及時總結，并通報相關人員。

3、HALT試驗過程

3.1HALT試驗中的試驗項目分類

HALT試驗中的試驗項目分為以下各類，試驗中推薦按下面的順序進行試驗：

(1)試驗前常溫工作測試;

(2)步進低溫工作試驗;

(3)低溫啟動試驗;

(4)步進高溫工作試驗;

(5)高低溫循環試驗(選做);

(6)步進隨機振動試驗;

(7)高低溫循環與步進隨機振動結合的綜合試驗;

(8)低溫與隨機振動結合的綜合試驗(選做);

(9)高溫與隨機振動結合的綜合試驗(選做);

3.2HALT試驗的實際試驗過程

3.2.1搭建試驗環境

試驗人員首先按上述試驗基本要求準備好試驗設備、測試設備、試驗樣品等資源，然后開始搭建試驗環境：

(1)把試驗樣品有針對性地置于試驗箱內，如果是振動試驗，必須用夾具固定樣品;

(2)把電源線、信號線及監視用電纜、光纖等引線通過試驗箱出線口引出，與外面電源、監視設備等正確相連;

(3)對試驗樣品按規律編號，以便于試驗過程的記錄;

(4)樣品上電，研發、測試人員負責按測試用例對樣品組網、配置業務并配置儀表，使樣品工作正常。

(5)樣品掉電，給樣品的溫度、振動關鍵檢測點粘貼必要的熱電偶和振動加速計(注意，由于加速計在高溫時容易損壞，在有高溫的振動試驗中，不要使用加速計)。

3.2.2試驗前常溫工作測試

試驗前的常溫工作測試，即在搭建試驗環境完成后，對樣品持續進行一段時間的測試。有兩個目的：一是，確認試樣在正常工作條件下是符合規格要求;二是，測量常溫工作條件下試樣關鍵部位的溫升。

3.2.3步進低溫工作試驗

從樣品低溫規格限開始，步進降溫，步進步長一般為10℃，接近極限時步長取5 ℃;如果已有其它樣品做過本試驗項目，并確定失效溫度點距離規格限較遠，為縮短試驗時間，步長可以為20℃。

每個溫度臺階的停留時間應足夠長，使得產品的每個器件的溫度穩定下來，通常是產品溫度達到溫度設定點后5～15分鐘。

每個溫度臺階必須進行完整的功能測試。

試驗中滿足以下任意一個條件，本項目即可停止：一是，低溫達到或超過了零下90℃，或試驗樣品在某個溫度點附近一致失效;二是，達到了試驗箱的極限;三是，達到了樣品材料所能承受應力的物理極限。

如果產品發生了失效，溫度回升至上一個溫度臺階，判斷失效為運行限還是破壞限。

如果試驗滿足終止條件后試樣依然沒有失效，則把當時最低的溫度試驗條件定為試樣的運行限;如果找到了某個樣品運行限或操作限，但還不滿足試驗結束條件，則更換樣品，繼續試驗。

3.2.4低溫啟動試驗

低溫啟動試驗一般和步進低溫工作試驗結合在一起做。

低溫啟動從-20℃開始，如果啟動成功，則以10℃為步長降溫，接近極限時步長為5℃;如果啟動不成功，以10℃為步長升溫，接近樣品低溫規格時，步長為5℃。

樣品斷電，試驗箱保持某一低溫，監視樣品內部溫度，直至溫度平衡，再停留10分鐘，保證芯片內部被冷透。

樣品上電，配置業務，并監視樣品性能，根據性能指標判斷是否啟動成功。

3.2.5步進高溫工作試驗

從樣品高溫規格限開始，步進升溫，步進步長一般為10℃，接近極限時步長取5 ℃;如果已有同種產品的其它樣品做過本試驗項目，并確定失效溫度點距離規格限較遠，為縮短試驗時間，步長可以為20℃。

每個溫度臺階的停留時間應足夠長，使得產品的每個器件的溫度穩定下來，通常是產品溫度達到溫度設定點后10～15分鐘。

每個溫度臺階必須進行完整的功能測試。

試驗中滿足以下任意一個條件，本項目即可停止：一是，溫度達到或超過了高溫150℃，或試驗樣品在某個溫度點附近一致失效;二是，達到了試驗箱的極限;三是，達到了樣品材料所能承受應力的物理極限，比如塑料熔化。

如果產品發生了失效，溫度下降至上一個溫度臺階，判斷失效為運行限還是破壞限。

如果試驗滿足終止條件后試樣依然沒有失效，則把當時最高的溫度試驗條件定為試樣的運行限;如果找到了某個樣品的運行限或操作限，但還沒有達到試驗結束條件，則更換樣品，繼續試驗。

如果電路有一些已知的熱的敏感點，在升溫中采用必要方法屏蔽掉這些部位，比如局部制冷或加強散熱，以發現樣品其它部分的缺陷。

關鍵詞： HALT 試驗方法