HALT & HASS提升汽车电子产品可靠性—一&二部分

可靠性强化、可靠性筛选试验(HALT/HASS)—一部分

       为了确保汽车电子电器产品的可靠性，汽车行业对可靠性强化试验和可靠性筛选试验 (HALT/HASS) 更是备受关注。整理基础内容供大家了解，在工作中可适当引入HALT/HASS进行产品设计及生产。

一、什么是可靠性强化试验 (HALT)

可靠性强化试验 (Highly Accelerated Life Test)，简称 HALT，是一种旨在尽早发现产品设计和制造缺陷的可靠性试验方法。它通过逐步提高环境应力（如温度、振动、湿度等）来加速产品失效，并分析失效机理，从而帮助工程师改进产品设计，提高产品可靠性。

HALT 的主要目的是 「暴露产品的弱点」，而不是模拟实际使用环境。它采用比产品预期工作环境更严苛的应力条件，以期在短时间内激发潜在缺陷。通过 HALT，工程师可以：

1. 识别产品设计的薄弱环节；
2. 确定产品的极限工作范围；
3. 验证产品是否满足可靠性要求；
4. 优化产品设计，提高产品可靠性。

二、什么是可靠性筛选试验 (HASS)

可靠性筛选试验 (Highly Accelerated Stress Screen)，简称 HASS，是在产品生产过程中进行的一种筛选试验。它利用比 HALT 更低的应力水平，但高于产品正常工作环境的应力条件，对产品进行短时间的筛选，剔除早期失效产品，从而提高产品的出货质量。

HASS 的主要目的是 「筛选出潜在的缺陷产品」，而不是改进产品设计。它通常在产品生产线的末端进行，作为产品出货前的最后一道质量关卡。通过 HASS，可以：

1. 剔除早期失效产品；
2. 提高产品的出货质量；
3. 降低产品的售后服务成本；
4. 提高客户满意度。

三、HALT 和 HASS 的区别和联系

HALT 和 HASS 都是为了提高产品可靠性而进行的试验，但它们的目的、方法和应用阶段有所不同。

1. 目的不同： HALT 旨在发现产品设计缺陷，而 HASS 旨在筛选出潜在的缺陷产品。
2. 方法不同： HALT 采用比 HASS 更高的应力水平，并且通常是破坏性试验；HASS 采用比 HALT 更低的应力水平，通常是非破坏性试验。
3. 应用阶段不同： HALT 通常在产品设计阶段进行，而 HASS 通常在产品生产阶段进行。

四、可靠性强化、筛选试验的意义

在当今竞争激烈的市场环境下，产品可靠性已经成为企业生存和发展的关键。可靠性强化、筛选试验 (HALT/HASS) 作为一种有效的可靠性提升手段，可以帮助企业：

1. 缩短产品研发周期；
2. 降低产品开发成本；
3. 提高产品可靠性；
4. 增强产品竞争力；
5. 提高客户满意度。

总之，可靠性强化、筛选试验 (HALT/HASS) 是保障产品可靠性的重要手段，对于提高产品质量、降低成本、增强企业竞争力具有重要意义。

HALT & HASS提升汽车电子产品可靠性—二部分

汽车电子化的竞争日益激烈，使得汽车电子朝着高可靠性﹑高科技含量﹑高附加值的方向发展。汽车消费者对汽车及车内各种电子的产品质量提出了越来越为严格的要求，如何确保先进复杂的汽车以及车内各种电子设备的正常运行已成为全球电子制造商们关注的焦点问题。

任何产品都有其缺陷所在，当这些故障发生时产品往往已超过了时效，尤其是配套应用在汽车上的电子产品等。如果不能在早期发现并解决潜藏在这些电子产品中的问题，而等其装配到汽车上，用户使用一段时间后才让问题慢慢显露出来，则会给制造商和用户带来极大的损失。解决问题，首先要发现问题的所在，借由增加外部环境应力﹑强迫故障提早暴露出来，是早期发现和解决问题的一个有效方法。

目前，国内汽车电子产品通用的可靠性测试手段，一般是在研发时采用传统的性能各异的温湿度箱来验证提高产品的可靠性性能；在线生产采用的是老化寿命（即高温等）的传统测试方法。仅依靠以上这些传统的测试手段，要达到目前国外汽车电子产品高质量的技术指标，尚存在着一定的困难。

一、HALT & HASS 可靠性测试的应用

HALT & HASS是由美国军方所延伸出的设计质量验证与制造质量验证的试验方法，现已成为美国电子业界的标准产品验证方法。它将原需花费6个月甚至1年的新产品可靠性试验缩短至一周，且在这一周中所发现的产品问题几乎与客户应用后所发现的问题一致，故HALT & HASS的试验方式已成为新产品上市前所必需通过的验证。在美国之外，许多国际的3C电子产品大厂也都使用相同或类似的手法来提升产品质量。

1、HALT

汽车电子电器HALT的主要目的是通过增加被测物的极限值，进而增加其坚固性及可靠性。HALT利用阶梯应力的方式加诸于产品，能够在早期发现产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限的方法。其加诸于产品的应力有振动、高低温、温度循环、电力开关循环、电压边际及频率边际测试等。利用该测试可迅速找出产品设计及制造的缺陷、改善设计缺陷、增加产品可靠性并缩短其上市周期，同时还可建立设计能力、产品可靠性的基础数据及日后研发的重要依据。

HALT 的主要测试功能如下：

• 利用高环境应力将产品设计缺陷激发出来，并加以改善；
• 了解产品的设计能力及失效模式；
• 作为高应力筛选及稽核规格制定的参考；
• 快速找出产品制造过程的瑕疵；
• 增加产品的可靠性，减少维修成本；
• 建立产品设计能力数据库，为研发提供依据并可缩短设计制造周期。

HALT应用于产品的研发阶段，能够及早发现产品可靠性的薄弱环节。其所施加的应力要远远高于产品在正常运输﹑贮藏﹑使用时的应力。

HALT包含的如下内容：

• 逐步施加应力直到产品失效或出现故障；
• 采取临时措施，修正产品的失效或故障；
• 继续逐步施加应力直到产品再次失效或出现故障，并再次加以修正；
• 重复以上应力-失效-修正的步骤；
• 找出产品的基本操作界限和基本破坏界限。

2、HASS

汽车电子电器HASS应用于产品的生产阶段，以确保所有在HALT中找到的改进措施能够得已实施。HASS还能够确保不会由于生产工艺和元器件的改动而引入新的缺陷。

HASS包含如下内容：

• 进行预筛选，剔除可能发展为明显缺陷的隐性缺陷；
• 进行探测筛选，找出明显缺陷；
• 故障分析；
• 改进措施。

二、HALT & HASS 可靠性测试

1、HALT

HALT测试基本上用于在短时间内增量应用高压力水平，已知这超出了预期的现场环境场景。使用增量阶跃应力方法的好处是故意拉伸所有变量，直到发生任何异常。由于 HALT 测试纯粹是为了诱发故障而设计的，因此它不仅像通过/失败测试一样，而且肯定需要对某些故障和纠正措施进行 RCA（根本原因分析），以从整体测试中获得最佳价值。它增强了我们学习和仔细检查产品设计和材料局限性的能力。但是，它提供了一些机会，可以在市场发布前的开发/原型阶段不断改进设计。

完整的 HALT 测试包括要测试的五个不同的配置文件：

1.低温/低温阶跃应力

将产品暴露在温度降低~10°C的步骤下，每一步停留时间为~10-15分钟，该循环重复，直到产品开始异常运行。记录标记为 LOR（操作下限）的第一个异常，以采取纠正措施以进行进一步分析。在降低应力后产品恢复正常运行之前，仍要降低应力，请将其记录为LDL（破坏下限）以供进一步分析。

2.高温阶跃应力

将产品暴露在升高的温度下~10°C，每一步停留~10-15分钟，此循环重复，直到产品开始异常运行。记录其标记为UOL（工作上限）的第一个异常，以采取纠正措施以进行进一步分析。在降低应力后产品恢复正常运行之前，仍要增加应力，请将其记录为 UDL（破坏上限）以供进一步分析。

3.快速热循环

此外，在温度评估中，根据阶梯应力期间发现的热操作极限对产品施加快速热应力。斜坡速率温度变化设置为停留~10分钟的最大可能值，以便在执行测试诊断时实现热稳定。至少应用五个这样的热转变循环来发现与热速率/范围相关的任何弱点。最后，将HALT室返回到20°C（室温）并重新测试，以验证产品性能没有下降。

4.振动阶梯应力

对于使用振动参数施加应力，一旦产品在设置为20°C（室温）的温度下使用某种机械夹具（模拟与实际安装/方向/安装位置/条件相同）牢固地固定在振动台上，振动阶梯应力就很有用。从 5/10 Grms 振动水平开始，然后根据产品规格将其增加 5/10 Grms（停留 ~10 分钟以运行诊断），并继续此过程，直到获得振动的 UOL 和 UDL。然后，将压力降低到环境正常条件以采取纠正措施。

5.组合环境

组合应力是 HALT 测试过程的最后一步。考虑到所有先前施加的应力，使用相同的快速热转换曲线。对于振动，每步将等于阶梯应力DL除以5。每个温度极限下的停留时间是设置~10分钟和振动为每个快速热转变周期的恒定。这种组合的快速热和振动步骤的五个循环对于发现其他缺陷很有用。

上述每个测试都是为了特定的目标而进行的（即检查冷热环境中的材料降解，发现机械问题并更好地了解针对所需性能的潜在电气和机械问题）。

为了加速并行测试，通常可以同时使用1到4个DUT（如果可能的话，考虑到DUT/设置成本和产品尺寸，足够实用）。HALT测试仅在产生故障时才被视为成功，纠正措施在RCA之后实施以定义实际扩展的产品限制。在HALT试验中可找到被测物在温度及振动应力下的可操作界限与破坏界限。

2、HASS

应用HASS的目的是要在极短的时间内发现批量生产的成品是否存在生产质量上的隐患，该试验包括三个主要试程：

• HASS Development （HASS试验计划阶段）；
• Proof-of-Screen（计划验证阶段）；
• Production HASS（HASS执行阶段）。

1. HASS Development

HASS试验计划必须参考前面HALT试验所得到的结果。一般是将温度及振动合并应力中的高、低温度的可操作界限缩小20％，而振动条件则以破坏界限G值的50％做为HASS试验计划的初始条件。然后再依据此条件开始执行温度及振动合并应力测试，并观察被测物是否有故障出现。如有故障出现，须先判断是因过大的环境应力造成的，还是由被测物本身的质量引起的。属前者时应再放宽温度及振动应力10%再进行测试，属后者时表示目前测试条件有效。如无故障情况发生，则须再加严测试环境应力10%再进行测试。

2.Proof-of-Screen

在建立HASS Profile（HASS 程序）时应注意两个原则：首先，须能检测出可能造成设备故障的隐患；其次，经试验后不致造成设备损坏或“内伤”。为了确保HASS试验计划阶段所得到的结果符合上述两个原则，必须准备3个试验品，并在每个试品上制作一些未依标准工艺制造或组装的缺陷，如零件浮插、空焊及组装不当等。以HASS试验计划阶段所得到的条件测试各试验品，并观察各试品上的人造缺陷是否能被检测出来，以决定是否加严或放宽测试条件，而能使HASS Profile达到预期效果。

在完成有效性测试后，应再以新的试验品，以调整过的条件测试30～50次，如皆未发生因应力不当而被破坏的现象，此时即可判定HASS Profile通过计划验证阶段测试，并可做为Production HASS之用。反之则须再检讨，调整测试条件以求获得最佳的组合。

3.Production HASS

任何一个经过Proof-of-Screen考验过的HASS Profile皆被视为快速有效的质量筛选利器，但仍须配合产品经客户使用后所回馈的异常再做适当的调整。另外，当设计变更时，亦相应修改测试条件。

结束语

HALT & HASS的可靠性测试技术在国内外电子业界已得到广泛关注和认识。它能快速让设计者及制造者对试验中所发生的问题加以分析并设法改善，缩短产品开发生产周期，让设计者及制造者对产品质量信心十足。