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  • 通過高低溫試驗箱及快溫變三綜合試驗箱等設備完成HALT高加速壽命試驗-丹泊儀器技術探討

    丹泊儀器(昆山)有限公司[官網]首頁    技術探討    通過高低溫試驗箱及快溫變三綜合試驗箱等設備完成HALT高加速壽命試驗-丹泊儀器技術探討
    一、概述

    HALT(Highly accelerated life test)高加速壽命試驗不是Pass/Fail測試。是通過高低溫試驗箱、快溫變試驗箱及溫濕度振動三綜合試驗箱來完成各種應力篩選試驗。
    HALT是一種發現缺陷的方法,它通過設置逐級遞增的加嚴的環境應力,來加速暴露試驗樣品的缺陷和薄弱點,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,從而達到提升可靠性的目的,最大的特點是設置高于樣品設計運行限的環境應力,從而使暴露故障的時間大大短于正??煽啃詰l件下的所需時間。
    Gregg K·Hobbs曾設計了一種金屬試件,就強化應力對疲勞壽命的影響效果進行了研究,發現當應力增加1倍時,疲勞壽命降低為原來的1/1000.對于有缺陷的產品,缺陷處應力集中系數高達2~3倍,疲勞壽命就相應降低了好幾個數量級,這樣就有缺陷元器件和無缺陷元器件在相同的強化應力作用下疲勞壽命拉大了檔次,使有缺陷元器件迅速暴露同時無缺陷元件損傷甚小.這一試驗結果也清楚的說明了HALT試驗技術的基本原理.另外,強化應力激發產品缺陷的有效性以及所激發出的缺陷與正常使用環境下導致產品失效的各類缺陷相關性也通過試驗和實踐得到證實。

    二、技術特點和試驗目的

    1、HALT試驗技術特點
    1)HALT試驗施加的環境應力是以遞增的形式變化的,其試驗過程是通過施加不斷加大的應力來激發不品設計中潛伏的各種缺陷,直到產品的破壞極限;
    2)HALT試驗是在超出規范極限以外進行,具有很高的試驗效率;
    3)在HALT過程中出現的失效模式是在遠遠超過設計規格的環境應力下激發出來的,但這些失效模式都是在實際現場使用中所出現的失效形式,否則HALT試驗是無效的。
    4)HALT試驗的主要目的是查明和排除設計的薄弱環節,評價產品設計可靠性,那么因制造(工藝)缺陷所造成的失效自然不相關的,不是主要試驗目的。
    2、HALT試驗目的
    1)通過系統地施加工作應力和逐步增大的環境應力,來激發故障,暴露產品設計中的薄弱環節,為開發人員改進產品設計方案提供依據,以對產品設計缺陷進行及時的修正。
    2)提高產品在使用過程中的壯實度,保證產品圓滿的無故障的完成任務;
    3)估計產品的工作極限和破壞極限,評估產品在實際使用條件下的可靠性,并為HASS的應力類型和應力量級的選擇提供依據。

    三、HALT試驗應力

    一)產品的設計余量
    HASS應力試驗箱
    操作極限:指產品某應力水平上失效(樣品不工作或者其工作指標超標),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操作極限。
    破壞極限:在某應力水平上升到某值時,樣品失效,即便當應力回落到低于操作極限時,試樣仍不能恢復正常工作,這時的應力水平值稱為破壞極限。
    二)HALT試驗應力施加順序
    為了保護HALT試驗中所選的試驗樣本,以保證從這些樣本中獲得盡可能多的信息,各種應力類型的試驗順序遵守一個這樣的原則:先試驗破壞性比較弱的應力類型,然后再試驗破壞性比較強的應力。我們一般是:
    低溫-高溫-快速熱循環-振動-溫度與振動綜合應力。
    三)各種應力對產品的影響
    1、低溫應力對產品的影響
    ? 低溫應力能激發的缺陷類型有元器件參數漂移、環路穩定性、 PCB上板過孔缺陷、冷焊等。
    ? 使材料硬化及脆化。不同材料的不同膨脹特性而使零件卡死。
    2、高溫應力對產品的影響
    ? 高溫應力能激發的缺陷類型有粘結不牢、電容泄露、化學腐蝕、器件固定不緊、器件參數漂移、絕緣部分出現裂痕、環路穩定、機械缺陷、氧化缺陷、虛焊、假焊。
    ? 不同材料的不同膨脹特性而使零件卡死。試件全體或部分改變尺寸。
    3、熱循環應力對產品的影響
    在溫度循環過程中,高熱應力和熱疲勞交互作用在產品上,影響著產品的機械、物理化學和電氣性能.在機械方面,由于產品由不同的材料組成,材料膨脹系數的差異產生機械應力,在承受高低溫雙向變化的熱應力時,應力差變化在結合部產生有效作用,使缺陷暴露;在物理化學方面,產品中的橡膠和有機塑料在低溫時變硬發脆,高溫時軟化松馳,超出使用溫度范圍時,其機械性能和抗減振特性均會發生變化,導致產品失效;在電氣性能方面,高溫能夠導致電路發生溫漂,增大電路發熱量,加速絕緣體的老化甚至熱擊穿,影響半導體如三極管的放大倍數和穿透電,從而造成產品失效。
    溫試循環透發的故障模式主要有以下種:1)參數漂移與電路穩定性;2)電路板開路、短路、分層等缺陷;3)電路板蝕;4)電路板裂紋、表面和過孔缺陷;5)元器件缺陷;6)元器件松動、裝配不當或錯裝;7)結擊穿;8)開焊、冷焊、焊料不足或沒有等焊接缺陷;9)連線伸張或松脫以及電線掉頭、連接不好等;10)接觸不良;11)粘結不牢;12)緊固件缺陷;13)脆性斷裂;14)電遷移;15)熱匹配;16)浪涌電流; 17)密封失效;等等。
    4、振動應力對產品的影響
    ? 振動是直接用外力激起產品的內部的元器件及其結合部的諧振來達到暴露產品潛在缺陷的目的.振動發的失效分為三種:
    1)產品性能超差或失效:振動應力作用于產品時,一方面改變了產品中各元器件、部件之間的相對關系,使產品的結合部的相對位置發生變化,導致產品失效;另一方面,振動時產生干擾信號,干擾電流、電壓太大影響了電路的工作點或工作狀態,使產品性能超差或混亂。
    2)產品在振動應力反復作用下,造成產品的部分結構、引線松動或磨損甚至脫落。
    3)振動使產品原來具有的微小缺陷和損傷經多次交應力作用使其擴大,造成材料電氣、機械性能發生變化或使產品的結構破壞。
    ? 振動誘發的主要故障模式有:1)電路板開、短路;2)元器件裝配不當或松脫;3)相鄰元器件短路;4)元器件管腳或導線斷裂或有缺陷;5)IC插座缺陷;6)虛焊、開焊、冷焊、焊料不足或沒有等焊接缺陷;7)粘接不牢;8)邊線松脫或連接不好;9)硬件松脫;10)緊固件或護墊松動;11)機械缺陷;12)包裝缺陷;13)外來物;等等。
    5、電壓拉偏對產品的影響
    電壓的高低循環可以誘發那些對電壓變化比較敏感的部件的故障.一般情況下,這種應力影響電子產品中的穩壓器件.對于非調整性器件,在電壓高低循環過程中,高壓有利于暴露二極管、晶體管的缺陷,低壓有利于暴露繼電器以及其他開關和電路的故障.電壓拉偏誘發的主要故障模式有:1)間歇失效;2)冷卻回火;3)半導體性能減弱;4)電路誤動作;5)電氣短路;等等。

    四、HALT試驗項目示例

    1、低溫步進應力試驗
    起始0℃,步長-10℃,溫變率40℃~60/min,溫度穩定后每個臺階保持10分鐘后進行5次上下電。
    三綜合試驗箱1
    2、高溫步進應力試驗
    起始50℃,步長10℃,溫變率40~60℃/min,溫度穩定后每個臺階保持10分鐘后進行5次上下電。如果被測樣品具有OTP功能,應監控 OTP點的溫度,試驗過程中找到每個樣品的OTP起作用時的溫度,然后去掉OTP功能繼續測試。
    三綜合試驗箱2
    3、快速熱循環試驗
    80%溫度操作限,循環5次,溫度變化率40~60℃/min。溫度穩定后每個臺階保持5分鐘再1次上下電。同時進行輸入電壓裕量測試。
    三綜合試驗箱3
    4、振動步進應力試驗
    25℃,起始5Grms,步長5Grms。每個臺階保持10分鐘后5次上下電。振動頻率帶寬在10Hz – 5KHz。
    三綜合試驗箱4
    5、綜合應力試驗
    80%操作限溫度,50%操作限,振動循環5次,溫度變化率40℃/min。溫度穩定后每個臺階保持10分鐘后5次上下電。最后一個周期振動減少為5Grms。同時進行輸出電壓測試。
    三綜合試驗箱5
    6、工作應力測試(包含開/關機,電壓位偏,頻率拉偏)
    ? 開關機施加時機:一般在主要器件溫度基本穩定時.
    ? 電壓拉偏:
    ? 頻率拉偏:
    (本文轉至可靠性雜談,侵刪請聯系17312315159)


    2018年12月18日 09:40
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