汽車零部件檢測實驗室

HALT & HASS提升汽車電子產品可靠性

 

汽車電子化的競爭日益激烈,使得汽車電子朝著高可靠性﹑高科技含量﹑高附加值的方向發展。汽車消費者對汽車及車內各種電子的產品質量提出了越來越為嚴格的要求,如何確保先進復雜的汽車以及車內各種電子設備的正常運行已成為全球電子制造商們關注的焦點問題。

任何產品都有其缺陷所在,當這些故障發生時產品往往已超過了時效,尤其是配套應用在汽車上的電子產品,如DVD﹑汽車音響﹑多媒體接收系統等。如果不能在早期發現并解決潛藏在這些電子產品中的問題,而等其裝配到汽車上,用戶使用一段時間后才讓問題慢慢顯露出來,則會給制造商和用戶帶來極大的損失。解決問題,首先要發現問題的所在,借由增加外部環境應力﹑強迫故障提早暴露出來,是早期發現和解決問題的一個有效方法。

目前,國內汽車電子產品通用的可靠性測試手段,一般是在研發時采用傳統的性能各異的溫濕度箱來驗證提高產品的可靠性性能;在線生產采用的是老化壽命(即高溫等)的傳統測試方法。僅依靠以上這些傳統的測試手段,要達到目前國外汽車電子產品高質量的技術指標,尚存在著一定的困難。

HALTHighly Accelerated Life Test,高加速壽命試驗) & HASSHighly Accelerated Stress Screening,高加速應力篩選),這是一種行之有效的能夠提高產品可靠性的測試手段及設備。

HALT & HASS 可靠性測試的應用

HALT & HASS是由美國軍方所延伸出的設計質量驗證與制造質量驗證的試驗方法,現已成為美國電子業界的標準產品驗證方法。它將原需花費6個月甚至1年的新產品可靠性試驗縮短至一周,且在這一周中所發現的產品問題幾乎與客戶應用后所發現的問題一致,故HALT & HASS的試驗方式已成為新產品上市前所必需通過的驗證。在美國之外,許多國際的3C電子產品大廠也都使用相同或類似的手法來提升產品質量。

1、HALT

HALT是一種通過讓被測物承受不同的應力,進而發現其設計上的缺限,以及潛在弱點的實驗方法。HALT的主要目的是通過增加被測物的極限值,進而增加其堅固性及可靠性。HALT利用階梯應力的方式加諸于產品,能夠在早期發現產品缺陷、操作設計邊際及結構強度極限的方法。其加諸于產品的應力有振動、高低溫、溫度循環、電力開關循環、電壓邊際及頻率邊際測試等。利用該測試可迅速找出產品設計及制造的缺陷、改善設計缺陷、增加產品可靠性并縮短其上市周期,同時還可建立設計能力、產品可靠性的基礎數據及日后研發的重要依據。

簡單地說,HALT是以連續的測試、分析、驗證及改正構成了整個程序,關鍵在于分析所有故障的根本原因。

HALT 的主要測試功能如下:

* 利用高環境應力將產品設計缺陷激發出來,并加以改善;

* 了解產品的設計能力及失效模式;

* 作為高應力篩選及稽核規格制定的參考;

* 快速找出產品制造過程的瑕疵;

* 增加產品的可靠性,減少維修成本;

* 建立產品設計能力數據庫,為研發提供依據并可縮短設計制造周期。

HALT應用于產品的研發階段,能夠及早發現產品可靠性的薄弱環節。其所施加的應力要遠遠高于產品在正常運輸﹑貯藏﹑使用時的應力。

HALT包含的如下內容:

* 逐步施加應力直到產品失效或出現故障;

* 采取臨時措施,修正產品的失效或故障;

* 繼續逐步施加應力直到產品再次失效或出現故障,并再次加以修正;

* 重復以上應力-失效-修正的步驟;

* 找出產品的基本操作界限和基本破壞界限。

2、HASS

HASS應用于產品的生產階段,以確保所有在HALT中找到的改進措施能夠得已實施。HASS還能夠確保不會由于生產工藝和元器件的改動而引入新的缺陷。

HASS包含如下內容:

* 進行預篩選,剔除可能發展為明顯缺陷的隱性缺陷;

* 進行探測篩選,找出明顯缺陷;

* 故障分析;

* 改進措施。

HALT & HASS 可靠性測試的步驟

1、HALT

HALT共分為4個主要試程,即:

* 溫度應力;

* 高速溫度傳導;

* 隨機振動;

* 溫度及振動合并應力。

HALT試驗中可找到被測物在溫度及振動應力下的可操作界限與破壞界限。此實驗所用設備為QualMark公司所設計的綜合環境試驗機(OVS Combined Stress System),溫度范圍為-100℃~+200℃,溫度變化最大速率為60/min,最大加速度可到60Grms,而且振動機與溫度箱合二為一的設計可同時對被測物施加溫度與振動應力。以下就四個試程的一般情況分別加以說明:

1)溫度應力

此項試驗分為低溫及高溫兩個階段應力。首先執行低溫階段應力,設定起始溫度為20℃,每階段降溫10℃,階段溫度穩定后維持10min,之后在階段穩定溫度下執行至少一次的功能測試,如一切正常則將溫度再降10℃,并待溫度穩定后維持10min再執行功能,依此類推直至發生功能故障,以判斷是否達到操作界限或破壞界限;在完成低溫應力試驗后,可依相同程序執行高溫應力試驗,即將綜合環境應力試驗機自20℃開始,每階段升溫10℃,待溫度穩定后維持10min,而后執行功能測試直到發現高溫操作界限及高溫破壞界限為止。

2)高速溫度傳導

此項試驗將先前在溫度階段應力測試中所得到的低溫及高溫操控界限作為此處的高低溫度界限,并以每分鐘60℃的快速溫度變化率在此區間內進行6個循環的高低溫度變化。在每個循環的最高溫度及最低溫度都要停留10min,并使溫度穩定后再執行功能測試。檢查

待測物是否發生可回復性故障,尋找其可操作界限。在此試驗中不需尋找破壞界限。

3)隨機振動

此項試驗是將G值自5g開始,且每階段增加5g,并在每個階段維持10min后在振動持續的條件下執行功能測試,以判斷其是否達到可操作界限或破壞界限。

4)溫度及振動合并應力

此項試驗將高速溫度傳導及隨機振動測試合并同時進行,使加速老化的效果更加顯著。此處使用先前的快速溫變循環條件及溫變率,并將隨機振動自5g開始配合每個循環遞增5g,且使每個循環的最高及最低溫度持續10min,待溫度穩定后執行功能測試,如此重復進行直至達到可操作界限及破壞界限為止。

對在以上四個試程中被測物所產生的任何異常狀態進行記錄,分析是否可由更改設計克服這些問題,加以修改后再進行下一步驟的測試。通過提高產品的可操作界限及破壞界限,從而達到提升可靠性的目的。

2、HASS

應用HASS的目的是要在極短的時間內發現批量生產的成品是否存在生產質量上的隱患,該試驗包括三個主要試程:

* HASS Development HASS試驗計劃階段);

* Proof-of-Screen(計劃驗證階段);

* Production HASSHASS執行階段)。

以下就一般電子產品的測試過程分別加以說明:

1HASS Development

HASS試驗計劃必須參考前面HALT試驗所得到的結果。一般是將溫度及振動合并應力中的高、低溫度的可操作界限縮小20%,而振動條件則以破壞界限G值的50做為HASS試驗計劃的初始條件。然后再依據此條件開始執行溫度及振動合并應力測試,并觀察被測物是否有故障出現。如有故障出現,須先判斷是因過大的環境應力造成的,還是由被測物本身的質量引起的。屬前者時應再放寬溫度及振動應力10%再進行測試,屬后者時表示目前測試條件有效。如無故障情況發生,則須再加嚴測試環境應力10%再進行測試。

2Proof-of-Screen

在建立HASS ProfileHASS 程序)時應注意兩個原則:首先,須能檢測出可能造成設備故障的隱患;其次,經試驗后不致造成設備損壞或“內傷”。為了確保HASS試驗計劃階段所得到的結果符合上述兩個原則,必須準備3個試驗品,并在每個試品上制作一些未依標準工藝制造或組裝的缺陷,如零件浮插、空焊及組裝不當等。以HASS試驗計劃階段所得到的條件測試各試驗品,并觀察各試品上的人造缺陷是否能被檢測出來,以決定是否加嚴或放寬測試條件,而能使HASS Profile達到預期效果。

在完成有效性測試后,應再以新的試驗品,以調整過的條件測試3050次,如皆未發生因應力不當而被破壞的現象,此時即可判定HASS Profile通過計劃驗證階段測試,并可做為Production HASS之用。反之則須再檢討,調整測試條件以求獲得最佳的組合。

3Production HASS

任何一個經過Proof-of-Screen考驗過的HASS Profile皆被視為快速有效的質量篩選利器,但仍須配合產品經客戶使用后所回饋的異常再做適當的調整。另外,當設計變更時,亦相應修改測試條件。

報價技術工程師張工:18620908348

結束語

HALT & HASS的可靠性測試技術在國內外電子業界已得到廣泛關注和認識。它能讓設計者及制造者對試驗中所發生的問題加以分析并設法改善,讓設計者及制造者對產品質量信心十足。

廣州廣電計量檢測股份有限公司(GRGT)定位行業高端,引領行業先鋒,歷經近50年的發展,目前成為一家技術精湛、服務精心、管理精細的國內一流的計量檢測專業機構。

    GRGT是原信息產業部電子602計量站,通過國家實驗室(CNAS)認可,并獲得中國計量認證(CMA)和食品檢驗機構資質認定(CMAF),是中國CB實驗室,建立企業計量最高標準一百多項,通過CNAS認可項目1075項。擁有各型號的三綜合試驗臺數十個,包括:1三綜合環境試驗箱,3三綜合環境試驗箱,5三綜合環境試驗箱,10三綜合環境試驗箱,15三綜合環境試驗箱,20三綜合環境試驗箱。能夠為電工電子產品、汽車電子、機載電子提供綜合環境測試。我實驗室長期承擔軍方設備的國軍標及艦船民航設備三綜合環境試驗,技術條件成熟實驗室管理規范。是國家重點綜合環境實驗室。

    GRGT環境可靠性項目包括:霉菌試驗,鹽霧腐蝕試驗,氣體腐蝕試驗,氙燈老化試驗,碳弧燈老化試驗,振動試驗,沖擊試驗,高低溫試驗,溫度沖擊試驗,高低氣壓試驗,耐久性試驗,三綜合試驗,溫濕度試驗,防塵防水試驗,溫度循環及沖擊等試驗??赏瓿蓢鴺?、行業標準、國際標準、航空標準的試驗,是華南地區最大的綜合性實驗室。在全國華中、華東、華北、西北地區重要城市均開設有獨立的實驗室,綜合能力在國內排在前三。

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